Promieniowanie elektromagnetyczne
TheoryEdit
Równania MaxwellaEdit
James Clerk Maxwell wyprowadził falową postać równań elektrycznych i magnetycznych, odkrywając w ten sposób falową naturę pól elektrycznych i magnetycznych oraz ich symetrię. Ponieważ prędkość fal EM przewidywana przez równanie falowe pokrywała się ze zmierzoną prędkością światła, Maxwell doszedł do wniosku, że światło samo w sobie jest falą EM. Równania Maxwella zostały potwierdzone przez Heinricha Hertza poprzez eksperymenty z falami radiowymi.
Zgodnie z równaniami Maxwella, zmienne przestrzennie pole elektryczne jest zawsze związane ze zmieniającym się w czasie polem magnetycznym. Podobnie, przestrzennie zmienne pole magnetyczne jest związane z określonymi zmianami w czasie w polu elektrycznym. W fali elektromagnetycznej, zmianom pola elektrycznego zawsze towarzyszy fala w polu magnetycznym w jednym kierunku i odwrotnie. Ta relacja między nimi występuje bez żadnego rodzaju pola powodującego drugi; raczej występują one razem w taki sam sposób, jak zmiany w czasie i przestrzeni występują razem i są wzajemnie powiązane w szczególnej względności. W rzeczywistości pola magnetyczne mogą być postrzegane jako pola elektryczne w innym układzie odniesienia, a pola elektryczne mogą być postrzegane jako pola magnetyczne w innym układzie odniesienia, ale mają one jednakowe znaczenie, ponieważ fizyka jest taka sama we wszystkich układach odniesienia, więc ścisły związek między zmianami przestrzeni i czasu jest tutaj czymś więcej niż tylko analogią. Razem pola te tworzą rozchodzącą się falę elektromagnetyczną, która rozchodzi się w przestrzeni i nie musi już nigdy więcej oddziaływać ze źródłem. Odległe pole EM powstałe w ten sposób w wyniku przyspieszenia ładunku niesie ze sobą energię, która „promieniuje” dalej przez przestrzeń, stąd termin.
Pole bliskie i dalekieEdit
Równania Maxwella ustaliły, że niektóre ładunki i prądy („źródła”) wytwarzają w ich pobliżu lokalny rodzaj pola elektromagnetycznego, które nie ma zachowania EMR. Prądy bezpośrednio wytwarzają pole magnetyczne, ale jest to pole typu dipolowego, które zanika w miarę oddalania się od prądu. W podobny sposób ruchome ładunki rozpychane w przewodniku przez zmieniający się potencjał elektryczny (np. w antenie) wytwarzają pole elektryczne typu dipolowego, ale ono również maleje wraz z odległością. Pola te składają się na pole bliskie w pobliżu źródła EMR. Żadne z tych zachowań nie jest odpowiedzialne za promieniowanie EM. Zamiast tego, powodują one zachowanie pola elektromagnetycznego, które tylko skutecznie przekazuje moc do odbiornika znajdującego się bardzo blisko źródła, takie jak indukcja magnetyczna wewnątrz transformatora lub zachowanie sprzężenia zwrotnego, które występuje w pobliżu cewki wykrywacza metalu. Zazwyczaj pola bliskie mają silny wpływ na ich własne źródła, powodując zwiększone „obciążenie” (zmniejszenie reaktancji elektrycznej) w źródle lub nadajniku, za każdym razem, gdy energia jest pobierana z pola EM przez odbiornik. W przeciwnym razie, pola te nie „propagują” swobodnie w przestrzeni, przenosząc swoją energię bez ograniczeń odległości, ale raczej oscylują, zwracając swoją energię do nadajnika, jeśli nie jest odbierana przez odbiornik.
Przez kontrast, EM dalekie pole składa się z promieniowania, które jest wolne od nadajnika w tym sensie, że (w przeciwieństwie do przypadku w transformatorze elektrycznym) nadajnik wymaga tej samej mocy, aby wysłać te zmiany w polach na zewnątrz, czy sygnał jest natychmiast odbierany lub nie. Ta odległa część pola elektromagnetycznego to „promieniowanie elektromagnetyczne” (zwane również polem dalekim). Pola dalekie rozchodzą się (promieniują) nie pozwalając, aby nadajnik miał na nie wpływ. Powoduje to, że są one niezależne w tym sensie, że ich istnienie i ich energia, po opuszczeniu nadajnika, jest całkowicie niezależna zarówno od nadajnika, jak i odbiornika. Ze względu na zachowanie energii, ilość mocy przechodzącej przez dowolną powierzchnię kulistą narysowaną wokół źródła jest taka sama. Ponieważ powierzchnia taka ma pole powierzchni proporcjonalne do kwadratu jej odległości od źródła, gęstość mocy promieniowania EM zawsze maleje z odwrotnością kwadratu odległości od źródła; jest to tzw. prawo odwrotności kwadratu. Jest to w przeciwieństwie do dipolowych części pola EM w pobliżu źródła (bliskie pole), które zmieniają się w mocy zgodnie z prawem mocy odwrotności sześcianu, a zatem nie transportować niezachowaną ilość energii na odległość, ale zamiast tego zanika z odległości, z jego energii (jak wspomniano) szybko wraca do nadajnika lub pochłaniane przez pobliskiego odbiornika (np. cewki wtórnej transformatora).
Dalekie pole (EMR) zależy od innego mechanizmu jego produkcji niż w bliskim polu, a na innych warunkach w równaniach Maxwella. Podczas gdy magnetyczna część pola bliskiego jest ze względu na prądy w źródle, pole magnetyczne w EMR jest ze względu na tylko lokalne zmiany w polu elektrycznym. W podobny sposób, podczas gdy pole elektryczne w polu bliskim wynika bezpośrednio z ładunków i separacji ładunków w źródle, pole elektryczne w EMR wynika ze zmiany lokalnego pola magnetycznego. Oba procesy wytwarzania pól elektrycznych i magnetycznych EMR mają inną zależność od odległości niż dipolowe pola elektryczne i magnetyczne w polu bliskim. Dlatego właśnie pole EMR staje się dominujące w mocy „daleko” od źródeł. Termin „daleko od źródeł” odnosi się do tego, jak daleko od źródła (poruszającego się z prędkością światła) znajduje się jakakolwiek część przemieszczającego się na zewnątrz pola EM, do czasu, gdy prądy źródła są zmieniane przez zmieniający się potencjał źródła, a zatem źródło zaczęło generować przemieszczające się na zewnątrz pole EM o innej fazie.
Bardziej zwarty pogląd na EMR jest to, że dalekie pole, które składa się EMR jest ogólnie rzecz biorąc, że część pola EM, który podróżował wystarczająco daleko od źródła, że stał się całkowicie odłączony od jakiegokolwiek sprzężenia zwrotnego do ładunków i prądów, które były pierwotnie odpowiedzialne za to. Teraz niezależne od ładunków źródłowych, pole EM, w miarę oddalania się, jest zależne jedynie od przyspieszeń ładunków, które je wytworzyły. Nie ma już silnego związku z bezpośrednimi polami ładunków, ani z prędkościami ładunków (prądów).
W potencjalnym sformułowaniu Liénarda-Wiecherta pola elektrycznego i magnetycznego wywołanego ruchem pojedynczej cząstki (zgodnie z równaniami Maxwella), terminy związane z przyspieszeniem cząstki są tymi, które odpowiadają za tę część pola, która jest uważana za promieniowanie elektromagnetyczne. Natomiast człon związany ze zmieniającym się statycznym polem elektrycznym cząstki oraz człon magnetyczny, który wynika z jednostajnej prędkości cząstki, są związane z elektromagnetycznym polem bliskim i nie stanowią promieniowania elektromagnetycznego.
WłaściwościEdit
Elektrodynamika to fizyka promieniowania elektromagnetycznego, a elektromagnetyzm to zjawisko fizyczne związane z teorią elektrodynamiki. Pola elektryczne i magnetyczne podlegają właściwościom superpozycji. Zatem pole wywołane przez dowolną cząstkę lub zmienne w czasie pole elektryczne lub magnetyczne przyczynia się do powstania w tej samej przestrzeni pól wywołanych innymi przyczynami. Ponadto, ponieważ są to pola wektorowe, wszystkie wektory pola magnetycznego i elektrycznego sumują się zgodnie z zasadą dodawania wektorów. Na przykład w optyce dwie lub więcej spójnych fal świetlnych może oddziaływać na siebie i poprzez konstruktywną lub destrukcyjną interferencję dawać wypadkową irradiancję odbiegającą od sumy irradiancji składowych poszczególnych fal świetlnych.
Pola elektromagnetyczne światła nie ulegają zmianie podczas podróży przez statyczne pola elektryczne lub magnetyczne w ośrodku liniowym, takim jak próżnia. Jednak w nieliniowych mediów, takich jak niektóre kryształy, interakcje mogą wystąpić między światłem i statycznych pól elektrycznych i magnetycznych – te interakcje obejmują efekt Faradaya i Kerr effect.
W refrakcji, fala przechodzi z jednego ośrodka do innego o innej gęstości zmienia swoją prędkość i kierunek po wejściu do nowego ośrodka. Stosunek współczynników załamania ośrodków określa stopień załamania, i jest podsumowany przez prawo Snella. Światło o złożonej długości fali (naturalne światło słoneczne) rozprasza się w widmie widzialnym przechodząc przez pryzmat, ze względu na zależny od długości fali współczynnik załamania materiału pryzmatu (dyspersja); to znaczy, że każda fala składowa w świetle złożonym jest ugięta w różnym stopniu.
Promieniowanie EM wykazuje jednocześnie właściwości falowe i cząsteczkowe (patrz dualizm fala-cząstka). Zarówno właściwości falowe, jak i cząsteczkowe zostały potwierdzone w wielu eksperymentach. Właściwości falowe są bardziej widoczne, gdy promieniowanie EM jest mierzone w stosunkowo dużych przedziałach czasowych i na dużych odległościach, natomiast właściwości cząstek są bardziej widoczne przy pomiarach w małych przedziałach czasowych i na małych odległościach. Na przykład, gdy promieniowanie elektromagnetyczne jest absorbowane przez materię, właściwości cząsteczkopodobne będą bardziej oczywiste, gdy średnia liczba fotonów w sześcianie odpowiedniej długości fali jest znacznie mniejsza niż 1. Nie jest tak trudno doświadczalnie zaobserwować nierównomierne odkładanie się energii, gdy światło jest absorbowane, jednak samo to nie jest dowodem na „cząsteczkowe” zachowanie. Raczej, to odzwierciedla kwantową naturę materii. Wykazanie, że światło samo w sobie jest skwantowane, a nie tylko jego interakcja z materią, jest bardziej subtelną sprawą.
Niektóre eksperymenty pokazują zarówno falową, jak i cząsteczkową naturę fal elektromagnetycznych, takich jak samo-interferencja pojedynczego fotonu. Kiedy pojedynczy foton jest wysyłany przez interferometr, przechodzi przez obie ścieżki, interferując ze sobą, tak jak robią to fale, ale jest wykrywany przez fotopowielacz lub inny czuły detektor tylko raz.
Kwantowa teoria oddziaływania między promieniowaniem elektromagnetycznym a materią taką jak elektrony jest opisana przez teorię elektrodynamiki kwantowej.
Fale elektromagnetyczne mogą być spolaryzowane, odbite, załamane, rozproszone lub interferować ze sobą.
Model falowyEdit
W jednorodnych, izotropowych ośrodkach promieniowanie elektromagnetyczne jest falą poprzeczną, co oznacza, że jego oscylacje są prostopadłe do kierunku przekazywania i przemieszczania się energii. Elektryczna i magnetyczna część pola stoją w stałym stosunku sił, aby spełnić dwa równania Maxwella, które określają, jak jedno powstaje z drugiego. W mediach bezrozproszeniowych (bezstratnych), pola E i B są w fazie, a oba osiągają maksima i minima w tych samych punktach przestrzeni (patrz ilustracje). Powszechnie panuje błędne przekonanie, że pola E i B w promieniowaniu elektromagnetycznym są poza fazą, ponieważ zmiana w jednym z nich powoduje zmianę w drugim, a to wytworzyłoby różnicę faz między nimi jako funkcjami sinusoidalnymi (co rzeczywiście ma miejsce w indukcji elektromagnetycznej i w polu bliskim w pobliżu anten). Jednak w przypadku promieniowania EM w polu dalekim, które opisują dwa bezźródłowe równania Maxwella z operatorem krzywizny, bardziej poprawnym opisem jest to, że zmiana czasu w jednym rodzaju pola jest proporcjonalna do zmiany przestrzeni w drugim. Pochodne te wymagają, aby pola E i B w EMR były w fazie (patrz część matematyczna poniżej).
Ważnym aspektem natury światła jest jego częstotliwość. Częstotliwość fali jest jej szybkość oscylacji i jest mierzona w hercach, jednostki SI częstotliwości, gdzie jeden herc jest równy jednej oscylacji na sekundę. Światło ma zazwyczaj wiele częstotliwości, które sumują się tworząc falę wynikową. Różne częstotliwości ulegają różnym kątom załamania, zjawisko znane jako dyspersja.
Fala monochromatyczna (fala o jednej częstotliwości) składa się z następujących po sobie koryt i wzniesień, a odległość między dwoma sąsiednimi korytami lub wzniesieniami nazywana jest długością fali. Fale widma elektromagnetycznego różnią się wielkością, od bardzo długich fal radiowych, dłuższych niż kontynent, do bardzo krótkich promieni gamma, mniejszych niż jądra atomów. Częstotliwość jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali, zgodnie z równaniem:
v = f λ {{displaystyle v=flambda }
gdzie v to prędkość fali (c w próżni lub mniej w innych mediach), f to częstotliwość, a λ to długość fali. Gdy fale przekraczają granice między różnymi ośrodkami, ich prędkości się zmieniają, ale ich częstotliwości pozostają stałe.
Fale elektromagnetyczne w wolnej przestrzeni muszą być rozwiązaniami równania fali elektromagnetycznej Maxwella. Znane są dwie główne klasy rozwiązań, a mianowicie fale płaskie i fale sferyczne. Fale płaskie można traktować jako przypadek graniczny fal kulistych w bardzo dużej (najlepiej nieskończonej) odległości od źródła. Oba rodzaje fal mogą mieć przebieg będący dowolną funkcją czasu (tak długo, jak jest ona wystarczająco różniczkowalna, aby spełnić równanie falowe). Tak jak w przypadku każdej funkcji czasu, można ją rozłożyć za pomocą analizy Fouriera na widmo częstotliwościowe lub poszczególne składowe sinusoidalne, z których każda zawiera pojedynczą częstotliwość, amplitudę i fazę. Mówi się, że taka fala składowa jest monochromatyczna. Monochromatyczna fala elektromagnetyczna może być scharakteryzowana przez jej częstotliwość lub długość fali, jej szczytową amplitudę, fazę względem fazy odniesienia, kierunek propagacji i polaryzację.
Interferencja to superpozycja dwóch lub więcej fal, w wyniku której powstaje nowy wzór fali. Jeżeli pola mają składowe w tym samym kierunku, to interferują konstruktywnie, natomiast przeciwne kierunki powodują interferencję destrukcyjną. Przykładem zakłóceń powodowanych przez EMR są zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) lub bardziej znane jako zakłócenia o częstotliwości radiowej (RFI). Dodatkowo, sygnały o wielu polaryzacjach mogą być łączone (tj. interferowane) w celu utworzenia nowych stanów polaryzacji, co jest znane jako równoległe generowanie stanów polaryzacji.
Energia zawarta w falach elektromagnetycznych jest czasami nazywana energią promieniowania.
Model cząstek i teoria kwantowaEdycja
Pod koniec XIX wieku pojawiła się anomalia polegająca na sprzeczności między falową teorią światła a pomiarami widm elektromagnetycznych, które były emitowane przez promienniki termiczne znane jako ciała czarne. Fizycy zmagali się z tym problemem bezskutecznie przez wiele lat. Później stał się on znany jako katastrofa ultrafioletowa. W 1900 r. Max Planck opracował nową teorię promieniowania ciał czarnych, która wyjaśniała obserwowane widmo. Teoria Plancka opierała się na założeniu, że ciała czarne emitują światło (i inne promieniowanie elektromagnetyczne) tylko w postaci dyskretnych wiązek lub pakietów energii. Pakiety te nazywane były kwantami. W 1905 r. Albert Einstein zaproponował, aby kwanty światła traktować jako rzeczywiste cząstki. Później cząstce światła nadano nazwę foton, aby odpowiadała innym cząstkom opisywanym w tym czasie, takim jak elektron i proton. Foton ma energię, E, proporcjonalną do jego częstotliwości, f, przez
E = h f = h c λ {displaystyle E=hf={frac {hc}{lambda }}.
gdzie h jest stałą Plancka, λ {{displaystyle }
jest długością fali, a c jest prędkością światła. Jest to czasami znane jako równanie Plancka-Einsteina. W teorii kwantowej (patrz pierwsza kwantyzacja) energia fotonów jest więc wprost proporcjonalna do częstotliwości fali EMR.
Podobnie, pęd p fotonu jest również proporcjonalny do jego częstotliwości i odwrotnie proporcjonalny do długości fali:
p = E c = h f c = h λ . {displaystyle p={E f c}={hf f c}={h λ }.}
Źródłem propozycji Einsteina, że światło składa się z cząstek (lub w pewnych okolicznościach może zachowywać się jak cząstki), była eksperymentalna anomalia niewyjaśniona przez teorię falową: efekt fotoelektryczny, w którym światło uderzające w metalową powierzchnię wyrzucało z niej elektrony, powodując przepływ prądu elektrycznego przez przyłożone napięcie. Pomiary eksperymentalne wykazały, że energia pojedynczych wyrzuconych elektronów była proporcjonalna do częstotliwości, a nie do natężenia światła. Co więcej, poniżej pewnej minimalnej częstotliwości, która zależała od konkretnego metalu, prąd nie płynął niezależnie od natężenia. Obserwacje te wydawały się sprzeczne z teorią falową i przez lata fizycy bezskutecznie próbowali znaleźć wyjaśnienie. W 1905 r. Einstein wyjaśnił tę zagadkę, wskrzeszając cząsteczkową teorię światła, aby wyjaśnić zaobserwowany efekt. Jednak ze względu na przewagę dowodów na korzyść teorii fal, pomysły Einsteina spotkały się początkowo z wielkim sceptycyzmem wśród uznanych fizyków. Ostatecznie wyjaśnienie Einsteina zostało zaakceptowane, ponieważ zaobserwowano nowe cząsteczkowe zachowanie światła, takie jak efekt Comptona.
Jak foton jest absorbowany przez atom, wzbudza on atom, podnosząc elektron na wyższy poziom energetyczny (taki, który jest średnio dalej od jądra). Kiedy elektron w wzbudzonej cząsteczce lub atomie schodzi na niższy poziom energetyczny, emituje foton światła o częstotliwości odpowiadającej różnicy energii. Ponieważ poziomy energetyczne elektronów w atomach są dyskretne, każdy pierwiastek i każda cząsteczka emituje i absorbuje swoje własne, charakterystyczne częstotliwości. Natychmiastowa emisja fotonów nazywana jest fluorescencją, rodzajem fotoluminescencji. Przykładem jest światło widzialne emitowane przez farby fluorescencyjne w odpowiedzi na ultrafiolet (czarne światło). Znanych jest wiele innych emisji fluorescencyjnych w innych pasmach spektralnych niż światło widzialne. Emisja opóźniona nazywana jest fosforescencją.
Dwoistość falowo-cząsteczkowaEdit
Współczesna teoria wyjaśniająca naturę światła zawiera pojęcie dualizmu falowo-cząsteczkowego. Ogólniej, teoria ta stwierdza, że wszystko ma zarówno naturę cząstek, jak i fal, a różne eksperymenty mogą być wykonywane w celu wydobycia jednej lub drugiej. Natura cząsteczkowa jest łatwiejsza do zaobserwowania w przypadku obiektu o dużej masie. Śmiała propozycja Louisa de Broglie’a z 1924 roku doprowadziła społeczność naukową do uświadomienia sobie, że materia (np. elektrony) również wykazuje dualizm falowo-cząsteczkowy.
Efekty falowe i cząsteczkowe promieniowania elektromagnetycznegoEdit
Wspólnie efekty falowe i cząsteczkowe w pełni wyjaśniają widma emisji i absorpcji promieniowania EM. Skład materii ośrodka, przez który przechodzi światło, określa charakter widma absorpcji i emisji. Pasma te odpowiadają dozwolonym poziomom energetycznym w atomach. Ciemne pasma w widmie absorpcji wynikają z obecności atomów w ośrodku pośredniczącym pomiędzy źródłem a obserwatorem. Atomy te absorbują pewne częstotliwości światła pomiędzy nadajnikiem a detektorem/oczem, a następnie emitują je we wszystkich kierunkach. Ciemne pasmo pojawia się w detektorze z powodu promieniowania rozproszonego z wiązki. Na przykład ciemne pasma w świetle emitowanym przez odległą gwiazdę są spowodowane przez atomy znajdujące się w atmosferze gwiazdy. Podobne zjawisko występuje w przypadku emisji, którą obserwujemy, gdy emitujący gaz świeci w wyniku wzbudzenia atomów przez dowolny mechanizm, w tym ciepło. Gdy elektrony schodzą na niższe poziomy energetyczne, emitowane jest widmo, które reprezentuje skoki pomiędzy poziomami energetycznymi elektronów, ale linie są widoczne, ponieważ ponownie emisja ma miejsce tylko przy określonych energiach po wzbudzeniu. Przykładem jest widmo emisyjne mgławic. Szybko poruszające się elektrony są najgwałtowniej przyspieszane, gdy napotykają obszar siły, są więc odpowiedzialne za wytwarzanie dużej części promieniowania elektromagnetycznego o najwyższej częstotliwości obserwowanego w przyrodzie.
Zjawiska te mogą być pomocne w różnych chemicznych oznaczeniach składu gazów oświetlonych od tyłu (widma absorpcyjne) i gazów świecących (widma emisyjne). Spektroskopia (na przykład) określa, z jakich pierwiastków chemicznych składa się dana gwiazda. Spektroskopia jest również wykorzystywana przy wyznaczaniu odległości gwiazdy, wykorzystując przesunięcie ku czerwieni.
Prędkość propagacjiEdit
Gdy jakikolwiek przewód (lub inny obiekt przewodzący, taki jak antena) przewodzi prąd zmienny, promieniowanie elektromagnetyczne rozchodzi się z tą samą częstotliwością co prąd. W wielu takich sytuacjach możliwe jest zidentyfikowanie elektrycznego momentu dipolowego, który powstaje w wyniku separacji ładunków z powodu wzbudzającego potencjału elektrycznego, a ten moment dipolowy oscyluje w czasie, ponieważ ładunki poruszają się tam i z powrotem. Oscylacja ta przy danej częstotliwości daje początek zmieniającym się polom elektrycznym i magnetycznym, które następnie wprawiają w ruch promieniowanie elektromagnetyczne.
Na poziomie kwantowym promieniowanie elektromagnetyczne jest wytwarzane, gdy pakiet falowy naładowanej cząstki oscyluje lub w inny sposób przyspiesza. Naładowane cząstki w stanie stacjonarnym nie poruszają się, ale superpozycja takich stanów może prowadzić do powstania stanu przejściowego, który ma elektryczny moment dipolowy oscylujący w czasie. Ten oscylujący moment dipolowy jest odpowiedzialny za zjawisko promienistego przejścia pomiędzy stanami kwantowymi cząstki naładowanej. Takie stany występują (na przykład) w atomach, gdy fotony są wypromieniowywane, gdy atom przechodzi z jednego stanu stacjonarnego do drugiego.
Jako fala, światło charakteryzuje się prędkością (prędkość światła), długością fali i częstotliwością. Jako cząstki, światło jest strumieniem fotonów. Każdy z nich ma energię związaną z częstotliwością fali określoną zależnością Plancka E = hf, gdzie E to energia fotonu, h to stała Plancka, 6,626 × 10-34 J-s, a f to częstotliwość fali.
Jedna zasada jest przestrzegana niezależnie od okoliczności: Promieniowanie EM w próżni przemieszcza się z prędkością światła, względem obserwatora, niezależnie od prędkości obserwatora. (Ta obserwacja doprowadziła do opracowania przez Einsteina teorii szczególnej względności.)W ośrodku (innym niż próżnia), w zależności od częstotliwości i zastosowania, bierze się pod uwagę współczynnik prędkości lub współczynnik załamania światła. Oba te współczynniki są stosunkami prędkości w ośrodku do prędkości w próżni.
Szczególna teoria względnościEdit
Do końca XIX wieku różne anomalie eksperymentalne nie mogły być wyjaśnione przez prostą teorię falową. Jedna z tych anomalii dotyczyła kontrowersji na temat prędkości światła. Prędkość światła i innych EMR przewidywana przez równania Maxwella nie pojawiała się, o ile równania te nie zostały zmodyfikowane w sposób po raz pierwszy zasugerowany przez FitzGeralda i Lorentza (patrz historia szczególnej teorii względności), lub w przeciwnym razie prędkość ta zależałaby od prędkości obserwatora względem „medium” (zwanego eterem świetlnym), które rzekomo „przenosiło” falę elektromagnetyczną (w sposób analogiczny do tego, w jaki powietrze przenosi fale dźwiękowe). Eksperymenty nie wykazały żadnego efektu obserwatora. W 1905 roku Einstein zaproponował, że przestrzeń i czas okazują się być jednostkami zmiennymi pod względem prędkości dla propagacji światła oraz wszystkich innych procesów i praw. Zmiany te tłumaczyły stałość prędkości światła i całego promieniowania elektromagnetycznego z punktu widzenia wszystkich obserwatorów – nawet tych w ruchu względnym.