La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético que consiste en ondas electromagnéticas que tienen longitudes de onda entre 300 nm y 700 nm. Todas las ondas electromagnéticas viajan con la misma velocidad de 299,792,458 m / s en vacío. Este valor puede derivarse teóricamente usando las ecuaciones de Maxwell al considerar una onda con un frente de onda plano. Al tomar el rizo de la ecuación de Maxwell-Faraday y la ecuación de Maxwell-Amperio, y al comparar con la ecuación de onda plana, obtenemos este valor. Esta velocidad es tan fundamental en la naturaleza que en 1983 el medidor se redefinió como la longitud del camino recorrido por la luz en (1 / 299,792,458) s.
Una onda electromagnética es una onda en la que los campos eléctricos y magnéticos oscilan perpendicularmente entre sí y en la dirección de propagación de la onda en el vacío. Las ondas electromagnéticas transportan energía en virtud de sus campos eléctricos y magnéticos oscilantes. La razón por la cual las ondas electromagnéticas de diferentes longitudes de onda se propagan a diferentes velocidades en cualquier medio transparente puede entenderse completamente observando la absorción y reemisión de la energía de la onda electromagnética a medida que la onda viaja a través del medio. Cuando una onda electromagnética viaja a través del vacío, no se absorbe ni se vuelve a emitir energía, ya que no hay cargas presentes en el vacío. Sin embargo, en cualquier medio, los electrones dentro de los átomos del medio se ponen en vibración con una frecuencia igual a la frecuencia de la onda electromagnética. Así es como los átomos del medio absorben la energía del campo electromagnético. Las cargas comienzan a irradiar sus propias ondas electromagnéticas con la misma frecuencia (ya que la frecuencia de la onda electromagnética producida por una carga oscilante es igual a la frecuencia de su oscilación) pero con un retraso de fase. Una pequeña parte de la energía de la onda también puede ser absorbida por electrones para saltar a niveles de energía más altos. Un electrón en un estado excitado permanece en este estado durante aproximadamente 1-10ns. El efecto de este pequeño intervalo de tiempo se magnifica debido a la enorme velocidad a la que viajan las ondas electromagnéticas. Cuando estos electrones caen a su estado fundamental, la energía electromagnética se libera en una dirección aleatoria en forma de onda electromagnética (en este punto, a menudo ayuda pensar en la luz como un fotón). De acuerdo con el principio de superposición de ondas, en cualquier punto, la amplitud de la onda electromagnética neta que viaja en el medio es la suma de las amplitudes de todas las ondas electromagnéticas en el medio en ese punto. Por lo tanto, la velocidad de la onda resultante experimenta un cambio. Este cambio en la velocidad depende de la longitud de onda de la onda electromagnética incidente. Este fenómeno microscópico se manifiesta como el índice de refracción de un medio.
En una escala mayor, por supuesto, la diferencia en la velocidad de la luz de diferentes longitudes de onda puede explicarse por la relación de Cauchy que da una relación empírica entre el índice de refracción de un medio y la longitud de onda de la luz incidente. Estas dos explicaciones son equivalentes, ya que la relación de Cauchy se puede explicar a nivel atómico o microscópico como se indicó anteriormente.
