אור

אוֹר, או אור בתחום הנראה הוא קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורך גל הנראה לעין האדם (380-780 ננומטר). במובן רחב יותר אור הוא קרינה אלקטרומגנטית בטווח שבין התת-אדום לעל-סגול, או כל סוג של קרינה אלקטרומגנטית. התחום בפיזיקה העוסק באור ובתופעות הקשורות נקרא אופטיקה.
המאפיינים העיקריים של אור (ושל כל קרינה אלקטרומגנטית) הם עוצמה, קיטוב ואורך גל או תדירות, הקובעים את הצבע. מהירות האור בריק היא קבועה, וקרובה ל-300 אלף קילומטר בשנייה, ובתווך חומרי המהירות קטנה יותר. האור הוא גל אך באופן קוואנטי האנרגיה שלו מגיעה במנות בדידות, כלומר גלי אור לא מגיעים בכל אנרגיה אלא רק בכפולות של יחידת אנרגיה בסיסית של אור שנקראת פוטון. הפוטון הוא חלקיק ומקיים תכונות דואליות. אור כמו כל גל אלקטרומגנטי, ניתן לביטוי חלקיקי זה, כפוטון, נטול מסת מנוחה ונע בממוצע במסילה גאודזית שהיא הדרך הקצרה ביותר בין שתי נקודות במרחב. 
קליטת האור על ידי עין היא תנאי הכרחי לראיה, ולכן אנשים משתמשים בתאורה מלאכותית במקומות בהן עוצמת האור אינה מספיקה. לאור קיימים שימושים רבים בתקשורת ובטכנולוגיה, החל בנרות ועד לתאים פוטואלקטריים.

העת העתיקה

ביוון הקדומה אמפדוקלס ניסה להסביר את האור במסגרת תורת ארבעת היסודות שאותה הגה. הוא שיער שהאור והראייה קשורים לאינטראקציה בין אש השמש לאש שנמצאת בעין. אחריו אוקלידס כתב בספרו אופטיקה את תצפיותיו על מהות האור, ביניהן שהאור נע בקו ישר, חוקי החזרת אור, ופקפוק בהשערה שהאור נובע מהעין.
בהינדואיזם אש היא אחד מחמשת היסודות, והאור נחשב לחלקיקי אש מהירים.

ימי הביניים

בימי הביניים, בתקופה שכונתה תור הזהב של האסלאם ושל המדע הערבי, חלה התקדמות גדולה בחקר האור ובמדע האופטיקה. איבן סהל (Ibn Sahl) חקר עדשות ומראות בעלות עקמומיות, וגילה את חוק סנל, שהוא חוק השבירה של אור בחומר שקוף. איבן אל-היית'ם (965–1040), אשר נחשב לאבי האופטיקה ולחלוץ השיטה המדעית, שיער שהאור הוא חלקיקים הנעים במהירות סופית. משטח מואר מאיר לכל הכוונים, ואת תופעת הראייה הסביר כפגיעה של קרן אור בניצב לעין. הוא ניסח את חוקי השבירה וההחזרה, גם מעדשות ומראות קעורות וקמורות, תוך שימוש במחקריו של איבן סהל, וחקר את תופעות הנפיצה, אור וצל, צבע האור בשקיעה, אשליית ההגדלה של השמש והירח הסמוכים לאופק, וליקוי חמה. מאוחר יותר קוטב אל-דין שירזי (Qotb al-Din Shirazi) עם תלמידיו המשיכו את מחקריו, והיו הראשונים לתת את ההסבר המדויק לתופעת הקשת בענן.

התורה הגלית והתורה החלקיקית

במאה ה-17 התגלו תופעות העקיפה וההתאבכות של האור בניסויים שערכו פרנצ'סקו מריה גרימלדי (Grimaldi) וג'יימס גרגורי. הסברים לא מספקים ניתנו באותה תקופה בידי אייזק ניוטון באמצעות התורה החלקיקית, ובידי כריסטיאן הויגנס באמצעות התורה הגלית של האור. הבדל בולט בין שתי התורות הוא שהתורה החלקיקית גרסה שהאור נע מהר יותר בחומר דחוס, ואילו התורה הגלית טענה שהאור נע לאט יותר בחומר דחוס (שהתברר כנכון). הויגנס ידע כי גלים אינם מסוגלים לנוע בחלל ריק אלא זקוקים לחומר כלשהו, ומכיוון שהאור מגיע אלינו מהחלל שאין בו אוויר, הויגנס שיער שקיים חומר בלתי נראה הממלא את כל החלל ונקרא בשם אתר, השערה שהחזיקה מעמד שנים רבות אך הופרכה מאוחר יותר על ידי אלברט איינשטיין במאמרו "על נקודת מבט היוריסטית בייצור והעברה של אור"
במאה ה-18 הראה לאונרד אוילר שתופעות העקיפה וההתאבכות מוסברות באופן פשוט יותר באמצעות התורה הגלית. רק בתחילת המאה ה-19 זכו התופעות להסבר מספק בתורה הגלית של האור, אשר דחקה רגליה של התורה החלקיקית. התורמים העיקריים היו אוגוסטן ז'אן פרנל, תומאס יאנג וסימאון דני פואסון (Poisson), אשר ערכו חישובים בתורה הגלית שהוכחו בניסויים נוספים, לדוגמה הסבירו באמצעות התורה הגלית את תכונת קיטוב האור. 
בולט ניסוי שני הסדקים של יאנג אשר שימש להוכחת התורה הגלית באותה עת, ומאוחר יותר שימש להוכחת דואליות גל-חלקיק גם של חלקיקי חומר כמו האלקטרון במסגרת תורת הקוונטים.

תאורה ומקורות אור

השמש היא מקור האור העיקרי על פני כדור הארץ. קרינת השמש נובעת מהטמפרטורה הגבוהה שלה, כ-5,500 מעלות צלזיוס, בהתאם לחוק קרינת גוף שחור. גם נורת להט ביתית קורנת מאותה סיבה, אך הטמפרטורה שלה נמוכה יותר, ולכן אורה נוטה לכוון הצבע האדום. עצמים (וכוכבים) בטמפרטורה גבוהה יותר מהשמש קורנים באור הנוטה לכחול. בעלי חיים, לעומת זאת, הנמצאים בטמפרטורה סביב ה-40 מעלות, פולטים קרינה בתחום התת-אדום. אור הנפלט כתוצאה מקרינת גוף שחור הוא בעל ספקטרום רציף, כלומר מכיל את כל הצבעים בתחום רחב. נורת להט למשל מפיצה אור רב גם בתחום התת-אדום שאינו נראה לעין ואינו תורם לתאורה.
אור נפלט כתוצאה ממעברי אנרגיה של אלקטרונים. כאשר אלקטרון חוזר מרמת אנרגיה גבוהה אל רמה נמוכה יותר, הוא פולט פוטון בעל אנרגיה ששווה להפרש האנרגיה בין הרמות, ולכן גם בעל צבע מתאים. רמת אנרגיה יכולה להיות שייכת לאטום בודד או למולקולה. אור שנפלט עקב מעברי אנרגיה בדידים הוא בעל ספקטרום בדיד, ומכיל רק צבעים מסוימים.
מקורות תאורה בדידים הם למשל נורות פריקה, כמו נורת כספית או נורה פלואורסצנטית, אשר אינן מחוממות לטמפרטורה גבוהה כמו נורת להט, אלא מופעלות באמצעות יינון הגז במתח חשמלי גבוה, אשר מקפיץ את האלקטרונים לרמה גבוהה. חזרה של האלקטרונים לרמה הנמוכה פולטת אור בצבעים בדידים.
אור בצבעים שונים נפלט גם בשריפה של חומרים: בוטאן (אחד המרכיבים בגז בישול) מפיץ אור כחול בשריפה בסביבות 500 מעלות, עקב מעברי אנרגיה במולקולת הבוטאן.
נורת LED פועלת באופן דומה, אך רמות האנרגיה שייכות למוליך למחצה ולא לגז מיונן.
לומינסנציה היא פליטת אור מגופים שאינם חמים, כמו ביולומינסנציה, שהיא פליטת אור של יצורים חיים או צמחים − גחליליות ודגי מעמקים למשל, הפולטים אור בשלל צבעים, בהם כחול, ירוק ואדום.
דוגמה נוספת היא קרינה פלואורסצנטית או פוספורסצנטית (זרחנית), שהיא פליטה של אור בתגובה מושהה לבליעה של אור, לעיתים בצבע אחר (גם המרה של אור תת-אדום או על-סגול לאור נראה). עכביש הטרנטולה מצופה חומר זרחני שפולט אור כתוצאה מקרינה על-סגולה. גופים זרחניים יכולים להאיר גם שעות רבות ומשתמשים בהם למשל לציפוי מחוגי שעונים. קרינה זרחנית נובעת ממעברי אנרגיה "אסורים" (הסיכוי של אלקטרון לבצע את המעבר נמוך מאוד), כך שלוקח לחומר זמן רב לפלוט את האנרגיה שנבלעה.
לייזר הוא אור הנפלט כאשר מעבר אנרגיה מאולץ באמצעות פוטון אחר. במקרה זה הפוטונים הם בעלי אותו מופע (נקודה במחזור הגל) ולכן הקרינה היא קוהרנטית וחזקה עקב התאבכות בונה (שיאי הגל מופיעים יחד).

קרינת השמש

סך קרינת השמש היא כ-1000 וואט למטר רבוע על פני כדור הארץ, כאשר העוצמה מתחלקת לאורכי גל שונים על פי הספקטרום המצויר בגרף משמאל.

נורות להט

נורות להט אופייניות פועלות בטמפרטורה של כ-2600 מעלות צלזיוס (2856 מעלות קלווין לנורת CIE סטנדרטית מסוג A). יעילות אופיינית של נורת להט כזו נע בין 10-15 לומן לוואט.

נורות פלואורסצנטיות קומפקטיות

נורות פלואורסצנטיות קומפקטיות, הן נורות חסכניות בחשמל מאשר נורות להט, והן קרות בהרבה מנורות להט ופולטות ספקטרום שונה מאוד מגוף שחור. יעילותן לתאורה היא בסביבות 45 לומן לוואט בממוצע לעומת נורת ליבון שיעילותן היא בסביבות 15 לומן לוואט בממוצע.

מדידת אור

פוטומטריה ורדיומטריה הן שני תחומים מקבילים העוסקים במדידת עוצמת האור. ברדיומטריה נמדדת עוצמת האור ביחידות הספק, בעיקר וואט. לעומת זאת, בפוטומטריה נמדדת העוצמה הנראית לעין האדם, ויחידות המידה תלויות באופן בו העין תופשת את האור. יחידות המידה הפוטומטריות משוקללות בעקומה הפוטופית, שהיא רגישות העין לאורכי גל שונים. המעבר בין יחידות פוטומטריות ליחידות רדיומטריות מורכב, ותלוי בספקטרום האור.
מדידת צבע האור היא נושא חשוב נוסף. אור מונוכרומטי הוא בעל אורך גל אחד, וצבעו יכול להיות אחד מצבעי הקשת בענן. מקורות תאורה פולטים אור שמורכב מכמה צבעים כאלו בו-זמנית ויוצרים צבעים אשר אינם בקשת הצבעים, למשל לבן, חום או ורוד. אוסף כל הצבעים, כולל המורכבים, ניתן להצגה על משטח, כמו באיור משמאל.
רכיבי הצבעים השונים באור ניתנים למדידה בספקטרומטר, שהוא מכשיר המפרק את האור לרכיבים מונוכרומטיים ומודד את עוצמתם בנפרד. שיטות הפירוק למרכיבים שונות ממכשיר למכשיר, ויכולות להיות מנסרה, סריג עקיפה או פילטרים מונוכרומטיים.
את צבע האור אפשר לרוב למדוד בקירוב טוב למדי, באמצעות מדידת העוצמה היחסית של שלושה תחומים ספקטרליים בלבד, אם הם נפרדים זה מזה ומכסים יחד את רוב התחום הנראה.
מדידת קיטוב האור מכונה פולרימטריה. באופן בסיסי ניתן לקבוע את קיטוב האור בעזרת מקטב.

מידות רדיומטריות

היחידה הבסיסית למדידת עוצמת קרינה היא ההספק הזוויתי הנמדד בוואט לסטרדיאן (זווית במרחב).

בתנ"ך

למרות שבתורה נאמר (בראשית א ג ) "וַיֹּאמֶר אֱלֹהִים יְהִי אוֹר וַיְהִי אוֹר. " הרי שאין הכוונה שם לאור רגיל, כיוון שהאור שאנו מכירים נוצר עם השמש ושאר הכוכבים ביום הרביעי שנאמר (בראשית א יד) " וַיֹּאמֶר אֱלֹהִים יְהִי מְאֹרֹת בִּרְקִיעַ הַשָּׁמַיִם לְהַבְדִּיל בֵּין הַיּוֹם וּבֵין הַלָּיְלָה וְהָיוּ לְאֹתֹת וּלְמוֹעֲדִים וּלְיָמִים וְשָׁנִים. ". אחד ההסברים לאותו אור בראשיתי של היום הראשון, הוא היותו למעשה המפץ הגדול.