La luce è il mezzo senza il quale non potremmo vedere niente,
e si propaga anche nel vuoto, senza che nessuno la trasporti.
L'uomo chiama luce tutto ciò che è rilevato dall'occhio.
Il sole, la lampadina,il fuoco, la ghisa fusa emettono luce.
È interpretabile come un'onda elettromagnetica trasversale: oscillazione verticale + propagazione orizzontale.
Per capire come si genera un raggio luminoso dobbiamo far riferimento alla meccanica quantistica, dove si definisce eccitazione la transizione di un sistema ad uno stato quantico di maggiore energia (stato eccitato). Durante l'eccitazione il sistema cattura una quantità discreta di energia dall'ambiente. Successivamente il sistema decade in uno stato energetico inferiore, spontaneamente o per l'influenza di fattori esterni (emissione stimolata, laser, ecc.) e durante questo processo viene rilasciata la stessa quantità di energia accumulata durante l'eccitazione. L'energia liberata ΔE può essere restituita all'ambiente sotto forma di radiazione elettromagnetica con una frequenza pari a f=ΔE/h (h è la costante di Plank) e quindi,a volte, anche di luce visibile.
Vediamo solo le radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d'onda compresa tra i 380 e i 780 nm (1 nm=10-9m).
La luce, come tutte le onde elettromagnetiche, interagisce con la materia. I fenomeni che più comunemente influenzano o impediscono la trasmissione della luce attraverso la materia sono: l'assorbimento, la diffusione (scattering), la riflessione speculare o diffusa, la rifrazione e la diffrazione.
La velocità della luce è legata alle proprietà elettromagnetiche del mezzo in cui si propaga:
precisamente alla permittività elettrica e permeabilità magnetica : 
e nel vuoto diventa: 
che corrisponde alla velocità con cui si propaga la luce nel vuoto.
Che cosa sono i colori e come li vediamo?
Il colore è una percezione sensoriale dovuta alle radiazioni elettromagnetiche che sono in grado di stimolare la retina umana. Ogni colore si distingue grazie alla sua frequenza che il nostro cervello legge e abbina ad un dato colore.
Scomponendo
la luce bianca, per esempio con un prisma, si possono osservare su uno
schermo i diversi colori (rosso, arancione, giallo,verde, azzurro, indaco
e violetto) visti per effetto della stimolazione della retina da parte
delle corrispondenti lunghezze d'onda provenienti dalle diverse zone dello
schermo.
Le sorgenti luminose, come le lampade o i fiammiferi, quando ci colpiscono con la luce, fanno di noi stessi sorgenti luminose passive. Le superfici degli oggetti colpite dalle radiazioni luminose emesse dalle sorgenti di luce diffondono in misura maggiore o minore le radiazioni delle diverse lunghezze d'onda . Questa radiazione diffusa è quella che stimola la retina umana e che fa si che noi possiamo vedere.
La luce può essere interpretata e studiata come un'onda elettromagnetica.
L'energia elettromagnetica può trasferirsi da luogo a luogo per propagazione.
Tale fenomeno di trasferimento di energia può avvenire nello spazio libero
oppure può essere confinato e facilitato utilizzando appropriate linee
di trasmissione (guide d'onda, cavi coassiali ecc.).
Le onde elettromagnetiche, secondo la teoria di Maxwell, sono fenomeni
oscillatori, generalmente di tipo sinusoidale, e sono costituite da due
grandezze che variano periodicamente nel tempo: il campo elettrico ed
il campo magnetico. In condizioni di campo lontano i due campi sono in
fase, ortogonali tra loro e trasversali rispetto alla direzione di propagazione.
La caratteristica fondamentale che distingue i vari campi elettromagnetici
e ne determina le proprietà è la FREQUENZA, che rappresenta il
numero di oscillazioni effettuate dall'onda in un secondo (unità di tempo).
La frequenza si misura in Hertz (Hz).
Strettamente connessa con la frequenza è la LUNGHEZZA D'ONDA, che
è la distanza percorsa dall'onda durante un tempo di oscillazione e corrisponde
alla distanza tra due massimi o due minimi dell'onda.
Queste due grandezze, oltre ad essere tra loro legate, sono a loro volta
connesse con l'ENERGIA trasportata dall'onda: l'energia associata
alla radiazione elettromagnetica è infatti direttamente proporzionale
alla frequenza dell'onda stessa.
Propagazione della luce nei mezzi materiali
Analizzeremo ora cosa accade se un raggio luminoso si propaga in un materiale qualsiasi.
L'acqua e il vetro rallentano la luce a frazioni pari a 3/4 e 2/3 di c, in quanto nel propagarsi nel mezzo materiale
l'onda elettromagnetica interagiasce con i campi elettrici e magnetici degli atomi e pertanto rallenta.
Esistono poi materiali particolari, detti metamateriali, che hanno indice di rifrazione negativo.
La luce sembra rallentare per effetto di urto anelastico: viene assorbita da un atomo del materiale
attraversato che si eccita e restituisce la luce in ritardo e in direzione deviata.
Dal 1995 ha subito una forte accelerazione lo studio dei gas ultrafreddi,
La condensazione di Bose-Einstein in vapori atomici venne osservata per la prima volta nel 1999, quando un gruppo di scienziati guidati da Lene Hau
effettuò un esperimento all'Università di Harvard
inviando un raggio luminoso verso un Condensato di sodio raffreddato a tal punto da raggiungere i pochi
milionesimi di grado sopra lo zero assoluto.
In queste condizioni il corpo si è comportato come un unico atomo. Una volta assorbito il raggio di luce,
esso fu in grado di rallentare la velocità del raggio di luce fino a circa 61 km/h.
Nel gennaio 2003, Mikhail Lukin, assieme a scienziati della Harvard University e dell'Istituto Lebedev di Mosca, riuscirono a fermare completamente la luce dentro un gas di atomi di rubidio
a una temperatura di circa 80 °C: gli atomi, per usare le parole di Lukin, "si comportavano come piccoli specchi" (Dumé, 2003), a causa degli schemi di interferenza di due raggi di "controllo". (Dumé, 2003)
Nel luglio del 2003, all'Università di Rochester Matthew Bigelow, Nick Lepeshkin e Robert Boyd hanno rallentato la luce a temperatura ambiente, in un cristallo di alessandrite,
sfruttando i cambiamenti dell'indice di rifrazione a causa dell'interferenza quantistica.
Usando lunghezze d'onda particolari, sono riusciti a produrre un "antibuco spettrale",
in cui l'assorbimento è maggiore, e dunque alla propagazione superluminale.
Si sono osservate velocità di -800 m/s per un laser che ha emesso un impulso con una lunghezza di
476 nanometri. La velocità negativa indica una propagazione superluminale,
perché gli impulsi sembrano uscire dal cristallo prima di esservi entrati.
