Bilim adamlarının yüzlerce yıllık araştırmaları sonucunda ışığın belirli fizik yasalarına uygun olarak davrandığı bulunmuş ve ışığın t için çeşitli kuramlar yapısını açıklayabilme geliştirilmiştir.
Işık Yasaları
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
Beyaz ışık kırıldığı zaman çeşitli renklere ayrılır. Bu olayın nedenini 1666'da İngiliz bilim adamı Sir Isaac Newton açıklamıştır. Nevvton bir güneş ışığı demetini karanlık bir odada bir prizmadan geçirdiğinde, bildiğimiz beyaz ışık cam prizmanın öbür yüzünden çıkarken mor, lacivert, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı renkli ışınlara ayrılmıştı. Bu renkli ışın demetine tayf denir. Gene Newton'ın deneylerine göre, bu ışık tayfı tersine çevrilmiş ikinci bir prizmadan geçirildiğinde yeniden beyaz ışık demetine dönüşüyordu. Ama tayftaki renkli ışınlardan yalnızca biri, örneğin kırmızı ışık ikinci prizmadan geçirildiğinde hiçbir değişikliğe uğramıyordu.
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.
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.
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.