”Valo viipyy”, totesi tanskalainen fyysikko Ole Rømer, kun hän vuonna 1676 havaitsi, että valon kulkeminen paikasta toiseen kesti aikansa.
Siihen asti fyysikot olivat uskoneet valon leviävän silmänräpäyksessä niin, että esimerkiksi Auringon säteet nähdään Maassa siinä samassa hetkessä, kun ne lähtevät Auringon pinnalta. Todellisuudessa valo etenee 299 792458 metrin sekuntivauhtia ja sen matka Auringon pinnalta Maahan kestää hiukan yli kahdeksan minuuttia.
Rømerin aikana ei tiedetty paljon valon luonteesta. Vajaat 40 vuotta aiemmin ranskalainen filosofi René Descartes oli väittänyt, että valo leviää aaltoina. Johtopäätös perustui siihen, että myös äänen tiedettiin etenevän aaltoina.
Valo on yhtaikaa hiukkasia ja aaltoja
Vuonna 1905 Albert Einstein toi tutkimuksillaan lisää tietoa valosta. Hän kehitti teorian, joka ennusti, että valo ei ole vain aaltoja, jotka kaartelevat ilman halki, vaan että se samanaikaisesti myös koostuu pikkuruisista hiukkasista, joita kutsutaan valokvanteiksi tai fotoneiksi.
Valon kaksijakoinen luonne eli sen käyttäytyminen sekä aaltoina että hiukkasina on sittemmin todistettu lukuisissa kokeissa. Nyt on kuitenkin saatu ensimmäisen kerran kuva, jossa valo esiintyy molempina yhtaikaa. Aiemmissa kokeissa on näkynyt vain toinen sen ilmenemismuodoista kerrallaan. Sveitsiläisen Lausannen yliopiston tutkijat onnistuivat vuonna 2015 ottamaan kuvan, jossa valo näkyy sekä aaltoina että hiukkasina.
Valo koostuu sähkömagneettisesta säteilystä
Valo ei ole vain sitä, mitä paljain silmin näemme. Sana valo tarkoittaa koko sähkömagneettista spektriä, joka ulottuu radioaalloista gammasäteisiin.
Kaikki valon muodot lähtevät liikkeelle sähkömagneettisena säteilynä. Vaikka valon hiukkaset eivät itsessään ole sähköisesti varautuneita eivätkä magneettisia, valoaalto muodostaa ympärilleen sekä sähköisen että magneettisen kentän. Se johtuu siitä, että valo, sähkö ja magnetismi kuuluvat kaikki yhdessä samaan luonnonvoimaan, jota kutsutaan nimellä sähkömagnetismi.
Valon eri muotoja käytetään nykyään monissa eri tekniikoissa, muun muassa radioissa, kännyköissä, röntgenlaitteissa, aurinkokennoissa ja mikroaaltouuneissa. Lue lisää valon eri muotojen käyttötavoista napsauteltavasta sähkömagneettisen spektrin kuvasta.
Valo on myös edellytys sille, että Maassa ylipäätään voi esiintyä elämää: kaikki kasvit elävät muuntamalla auringonvalon energiaa orgaaniseksi materiaaliksi fotosynteesissä, ja eläimet ja ihmiset taas syövät kasveja.
Valo leviää atomien avulla
Kun valoa lähtee valonlähteestä, esimerkiksi hehkulampusta, se leviää valohiukkasten törmätessä atomeihin.
Valo voi osua atomiin ja jatkaa siitä suoraan eteenpäin, samoin kuin biljardipallo toisen pallon osuessa siihen.
Atomi saattaa myös imeä itseensä ja muuttaa valohiukkasia. Kun valohiukkanen osuu atomiin, se muuttaa atomin tilaa. Perustilassa atomin elektronit kiertävät mahdollisimman lähellä atomin ydintä, mutta valo luovuttaa atomiin osuessaan niin paljon energiaa elektroniin, että elektroni sinkoutuu kauempana ytimestä sijaitsevalle elektronikuorelle.
Atomi ei kuitenkaan voi pysyä kovin kauan uudessa olotilassaan, joten elektroni palaa pian normaaliin paikkaansa sisimmälle elektronikuorelle. Ylimääräinen energia vapautuu nyt uuden fotonin muodossa. Atomista lähtee valoa, joka on valmis törmäämään jälleen uusiin atomeihin.