પ્રકાશ (light)

આંખના નેત્રપટ ઉપર આપાત થતાં ર્દશ્ય-સંવેદના પેદા કરનાર શક્તિ (માધ્યમ). પ્રકાશ માનવીના જીવન સાથે ગાઢ રીતે સંકળાયેલ છે. આથી પ્રકાશની ગેરહાજરીનો ખ્યાલ કરવો ઘણો મુશ્કેલ છે. પ્રકાશ ન હોય તો જોઈ શકાય નહિ, વનસ્પતિનો વિકાસ ન થાય, પરિણામે ખાવા માટે અનાજ પાકે નહિ, શ્વાસ લેવા માટે હવા પણ ન હોય. વનસ્પતિ સૂર્યના પ્રકાશમાંથી ઊર્જા મેળવીને વિકાસ પામે છે અને તે સાથે તે ઑક્સિજન–પ્રાણવાયુ  મુક્ત કરે છે જે માણસ માટે અનિવાર્ય છે.

સૂર્યના પ્રકાશને લીધે, તૈયાર થયેલાં વૃક્ષો લાકડાના સ્વરૂપે ઈંધણ આપે છે. સંજોગોવશાત્ વૃક્ષો જમીનમાં દટાઈ જતાં લાખો-કરોડો વર્ષોને  અંતે તેમનું કોલસા, કુદરતી વાયુ અને તેલમાં રૂપાંતર થાય છે. આ બધી વસ્તુઓ માણસના જીવન સાથે અભિન્ન રીતે વણાઈ ગયેલી જોવા મળે છે. આજે તો સૂર્યના પ્રકાશ વડે સીધેસીધી ઉષ્મા અને વિદ્યુત-ઊર્જા ઉત્પન્ન કરી શકાય છે.

પૃથ્વી સૂર્યના પ્રકાશમાંથી ઉષ્મા  મેળવે છે. પૃથ્વીની આજની સ્થિતિ તેને આભારી છે. પૃથ્વીને સૂર્યનો પ્રકાશ ન મળતો હોત તો તે એટલી બધી ઠંડી હોત કે તેના ઉપર સજીવ સૃષ્ટિ જ શક્ય ન બનત. પૃથ્વી ઉપરની સજીવ સૃષ્ટિ માટે સૌર ઊર્જા અનિવાર્ય છે અને તેનો કોઈ વિકલ્પ નથી.

માણસે પ્રકાશનો ઉપયોગ માત્ર જોવા માટે જ નથી કર્યો. ટેલિવિઝનના પડદા ઉપર રજૂ થતાં ચિત્રો પ્રકાશનાં ટપકાં જ હોય છે. વૈજ્ઞાનિક ઉપકરણોને આધારે પ્રકાશનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. પ્રકાશના આવા અભ્યાસને આધારે સમગ્ર વિશ્વનો અભ્યાસ કરી શકાય છે; જેમ કે દૂરદૂરના તારામાંથી આવતા પ્રકાશનો વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસ કરવાથી તેની અંદર કયાં તત્વો છે તેનો ખ્યાલ આવે છે. તારામાંથી આવતા પ્રકાશના અભ્યાસ ઉપરથી એ પણ જાણી શકાય છે કે તારો આપણી નજીક આવી રહ્યો છે કે દૂર જઈ રહ્યો છે. આ રીતે તારાની ગતિનો ખ્યાલ પણ મળે છે.

રાસાયણિક પદાર્થોને ઓળખવા અને તેમના વધુ અભ્યાસ માટે પ્રકાશનો ઉપયોગ થાય છે. સંદેશાઓની આપ-લે માટે વપરાતી પ્રસારણ-પ્રણાલીમાં પણ પ્રકાશનો ઉપયોગ થાય છે. પ્રકાશીય દોરડા (optical cables) વડે પ્રકાશ-સ્વરૂપે માહિતીઓ દૂર દૂર સુધી મોકલી શકાય છે. ટેલિફોનના તાંબાના તારની જગાએ હવે પ્રકાશીય દોરડાનો ઉપયોગ થવા લાગ્યો છે. કમ્પ્યૂટરમાં માહિતીના વાહક તરીકે પ્રકાશનો ઉપયોગ થવા લાગ્યો છે.

પ્રકાશનો અભ્યાસ સૈકાઓથી કરવામાં આવી રહ્યો છે. પહેલાં એવું માનવામાં આવતું હતું કે પ્રકાશ એવી કોઈ સૂક્ષ્મ ચીજ છે જે જોનારની આંખમાંથી નીકળી પદાર્થ ઉપર પડી જોનારની આંખમાં પાછી આવે છે. કોઈ પણ વસ્તુ આ કિરણને રોકે તો પદાર્થ જોઈ શકાતો નથી. ઉપરાંત એવું પણ માનવામાં આવતું હતું કે પ્રકાશને પ્રસરવા માટે માધ્યમની જરૂર છે. આવું માધ્યમ ઈથર તરીકે ઓળખાતું હતું. 1600 બાદ પ્રકાશનો વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસ થયો. બ્રિટિશ વિજ્ઞાની આઇઝેક ન્યૂટને 1666માં બતાવ્યું કે શ્વેત-પ્રકાશને ત્રિપાર્શ્વ કાચમાંથી પસાર કરવાથી જુદા જુદા રંગનાં કિરણો મળે છે. ઉપરાંત તેણે એ પણ જણાવ્યું કે પ્રકાશ સૂક્ષ્મ કણોનો બનેલો છે. એ કણો સુરેખ ગતિ કરે છે. પ્રકાશના સ્વરૂપને લગતો ન્યૂટનનો આ ખ્યાલ કણવાદ (corpuscular theory) તરીકે ઓળખાયો છે.

આ સમયે ડચ ભૌતિકવિજ્ઞાની અને ખગોળવિદ્ ક્રિશ્ચિયન હાઇગેને સૂચન કર્યું કે પ્રકાશ તરંગસ્વરૂપ ધરાવે છે. હાઇગેનનો આ સિદ્ધાંત તરંગવાદ (wave-theory) તરીકે ઓળખાયો. પ્રકાશનો કણવાદ અને તરંગવાદ એકબીજાથી વિરુદ્ધ છે. પ્રકાશના સ્વરૂપ વિશે લગભગ 100 વર્ષ સુધી વિજ્ઞાનીઓમાં ચર્ચાઓ ચાલતી રહી. ઓગણીસમી સદીના પ્રારંભમાં બ્રિટિશ ભૌતિકવિજ્ઞાની ટૉમસ યંગે પ્રકાશના વ્યતિકરણ(interference)નો નિર્દેશ કર્યો. યંગે દર્શાવ્યું કે અમુક સંજોગોમાં પ્રકાશનાં બે કિરણો એકબીજાંને નાબૂદ કરે છે તો બીજી જગાએ બે કિરણો એકબીજાંને સહાયક બને છે. પાણીના તરંગમાં પણ આવું જોવા મળે છે. વ્યતિકરણની ઘટના કણવાદને આધારે સમજાવી શકાતી નથી; માટે ઘણાખરા વિજ્ઞાનીઓએ યંગના પ્રયોગને તરંગવાદની સાબિતી તરીકે સ્વીકારી લીધો.

બ્રિટિશ ભૌતિકવિજ્ઞાની જેમ્સ ક્લર્ક મૅક્સવેલે વિદ્યુતચુંબકત્વના ગણિતીય સિદ્ધાંતનું સૂચન કર્યું. મૅક્સવેલના તરંગોના સૈદ્ધાંતિક ગુણધર્મો પ્રકાશના અવલોકિત ગુણધર્મો જેવા જ હતા. પરમાણુમાં કંપન કરતો વિદ્યુતભાર પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે અને ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓને પ્રાયોગિક ખાતરી મળી કે પરમાણુમાં કંપન કરતા વિદ્યુતભારો હોય જ છે. મૅક્સવેલના કાર્યથી પ્રકાશના તરંગવાદનો પાયો મજબૂત થયો. આ પ્રકાશને પ્રસરવા માટે માધ્યમની જરૂર હોતી નથી; આથી વિજ્ઞાનીઓની કેટલીક મૂંઝવણો દૂર થઈ.

1900માં જર્મન ભૌતિકવિજ્ઞાની મૅક્સ પ્લાંકે એક સમીકરણ (ઊર્જા E = hf, જ્યાં h પ્લાંકનો અચળાંક અને f આવૃત્તિ છે) આપ્યું, જે ગરમ પદાર્થની સપાટીમાં ઉત્સર્જિત થતા પ્રકાશનો ગુણધર્મ સમજાવવા સમર્થ હતું. આ સમીકરણ પ્રકાશના ગુણધર્મોને શા માટે સમજાવે છે, તેનો ખ્યાલ પ્લાંકને આવ્યો નહિ, પણ તેને એટલો ખ્યાલ આવ્યો કે ઉત્સર્જિત થતો પ્રકાશ ઊર્જાનાં નિશ્ચિત મૂલ્યો ધરાવે છે. જ્યારે ઊર્જાનાં નિશ્ચિત મૂલ્યો મળતાં હોય ત્યારે તેને ક્વૉન્ટીકૃત ઊર્જા કહે છે.

1905માં આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇને બતાવ્યું કે પ્રકાશ ક્વૉન્ટીકૃત છે. ઉત્સર્જકમાંથી પ્રકાશ ઊર્જાના પૅકેટ (energy-packet) તરીકે નીકળે છે. ઊર્જાના આવા પૅકેટને ક્વૉન્ટા કહે છે. પ્રકાશના આવા ક્વૉન્ટમને  ફોટૉન કહે છે. પ્રકાશને ક્વૉન્ટીકૃત ઊર્જા એટલે કે ફોટૉન કણ તરીકે સ્વીકારતા કેટલાક પ્રયોગો જેવા કે કાળા પદાર્થનું વિકિરણ (black-body radiation), ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક ઘટના અને કૉમ્પ્ટન અસરને સમજાવી શકાય છે; જ્યારે પરાવર્તન, વક્રીભવન જેવા કેટલાક ભૌમિતિક પ્રકાશશાસ્ત્ર(geometrical optics)ના પ્રયોગો પ્રકાશના તરંગસ્વરૂપ વડે સમજાવી શકાય છે. પ્રકાશ તરંગ અને કણ તરીકે વર્તે છે. આથી તે દ્વૈત-પ્રકૃતિ (dual nature) ધરાવે છે. સંમિતિ(symmetry)ને આધારે પ્રકાશ દ્વૈત-પ્રકૃતિ ધરાવી શકે તો દ્રવ્ય પણ દ્વૈત-પ્રકૃતિ ધરાવી શકે. એટલે કે દ્રવ્ય કણ તેમજ તરંગ તરીકે વર્તી શકે છે. પ્રકાશ અને દ્રવ્ય કેટલાક પ્રયોગોમાં તરંગ તરીકે તો અન્ય કેટલાક પ્રયોગોમાં કણ તરીકે વર્તે છે. આ હકીકત ઉપર ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીનો પાયો રચાયો છે.

પ્રકાશ વિદ્યુતચુંબકીય વર્ણપટનો એક ભાગ છે. પ્રકાશની ઊર્જાને વિકિરણ કહે છે. વિકિરણ-ઊર્જાના કેટલાક પ્રકાર છે. ઘટતી જતી ઊર્જા અથવા વધતી જતી તરંગલંબાઈના ક્રમમાં વિદ્યુતચુંબકીય વર્ણપટને આ રીતે ગોઠવી શકાય છે : ગૅમા-કિરણો, ક્ષ-કિરણો, પારજાંબલી કિરણો, ર્દશ્ય પ્રકાશ (જેના વડે જોઈ શકાય છે.), અધોરક્ત માઇક્રોતરંગો, ટૂંકા તરંગો અને છેલ્લે રેડિયો-તરંગો. વિકિરણ-ઊર્જા વિશાળ વર્ણપટ ધરાવે છે. તેનો નાનો સરખો ભાગ, પદાર્થ ઉપર આપાત થાય તે ર્દશ્યમાન  બને છે. જેનાથી પદાર્થ ર્દશ્યમાન થાય છે તેને પ્રકાશ કહે છે.

પ્રકાશના સંદર્ભમાં કેટલાક પાયાના પ્રશ્નો ઉપસ્થિત થાય છે; જેમ કે, પ્રકાશ ક્યાંથી આવે છે? દ્રવ્યના સંપર્કમાં આવતાં પ્રકાશ કેવી રીતે વર્તે છે ? પ્રકાશનું માપન કેવી રીતે થાય છે?

કોઈ પણ પદાર્થ ઉપર આપાત થતો પ્રકાશ પરાવર્ત પામી જોનારની આંખના ર્દષ્ટિપટલ(retina) ઉપર પડે છે ત્યારે તેના ઉપર પદાર્થનું પ્રતિબિંબ ઊપસે છે અને પરિણામે વસ્તુ ર્દશ્યમાન થાય છે. પ્રકાશના સ્રોત બે પ્રકારના હોય છે : (1) કુદરતી; જેમાં સૂર્ય, તારાઓ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે અને (2) કૃત્રિમ; જેમાં મીણબત્તી, વિદ્યુતદીવા વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. પ્રકાશના કુદરતી સ્રોત ઉપર માણસ અંકુશ ધરાવતો નથી, જ્યારે કૃત્રિમ સ્રોતને અંકુશમાં રાખી શકાય છે.

પ્રકાશ પરમાણુમાંથી પેદા થાય છે. જે પરમાણુ એક અથવા બીજી રીતે ઊર્જા મેળવે છે, તે ઉત્તેજિત (excite) થાય છે. પરમાણુની આવી ઉત્તેજિત અવસ્થા થોડાક સમય માટે હોય છે. ઉત્તેજિત પરમાણુ વધારાની ઊર્જા છોડી દેવા તત્પર હોય છે. ઊર્જાનું આવું ઉત્સર્જન એટલે પ્રકાશ. પ્રકાશ આ ઊર્જાનું વહન કરે છે. જુદા જુદા પ્રકારના પરમાણુઓ માટે ઉત્તેજન-ઊર્જા(excitation energy)ની માત્રા જુદી જુદી હોય છે. ઉત્સર્જન પણ પરમાણુના પ્રકાર ઉપર આધારિત હોય છે.

પ્રકાશ તરંગ કે કણ (ફોટૉન) સ્વરૂપે હોય પણ બંને બાબતોમાં તે પોતાની સાથે ઊર્જા લઈ જાય છે. તરંગ કે ફોટૉન જે માત્રામાં ઊર્જા પોતાની સાથે લઈ જાય છે, તેના ઉપરથી પ્રકાશનો રંગ નક્કી થાય છે. વાદળી ટેબલ-ક્લૉથ ઉપર રાખેલ લાલ સફરજનમાંથી આવતા પ્રકાશ(ફોટૉન)ની ઊર્જા ઓછી અને વાદળી ટેબલ-ક્લૉથમાંથી આવતા પ્રકાશ(ફોટૉન)ની ઊર્જા વધુ હોય છે.

પરમાણુઓને ઉત્તેજિત કરવા માટે બહારથી ઊર્જા આપવી પડે છે. પરમાણુઓને ગરમ કરવાથી તે ઉત્તેજિત થાય છે. ઉત્તેજિત પરમાણુઓ મેળવેલી વધારાની ઊર્જા મુક્ત કરતાં ઉત્તેજના શમી જાય છે. આ વધારાની ઊર્જા પ્રકાશના સ્વરૂપે મળે છે. લોખંડના સળિયાને ગરમ કરતાં સૌપ્રથમ તે લાલ પ્રકાશ અને ત્યારબાદ વધુ ગરમ કરતાં તે શ્વેત પ્રકાશ આપે છે. પરમાણુઓની ઉત્તેજિત અને અનુત્તેજિત થવાની પ્રક્રિયા સતત ચાલુ રહેતી હોઈ, અવિરત પ્રકાશ મળે છે. ઉત્તેજિત પરમાણુઓ એકબીજા સાથે અથડાય છે ત્યારે તે જુદી જુદી ઊર્જાવાળા ફોટૉનનું ઉત્સર્જન કરે છે. આથી ફોટૉનની તરંગલંબાઈ જુદી જુદી હોય છે. પરિણામે બધા રંગના પ્રકાશનાં કિરણોનું સંયોજન થતાં શ્વેત પ્રકાશ મળે છે.

કેટલાક પદાર્થો ઊર્જા મેળવી, ગરમ થયા સિવાય, ઊર્જાનું ઉત્સર્જન કરે છે. આ પ્રક્રિયાને સંદીપ્તિ (luminescence) કહે છે. કેટલાક સંદીપ્તિશીલ પદાર્થો ઊર્જાના શોષણ બાદ લાંબા સમય સુધી ઝગારા મારે છે અને પદાર્થોની સ્ફુરદીપ્તિ (phosphorescence) કહે છે. કેટલાક પદાર્થો ઉત્તેજના-ઊર્જા મળતી હોય તે સમયે જ પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે. આવા પદાર્થોને પ્રસ્ફુરક (flourescent) કહે છે.

આગિયા જે પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે, તેને જૈવ સંદીપ્તિ કહે છે. આગિયાના શરીરમાં રાસાયણિક સંયોજન દરમિયાન પરમાણુઓ ઉત્તેજના-ઊર્જા મેળવે છે. આવા ઉત્તેજિત પરમાણુ-ઊર્જાનું પ્રકાશ સ્વરૂપે ઉત્સર્જન થાય છે.

સૂર્ય અને તારાઓમાં ન્યૂક્લિયર સંલયનની પ્રક્રિયા ચાલતી હોય છે. તેમાં એક પ્રોટૉન(હાઇડ્રોજન ન્યૂક્લિયસ)નું બીજા પ્રોટૉન સાથે અતિ ઊંચા તાપમાને સંલયન થતાં ઊર્જા મુક્ત થાય છે, જે ઉષ્મા અને પ્રકાશ સ્વરૂપે હોય છે. આવી સંલયનની પ્રક્રિયા ઊર્જાને સૂર્યના અંતર્ભાગ(core)થી સપાટી સુધી લઈ જાય છે. સૂર્યની સપાટી આગળ રહેલા કણો આવા ફોટૉનના શોષણથી ઉત્તેજિત થાય છે. ત્યારબાદ ઉત્તેજના દૂર થતાં પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે. આ પ્રકાશ આપણને પૃથ્વી ઉપર અને અન્યત્ર મળે છે.

ધ્રુવીય જ્યોતિ (aurora) હવાના અણુઓમાંથી ઉત્સર્જિત થતો પ્રકાશ છે. સૂર્યમાંથી વિસ્ફોટને કારણે પેદા થતા અતિઝડપી કણો પૃથ્વી ઉપર આવે છે. હવાના અણુઓ સાથે સંપર્કમાં આવતાં તેઓ ટકરાય છે. તેથી અણુઓ ઉત્તેજિત થાય છે. ત્યારબાદ તે શોષેલી ઊર્જા મુક્ત કરે છે. આવી કણો – અણુઓ વચ્ચેની અથડામણો રાત્રે થાય ત્યારે તેજસ્વી પ્રકાશ જોવા મળે છે.

લેસર (light amplification by stimulated emission of radiation–LASER) એવી પ્રયુક્તિ છે, જેના વડે પ્રકાશની સાંકડી અને પ્રબળ કિરણાવલી (beam) મળે છે. આવી કિરણાવલીમાં બધા જ ફોટૉનની ઊર્જા સમાન હોય છે અને તે બધા એક જ દિશામાં ગતિ કરતા હોય છે. આવા ફોટૉન સમાન કલા (phase) ધરાવતા હોઈ ઊર્જાનો સરવાળો થતાં તીવ્ર પ્રકાશ મળે છે. વૈજ્ઞાનિક સંશોધન, શરીરની શસ્ત્રક્રિયા, ટેલિફોન-સંચારણ જેવા ક્ષેત્રે લેસરનો ઉપયોગ થાય છે. હવે તો ઉદ્યોગો અને લશ્કરમાં પણ લેસરના ઘણા ઉપયોગ થવા લાગ્યા છે.

પાણી તથા દોરીના તરંગો અને પ્રકાશના તરંગો વચ્ચે તરંગલંબાઈ (wave-length), આવૃત્તિ (frequency) અને કંપવિસ્તાર (amplitude) બાબતે સામ્ય છે. બે ક્રમિક શૃંગ અથવા ગર્ત વચ્ચેના અંતરને તરંગલંબાઈ કહે છે. કોઈ એક બિંદુ આગળથી એક સેકન્ડમાં પસાર થતા શૃંગની સંખ્યાને આવૃત્તિ કહે છે. કિરણની શૃંગ કે ગર્તની ઊંચાઈ અથવા ઊંડાઈને કંપવિસ્તાર કહે છે.

આવૃત્તિ અને તરંગલંબાઈ વચ્ચેનો સંબંધ સરળ છે. આવૃત્તિ અને તરંગલંબાઈનો ગુણાકાર તરંગનો વેગ દર્શાવે છે. જેમ તરંગની આવૃત્તિ વધુ તેમ તરંગલંબાઈ ઓછી અને એ જ રીતે ઊલટું, જેમ તરંગની આવૃત્તિ ઓછી તેમ તરંગલંબાઈ વધારે. તરંગ સાથે સંકળાયેલ ઊર્જા તેના કંપવિસ્તાર સાથે સંબંધ ધરાવે છે. જેમ તરંગનો કંપવિસ્તાર વધુ તેમ તેની સાથે સંકળાયેલી ઊર્જા વધુ. પ્રકાશની ઊર્જા તેની આવૃત્તિના સમપ્રમાણમાં હોય છે. પ્રકાશની તરંગલંબાઈ તેનો રંગ નક્કી કરે છે. પ્રકાશની એક વિશિષ્ટતા એ છે કે તેનો શૂન્યાવકાશમાં વેગ મહત્તમ હોય છે. વિશ્વનો કોઈ પણ પદાર્થ પ્રકાશના વેગથી ગતિ કરી શકતો નથી. પ્રકાશનો વેગ શા માટે મહત્તમ છે અને અન્ય પદાર્થોના વેગ કરતાં તે શા માટે વધારે છે તેનું રહસ્ય સમજવા વિજ્ઞાનીઓ કોશિશ કરી રહ્યા છે. શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશના વેગનું એક જ અને મહત્તમ મૂલ્ય છે તે હકીકત આઇન્સ્ટાઇનના સાપેક્ષવાદનો પાયો છે.

પ્રકાશ વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ છે અને તે વિદ્યુતચુંબકીય વર્ણપટનો એક ભાગ છે. ગૅમા કિરણો સૌથી વધારે પ્રબળ હોય છે. વધુ ઉત્તેજિત ન્યૂક્લિયસ ઓછી ઉત્તેજિત અવસ્થામાં આવે ત્યારે ગૅમા-કિરણોનું ઉત્સર્જન થાય છે. સૂર્ય અને તારામાં ચાલતી ન્યૂક્લિયર-પ્રક્રિયા દરમિયાન ગૅમા-કિરણોનું ઉત્સર્જન થાય છે. ક્ષ-કિરણો તેથી ઓછાં પ્રબળ કિરણો છે. તે પરમાણુઓ વધુ ઉત્તેજિત અવસ્થામાંથી ઓછી ઉત્તેજિત અવસ્થામાં આવે ત્યારે ક્ષ-કિરણોનું ઉત્સર્જન થાય છે. ક્ષ-કિરણોની મદદથી તબીબો શરીરના અંતર્ગત ભાગોને જોઈ શકે છે. અગ્નિથી થોડેક દૂર ઊભા રહેતાં જે ગરમી મળે છે તેનું કારણ અધોરક્ત કિરણો છે. સૂક્ષ્મ તરંગો ખોરાકને ગરમ કરે છે. પોલીસ પોતાના રડારમાં રેડિયો-તરંગોનો ઉપયોગ કરે છે. રેડિયો અને દૂરદર્શન મથકથી ઘરમાં રાખેલ રેડિયો કે ટેલિવિઝન વચ્ચેનો સંબંધ રેડિયો-તરંગો જોડી આપે છે. સૂર્યના પ્રકાશને ત્રિપાર્શ્વ કાચમાં થઈને પસાર કરવામાં આવે તો તેનું જાંબલી, નીલા, વાદળી, લીલા, પીળા, નારંગી અને લાલ રંગના પ્રકાશમાં વિઘટન થાય છે. તેથી તેનો સળંગ વર્ણપટ (continuous spectrum) મળે છે. પ્રકાશના બીજા એવા કેટલાક સ્રોત છે, જે સળંગ વર્ણપટ આપતા નથી; જેમ કે, શેરીના દીવા પીળા, વાદળી અને થોડાક ઝાંખા રંગ ધરાવે છે. દીવામાં રહેલા અમુક વાયુના પરમાણુઓ રંગીન પ્રકાશ પેદા કરે છે; જેમ કે, સોડિયમના પરમાણુમાંથી પીળો પ્રકાશ મળે છે. પ્રત્યેક પ્રકારના અણુ કોઈ ચોક્કસ રંગનો જ પ્રકાશ પેદા કરે છે.

શ્વેત પ્રકાશના જુદા જુદા રંગના પ્રકાશને છૂટા પાડવા માટે વર્ણપટમાપક(spectrometer)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

કેટલીક વખત વર્ણપટમાં ખાલી જગા (કાળી રેખા) જોવા મળે છે; કારણ કે તે ખાલી જગાને અનુરૂપ પ્રકાશ વાયુમાં થઈને પસાર થતાં શોષાઈ ગયેલો હોય છે; જેમ કે સૂર્યપ્રકાશને ઊંચી ગુણવત્તાવાળા વર્ણપટમાપકમાં થઈને પસાર કરવામાં આવે છે ત્યારે આવી હજારો ખાલી કાળી રેખાઓ જોવા મળે છે. સૂર્યનો પ્રકાશ, પૃથ્વી ઉપર આવતા સુધીમાં, વાતાવરણના ભિન્ન ભિન્ન પ્રકારના વાયુઓમાં થઈને પસાર થતાં તેના કેટલાક રંગના પ્રકાશનું શોષણ થાય છે. કયા પ્રકારનો પ્રકાશ દૂર થાય છે, તે હકીકત પ્રાયોગિક રીતે જાણી શકાય છે. તે ઉપરથી સદર વાતાવરણમાં કયા પ્રકારના વાયુ-પરમાણુઓ હશે તેનો ખ્યાલ આવે છે.

પ્રકાશના અભ્યાસને પ્રકાશશાસ્ત્ર (optics) કહે છે. પ્રકાશની વર્તણૂક અને તેનાં લક્ષણો સમજાતાં પ્રકાશશાસ્ત્રીય ઉપકરણો બનાવવાનું શક્ય બન્યું છે. આવાં ઉપકરણોની મદદથી વિશ્વનો અભ્યાસ કરવાનું શક્ય બન્યું છે. સૂક્ષ્મદર્શક (microscope) વડે સૂક્ષ્મ કોષોનું અને દૂરબીન (telescope) વડે અતિ દૂરના ગ્રહો, ગૅલેક્સીઓ અને પદાર્થોનું નિરીક્ષણ કરી શકાય છે. પ્રકાશશાસ્ત્રની મદદથી આંખની ર્દષ્ટિનો, આકાશના રંગનો, હીરા અને અન્ય પદાર્થોનો અભ્યાસ કરી શકાય છે.

હવામાં ગતિ કરતું પ્રકાશનું કિરણ પાણી કે કાચ જેવા માધ્યમની સપાટી આગળ પહોંચે છે ત્યારે કેટલીક રસપ્રદ ઘટનાઓ ઘટે છે. આપાત પ્રકાશના કિરણનો કેટલોક ભાગ બીજા માધ્યમની સપાટી આગળથી એ જ માધ્યમમાં પાછો વળે છે, ત્યારે તે ઘટનાને પરાવર્તન (reflection) કહે છે. પ્રકાશનું કિરણ એક માધ્યમમાંથી બીજા પારદર્શક માધ્યમમાં પ્રવેશે છે ત્યારે તે વાંકું વળે છે. આ ઘટનાને વક્રીભવન (refraction) કહે છે. આપાત પ્રકાશના કિરણનો કેટલોક ભાગ સપાટી ઉપરના કે અંદરના અણુઓ વડે શોષાય છે. આ ઘટનાને શોષણ (absorption) કહે છે.

કેટલાંક માધ્યમ એવાં હોય છે, જેમાં થઈને પ્રકાશનાં કિરણો જેવાં ને તેવાં, આરપાર નીકળી જઈ શકે છે. આવા માધ્યમને પારદર્શક (transparent) કહે છે. કેટલાંક માધ્યમ એવાં હોય છે, જેમાં થઈને પસાર થતા પ્રકાશનાં કિરણોનું મિશ્રણ થાય છે. પરિણામે આવા માધ્યમમાંથી સ્પષ્ટ રીતે જોઈ શકાતું નથી. આવા માધ્યમને પારભાસક (translucent) કહે છે. જે માધ્યમ પ્રકાશનાં કિરણોને બિલકુલ રોકી રાખે છે તેને અપારદર્શક (opaque) માધ્યમ કહે છે.

પ્રકાશનું કિરણ અણુ, પરમાણુ કે અન્ય સૂક્ષ્મ કણ પાસેથી પસાર થાય છે, ત્યારે તે ગતિપથની દિશા બદલે છે. આ ઘટનાને પ્રકીર્ણન (scattering) કહે છે. સ્વચ્છ આકાશ વાદળી દેખાય છે; કારણ કે સૂર્યપ્રકાશમાં રહેલા અન્ય રંગના પ્રકાશની સરખામણીમાં વાદળી પ્રકાશનું આપણી તરફ વધારે પ્રકીર્ણન થાય છે. સાંજના સમયે સૂર્ય ક્ષિતિજ પાસે હોય છે ત્યારે આકાશ લાલ દેખાય છે; કારણ કે પ્રકાશ આપણા સુધી પહોંચે ત્યાં સુધીમાં તો તેણે લાલ સિવાયના બધા રંગો ગુમાવી દીધા હોય છે.

સામાન્યત: પ્રકાશ અને બીજા પ્રકારના તરંગો સુરેખ ગતિ કરતા હોય છે. પણ પ્રકાશનો તરંગ તેની તરંગલંબાઈના જેટલી પહોળાઈવાળા રંધ્રમાં થઈને પસાર થાય છે ત્યારે રંધ્રની ધાર આગળ વાંકો વળે છે. પરિણામે સમતલ તરંગ વક્ર-તરંગ બને છે. આ ઘટનાને વિવર્તન (diffraction) કહે છે. વિવર્તનની ઘટના એક રીતે નડતરરૂપ છે. અતિ સૂક્ષ્મ પદાર્થને જોવો હોય તો ઘણી વધારે વિવર્ધનશક્તિ ધરાવતા સૂક્ષ્મદર્શકની જરૂર પડે છે. આવા સૂક્ષ્મદર્શકના ર્દક્કાચની ધાર આગળ પ્રકાશનું વિવર્તન વધુ થાય છે. આથી પદાર્થનું પ્રતિબિંબ ધૂંધળું મળે છે. પ્રકાશ-કિરણના રંગોનો અભ્યાસ કરવા માટે, વિવર્તન-ગ્રેટિંગ પ્રયુક્તિના ઉપયોગથી, વિવર્તનની ઘટના સહાયરૂપ બને છે. પ્રકાશ-કિરણના જુદા જુદા રંગના ઘટકો જુદા જુદા પ્રમાણમાં વિવર્તન પામે છે. લાલ પ્રકાશનું કિરણ સૌથી વધારે અને જાંબલી પ્રકાશનું કિરણ સૌથી ઓછું વિવર્તન પામે છે. વિવર્તન-ગ્રેટિંગની મદદથી કિરણના બધા રંગોને છૂટા પાડી શકાય છે. દૂરબીન સાથે ગ્રેટિંગનો ઉપયોગ કરવાથી તારાના પ્રકાશના રંગો છૂટા પાડી શકાય છે અને તેને આધારે તારામાં કયા પ્રકારનાં દ્રવ્ય છે તેની માહિતી મળે છે.

કોઈ પણ બિંદુ આગળ બે કે વધુ સુસંબદ્ધ (coherent) તરંગો સંપાત થતાં તે બિંદુ આગળ મળતી ભૌતિક અસરને વ્યતિકરણ (interference) કહે છે. વ્યતિકરણના બે પ્રકાર છે : (1) જો એક તરંગનું શૃંગ (crest) બીજા તરંગના શૃંગ ઉપર આપાત થાય અથવા એકનું ગર્ત બીજાના ગર્ત ઉપર આપાત થાય ત્યારે જે પ્રકારનું વ્યતિકરણ મળે છે તેને સહાયક અથવા રચનાત્મક (constructive) વ્યતિકરણ કહે છે. આવા કિસ્સામાં પરિણામી તીવ્રતા મહત્તમ મળે છે. જો એક તરંગનું શૃંગ બીજા તરંગના ગર્ત ઉપર આપાત થાય તો તે રીતે મળતા વ્યતિકરણને વિનાશક (destructive) વ્યતિકરણ કહે છે. આવા કિસ્સામાં પરિણામી તીવ્રતા શૂન્ય અથવા ન્યૂનતમ હોય છે.

પ્રકાશનો તરંગ વિદ્યુત અને ચુંબકીય ઘટકો ધરાવે છે. આ ઘટકો સદિશો વડે દર્શાવાય છે. પ્રકાશના તરંગના આ સદિશોમાં નિયમિત રીતે વધઘટ થતી હોય છે. તે રીતે પ્રકાશના તરંગમાં દોલન રચાય છે. આવાં દોલનોના સદિશો તીર વડે દર્શાવાય છે. આવાં તીર પ્રકાશના કિરણને કાટખૂણે બધી દિશામાં હોય છે. આ પ્રકારના પ્રકાશને અધ્રુવીભૂત (unpolarised) કહે છે. અધ્રુવીભૂત પ્રકાશને ટુર્મેલિન જેવા સ્ફટિકમાં થઈને પસાર કરવામાં આવે છે ત્યારે તેની ર્દગ્-અક્ષ(optic axis)ને સમાંતર દોલનો પસાર થાય છે. બાકીનાં બીજાં બધાં દોલનો રોકાઈ જાય છે. ટુર્મેલિન પ્લેટમાંથી આ રીતે બહાર નીકળતાં પ્રકાશનાં દોલનો એક જ સમતલમાં એકબીજાંને સમાંતર ગોઠવાયેલાં જોવા મળે છે. આવા પ્રકાશને ધ્રુવીભૂત (polarised) કહે છે. સનગ્લાસમાંથી અધ્રુવીભૂત પ્રકાશ પસાર થાય છે ત્યારે તે ધ્રુવીભૂત થાય છે. તેમ થતાં કેટલાંક દોલનો રોકાઈ જાય છે. એટલે સનગ્લાસમાંથી નીકળતા પ્રકાશની તીવ્રતા ઘટી જાય છે. માટે ઉનાળામાં સનગ્લાસનો ઉપયોગ હિતાવહ ગણાય છે. પારદર્શક માધ્યમની સપાટી ઉપર નિશ્ચિત કોણે પ્રકાશનું કિરણ આપાત કરવામાં આવતાં પરાવર્તિત કિરણનું ધ્રુવીભવન થાય છે.

પ્રકાશના કિરણમાંથી જુદા જુદા રંગના પ્રકાશને છૂટા પાડવાની ઘટનાને વિઘટન (dispersion) કહે છે. ત્રિપાર્શ્વ કાચમાં થઈને શ્વેત પ્રકાશને પસાર કરવાથી તેનું વિવિધ રંગના પ્રકાશમાં વિઘટન થાય છે અને તે રીતે વર્ણપટ રચાય છે. જુદા જુદા રંગના પ્રકાશનું વક્રીભવન જુદા જુદા પ્રમાણમાં થાય છે. આથી વર્ણપટમાં રંગો છવાયેલા રહે છે. વિવર્તન અને પ્રકીર્ણનની પ્રક્રિયામાં પણ પ્રકાશનું વિઘટન થાય છે.

પ્રકાશ વડે રાસાયણિક અસરો પણ થતી હોય છે. પ્રકાશની ઊર્જા વડે કેટલાક પદાર્થોની સપાટી ઉપર રાસાયણિક ફેરફાર થાય છે; જેમ કે ફોટોગ્રાફિક પ્લેટ ઉપરના સિલ્વરના અણુઓ ઉપર પ્રકાશની ઊર્જા વડે ફેરફાર થતાં પ્રતિબિંબ ઊપસે છે. પ્રકાશ આંખના ર્દષ્ટિપટલ ઉપરના રસાયણને બદલે છે. તેથી જ તો સંકેતો (signals) પેદા થાય છે. વનસ્પતિ પ્રકાશની ઊર્જા મેળવીને પ્રકાશ-સંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દ્વારા પોતાનો ખોરાક તૈયાર કરે છે.

કેટલાક પદાર્થો એવા હોય છે જેમની સપાટી ઉપર યોગ્ય આવૃત્તિનો પ્રકાશ આપાત કરવાથી તેની સપાટીના અણુઓમાંથી ઇલેક્ટ્રૉન મુક્ત થાય છે. આ ઘટનાને ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર કહે છે. કેટલીક પ્રયુક્તિઓમાં આવા મુક્ત ઇલેક્ટ્રૉન વડે વિદ્યુત-પ્રવાહ રચાય છે. સૌર-કોષ (solar cell) ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઘટનાના સિદ્ધાંત ઉપર કાર્ય કરે છે. કેટલાક પદાર્થોને પ્રકાશિત કરવાથી તે વિદ્યુતના સારા વાહક બને છે. આવા પદાર્થોને ફોટો-સુવાહક કહે છે.

પ્રકાશની તેજસ્વિતા(brightness)ને જુદા જુદા એકમો વડે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. તેનો એકમ કૅન્ડેલા છે. પ્રકાશની તીવ્રતા માટે લ્યૂમેન એકમનો ઉપયોગ થાય છે.

આનંદ પ્ર. પટેલ