Tänk dig att du går ner i källaren och det är helt mörkt. Det kan vara lite läskigt eftersom du inte kan se vad som finns där. Du vet att det finns ett bord någonstans. Men du kan inte se det. När du tänder lampan dyker bordet plötsligt upp. Men varför?

För att vi ska kunna se något måste ljus nå våra ögon. Ett föremål kan själv sända ut ljus, som solen, en lampa eller ett stearinljus. Men de flesta saker omkring oss lyser inte själva. Vi kan ändå se dem eftersom ljus från en ljuskälla träffar föremålet och sedan reflekteras vidare till våra ögon. Som månen, den lyser inte. Men solen lyser på den så att vi kan se den. Ljus är alltså helt avgörande för att vi ska kunna se världen omkring oss.

Oftast kan vi tänka oss att ljus färdas längs raka linjer. Vi brukar rita sådana linjer som ljusstrålar [blåtext: Strålmodellen]. Det är en användbar modell när vi vill förstå hur ljus reflekteras i speglar eller bryts i linser. Den hjälper oss också att förstå hur bilder kan bildas i ögat och i en kamera. Att ljus går rakt märks till exempel när ett föremål skapar en skugga. Ljuset kan inte gå runt föremålet utan blockeras på vägen.

Ljus är lite speciellt. En enda modell räcker inte för att beskriva allt som ljus kan göra. När vi undersöker hur ljus färdas genom material och linser är det enklast att beskriva ljuset som strålar. När vi vill förstå varför ljus kan ha olika färger är det bättre att beskriva ljuset som en våg. Olika färger motsvarar då olika våglängder.

Ljus är en form av strålning [elektromagnetisk strålning]. Det finns många sorters elektromagnetisk strålning, men våra ögon kan bara upptäcka en liten del. Den delen kallas synligt ljus. Vi kommer att titta mer på andra sorters strålning senare. Det synliga ljuset kan ha olika färger. Rött, grönt och blått ljus är exempel på olika delar av det synliga ljuset. Vitt ljus, som solljus, innehåller många olika färger. Det kan man till exempel se när solljuset delas upp i en regnbåge. Vi kommer att se att färgerna hänger ihop med ljusets våglängd.

I vissa andra situationer kan ljus beskrivas som små energipaket som kallas fotoner. Det behöver vi inte använda så mycket i det här kapitlet, men det visar att fysiker kan använda olika modeller av samma fenomen beroende på vad de vill förklara.

[Film om vad ljus är. Ljus är strålning som vi kan se med våra ögon. Det finns olika modeller för att beskriva vad ljus är, och hur det beter sig.]

Ljus rör sig oerhört snabbt. Vi känner inte till något som rör sig fortare. I vakuum är hastigheten ungefär 300 000 km/s. Det är svårt att förstå att något kan röra sig så fort. Det betyder att ljus skulle kunna färdas flera varv runt jorden på bara en sekund. Men det är tur att ljuset rör sig så fort. Avstånden i universum är väldigt stora. Trots den höga hastigheten tar det ungefär åtta minuter för solljuset att färdas från solen till jorden. Och det tar 4,24 år för ljuset att nå oss från vårt näst närmsta stjärna (Proxima Centauri).

Men ljusets hastighet kan ändras. När ljus går genom vatten eller glas rör det sig långsammare än i vakuum. Det kommer att bli viktigt senare, eftersom skillnaden i hastighet gör att ljuset kan brytas och ändra riktning. Det gör det möjligt att se en regnbåge, eller förbättra synen med hjälp av glasögon.

När du tänder en lampa verkar ljuset nå väggen direkt. Det går så snabbt att det är omöjligt för oss att märka fördröjningen. Men ljuset rör sig inte oändligt fort. I vakuum är ljusets hastighet ungefär 300 000 km/s. Det motsvarar nästan 7,5 varv runt jorden på en enda sekund. Ljushastigheten i vakuum betecknas med bokstaven c. Det exakta värdet är

c = 299 792 458 m/s.

Ljushastigheten är så viktig inom fysiken att enheten meter numera definieras med hjälp av den. Trots den enorma hastigheten tar det tid för ljus att färdas över de stora avstånden i rymden. Ljuset från solen behöver ungefär åtta minuter för att nå jorden. Det betyder att när du tittar på solen ser du egentligen solen som den såg ut ungefär åtta minuter tidigare.

På 1600-talet visste man inte om ljuset hade en bestämd hastighet eller om det färdades oändligt snabbt. Den danske astronomen Ole Rømer hittade ett sätt att undersöka saken genom att studera Io, en av Jupiters månar. Io kretsar runt Jupiter och försvinner regelbundet in i Jupiters skugga. Rømer märkte att tidpunkterna för dessa händelser verkade förändras beroende på om jorden befann sig närmare eller längre från Jupiter. Han insåg att det kunde förklaras om ljuset behöver tid för att färdas.

När jorden var längre från Jupiter hade ljuset en längre sträcka att färdas. Därför tog det också längre tid innan astronomerna på jorden såg vad som hade hänt. På så sätt blev Rømer den första som visade att ljusets hastighet inte är oändlig.

Det har tagit lite mer än 8 minuter för ljuset som vi ser att komma från solen till våra ögon. Solen befinner sig väldigt långt bort från jorden, men ljuset  rör sig otroligt fort. När solen går upp på morgonen har himlen en vacker, röd färg. Efter en stund övergår den röda färgen till himmelsblå. Senare på dagen faller det kanske ett regn. Om man vänder sig bort från solen kan man ibland se en vacker regnbåge. Solens vita ljus har både reflekterats och brutits i vattendropparna. Molnen som solen lyser på är vita, men regnbågen visar tydligt att det vita ljuset består av flera olika färger.

Det tar 8 minuter för ljuset att ta sig från solen till jorden. Ljuset ser vitt ut, men består av flera olika färger.

Solen är vår huvudsakliga ljus- och energikälla här på jorden. Vi befinner oss på ett lagom stort avstånd från den, vilket gör att vår planet går att leva på. På jorden drivs både klimat och väder av energin som strålar in. Det kommer också en hel del partiklar från solen. Flera av dem passerar rakt igenom dig, men i norra Sverige skapar några av dem vackra norrsken som lyser upp kvällshimlen. Solens ljus är viktigt för livet på jorden och vi har anpassat oss efter dess strålar. Väldigt mycket av vad vi vet om världen runt omkring oss känner vi till tack vare ljuset.

Eftersom solens ljus är så viktigt för oss har vi alltid fascinerats av det. Vår förståelse för ljus löper som en röd tråd genom vår historia. Frågor som vad ljuset är och hur fort det rör sig har fått olika förklaringar genom historien, men att ljuset är centralt för hur vi förstår vår värld har det aldrig varit någon tvekan om. Nästan allt vi vet om hur universum beter sig och vad som finns i universum, vet vi genom observationer av ljus.

Det här kapitlet handlar om vad ljus är, tar upp några olika ljuskällor och går sedan in på optik. Optik är läran om ljusets utbredning och brytning. Det handlar alltså om att använda speglar och linser till att ändra hur ljuset rör sig. Syftet är oftast att skapa bilder, till exempel i en kamera. Vår viktigaste “ljusdetektor” är ögat, och olika djurs ögon har anpassats på olika sätt för att de ska fungera så bra som möjligt i sitt sammanhang. Optiken är viktig både för att förstå hur ögon fungerar, och för att till exempel ta fram bra glasögon.

Solen är vår huvudsakliga ljuskälla, men vi kan också skapa egna. Elden som värmer i eldstaden ger oss också ljus. En fotogenlampa gör det möjligt att fortsätta med arbetet även på kvällen när det har blivit mörkt ute. När de mot slutet av 1800-talet lyckades göra en lampa som lyser med hjälp av el ändrades hur vardagen såg ut för de flesta.

Idag ersätter vi de flesta glödlampor med LED lampor. Fördelen med LED lampor är att de är mycket effektivare på att omvandla elektrisk energi till ljus. Det är också lättare att ändra färgen på ljuset från LED lampor.

Hur stark en lampa är anges i lumen (lm). Detta är måttet på ljusflöde, hur mycket elektromagnetisk strålning i form av ljus lampan ger ifrån sig. När glödlampan användes angavs dess ljusstyrka i hur mycket elektrisk effekt den förbrukade, till exempel 25, 40 eller 60 W. Idag anges ljusstyrkan på lampor istället i lumen, eftersom det finns flera olika tekniker för att skapa ljus, och ljusstyrkan inte längre bestäms av effekten som ljuskällan förbrukar, vilket var fallet med glödlampan. Motsvarande lumen-värde för de ovan nämnda effekt-styrkorna är 250 lm, 400 lm och 800 lm.

De flesta lampor vi använder i hemmet ger ett vitt ljus. Med det finns olika sorters vitt. Varmvitt är lite gulaktigt och påminner om ljuset från ett stearinljus. Kallvitt är mer blåaktigt och liknar himlens dagsljus.

Ljuset från en LED-lampa kan vara varmvitt, kallvitt eller varsomhelst mittemellan. Denna egenskap hos vitt ljus kallas för färgtemperatur och mäts i Kelvin (K). På engelska heter det Correlated Colour Temperatur, som förkortas CCT.

Ett stearinljus, som ju ger ett varmt, gulaktigt ljus, har en färgtemperatur kring 2000 K. En halvmulen himmel, som ger ett blåaktigt vitt ljus, är kallvit och har en färgtemperatur på ungefär 6500 K.

Foto från takfönster och varmvita LED-lampor. Takfönstret släpper in dagsljus med en färgtemperutur på ca 6 000-8 000 K och som därför har en klar, blå ton. LED-lamporna är däremot varmvita med en färgtemperatur på 2700 K, och ser i jämförelse med dagsljuset gula ut.