​แสงคืออะไร - ภาพรวมของคุณสมบัติของแสง

แสงคืออะไร - ภาพรวมของคุณสมบัติของแสง
แสงหรือแสงที่มองเห็นได้มักหมายถึงการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถตรวจจับได้ด้วยตามนุษย์ สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดมีความกว้างมากตั้งแต่คลื่นวิทยุพลังงานต่ำที่มีความยาวคลื่นที่วัดเป็นเมตรไปจนถึงรังสีแกมมาพลังงานสูงที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 1 x 10-11 เมตร รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าตามชื่อที่แนะนำอธิบายถึงความผันผวนของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งส่งพลังงานด้วยความเร็วแสง (ซึ่งคือ ~ 300,000 กม. / วินาทีผ่านสุญญากาศ) นอกจากนี้แสงยังสามารถอธิบายได้ในรูปของกระแสโฟตอนแพ็คเก็ตพลังงานที่ไม่มีมวลซึ่งแต่ละอันเดินทางด้วยคุณสมบัติที่เป็นคลื่นด้วยความเร็วแสง โฟตอนคือปริมาณที่น้อยที่สุด (ควอนตัม) ของพลังงานที่สามารถเคลื่อนย้ายได้และเป็นความตระหนักว่าแสงเดินทางไปในควอนตัมแบบแยกซึ่งเป็นจุดกำเนิดของทฤษฎีควอนตัม
แสงที่มองเห็นไม่ได้แตกต่างจากส่วนอื่น ๆ ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าโดยเนื้อแท้ยกเว้นว่าตามนุษย์สามารถตรวจจับคลื่นที่มองเห็นได้ ในความเป็นจริงนี้สอดคล้องกับเพียงหน้าต่างสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่แคบมากตั้งแต่ประมาณ 400 นาโนเมตรสำหรับแสงสีม่วงจนถึง 700 นาโนเมตรสำหรับแสงสีแดง รังสีที่ต่ำกว่า 400 นาโนเมตรเรียกว่าอัลตราไวโอเล็ต (UV) และรังสีที่ยาวกว่า 700 นาโนเมตรเรียกว่าอินฟาเรด (IR) ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ไม่สามารถตรวจพบได้ด้วยตามนุษย์ อย่างไรก็ตามเครื่องตรวจจับทางวิทยาศาสตร์ขั้นสูงเช่นที่ผลิตโดย Andor สามารถใช้ในการตรวจจับและวัดโฟตอนในช่วงสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่กว้างกว่ามากและยังลดโฟตอนในปริมาณที่ต่ำกว่ามาก (เช่นระดับแสงที่อ่อนกว่ามาก) กว่าตา สามารถตรวจจับได้
 
แสงมีปฏิกิริยากับสสารอย่างไร
ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่มนุษย์สามารถ 'มองเห็น' แสงได้ แสงเป็นวิธีหลักในการรับรู้โลกรอบตัวเรา แท้จริงแล้วในบริบททางวิทยาศาสตร์การตรวจจับแสงเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังมากในการตรวจสอบจักรวาลรอบตัวเรา เมื่อแสงมีปฏิสัมพันธ์กับสสารก็สามารถเปลี่ยนแปลงได้และโดยการศึกษาแสงที่มีต้นกำเนิดหรือมีปฏิสัมพันธ์กับสสารจะสามารถระบุคุณสมบัติหลายประการของสสารนั้นได้ มันคือการศึกษาของแสงที่ยกตัวอย่างเช่นเราสามารถเข้าใจองค์ประกอบของดาวและกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไปหลายปีแสงหรือดูในเวลาจริงกระบวนการทางสรีรวิทยาด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ที่มีชีวิต
 
สสารประกอบด้วยอะตอมไอออนหรือโมเลกุลโดยอาศัยการปฏิสัมพันธ์กับแสงซึ่งก่อให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆซึ่งสามารถช่วยให้เราเข้าใจธรรมชาติของสสารได้ อะตอมไอออนหรือโมเลกุลมีการกำหนดระดับพลังงานโดยปกติจะเกี่ยวข้องกับระดับพลังงานที่อิเล็กตรอนในสสารสามารถกักเก็บได้ บางครั้งแสงเกิดจากสสารหรือโดยปกติแล้วโฟตอนของแสงสามารถโต้ตอบกับระดับพลังงานได้หลายวิธี
เราสามารถแสดงระดับพลังงานของสสารในรูปแบบที่เรียกว่าแผนภาพ Jablonski ซึ่งแสดงในรูปที่ 2 อะตอมหรือโมเลกุลในสถานะพลังงานต่ำสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ซึ่งเรียกว่าสถานะพื้นสามารถดูดซับโฟตอนซึ่งจะทำให้อะตอมหรือโมเลกุล จะถูกยกขึ้นสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นหรือที่เรียกว่าสถานะตื่นเต้น ดังนั้นสสารสามารถดูดซับแสงของความยาวคลื่นลักษณะเฉพาะได้ โดยทั่วไปอะตอมหรือโมเลกุลจะอยู่ในสถานะตื่นเต้นในช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้นและจะคลายตัวกลับสู่สถานะพื้นด้วยกลไกต่างๆ ในตัวอย่างที่แสดงอะตอมหรือโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นในตอนแรกจะสูญเสียพลังงานไม่ใช่โดยการปล่อยโฟตอน แต่จะผ่อนคลายลงสู่สถานะกลางพลังงานที่ต่ำกว่าโดยกระบวนการภายในซึ่งโดยทั่วไปจะทำให้สสารร้อนขึ้น ระดับพลังงานขั้นกลางจากนั้นจะคลายลงสู่พื้นดินโดยการปล่อยโฟตอนของพลังงานที่ต่ำกว่า (ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า) กว่าโฟตอนที่ถูกดูดซับในตอนแรก
 
เราจะศึกษาเรื่องโดยใช้แสงได้อย่างไร?
เนื่องจากโฟตอนที่ถูกดูดซับหรือปล่อยออกมาจากสสารจะเป็นพลังงานที่มีลักษณะเฉพาะเมื่อแสงที่มีปฏิสัมพันธ์กับสสารถูกแบ่งออกเป็นความยาวคลื่นที่เป็นส่วนประกอบโดยใช้สเปกโตรกราฟลายเซ็นของสเปกตรัมที่ได้จะบอกเราจำนวนมหาศาลเกี่ยวกับสสารนั้นเอง สเปกโทรสโกปีในวงกว้างประกอบด้วยเทคนิคสเปกโทรสโกปีมากมายเช่นสเปกโทรสโกปีรามานสเปกโทรสโกปีการดูดกลืน / การส่ง / การสะท้อนสเปกโทรสโกปีอะตอมสเปกโทรสโกปีการสลายด้วยเลเซอร์ (LIBS) และสเปกโทรสโกปีการดูดกลืนชั่วคราวให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์มากมายเกี่ยวกับคุณสมบัติทางวิทยาศาสตร์ของ อะตอมและโมเลกุลรวมทั้งสามารถระบุการมีอยู่และหาปริมาณของวัสดุดังกล่าวในตัวอย่างได้โดยเฉพาะ