Svetloba je oblika elektromagnetnega sevanja z valovno dolžino, ki jo lahko zazna človeško oko. Vidni del elektromagnetnega spektra pokriva približno valovne dolžine od približno 380 nm do 750 nm (v praksi se pogosto navaja tudi 400–700 nm), kar ustreza energijam enega fotona približno 1,65–3,26 eV. Svetloba je majhen del elektromagnetnega spektra in je istočasno sevanje, ki ga oddajajo zvezde, kot je sonce. Svetlobo lahko zaznavajo tudi številne živali; nekatere vrste vidijo širši spekter (npr. v ultravijoličnem delu).

Svetlobo lahko razumemo na dveh medsebojno dopolnjujočih načinih: kot valovanje in kot tok delcev. V kvantnem opisu obstaja v majhnih paketih energije, imenovanih fotoni. Vsako valovanje ima valovno dolžino ali frekvenco, pri čemer sta povezana z razmerjem c = λ·ν (c je hitrost svetlobe v vakuumu). V praksi opažamo, da vsako valovno dolžino človeško oko dojema kot različno barvo. Celoten spekter vidne svetlobe lahko opazimo v mavrici, kjer se posamezne barve razporedijo glede na valovno dolžino.

Spekter in barve

Pri prehodih med barvami so navadno od zunanjih robov spektra razpoznavne naslednje barve: rdeča, oranžna, rumena, zelena, modra, indigo in vijolična. Vrednosti valovnih dolžin za te barve so približne (od kratkih k dolgim): vijolična ~380–450 nm, modra ~450–495 nm, zelena ~495–570 nm, rumena ~570–590 nm, oranžna ~590–620 nm, rdeča ~620–750 nm. Valovne dolžine, ki so krajše od vijolične, imenujemo ultravijolična, valovne dolžine daljše od rdeče pa infrardeča. Nekatere valovne dolžine zunaj vidnega območja je mogoče zaznati le z kamerami ali instrumenti.

Lastnosti svetlobe

  • Jakost (intenziteta) — količina energije, ki jo svetloba prenaša; v opisu vidnosti se uporabljajo pojmi kot so svetilnost, sij (lumen, lux) in svetilnostna jakost (candela).
  • Polarizacija — usmerjenost električnega polja valovanja; mnoge optične naprave in materiali polarizacijo spreminjajo ali izkoriščajo.
  • Faza in koherenca — opišeta medsebojno urejenost valov; visoka koherenca je lastna laserjem in omogoča interferenco in natančne meritve.
  • Orbitalni kotni moment — kvantne lastnosti fotonov, pomembne v napredni optiki in pri manipulaciji svetlobe na mikroskopski ravni.

Interakcija svetlobe z materijo

Ko svetloba zadane snov, se lahko odbije, zlomi, absorbira ali razprši. Zakon o odboju (zanj je omenjen v besedilu) opredeljuje, kako se svetloba zrcali od gladkih površin — koti vpadnega in odbitega žarka so enaki. Pri prehodu med snovmi z različnim indeksom loma se svetloba lomi po Snellovem zakonu, kar povzroči upogib poti in je osnova delovanja leč in očal. Dispersion (razklad) je odvisnost indeksa loma od valovne dolžine in povzroča razslojevanje belke svetlobe v sestavne barve, kar vidimo pri prizmi ali v mavrici.

Razprševanje, na primer Rayleighovo razprševanje, pojasni, zakaj je nebo modro (ker krajše valovne dolžine razpršijo močnejše) in zakaj so sončni zahodi rdeči (daljše potovanje skozi atmosfero zmanjša modro komponento). Absorpcija je specifična za materiale in povzroči, da predmeti vidijo določene barve — barva predmeta je tisto, kar odbije ali prepušča našemu očesu.

Človeško zaznavanje barv

Človeško oko ima dve osnovni vrsti svetlobnih receptorjev: palčke (rods), ki so občutljive na intenziteto in omogočajo slabo vidljivost v temi, in čepke (cones), ki so občutljivi na barve in delujejo v svetli svetlobi. Pri ljudeh so trije tipi čepkov, občutljivi na približno modro, zeleno in rdečo regijo spektra — zato govorimo o trihromatskem vidu. Kombinacije dražljajev teh receptorjev interpretiramo kot različne barve. Nekateri ljudje imajo prirojene ali pridobljene motnje barvnega vida (barvna slepota), druge živalske vrste pa lahko zaznavajo barve, ki jih mi ne moremo, npr. ultravijolično.

Barvno mešanje in uporaba

Obstajata dva osnovna načina mešanja barv: aditivno in substraktivno. Aditivno mešanje (uporaba svetlobnih virov, npr. RGB na zaslonih) združuje svetlobe različnih barv v svetlejše rezultate; primarni viri so rdeča, zelena in modra. Substraktivno mešanje (barvila, tisk) odvzema določene valovne dolžine iz belega svetlobnega vira; primarne barve pri tem so cijan, magenta in rumena.

Tehnologije in merjenje

Študij svetlobe, imenovan optika, je pomembno raziskovalno in tehnološko področje. Nanjo se opirajo kamere, mikroskopi, teleskopi, optična vlakna za prenos podatkov, laserske naprave in prikazne tehnologije. Senzorji v kamerah pogosto uporabljajo filtre in detektorje, da reproducirajo ali razširijo območje zaznavanja (npr. infrardeča ali ultravijolična kamere).

Enote za kvantifikacijo zaznave svetlobe vključujejo lumen (lumn, ang. lumen) za skupni vidni tok, lux za osvetljenost površine ter candela za svetilnostno jakost. V fizikalnem smislu pa intenziteto tudi opisujemo z energijo in številom fotonov na enoto časa in površine.

Varnost in vpliv na zdravje

Ekstremne valovne dolžine zunaj vidnega območja so lahko škodljive: prekomerna izpostavljenost ultravijoličnemu sevanju lahko poškoduje kožo in oči (npr. katarakta), močne infrardeče komponente pa lahko povzročijo termične poškodbe. Zato je varno ravnanje z močnimi svetlobnimi viri in laseri pomembno za zaščito vida.

Opomba o definicijah

V fiziki se izraz svetloba včasih uporablja širše in se nanaša na elektromagnetno sevanje katere koli valovne dolžine, vidne ali ne. Ta članek pa je osredotočen na vidno svetlobo. Za splošni koncept preberite članek o elektromagnetnem sevanju.