La llum és constituïda per radiacions electromagnètiques, i, bé que en realitat ocupa un interval molt petit en l'espectre electromagnètic conegut, aquest interval ha estat el més estudiat al llarg dels segles pel fet que l’aparell detector forma part de la fisiologia humana. Els darrers cent anys, però, hom ha estès l’estudi a qualsevol tipus de radiació electromagnètica, les propietats de la qual són una generalització de les de la llum. Gràcies a la sensació de color, l’ull arriba a distingir les diferents parts de l’espectre visible (3.800 - 7.800 Å). Per extensió i per les seves propietats semblants, hom també anomena llum la radiació electromagnètica de longituds d’ona veïnes a les de l’espectre visible, tant pel cantó superior (infraroig) com per l’inferior (ultraviolat); així, hom parla de llum infraroja o de llum ultraviolada, o bé de llum invisible en general. Des del segle XVIII hi ha hagut pugna entre dues hipòtesis per a explicar la natura de la llum: la teoria corpuscular i la teoria ondulatòria. Newton feu experiències de descomposició de la llum mitjançant un prisma (dispersió), i demostrà que la llum blanca era composta de diferents colors, els quals ja no podien descompondre's més i, per contra, llur superposició tornava a donar la llum blanca. De les seves observacions deduí la teoria corpuscular, segons la qual la llum és formada per uns corpuscles emesos pels cossos lluminosos. Amb aquesta teoria tractà de donar explicació als diversos fenòmens òptics (reflexió, refracció i polarització), però només la reflexió tenia una justificació fàcil. El 1690 Huygens establí la teoria ondulatòria, segons la qual la llum és una forma ondulatòria de la transmissió d’energia i no un feix de corpuscles. La teoria ondulatòria explicava tots els fenòmens òptics coneguts, i durant molts anys hom la considerà l’explicació definitiva de la natura de la llum. Però, d’acord amb els principis de l’acústica, una ona sonora només es transmet a través d’un medi material i no es propaga pel buit; això no obstant, és evident que la llum es propaga pels espais còsmics, en què la matèria hi és rara. Per a pal·liar aquest problema, Huygens suggerí que tot l’Univers era format per un medi particular, que anomenà èter, la natura del qual no sabia definir.
Propagació de la llum
L’èter fou estudiat per Hertz, Maxwell, Michelson, Morley, Einstein i Planck, i hom arribà a la conclusió que l’èter no existia, la qual cosa desfeia la teoria de la transmissió mecànica de la llum establerta per Huygens. Així, pels volts del 1900, hom deia que la llum era una forma electromagnètica de l’energia. Però si la llum és quelcom en moviment que posseeix una energia, segons la mecànica cal que tingui una massa, i si té una massa ha de restar sotmesa a la gravitació, cosa que fou demostrada per Einstein durant un eclipsi de sol. En resum, la llum és una forma d’energia radiant que es presenta simultàniament en forma de partícules, que Einstein anomenà fotons (fotó), i en forma d’ones. Aquesta dualitat de comportament també ha estat observada en la matèria. Sembla que la veritat està entre ambdues concepcions, car per a cadascuna hom pot preparar i fer experiències que les satisfacin, i no és possible de fer experiències en les quals es manifesti alhora sota tots dos aspectes: corpuscular i ondulatori. Segons De Broglie, la llum és una ona electromagnètica, quan hom considera la seva propagació per l’espai (refracció, polarització, etc.), i una partícula quan hom considera que efectua un bescanvi d’energia (efecte fotoelèctric, efecte Compton, etc.). La primera experiència que permeté de determinar la velocitat de la llum fou feta el 1676 per Oläus Römer, el qual observà que la posició d’un dels satèl·lits de Júpiter s’avançava o es retardava segons l’època de l’any. Això era degut a la distància més o menys gran que havia de recórrer la llum, segons la posició de la Terra sobre la seva òrbita. El 1926 Michelson mesurà la velocitat de la llum en el buit mitjançant un mirall octagonal i aplicant els mètodes emprats per Fizeau per a fer la mateixa mesura a l’aire. El valor admès actualment és c = 2,99792458 × 108 m/s. Segons la teoria de la relativitat, la velocitat de la llum és l’única constant de l’Univers.
Recreació sobre la velocitat de la llum