Çevremizdeki bütün canlı ve cansız varlıkları, yaşadığımız dünyayı ve içinde bu­lunduğumuz evrenin yıldızlarını, gezegenleri­ni görmemizi sağlayan ışıktır. Bir cismi ya kendisi ışık yaydığı ya da başka bir cismin ışığını yansıttığı için görebiliriz. Kendi ürettiği ışığı yayan cisimler, örneğin Güneş, yıldızlar, alev ve elektrik ampulü birer ışık kaynağıdır. Oysa karanlık gökyüzünde parlayan Ay ve gezegenler yalnızca Güneş'in ışığını yansıttık­ları için görülebilir.

Bilim adamlarının yüzlerce yıllık araştırma­ları sonucunda ışığın belirli fizik yasalarına uygun olarak davrandığı bulunmuş ve ışığın t için çeşitli kuramlar yapısını açıklayabilme geliştirilmiştir.

Işığın davranış özelliklerini açıklayan ilk yasa­lardan biri yansıma yasasıdır. İS 1. yüzyılda yaşamış olan Eski Yunan bilginlerinden İs­kenderiyeli Heron, aynadan yansıyan bir ışık ışınının aynayla yaptığı gelme ve yansıma açılarının eşit olduğunu bulmuştu. Bundan yüzyıllar sonra Hollandalı fizikçi Willebrord Snell 1621'de ışığın çok önemli bir başka özelliğini saptadı. Saydam bir ortamdan baş­ka bir saydam ortama örneğin havadan cama ya da sudan havaya geçerken ışığın doğrultu­su değişiyordu. Kırılma denen bu olayın nedeni, ışığın her saydam ortamdaki hızının farklı olmasıdır; örneğin ışığın sudaki hızı havadaki hızından daha azdır. Doğal olarak cam da ışığı kırar. Pencerenin dışındaki bir cisimden gelen ışık bir kez cama girerken, bir kez de camdan çıkarken kırılır. Çünkü ilkinde havadan cama, ikincisinde de camdan havaya geçerek iki kez ortam değiş­tirmiştir. Bu durumda cisimden gelen ışığın gözümüze ulaşıncaya kadar doğrultusundan iyice sapmış olması gerekir. Oysa camın iki yüzeyi birbirine paralel olduğu için, camdan çıkan ışık ışını cama giren ışıkla aynı doğrultu­da yol alır. Bu nedenle, pencere ya da otomobil camı gibi düz bir camın arkasındaki cisimleri yer değiştirmiş olarak değil, gerçek­ten bulundukları noktada görürüz.

Ama camın yüzeyleri paralel olmadığı za­man içinden geçen ışık ışınlarının doğrultusu değişir. Demek ki camın yüzeylerine belli bir eğiklik verilerek, gelen ışık ışınlarını bir araya toplaması ya da birbirinden uzaklaştırması sağlanabilir. Bu amaçla biçimlendirilmiş cam­lara mercek denir. Işık ışınlarını bir araya toplayan yakınsak merceklerin en az bir yüzeyi dışbükey, ışık ışınlarını uzaklaştıran ıraksak merceklerin de gene en az bir yüzeyi içbükeydir. Mercekler gözlük, büyüteç, fo­toğraf makinesi, mikroskop, teleskop gibi optik aygıtların temel öğelerinden biridir.

Bu bulgulardan yola çıkan Nevvton, beyaz ışığın gerçekte gökkuşağındaki bütün renkle­rin karışımından oluştuğu sonucuna vardı. Beyaz ışığın prizmadan geçerken bileşenleri­ne ayrılmasının nedeni, yapısındaki her ren­gin değişik açılarda kırılmasıdır. Örneğin mavi ışınlar kırmızı ışınlardan daha büyük bir açı altında kırılır. TAYF maddesinde bu ilginç konuyla ilgili daha çok bilgi bulabilir­siniz.

Bir cismin rengi, tayfın hangi bölgesindeki ışınları yansıttığına bağlıdır. Bütün renkleri yansıtan cisimler beyaz, bütün renkleri soğu­ran ya da yutan cisimler siyah görünür. Beyaz ışıkla aydınlandığında en çok tayfın yeşil bölgesindeki ışığı yansıtıp öbürlerini soğurdu­ğu için yeşil renkte görünen otlar da, içinde hiç yeşil bulunmayan bir ışıkla aydınlatıldığın­da pek az ışık yansıtacağı için siyaha yakın koyu renkte olacaktır.

Snell'in kırılma yasasını açıklamasından 40 yıl kadar sonra İtalyan fizikçi Francesco Grimaldi (1618-63) ışığın en önemli davranış özelliklerinden biri olan kırınım olayını bul­du. Işığın kırınımını, bir sel yatağında akan suyun yolunun üzerindeki bir taşın çevresin­den dolanarak akmasına benzetebiliriz. Işık da bir engelle karşılaştığında hafifçe bükülür ve keskin bir dönüş yapmasa da köşeleri açık­tan dolanarak yoluna devam eder. Gene de birçok durumda ışığın düz bir çizgi boyun­ca yayıldığını kabul edebiliriz. Işık bu biçimde yayıldığında, bir yüzeydeki aydınlık ve karan­lık bölgeler arasında belirgin bir sınır çizgisi­nin olması gerekir. Oysa titiz bir deney bunun böyle olmadığını gösterecektir. Noktasal de­necek kadar küçük bir delikten geçerek ka­ranlık bir odaya giren ışık bir ekran üzerine düşürüldüğünde, bu yuvarlak ışık lekesini çevreleyen kenar çizgisinin hiç de keskin olmadığı görülür. Ekrandaki ışıklı daire ile gölgeli bölümlerin arasında, aydınlık ve ka­ranlık çemberlerden oluşmuş, bulanık görü­nümlü dar bir kuşak vardır.

Aynı şey gölgeler için de söz konusudur. Bir cisim ne kadar küçük bir ışık kaynağıyla aydınlatılırsa aydınlatılsın, ışığın cismin ke­narlarında kırınıma uğraması nedeniyle göl­gesinin sınırları hiçbir zaman çok keskin olmaz. Bu kırınım olayını açıklamanın tek yolu, ışığın mutlak olarak düz bir çizgi boyun­ca yayılmadığını, hafifçe bükülerek bir enge­lin köşesinden geçebildiğini kabul etmektir.

Işığın yansıması
kırılması ve renklerine ayrıl­ması gibi davranış özelliklerini ortaya koyan ilk çalışmalar, ışığın yapısını açıklığa kavuşturabilmeleri için bilim adamlarına çok değerli veriler sağlamıştı. Nitekim, kuramsal ve de­neysel çalışmalarıyla bu konunun öncülerin­den olan Newton, ışığın parçacıklardan ya da taneciklerden oluştuğunu ileri sürerek ışığın parçacık kuramı'm ortaya attı. Bu görüşe göre ışık parçacıkları minicik mermilere, ışık kaynağı da bu mermilerle yayılım ateşi yapan bir tüfeğe benzetilebilir. Ne var ki Nevvton'ın kuramı ışığın birçok davranışını açıklamakta yetersiz kaldı. Yansıma olayı bu kuramla açıklanabilirdi; ama kırılma olayını açıklaya­bilmek için ışığın sudaki hızının havadaki hızından daha büyük olduğunu kabul etmek gerekiyordu. Fransız fizikçi Leon Foucault' nun 1850'de çok sağlam bir deneyle bunun tam tersini kanıtlaması parçacık kuramının güvenilirliğini büyük ölçüde sarstı. Kaldı ki bu kuram Nevvton'ın zamanında bile bilinen kırınım olayını da açıklayamıyordu.

Newton ile aynı dönemde yaşamış olan Hollandalı bilim adamı Christiaan Huygens, parçacık kuramından birkaç yıl sonra, ışığın yapısını açıklayan yeni bir kuram geliştirdi. Eskiçağlardan beri fizikçiler bütün uzayın ağırlıksız, saydam ve esnek bir maddeyle dolu olduğuna inanıyorlardı. Huygens de ışığın dalga kuramı'nı geliştirirken "esir" denen bu maddenin varlığını temel almıştı. Bu kurama göre, havuza atılan bir taşın su yüzeyini dalga­landırması gibi, ışıklı bir parçacık da çevresini saran esirde her yöne dağılan bir dalga hare­ketini başlatıyordu. Işığın her zaman düz bir çizgi boyunca yayıldığına inanan Nevvton bu görüşe karşı çıktı. Bilinen bütün dalgalar, ör­neğin su ve ses dalgaları bir engelin çevresin­den dolanabildiğine göre, dalgalardan oluşan ışığın da eğri bir yol izleyerek aynı şeyi yapa­bilmesi gerekirdi. Nevvton dalga kuramına bu savla karşı çıkarken kırınım olayını iyi değer­lendirememiş ve ışığın da öbür dalgalar gibi gereğinde bükülebildiğinin bir kanıtı olduğu­nu fark edememişti. Ne var ki, ışığın dalga boyu çok kısa olduğu için bu bükülmenin so­nuçlarını gözleyebilmek öbür dalgalara oranla çok daha güçtür.

Işığın dalgalardan mı, yoksa parçacıklardan mı oluştuğu konusu neredeyse 150 yıl tartışıl­dı. En sonunda İngiliz fizikçi Thomas Young, 19. yüzyılın başlarında yaptığı bir deneyle bu tartışmalara son verdi. Kesinlikle dalgalara özgü olan girişimin ışıkta da gözlendiğini orta­ya koyan bu deneydejn sonra parçacık kuramı yavaş yavaş bilim dünyasından çekildi.

Fotoelektrik etkinin bulunmasından sonra bi­lim adamları, ışığın parçacıklara çok benze­yen davranış özellikleri gösterdiğini bir kez daha kabul etmek zorunda kaldılar. Öte yan­dan ışığın belirgin dalga özellikleri de göz ardı edilemiyordu. Böylece ışığın parçacık kuramı bu kez foton adıyla yeniden gündeme geldi. Ama ışığın girişim, polarılma ve kırınım gibi önemli özelliklerinin Fotonlara dayanan açık­laması henüz tam olarak yapılamamıştır.

Bugün bilim adamları ışığın hem parçacık, hem dalga gibi davrandığını kabul ediyorlar. Bu davranışlardan herhangi birini, örneğin ışığın dalga hareketini kanıtlamak üzere yapı­lan bir deney mutlaka bu amaca uygun sonuç­lanır. Ama, ışığın fotan kuramına uygun ola­rak davrandığını göstermek üzere yapılan de­neyler de bu kez bu beklentiyi doğrular.

Görüldüğü gibi, "ışık nedir?" sorusuna he­nüz tam anlamıyla doyurucu bir yanıt verile­bilmiş değildir. Işığın bütün özelliklerini yal­nızca dalga hareketiyle ya da yalnızca parça­cıklarla açıklayabilir ek en azından şimdilik olanaksızdır.