Kasdieniame gyvenime prie šviesos esame taip įpratę, kad apie ją net nesusimąstome, šviesa yra tarsi oras. Ji yra, ir tiek. Mes tik retkarčiais atkreipiame dėmesį į šviesą ir imame grožėtis jos reiškiniais – spalvota vaivorykšte, žaibu tamsiame danguje, saulėlydžiu, saulės apšviestų bažnyčių spalvotais vitražais, romantiškus jausmus keliančiu žvakės mirgėjimu.
Pačios šviesos nematome. Ji leidžia mums matyti. Mes taip nesižavėtume raudonos rožės grožiu, jei galvotume, kad raudona spalva yra tik apie 700 nanometrų bangos ilgio elektromagnetinės spinduliuotės smegenų interpretacija.
Teatro šviesų meistro darbas geriausia atliktas tada, kai niekas tų šviesų apskritai nepastebi. Jų tikslas – sukurti malonią atmosferą ir nuotaiką. Gal ir kūrėjas sukūrė tokią šviesą, kad jos nepastebėtume.
Šviesos kvantai (porcijos) vadinami fotonais. Jie kartais elgiasi kaip dalelės. Fotonai tarsi pakeičia elektronus – neigiamas elektringąsias medžiagos daleles, kurios sukasi apie atomo branduolį. Atplėšti nuo branduolio jie tampa geriausiais žmogaus tarnais – neša informaciją telefonu, radiju, televizija, šviesolaidžiais ar internetu. Viena kvarco gija vienu metu gali nešti 10 milijonų telefono pokalbių. Šviesa gali tapti galingu ginklu, erdvėje sprogdinančiu priešo raketas, arba erdvėlaivių energijos šaltiniu.
Kuo daugiau domiesi šviesa, tuo labiau supranti, kad mūsų gyvenimas nuo pat pradžios glaudžiai su ja susijęs. Pradedant technologijomis ir baigiant mūsų dvasingumu, esame šviesos kūriniai, žvaigždžių vaikai, nes degdamas vandenilis virsta heliu, helis branduolinių reakcijų metu virsta anglimi, deguonimi ir kitais elementais, kurie išsklaidomi į erdvę kai sprogsta gęstanti žvaigždė. Iš tų elementų mes ir sukurti.
Kas yra šviesa? Senovės žmonės ją tyrė išradinga vaizduote ir mintimi. Apie 1660 m. Izaokas Niutonas, apmąstydamas šį klausimą, įrodė, kad baltą šviesą sudaro viso spektro spalvos: prizme baltą saulės šviesą suskaldė į vaivorykštę, kita prizme tą vaivorykštę vėl surinko į baltą šviesą. 1675 m. Anglijos karališkosios draugijos posėdyje jis pasakė: „Kad ir kas būtų šviesa, ją sudaro skirtingų spindulių seka.“ I. Niutonas manė, kad šviesa yra srautas skirtingo dydžio be galo mažų dalelių, išeinančių iš šviečiančių kūnų. Garsaus mokslininko autoritetas buvo labai didelis, todėl teorija apie šviesą kaip bangas buvo ilgam pasmerkta.
Ji atsigavo tik XIX a., kai apie 1860 m. škotas Džeimsas Klarkas Maksvelas (James Clark Maxwell), tirdamas elektrą ir magnetybę, suprato, kad elektromagnetinės bangos erdvėje sklinda šviesos greičiu. Jis padarė išvadą, kad šviesa taip pat yra elektromagnetinės bangos. Kvantinė fizika pagilino ginčą, ar šviesa yra dalelės, ar bangos. Degant malkoms ar šviečiant elektros lemputei fotonai randasi kintant elektronų energijai. Erdvėje ji sklinda kaip banga, tačiau sąveikaudama su medžiaga elgiasi kaip dalelės.
Šis dvilypumas daro šviesą dar paslaptingesnę. 1900 m. Maksas Plankas (Max Planck) jį įtvirtino, nes eksperimentiškai įrodė, kad šiluma, sklindanti, pavyzdžiui, nuo krosnies ar radiatoriaus, irgi yra elektromagnetinės bangos, daužančios medžiagas atskirais gabaliukais, kuriuos jis pavadino kvantais. Tai tarsi prieštaravo D. Maksvelo teorijai, todėl pats M. Plankas abejojo tais kvantais.
Šviesa yra tokia pati elektromagnetinė spinduliuotė, kaip ir radijo bangos, mikrobangos, kurių pagrindu veikia palydovinė televizija, mobilieji telefonai, infraraudonieji, rentgeno ar gama spinduliai. Tai fotonų srautas. Regimoji šviesa yra tik labai siaura šių elektromagnetinių bangų spektro dalis. Dievas, matyt, nenorėjo, kad matytume per daug. Jei jaustume infraraudonuosius spindulius, akys būtų daug didesnės, naktį mums būtų šviesu (šią spinduliuotę skleidžia kiekvienas šiltas daiktas) ir nepatogu miegoti. Nuo tos gausybės šviesos mūsų smegenys pavargtų. Jei jaustume mikrobangas, tarsi radarais pervertume žmogų ar medį, o akys būtų kaip palydovinių televizijos antenų lėkštės. Taip pat būtų nepatogu. Jei kaip bitės jaustume ultravioletinius spindulius, pasaulis būtų dar kitoks.
Saulė skleidžia visą elektromagnetinių bangų spektrą – nuo radijo bangų iki gama kvantų. Apie pusė iš Saulės sklindančios elektromagnetinės energijos yra regimoji šviesa. Kita pusė – akiai nematoma. Kiekviena mūsų akis turi apie 125 milijonus regimosios šviesos jutiklių – lazdelių ir kūgelių, fotonams jautrių ląstelių, penktadalis mūsų smegenų apdoroja akių priimamą informaciją.
Akys priima Saulės skleidžiamą energiją, kuri Žemei teikia gyvybę. Regimoji šviesa sklinda ganėtinai trumpomis biologiškai patogiomis bangomis. Pasiekusios akį šviesos bangos lęšiuko yra užlenkiamos ir fokusuojamos į tinklainę, kur gausu minėtų jutiklių – lazdelių ir kūgelių. Šiuos jutiklius veikia šviesos fotonai ir elektrinės poliarizacijos būdu sukuria elektros impulsus, neuronais perduodamus į smegenis,. Smegenys juos analizuoja ir paverčia matomomis spalvomis. Šis mechanizmas toks tobulas, jog sakoma, kad žmogaus smegenys gali išskirti apie 10 milijonų skirtingų atspalvių, lazdelės jaučia tik silpną šviesą ir neskiria spalvų. Kūgeliai yra trijų rūšių: jautrūs mėlynai, žaliai ir raudonai šviesai. Jei sužadinami, pavyzdžiui 450 nanometrų (milijardųjų metro dalių) bangos ilgiui jautrūs kūgeliai, šviesa atrodo mėlyna, jei sužadinami 700 nanometrų bangos ilgiui jautrūs kūgeliai, šviesa atrodo raudona, o jei sužadinami visų trijų rūšių kūgeliai – šviesa atrodo balta.
Prof. Jonas Grigas
Tai – fragmentas iš neseniai išleistos akademiko profesoriaus Jono Grigo mokslo populiarinimo knygos „Kiek trunka sekundė“.
