Elektromagnetische straling
TheorieEdit
Maxwells vergelijkingenEdit
James Clerk Maxwell leidde een golfvorm af van de elektrische en magnetische vergelijkingen en legde zo het golfachtige karakter van elektrische en magnetische velden en hun symmetrie bloot. Omdat de door de golfvergelijking voorspelde snelheid van EM-golven samenviel met de gemeten snelheid van het licht, concludeerde Maxwell dat licht zelf een EM-golf is. Maxwells vergelijkingen werden bevestigd door Heinrich Hertz door middel van experimenten met radiogolven.
Volgens Maxwells vergelijkingen gaat een ruimtelijk variërend elektrisch veld altijd gepaard met een magnetisch veld dat in de tijd verandert. Evenzo gaat een ruimtelijk variërend magnetisch veld gepaard met specifieke veranderingen in de tijd van het elektrisch veld. Bij een elektromagnetische golf gaan de veranderingen in het elektrisch veld altijd gepaard met een golf in het magnetisch veld in één richting, en omgekeerd. Dit verband tussen de twee doet zich voor zonder dat een van beide veldtypen het andere veroorzaakt; integendeel, zij komen samen voor op dezelfde wijze als tijd- en ruimteveranderingen samen voorkomen en met elkaar verbonden zijn in de speciale relativiteit. In feite kunnen magnetische velden worden gezien als elektrische velden in een ander referentiekader, en elektrische velden kunnen worden gezien als magnetische velden in een ander referentiekader, maar ze hebben dezelfde betekenis omdat de natuurkunde in alle referentiekaders hetzelfde is, dus de nauwe relatie tussen ruimte- en tijdveranderingen is hier meer dan een analogie. Samen vormen deze velden een zich voortplantende elektromagnetische golf, die zich in de ruimte voortbeweegt en nooit meer met de bron in wisselwerking hoeft te staan. Het verre EM-veld dat op deze wijze door de versnelling van een lading wordt gevormd, draagt energie met zich mee die door de ruimte “wegstraalt”, vandaar de term.
Nabije en verre veldenEdit
Maxwells vergelijkingen stelden vast dat sommige ladingen en stromen (“bronnen”) in hun nabijheid een lokaal soort elektromagnetisch veld produceren dat niet het gedrag van EMR heeft. Stromen produceren direct een magnetisch veld, maar dit is van het magnetische dipooltype dat uitdooft naarmate men zich verder van de stroom bevindt. Op soortgelijke wijze produceren bewegende ladingen die in een geleider uit elkaar worden gedrukt door een veranderend elektrisch potentiaal (zoals in een antenne) een elektrisch veld van het dipooltype, maar ook dit neemt af met de afstand. Deze velden vormen het nabije veld nabij de EMR-bron. Geen van deze gedragingen is verantwoordelijk voor EM-straling. In plaats daarvan veroorzaken zij elektromagnetische veldgedragingen die alleen efficiënt vermogen overbrengen naar een ontvanger zeer dicht bij de bron, zoals de magnetische inductie binnen een transformator, of het terugkoppelgedrag dat dicht bij de spoel van een metaaldetector plaatsvindt. Kenmerkend is dat nabije velden een krachtig effect hebben op hun eigen bronnen, waardoor een verhoogde “belasting” (verminderde elektrische reactantie) in de bron of zender ontstaat, telkens wanneer energie door een ontvanger aan het EM-veld wordt onttrokken. Anders “propageren” deze velden zich niet vrij de ruimte in, hun energie wegvoerend zonder afstandsbeperking, maar veeleer oscillerend, waarbij zij hun energie aan de zender teruggeven als deze niet door een ontvanger wordt ontvangen.
Het EM verre veld daarentegen bestaat uit straling die vrij is van de zender in die zin dat (in tegenstelling tot het geval in een elektrische transformator) de zender hetzelfde vermogen nodig heeft om deze veranderingen in de velden naar buiten te sturen, of het signaal nu onmiddellijk wordt opgepikt of niet. Dit verafgelegen deel van het elektromagnetische veld is “elektromagnetische straling” (ook wel het verre veld genoemd). De verre velden planten zich voort (stralen uit) zonder dat de zender ze kan beïnvloeden. Hierdoor zijn zij onafhankelijk in die zin dat hun bestaan en hun energie, nadat zij de zender hebben verlaten, volledig onafhankelijk zijn van zowel zender als ontvanger. Wegens behoud van energie is de hoeveelheid energie die door een bolvormig oppervlak rond de bron gaat gelijk. Omdat een dergelijk oppervlak een oppervlakte heeft die evenredig is met het kwadraat van de afstand tot de bron, neemt de vermogensdichtheid van de EM-straling altijd af met het omgekeerde kwadraat van de afstand tot de bron; dit wordt de omgekeerd-kwadraatwet genoemd. Dit in tegenstelling tot de dipoolvormige delen van het EM-veld dicht bij de bron (het nabije veld), waarvan het vermogen varieert volgens een omgekeerde kubieke machtswet, en die dus geen behouden hoeveelheid energie over afstanden transporteren, maar in plaats daarvan met de afstand afnemen, waarbij de energie (zoals opgemerkt) snel terugkeert naar de zender of wordt geabsorbeerd door een nabije ontvanger (zoals een secundaire spoel van een transformator).
Het verre veld (EMR) is voor zijn productie afhankelijk van een ander mechanisme dan het nabije veld, en van andere termen in de vergelijkingen van Maxwell. Terwijl het magnetische deel van het nabije veld het gevolg is van stromen in de bron, is het magnetische veld in EMR alleen het gevolg van de plaatselijke verandering in het elektrische veld. Op soortgelijke wijze is het elektrische veld in het nabije veld het directe gevolg van de ladingen en de ladingsscheiding in de bron, terwijl het elektrische veld in EMR het gevolg is van een verandering in het plaatselijke magnetische veld. Beide processen voor het produceren van elektrische en magnetische EMR-velden hebben een andere afhankelijkheid van de afstand dan de nabij-veld dipool elektrische en magnetische velden. Daarom wordt het EMR-type EM-veld dominant in vermogen “ver” van bronnen. De term “ver van bronnen” verwijst naar hoe ver van de bron (bewegend met de snelheid van het licht) enig deel van het naar buiten bewegende EM-veld zich bevindt, tegen de tijd dat de bronstromen worden veranderd door het variërende bronpotentiaal, en de bron dus is begonnen een naar buiten bewegend EM-veld van een andere fase op te wekken.
Een compactere opvatting van EMR is dat het verre veld dat EMR vormt in het algemeen dat deel van het EM-veld is dat voldoende afstand van de bron heeft afgelegd, dat het volledig losgekoppeld is geraakt van enige terugkoppeling naar de ladingen en stromen die er oorspronkelijk verantwoordelijk voor waren. Nu onafhankelijk van de bronladingen, is het EM veld, naarmate het verder weg beweegt, alleen afhankelijk van de versnellingen van de ladingen die het veroorzaakten. Het heeft niet langer een sterk verband met de directe velden van de ladingen, of met de snelheid van de ladingen (stromen).
In de Liénard-Wiechert potentiaalformulering van de elektrische en magnetische velden ten gevolge van de beweging van een enkel deeltje (volgens de vergelijkingen van Maxwell) zijn de termen die geassocieerd zijn met de versnelling van het deeltje, verantwoordelijk voor het deel van het veld dat als elektromagnetische straling wordt beschouwd. De term die samenhangt met het veranderende statische elektrische veld van het deeltje en de magnetische term die voortvloeit uit de uniforme snelheid van het deeltje, worden daarentegen beide in verband gebracht met het elektromagnetische nabije veld, en omvatten geen EM-straling.
EigenschappenEdit
Elektrodynamica is de fysica van elektromagnetische straling, en elektromagnetisme is het fysische verschijnsel dat samenhangt met de theorie van de elektrodynamica. Elektrische en magnetische velden gehoorzamen aan de eigenschappen van superpositie. Aldus draagt een veld veroorzaakt door een bepaald deeltje of door een in de tijd variërend elektrisch of magnetisch veld bij tot de velden die in dezelfde ruimte aanwezig zijn ten gevolge van andere oorzaken. Aangezien het vectorvelden zijn, tellen alle vectoren van magnetische en elektrische velden bij elkaar op volgens de vectoroptelling. In de optica bijvoorbeeld kunnen twee of meer coherente lichtgolven op elkaar inwerken en door constructieve of destructieve interferentie een resulterende irradiantie opleveren die afwijkt van de som van de samenstellende irradianties van de afzonderlijke lichtgolven.
De elektromagnetische velden van licht worden niet beïnvloed door het reizen door statische elektrische of magnetische velden in een lineair medium, zoals een vacuüm. In niet-lineaire media, zoals sommige kristallen, kunnen echter interacties optreden tussen licht en statische elektrische en magnetische velden – deze interacties omvatten het Faraday-effect en het Kerr-effect.
Bij breking verandert de snelheid en richting van een golf die van het ene medium naar een ander met een andere dichtheid gaat, bij het binnengaan van het nieuwe medium. De verhouding van de brekingsindices van de media bepaalt de mate van breking, en wordt samengevat door de wet van Snell. Licht van samengestelde golflengten (natuurlijk zonlicht) valt uiteen in een zichtbaar spectrum dat door een prisma gaat, vanwege de golflengte-afhankelijke brekingsindex van het prismamateriaal (dispersie); dat wil zeggen dat elke samenstellende golf binnen het samengestelde licht een verschillende mate wordt afgebogen.
EM-straling vertoont tegelijkertijd golfeigenschappen en deeltjeseigenschappen (zie golf-deeltje dualiteit). Zowel golf- als deeltjeseigenschappen zijn in vele experimenten bevestigd. Golfeigenschappen zijn duidelijker wanneer EM-straling wordt gemeten over relatief grote tijdschalen en over grote afstanden, terwijl deeltjeseigenschappen duidelijker zijn wanneer kleine tijdschalen en afstanden worden gemeten. Wanneer bijvoorbeeld elektromagnetische straling door materie wordt geabsorbeerd, zullen deeltjeseigenschappen duidelijker zijn wanneer het gemiddelde aantal fotonen in de kubus van de relevante golflengte veel kleiner is dan 1. Het is niet zo moeilijk om experimenteel een niet-uniforme afzetting van energie waar te nemen wanneer licht wordt geabsorbeerd, maar dit alleen is geen bewijs van “deeltjes”-gedrag. Het weerspiegelt veeleer de quantum aard van materie. Het aantonen dat het licht zelf gekwantiseerd is, en niet alleen zijn interactie met materie, is een subtielere zaak.
Sommige experimenten tonen zowel het golf- als het deeltjeskarakter van elektromagnetische golven aan, zoals de zelfinterferentie van een enkel foton. Wanneer een enkel foton door een interferometer wordt gestuurd, doorloopt het beide paden, interfereert met zichzelf, zoals golven doen, maar wordt slechts eenmaal gedetecteerd door een fotomultiplicator of een andere gevoelige detector.
Een kwantumtheorie van de interactie tussen elektromagnetische straling en materie zoals elektronen wordt beschreven door de theorie van de kwantum-elektrodynamica.
Elektromagnetische golven kunnen worden gepolariseerd, gereflecteerd, afgebogen, diffracted of met elkaar interfereren.
GolfmodelEdit
In homogene, isotrope media is elektromagnetische straling een transversale golf, hetgeen betekent dat de trillingen loodrecht staan op de richting van de energieoverdracht en de verplaatsing. De elektrische en magnetische delen van het veld staan in een vaste sterkteverhouding tot elkaar om te voldoen aan de twee Maxwell-vergelijkingen die aangeven hoe het ene uit het andere wordt geproduceerd. In media zonder dissipatie (zonder verlies) zijn deze E- en B-velden ook in fase, waarbij beide maxima en minima bereiken op dezelfde punten in de ruimte (zie illustraties). Een veel voorkomende misvatting is dat de E en B velden in elektromagnetische straling uit fase zijn omdat een verandering in het ene veld het andere veroorzaakt, en dit zou een faseverschil tussen beide als sinusvormige functies opleveren (zoals inderdaad gebeurt bij elektromagnetische inductie, en in het nabije veld dicht bij antennes). In de EM-straling in het verre veld, die wordt beschreven door de twee bronloze Maxwell-kruloperatorvergelijkingen, is een correctere beschrijving echter dat een tijdsverandering in het ene veldtype evenredig is met een ruimteverandering in het andere. Deze afgeleiden vereisen dat de E en B velden in EMR in fase zijn (zie het wiskundige gedeelte hieronder).
Een belangrijk aspect van de aard van licht is zijn frequentie. De frequentie van een golf is de mate van oscillatie en wordt gemeten in hertz, de SI-eenheid van frequentie, waarbij één hertz gelijk is aan één oscillatie per seconde. Licht heeft gewoonlijk meerdere frequenties die bij elkaar opgeteld de resulterende golf vormen. Verschillende frequenties ondergaan verschillende brekingshoeken, een verschijnsel dat dispersie wordt genoemd.
Een monochromatische golf (een golf met een enkele frequentie) bestaat uit opeenvolgende dalen en kammen, en de afstand tussen twee aangrenzende kammen of kammen wordt de golflengte genoemd. De golven van het elektromagnetisch spectrum variëren in grootte, van zeer lange radiogolven langer dan een continent tot zeer korte gammastralen kleiner dan atoomkernen. De frequentie is omgekeerd evenredig met de golflengte, volgens de vergelijking:
v = f λ {\displaystyle v=f\lambda }
waarbij v de snelheid van de golf is (c in een vacuüm of minder in andere media), f de frequentie en λ de golflengte. Wanneer golven de grenzen tussen verschillende media overschrijden, verandert hun snelheid, maar hun frequentie blijft constant.
Elektromagnetische golven in de vrije ruimte moeten oplossingen zijn van de elektromagnetische golfvergelijking van Maxwell. Er zijn twee hoofdklassen van oplossingen bekend, namelijk vlakke golven en sferische golven. De vlakke golven kunnen worden beschouwd als het beperkende geval van sferische golven op een zeer grote (idealiter oneindige) afstand van de bron. Beide soorten golven kunnen een golfvorm hebben die een willekeurige tijdsfunctie is (zolang deze voldoende differentieerbaar is om in overeenstemming te zijn met de golfvergelijking). Zoals elke tijdsfunctie kan deze door middel van Fourieranalyse worden ontleed in zijn frequentiespectrum, of individuele sinusoïdale componenten, die elk een enkele frequentie, amplitude en fase bevatten. Van een dergelijke componentgolf wordt gezegd dat hij monochromatisch is. Een monochromatische elektromagnetische golf kan worden gekarakteriseerd door zijn frequentie of golflengte, zijn piekamplitude, zijn fase ten opzichte van een referentiefase, zijn voortplantingsrichting en zijn polarisatie.
Interferentie is de superpositie van twee of meer golven die een nieuw golfpatroon oplevert. Als de velden componenten in dezelfde richting hebben, interfereren zij constructief, terwijl tegengestelde richtingen destructieve interferentie veroorzaken. Een voorbeeld van interferentie door EMV is elektromagnetische interferentie (EMI) of, zoals het meer algemeen wordt genoemd, radiofrequente interferentie (RFI). Bovendien kunnen meerdere polarisatiesignalen worden gecombineerd (d.w.z. geïnterfereerd) om nieuwe polarisatietoestanden te vormen, wat bekend staat als het genereren van parallelle polarisatietoestanden.
De energie in elektromagnetische golven wordt soms stralingsenergie genoemd.
Deeltjesmodel en kwantumtheorieEdit
Een anomalie ontstond aan het eind van de 19e eeuw, waarbij sprake was van een tegenstrijdigheid tussen de golftheorie van licht en metingen van de elektromagnetische spectra die werden uitgezonden door thermische stralers die bekend staan als zwarte lichamen. Natuurkundigen worstelden vele jaren zonder succes met dit probleem. Het werd later bekend als de ultraviolet catastrofe. In 1900 ontwikkelde Max Planck een nieuwe theorie over straling van zwarte lichamen die het waargenomen spectrum verklaarde. Planck’s theorie was gebaseerd op het idee dat zwarte lichamen licht (en andere elektromagnetische straling) alleen uitzenden als afzonderlijke bundels of pakketten energie. Deze pakketjes werden quanta genoemd. In 1905 stelde Albert Einstein voor om lichtquanta als echte deeltjes te beschouwen. Later kreeg het lichtdeeltje de naam foton, om aan te sluiten bij andere deeltjes die rond die tijd werden beschreven, zoals het elektron en het proton. Een foton heeft een energie, E, evenredig met zijn frequentie, f, door
E = h f = h c λ {\displaystyle E=hf={\frac {hc}{lambda }},\!}
waarbij h de constante van Planck is, λ {\displaystyle \lambda }
is de golflengte en c is de snelheid van het licht. Dit wordt ook wel de vergelijking van Planck en Einstein genoemd. In de kwantumtheorie (zie eerste kwantisatie) is de energie van de fotonen dus recht evenredig met de frequentie van de EMV-golf.
Zo is ook het momentum p van een foton evenredig met zijn frequentie en omgekeerd evenredig met zijn golflengte:
p = E c = h f c = h λ . {Displaystyle p={E \over c}={hf \over c}={h \over \lambda }.}
De bron van Einsteins voorstel dat licht uit deeltjes bestaat (of zich onder bepaalde omstandigheden als deeltjes kan gedragen) was een experimentele anomalie die niet door de golftheorie werd verklaard: het foto-elektrisch effect, waarbij licht dat op een metalen oppervlak valt elektronen van het oppervlak wegschiet, waardoor onder een toegepaste spanning een elektrische stroom gaat lopen. Experimentele metingen toonden aan dat de energie van de afzonderlijke uitgeworpen elektronen evenredig was met de frequentie, en niet met de intensiteit, van het licht. Bovendien vloeide er onder een bepaalde minimumfrequentie, die afhing van het metaal in kwestie, geen stroom, ongeacht de intensiteit. Deze waarnemingen leken in strijd te zijn met de golftheorie, en jarenlang probeerden natuurkundigen tevergeefs een verklaring te vinden. In 1905 verklaarde Einstein dit raadsel door de deeltjestheorie van licht nieuw leven in te blazen om het waargenomen effect te verklaren. Vanwege het overwicht aan bewijs ten gunste van de golftheorie, werden Einsteins ideeën aanvankelijk echter met grote scepsis ontvangen door gevestigde natuurkundigen. Uiteindelijk werd Einsteins verklaring geaccepteerd toen nieuw deeltjesachtig gedrag van licht werd waargenomen, zoals het Compton effect.
Als een foton door een atoom wordt geabsorbeerd, wordt het atoom geëxciteerd, waardoor een elektron naar een hoger energieniveau wordt getild (een niveau dat gemiddeld verder van de kern is verwijderd). Wanneer een elektron in een geëxciteerd molecuul of atoom naar een lager energieniveau daalt, zendt het een foton licht uit met een frequentie die overeenkomt met het energieverschil. Aangezien de energieniveaus van elektronen in atomen discreet zijn, zendt en absorbeert elk element en elke molecule zijn eigen karakteristieke frequenties uit. Onmiddellijke fotonemissie wordt fluorescentie genoemd, een soort fotoluminescentie. Een voorbeeld is zichtbaar licht dat wordt uitgezonden door fluorescerende verf, als reactie op ultraviolet licht (blacklight). Er zijn vele andere fluorescerende emissies bekend in andere spectrale banden dan zichtbaar licht. Vertraagde emissie wordt fosforescentie genoemd.
Golf-deeltje dualiteitEdit
De moderne theorie die de aard van licht verklaart, omvat het begrip golf-deeltje dualiteit. Meer in het algemeen stelt de theorie dat alles zowel een deeltjes- als een golfkarakter heeft, en dat verschillende experimenten kunnen worden uitgevoerd om het een of het ander aan het licht te brengen. Het deeltjeskarakter kan gemakkelijker worden vastgesteld met behulp van een voorwerp met een grote massa. Een gedurfde stelling van Louis de Broglie in 1924 bracht de wetenschappelijke gemeenschap tot het inzicht dat materie (b.v. elektronen) ook golf-deeltje dualiteit vertoont.
Golf- en deeltjeseffecten van elektromagnetische stralingEdit
Golf- en deeltjeseffecten verklaren samen volledig de emissie- en absorptiespectra van EM-straling. De materie-samenstelling van het medium waar het licht doorheen reist bepaalt de aard van het absorptie- en emissiespectrum. Deze banden komen overeen met de toegestane energieniveaus in de atomen. Donkere banden in het absorptiespectrum zijn het gevolg van de atomen in een tussenliggend medium tussen bron en waarnemer. De atomen absorberen bepaalde frequenties van het licht tussen de bron en de detector/het oog, en zenden deze vervolgens in alle richtingen uit. Een donkere band verschijnt voor de detector, als gevolg van de straling die uit de bundel wordt verstrooid. Donkere banden in het licht dat door een verre ster wordt uitgezonden, zijn bijvoorbeeld te wijten aan de atomen in de atmosfeer van de ster. Een soortgelijk verschijnsel doet zich voor bij emissie, dat wordt waargenomen wanneer een emitterend gas oplicht door excitatie van de atomen als gevolg van een willekeurig mechanisme, waaronder warmte. Wanneer de elektronen afdalen naar lagere energieniveaus, wordt een spectrum uitgezonden dat de sprongen tussen de energieniveaus van de elektronen weergeeft, maar er worden lijnen gezien omdat ook hier de emissie slechts bij bepaalde energieën na excitatie plaatsvindt. Een voorbeeld is het emissiespectrum van nevels. Snel bewegende elektronen worden het sterkst versneld wanneer zij een krachtgebied tegenkomen, zodat zij verantwoordelijk zijn voor het produceren van veel van de elektromagnetische straling met de hoogste frequentie die in de natuur wordt waargenomen.
Deze verschijnselen kunnen behulpzaam zijn bij verschillende chemische bepalingen voor de samenstelling van gassen die van achteren worden verlicht (absorptiespectra) en voor gloeiende gassen (emissiespectra). Spectroscopie bepaalt (bijvoorbeeld) uit welke chemische elementen een bepaalde ster bestaat. Spectroscopie wordt ook gebruikt bij de bepaling van de afstand van een ster, met behulp van de roodverschuiving.
VermogensnelheidEdit
Wanneer een draad (of een ander geleidend voorwerp zoals een antenne) wisselstroom geleidt, wordt elektromagnetische straling voortgeplant met dezelfde frequentie als de stroom. In veel van dergelijke situaties is het mogelijk een elektrisch dipoolmoment vast te stellen dat ontstaat door scheiding van ladingen als gevolg van de opwindende elektrische potentiaal, en dit dipoolmoment oscilleert in de tijd, als de ladingen heen en weer bewegen. Deze oscillatie bij een bepaalde frequentie geeft aanleiding tot wisselende elektrische en magnetische velden, die vervolgens de elektromagnetische straling in beweging zetten.
Op kwantumniveau wordt elektromagnetische straling geproduceerd wanneer het golfpakket van een geladen deeltje oscilleert of anderszins versnelt. Geladen deeltjes in een stationaire toestand bewegen niet, maar een superpositie van dergelijke toestanden kan resulteren in een overgangstoestand die een elektrisch dipoolmoment heeft dat oscilleert in de tijd. Dit oscillerende dipoolmoment is verantwoordelijk voor het verschijnsel van de radiatieve overgang tussen kwantumtoestanden van een geladen deeltje. Dergelijke toestanden doen zich (bijvoorbeeld) voor in atomen wanneer fotonen worden uitgestraald wanneer het atoom van de ene stationaire toestand naar de andere overgaat.
Als golf wordt licht gekenmerkt door een snelheid (de snelheid van het licht), golflengte en frequentie. Als deeltjes is licht een stroom van fotonen. Elk heeft een energie die gerelateerd is aan de frequentie van de golf, gegeven door Plancks relatie E = hf, waarbij E de energie van het foton is, h de constante van Planck, 6,626 × 10-34 J-s, en f de frequentie van de golf.
Een regel wordt ongeacht de omstandigheden nageleefd: EM-straling in een vacuüm reist met de snelheid van het licht, ten opzichte van de waarnemer, ongeacht de snelheid van de waarnemer. (Deze waarneming leidde tot Einsteins ontwikkeling van de speciale relativiteitstheorie.)In een medium (anders dan vacuüm) wordt, afhankelijk van frequentie en toepassing, gekeken naar de snelheidsfactor of de brekingsindex. Beide zijn verhoudingen van de snelheid in een medium tot de snelheid in een vacuüm.
Speciale relativiteitstheorieEdit
Tegen het einde van de negentiende eeuw konden verschillende experimentele anomalieën niet worden verklaard door de eenvoudige golftheorie. Een van deze anomalieën betrof een controverse over de snelheid van het licht. De door de vergelijkingen van Maxwell voorspelde snelheid van licht en andere EMV verscheen niet, tenzij de vergelijkingen werden gewijzigd op een wijze die voor het eerst werd voorgesteld door FitzGerald en Lorentz (zie geschiedenis van de speciale relativiteit), of anders zou die snelheid afhangen van de snelheid van de waarnemer ten opzichte van het “medium” (de zogenaamde lichtgevende aether) dat de elektromagnetische golf zou “dragen” (op een wijze die analoog is aan de wijze waarop lucht geluidsgolven draagt). Bij experimenten werd geen waarnemerseffect gevonden. In 1905 stelde Einstein voor dat ruimte en tijd snelheidsveranderlijke entiteiten bleken te zijn voor de voortplanting van licht en alle andere processen en wetten. Deze veranderingen verklaarden de constantheid van de lichtsnelheid en alle elektromagnetische straling, vanuit het gezichtspunt van alle waarnemers – zelfs die in relatieve beweging.