Al llarg de la història, la llum ha estat considerada unes vegades com una ona i d'altres com a un conjunt de corpuscles.

Des dels inicis de la ciència occidental, que es poden situar a la Grècia clàssica de fa més de dos mil anys, alguns filòsofs ja començaren a fer-se preguntes sobre quina era la naturalesa de la llum. En els primers poemes, Homer (850 aC) recull les creences populars en la Ilíada i l'Odissea:

· "Els ulls dels éssers vius projecten raigs de foc subtils, i la visió es produeix per la trobada del foc interior amb la llum exterior".

· "Tot el que irradia llum en l'univers està dotat de la facultat de veure, així ocorre en particular amb el Sol".

Aquestes dues idees permeten a Empèdocles (492-432 aC) enunciar la primera teoria sobre la llum, basada en la concepció filosòfica dual dels fenòmens. Segons ell, els ulls i els objectes emeten efluvis de foc, que en passar dels uns als altres produeixen la sensació de la visió. En la fase còsmica de l'amor, els efluvis van dels objectes als ulls. En la fase còsmica de l'odi, els efluvis van dels ulls als objectes.

Anys més tard, Demòcrit (460-370 aC) i Plató (427-347 aC) formulen les primeres teories granulars sobre la llum. Els efluvis són raigs de partícules que viatgen a velocitat finita, i l'ull les percep com un flux continu. Per a Demòcrit, que considerava que tota la natura estava feta d'àtoms, les partícules estan buides, presenten diferents formes i orientacions i s'associen entre elles per formar els colors. Per a Plató, són tetraedres massissos i els colors es produeixen perquè tenen diferents mides i viatgen a diferents velocitats.

Mig segle més tard, Aristòtil (384-322 aC) formula la primera teoria dinàmica en la qual fa intervenir un medi continu. Per a ell la sensació visual es produeix perquè els efluvis modifiquen les qualitats del medi. Aristòtil suposa que l'acció es propaga de manera instantània:

· "La llum és l'acció del medi transparent quan ha rebut un impuls pel foc".

· "El medi (activat pel foc) canvia de cop, de la mateixa manera que l'aigua es congela instantàniament en tota la seva massa".

Aristòtil explica el color com a mescla de llum i obscuritat en proporcions variables.

Aquestes dues concepcions han arribat fins als nostres dies amb successives modificacions, les teories corpusculars de Newton i Einstein, i les teories ondulatòries de Huygens, Fresnel i Maxwell.

Els tractats d'òptica d'Euclides (325-265 aC) i de Claudi Ptolemeu (85-165 dC) perfilen les lleis de l'òptica geomètrica que s'establiran definitivament al segle XVIII. Per Euclides, els ulls emeten raigs lluminosos rectilinis formant cons d'obertura discontínua, d'aquesta manera introdueix els conceptes de perspectiva i d'agudesa visual. Per Ptolemeu els cons són d'obertura contínua, el que permet a l'observador percebre la distància a la qual es troba l'objecte, a més estudia la refracció atmosfèrica i assenyala els errors d'observació en la posició de les estrelles.

Llei de la reflexió (Euclides, al llibre Catòptrica, 300 aC): l'angle que forma el raig reflectit amb la normal de la interfície (angle de reflexió, θr) és igual a l'angle que forma el raig incident amb la normal de la interfície (angle d'incidència, θi), és a dir;

θr = θi 

Heró d'Alexandria (10-70 dC) s'interessa per la llum i les seves propietats dinàmiques i reflexives, arribant a postular en la seva obra Catòptrica, que aquesta es desplaça a través del camí més curt; és a dir, si un raig de llum va del punt A al punt B en un mateix mitjà de propagació, llavors el raig segueix el camí més curt possible. Aquest principi s'estava avançant als que van formular posteriorment Alhazen i Pierre de Fermat.

Des de Ptolemeu fins a l'època de Descartes i Newton, els avanços en el coneixement de la naturalesa de la llum es deuen principalment als grans pensadors del món àrab. Entre ells destaquen Alhazen (965-1039 dC) i Al-Farisi (1260-1320 dC).

El primer exerceix una gran influència en els científics de l'edat mitjana a través del seu Tractat d'òptica, "Kitab al-Manazir" escrit en set volums, on estableix que veiem els objectes perquè els raigs de llum del Sol, que creia que eren corrents de partícules minúscules que viatjaven en línies rectes, es reflectien des dels objectes fins als nostres ulls. Va argumentar que la vista només es deu a la llum que entra a l'ull des d'una font exterior, i que no hi ha cap raig des del mateix ull. Fa una descripció minuciosa de l'ull i de la seva fisiologia. També introdueix el concepte de visió binocular, i tracta d'explicar els miratges, els halos, l'arc de Sant Martí i l'eixamplament del Sol a l'horitzó. Alhazen, estudia els miralls esfèrics i parabòlics, i les lents, i posa de manifest l'aberració esfèrica. Pel que fa a les lleis fonamentals de l'òptica, descobreix que l'angle d'incidència i el de refracció no són estrictament proporcionals.

Alhazen en el bitllet de 10 dinars iraquià.

Tres segles més tard Al-Farisi actualitza i comenta amb detall l'obra d'Alhazen. A més, elabora una teoria on diu que els colors de l'arc de Sant Martí són fenòmens de la descomposició de la llum després de travessar les gotes d'aigua. Al-Farisi pot ser considerat com el precursor del concepte d'índex de refracció. En els seus estudis sobre la refracció fa una important conjectura sobre la velocitat de la llum:

· "La velocitat de la llum és inversament proporcional a la densitat òptica dels mitjans que travessen".

L'òptica matemàtica moderna comença el 1637, quan René Descartes (1596-1650 dC) publica el Discurs del Mètode. En ell, s'inclouen els tractats de: La Diòptrica, Els Meteors i La Geometria.

· "Són assajos del meu mètode ideat per guiar la raó i buscar la veritat en les ciències".

Descartes rebutjava totalment la idea del buit, que anava associada a una visió atomista de la matèria i que per aquella època ressorgia en treballs com els de Gassendi. Segons Pierre Gassendi (1592-1655 dC), la llum era originada per un corrent de partícules diminutes que sorgien dels objectes brillants com el Sol. En rebutjar aquesta concepció corpuscular, Descartes suposava que totes les substàncies com l'aire o l'aigua estaven barrejades amb una substància molt més fina, un fluid que emplenava tots els espais en què no estiguessin les altres substàncies. Aquest fluid universal era el medi elàstic perfecte, l'èter, i s'estenia més enllà de l'atmosfera i per tot l'univers. Amb la hipòtesi de l'existència d'aquest fluid universal, Descartes podia argumentar que la Terra estava en repòs respecte a aquest fluid i que el moviment d'aquesta era en realitat degut al moviment del fluid que hi havia al seu voltant. El fluid universal permetia explicar a Descartes la propagació de la llum com una pressió que actuava sobre aquest, de manera que el Sol, per exemple, empenyia el fluid i aquesta empenta es traduïa immediatament en una pressió sobre els ulls de la persona que estava mirant el Sol.

En la seva Diòptrica, apareix per primera vegada la famosa llei de la refracció de la llum, establerta experimentalment per Willebrord Snellius (1580-1626 dC) uns anys abans. Snellius, més conegut com a Snell, va establir les bases de l'òptica geomètrica el 1621, enunciant la llei de refracció de la llum:

·"Un raig de llum que travessa la superfície que separa dos medis diferents, és igual a l'angle amb què incideix aquest raig per l'índex de refracció".

Llei de la refracció o de Snell-Descartes. On n1 és l'índex de refracció del primer medi (per on es propaga el raig incident), n2 és l'índex de refracció del segon medi (per on es propaga el raig transmès) i θ2 és l'angle que forma el raig transmès amb la normal de la interfície (angle de refracció).

n1·sinθ1 = n2·sinθ2

A mitjans del segle XVII es produeixen un seguit de descobriments que influeixen notablement en les teories sobre la naturalesa de la llum. El físic italià Francesco Maria de Grimaldi (1618-1663 dC), en observar la llum que travessa una petita obertura, s'adona que la transició cap a l'ombra és progressiva i no brutal com hauria de ser si la propagació de la llum fos rectilínia. Però la seva sorpresa va ser encara més gran, quan en practicar un segon forat, de tal forma que les taques de llum se superposessin, va observar que la zona de superposició era més fosca que les altres. Va concloure que un objecte il·luminat es pot enfosquir afegint més llum de la que ja està rebent. I va conjecturar que potser la llum no era corpuscular, sinó ondulatòria. A aquest fenomen li va donar el nom de Difracció de la llum, nom pel qual encara es coneix avui en dia. Aquestes observacions i pensaments tindrien una forta influència en les obres de Newton i Hooke. A fi d'interpretar el nou fenomen, Grimaldi s'inclina per una teoria dinàmica de la llum. 

· "Hi ha una quarta manera de propagació de la llum, la propagació per difracció, diferent de les tres maneres conegudes fins ara; propagació directa, reflexió i refracció".

No va aconseguir explicar el fenomen, i l'estudi va quedar posposat fins que Fresnel ho va relacionar amb la teoria ondulatòria de la llum i la superposició de les ones generades en les vores de l'obstacle.

Aquesta manera de tractar la difracció és molt similar a l'actual, establerta per Arnold Sommerfeld a finals del segle XIX. 

-"La difracció és tota desviació dels raigs lluminosos de la seva trajectòria rectilínia, que no pugui ser explicada per una reflexió ni per una refracció".

L'astrònom i matemàtic anglès Robert Hooke (1635-1703 dC), és el primer que adopta un punt de vista ondulatori, segons el qual la llum consisteix en ràpides vibracions de l'èter que es propaguen a gran velocitat. En la seva teoria ondulatòria Hooke sostenia que la llum es propagava instantàniament a gran velocitat a través de vibracions i que cada vibració generava una esfera que creixia de forma regular. Per Hooke, les vibracions són perpendiculars a la direcció de propagació. El model era molt semblant al model posterior de Huygens, si bé per aquest les vibracions eren de caràcter longitudinal.

Per aquella època Erasmus Bartholinus (1625-1698 dC) descobreix la doble refracció, en fer passar la llum a través d'un cristall de calcita de Groenlàndia. Aquest experiment, que va ser amplament difós i conegut, posava en qüestió la teoria de la llum de Newton, i no va poder ser explicat fins que Thomas Young va exposar la teoria ondulatòria de la llum a començaments del segle XX.

Mentrestant l'astrònom danès Ole Rømer (1644-1710 dC), utilitzant les observacions de l'astrònom Giovanni Domenico Cassini (1625-1712 dC), mesura per primera vegada la velocitat de la llum. Observant una de les llunes de Júpiter, Io, va veure que quan la Terra estava més allunyada del cinquè planeta de l'òrbita solar, els eclipsis de les seves llunes trigaven més a percebre's i viceversa. Rømer va seguir la investigació i va acabar entenent que la diferència era la velocitat de la llum, aquesta trigava més a arribar perquè hi havia més distància. Aquest mesurament del temps, amb un valor de 214.000 km/s, va ser clau per anunciar-ho de forma oficial a l'Acadèmia de Ciències de París.

Cap a finals de segle XVII, l'holandès Hans Christian Huygens (1629-1695 dC) publica el seu "Traité de la lumière", tractat de la llum. Descriu la llum com un moviment de la matèria que es troba entre nosaltres i el cos lluminós. Pensa que és anàloga al so i que per tant necessita un medi material per propagar-se. Huygens era un gran constructor i dissenyador de telescopis, i el seu treball el va fer observar el fenomen de l'aberració cromàtica. En intentar entendre aquest i altres fenòmens, i donant continuïtat a la teoria ondulatòria de Robert Hooke, va desenvolupar una teoria de la llum en termes d'ones de pressió que es produïen en el fluid que havia introduït anteriorment Descartes, i que anomenava èter. En el seu principi, Huygens, esmenta que:

-"Tot punt del mitjà a què arriba un front d'ona pot ser considerat com a font d'ones esfèriques secundàries, on aquestes es combinen de tal manera que s'estenen en totes direccions i determinen el front d'ona en tot instant posterior".

El model de Huygens també feia una predicció molt important:

-"La llum hauria de viatjar més lenta en un medi més dens, i més ràpida en un menys dens".

Amb aquest principi Huygens explica perfectament les lleis de la reflexió i la refracció de la llum, i elimina l'error conceptual de la propagació instantània que apareixia en les anteriors teories dinàmiques.

-"Si la llum fa servir temps per al seu moviment, com suggereix Ole Rømer, es dedueix que aquest moviment comunicat a la matèria és successiu, i per tant s'estén com el del so per superfícies i ones esfèriques".

De la teoria de Huygens es dedueix la importantíssima conseqüència que la llum viatja més de pressa en l'aire que en l'aigua, com ja havia indicat Al-Farisi tres segles abans. Pierre de Fermat (1601-1665 dC) proporciona un suport a aquesta teoria, enunciant el seu famós principi del temps mínim:

· "La naturalesa actua sempre pel camí més ràpid".

Aquest principi explica la llei de la refracció, sempre que la velocitat de la llum en l'aigua sigui menor que en l'aire, i també permet entendre els miratges, l'eixamplament del Sol a l'horitzó, i en general, les trajectòries curvilínies dels raigs de llum.

Encara que la teoria ondulatòria gaudia de gran credibilitat i tenia eminents seguidors, no explicava la polarització de la llum ni l'existència de diferents colors. És el físic i matemàtic anglès Sir Isaac Newton (1642-1727 dC) qui fa un pas de gegant amb la seva interpretació, formulant la seva teoria general sobre la llum. Segons ell, la llum està formada per corpuscles i es propaga en línia recta, i no per mitjà d'ones.

Newton trobava tan insuperables les dificultats de la teoria ondulatòria per explicar satisfactòriament la polarització de la llum i la formació dels colors, que es consagrà a desenvolupar una nova teoria. En ella suposa que la llum es propaga des del cos lluminós cap a l'ull en forma de partícules diminutes. És la coneguda teoria de l'emissió. Amb ella s'expliquen de manera simple, la reflexió i la refracció de la llum. Cal suposar que les partícules lluminoses viatgen més de pressa en l'aigua que en l'aire, en contra del que es diu en la teoria ondulatòria. En aquella època aquesta discrepància no es podia contrastar amb l'experiment.

Entre els anys 1670 i 1672, Isaac Newton va fer servir un parell de prismes per donar inici a un dels seus experiments més transcendentals. Fent ús d'una cambra fosca i un raig de llum solar, va fer incidir aquest en el prisma, de manera que el raig es reflectís en una paret a uns 7 metres de distància. Sobre la superfície on es projectava el raig de llum apareixien els colors del que avui anomenem Arc de Sant Martí. D'aquest primer experiment va fer-ne dues suposicions: o el prisma era el que proporcionava els colors a la llum o aquesta era una barreja de tots els colors i el prisma només es limitava descompondre-la. Per comprovar-ho, va utilitzar el segon prisma. Després que la llum fos descomposta en colors, va col·locar una altra pantalla amb un forat, situada a uns 3 metres. Per aquest forat, va anar fent passar els colors un per un, de manera que darrere de la pantalla només podia apreciar-se el color escollit. Un cop aïllat un color, el feia passar a través del segon prisma i ho reflectia en una altra paret. Va constatar que només canviava l'angle de refracció, però no el color. És a dir, si havíem aïllat el color vermell, en travessar el segon prisma, seguia sortint vermell, i de la mateixa manera amb la resta de colors de l'espectre visible. Va deduir que aquells eren els colors purs, mentre que la llum blanca era la barreja de tots ells. El prisma no afegia cap qualitat a la llum, sinó que es limitava a descompondre-la. En projectar els colors i ajuntar-los de nou amb un segon prisma, la llum tornava a ser blanca.

· "La llum descomposta en el primer prisma, es torna a ajuntar en el segon invertit, per formar el feix de llum blanca de nou".

Newton formula la seva teoria general sobre la llum.

La segona part de l'experiment es basava en l'elaboració del que avui dia es denomina el "Disc de Newton". Consisteix en un disc dividit en 7 seccions, i cadascuna d'elles conté un color diferent de l'espectre visible de l'Arc de Sant Martí. En girar el disc a gran velocitat es produeix un efecte òptic, el qual ens permet veure com desapareixen els colors per veure aparèixer el blanc. Newton va poder comprovar, una vegada més, que la llum blanca contenia el conjunt de tots els colors.

Aquesta forma experimental d'actuar de Newton és la que des de llavors utilitzen els científics i que els ha fet distanciar-se dels filòsofs.

· "En aquest llibre no pretenc explicar mitjançant hipòtesis les propietats de la llum sinó presentar-les i provar-les mitjançant la raó i els experiments".

En resum, la teoria corpuscular de la llum explica la composició de la llum blanca en colors, com acabem de veure, la llei de la reflexió, a causa del rebot de les partícules sobre les superfícies, i la llei de la refracció, que va explicar amb l'existència d'unes forces atractives que provocaven canvis en la direcció de propagació i la velocitat de les partícules. A causa de la gran autoritat de Newton i a l'èxit de la seva mecànica celeste, durant més de cent anys la seva imatge i la seva obra van dominar les idees sobre la naturalesa de la llum.

Durant tot el segle XVIII, la llum és considerada per la majoria dels científics com un conjunt de corpuscles de diferents colors. Malgrat això, la controvèrsia Ona-Corpuscle no desapareix del tot, i a principis de segle XIX tornen les teories ondulatòries amb Thomas Young (1773-1829), Francesc Aragó (1786-1853) i Augustin-Jean Fresnel (1788-1827). Amb elles intentaran explicar correctament els fenòmens d'interferències, difracció i polarització de la llum.

Les interferències es produeixen quan dos feixos procedents d'una mateixa font recorren diferents camins i coincideixen en un mateix lloc de l'espai. L'explicació d'aquest fenomen es deu a Thomas Young, qui enuncia el seu famós principi d'interferències de la següent manera:

· "Quan dues parts de la mateixa llum arriben a l'ull per dos camins diferents de direccions molt pròximes, la intensitat és màxima si la diferència dels camins recorreguts és múltiple d'una certa longitud i mínima a l'estadi intermedi".

Aragó ho expressa de manera més contundent: 

- "La llum, afegida a la llum, pot en certes circumstàncies produir foscor".

1. Escletxa. 2. Llum recollida a la pantalla. 3. Distribució de les intensitats.

La difracció es posa de manifest sempre que la llum travessa petites obertures o envolta obstacles petits. Per exemple, un fil o una escletxa estreta. En tots dos casos la figura de la difracció és molt semblant. En ella s'aprecien màxims i mínims d'intensitat lluminosa. Com més estrets són els objectes, més ampla és la seva figura de difracció.

L'enfrontament entre els adeptes de les dues teories s'aguditza quan el 1818 dos fidels seguidors de la teoria corpuscular de Newton, Pierre-Simon Laplace (1749-1827) i Jean-Baptiste Biot (1774-1862), proposen la difracció com a tema per al premi de l'Acadèmia de París. En convocar el concurs, Laplace i Biot, esperen arribar al triomf definitiu de la teoria corpuscular, però les seves esperances es veuen frustrades quan el premi és atorgat a Fresnel, amb una explicació del fenomen basada en la teoria ondulatòria.

L'essencial de la feina de Fresnel, consisteix en una síntesi de l'envoltant de Huygens i del principi d'interferències de Young. El nou principi s'enuncia de la següent manera:

· "Les vibracions d'una ona lluminosa en qualsevol dels seus punts, es poden considerar com la suma dels moviments elementals que li arriben en el mateix instant per l'acció separada de totes les porcions de l'ona no obstruïda considerada en una de les seves posicions anteriors".

Quan l'ona plana no és interrompuda, la construcció de Huygens dóna lloc a una altra ona plana, perquè en ella intervenen totes les ones secundàries. Però quan és interrompuda, només les que parteixen de l'escletxa contribueixen a la difracció i l'envoltant deixa de ser una ona plana.

Segons Siméon Denis Poisson (1781-1840), si s'aplica la teoria proposada per Fresnel, al centre de l'ombra d'un disc opac ha d'aparèixer una taca brillant, la qual cosa sembla absurda. No obstant això és confirmat experimentalment per Aragó de manera espectacular davant el jurat, així que aquest es veu obligat a concedir el premi a Fresnel.

Podem repetir l'experiment amb un petit cercle negre i amb un raig làser. En l'ombra del cercle es veu, en efecte, un punt brillant.

Punt d'Aragó

La teoria de Fresnel explica el fenomen de la difracció en els seus mínims detalls. Es pot determinar mitjançant la difracció el diàmetre d'un forat, el d'un glòbul vermell, o la distància entre dues línies consecutives d'una xarxa de difracció. Les dimensions d'aquests objectes són de l'ordre de la mil·lèsima de mil·límetre.

La teoria ondulatòria iniciada per Huygens i desenvolupada per Young, Aragó i Fresnel és suficient per explicar la propagació rectilínia de la llum, la reflexió i la refracció, i les desviacions de la direcció rectilínia, els fenòmens d'interferències i difracció. Però com que en ella se suposa que les ones lluminoses són longitudinals, no pot explicar la polarització de la llum per reflexió, descoberta per Étienne-Louis Malus (1775-1812) en observar el reflex del Sol a través d'un polaritzador.

Aquest problema es resol el 1816, quan Aragó i Fresnel descobreixen que dos rajos polaritzats en direccions perpendiculars entre si no s'interfereixen. Això es pot veure amb l'interferòmetre d'Albert Abraham Michelson (1852-1931). Si els raigs estan polaritzats en direccions perpendiculars, no s'observen interferències a la pantalla. En tenir notícia d'aquest experiment, Young troba la clau, les vibracions lluminoses són transversals, i recupera així la hipòtesi de Hooke, que havia passat inadvertida. Immediatament, Fresnel comprèn el significat total d'aquesta hipòtesi. Dedueix d'ella nombroses conclusions, interpretant correctament la polarització de la llum i tots els fenòmens lluminosos coneguts en l'època.

Interferòmetre de Michelson

El triomf de la teoria ondulatòria és tan gran, que gairebé resulta superflu l'experimentum crucis que proposa Aragó. Mesurar la velocitat de la llum en l'aire i en l'aigua, i poder decidir clarament entre les teories ondulatòria i corpuscular.

Si es tracta d'una ona, quan l'extrem A del front penetra en l'aigua l'extrem B no ha arribat encara. En el mateix interval de temps, l'extrem A recorre dins de l'aigua una distància menor que l'extrem B en l'aire. La llum viatja més lentament dins de l'aigua.

Si es tracta d'una partícula, la seva velocitat té dos components, horitzontal i vertical. En arribar a la superfície de l'aigua, pateix una atracció i la component vertical de la seva velocitat s'engrandeix, fent que canviï la direcció i que augmenti la seva velocitat.

L'experiment és realitzat el 1850 per Léon Foucault (1819-1868), Hippolyte Fizeau (1819-1896) i Louis Breguet (1804-1883), i el resultat és concloent. La llum va més de pressa en l'aire que en l'aigua. La teoria ondulatòria té raó.

Admès el caràcter ondulatori de la llum, es presenta un greu problema: totes les ones necessiten un medi material per propagar-se. Les ones d'un estany necessiten l'aigua, les ones sonores l'aire, i la llum, ¿com és possible que arribi des del Sol fins a la Terra, si entre ells només hi ha l'espai buit pel qual viatgen els altres planetes? La resposta dels físics és que aquest espai està ocupat per l'èter, una substància misteriosa. Durant gran part del segle XIX, molts d'ells es dediquen a estudiar-la; Siméon Denis Poisson (1781-1840), George Green (1793-1841), James MacCullagh (1809-1847), Franz Ernst Neumann (1798-1895), Sir George Gabriel Stokes (1819-1903), Lord Kelvin (1824-1907), Gustav Kirchhoff (1824-1887), Lord Rayleigh (1842-1919), tots ells treballen en un èter elàstic i encara que resolen molts problemes formals d'òptica, els fonaments d'aquest, romanen en un estat insatisfactori. Perquè si és elàstic, haurà de ser molt rígid perquè la velocitat de la llum sigui tan gran, però llavors, ¿com el podran solcar els planetes sense trobar resistència?

La resposta parcial a aquest problema arriba des d'una altra part de la física, l'electromagnetisme. Els treballs de Hans Christian Oersted (1777-1851), André-Marie Ampère (1775-1836) i Michael Faraday (1791-1867), són resumits amb èxit per James Clerk Maxwell (1831-1879) en un sistema d'equacions que revolucionen la ciència. La conseqüència més important, és la possibilitat d'obtenir ones electromagnètiques propagant-se en el buit amb una velocitat que depèn de les propietats elèctriques i magnètiques d'aquestes.

Determinant la permitivitat elèctrica del buit Ɛ0, i la seva permeabilitat magnètica μ0, es pot conèixer la velocitat de propagació c de les ones electromagnètiques.

Les mesures de Rudolf Kohlrausch (1809-1858) i Wilhelm Eduard Weber (1804-1891), permeten a Maxwell obtenir aquesta velocitat, i el resultat és de 300.000 km/s, és a dir, igual a la velocitat de la llum en el buit. Això condueix a Maxwell a una conclusió inevitable:

· "La llum és una pertorbació electromagnètica en forma d'ones que es propaga a través de l'èter".

La genial presumpció de Maxwell sobre l'existència d'ones electromagnètiques és verificada experimentalment per Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) l'any 1888, generant i detectant ones electromagnètiques de longitud d'ona llarga. Després dels invents de Guglielmo Marconi (1874-1937), la transmissió a través d'aquestes ones ha envaït la nostra vida i és el motor de l'actual desenvolupament tecnològic. Tot i això, la teoria electromagnètica de Maxwell necessita un gran esforç dels seus seguidors per guanyar l'acceptació general, perquè els físics es resisteixen a abandonar els models mecànics. Avui dia, però, aquests creuen fermament en l'existència del camp, hi hagi o no medi material, i han abandonat la hipòtesi sobre l'èter.

Si en una regió de l'espai hi ha un camp electromagnètic, aquest es propaga a altres regions en forma d'ona. Si poguéssim fer una fotografia instantània de l'ona, veuríem que la distància entre dues valls o dues crestes és constant. A aquesta distància se li denomina longitud d'ona λ (lambda). Si aturats en un punt poguéssim seguir les variacions de camp electromagnètic, en ell observaríem que el nombre de pulsacions per segon és també constant. A aquest nombre se li denomina freqüència ν (nu) de l'ona. Entre aquestes dues magnituds característiques de tota ona hi ha una important relació: el producte de la longitud d'ona per la freqüència és igual a la velocitat de propagació de la llum en el medi corresponent.

λ·ν = c

En la teoria electromagnètica, els diferents colors són atribuïts a les diferents freqüències. La dispersió que pateix la llum en els diferents mitjans s'interpreta a través de les seves propietats elèctriques i magnètiques. Les longituds d'ona dels diferents colors varien en passar d'un medi a un altre, però les freqüències romanen constants per la qual cosa els colors no canvien. 

Gràcies al desenvolupament de la interferometria han pogut mesurar-se amb gran precisió les longituds d'ona dels diferents colors.

A l'interferòmetre de Michelson, un feix de llum làser incideix sobre una làmina separadora, que és un mirall semi transparent, allà es divideix en dos feixos iguals que després de recórrer camins diferents, interfereixen sobre la pantalla formant anells concèntrics de llum i foscor. Si interceptem un dels feixos, a la pantalla només arriba l'altre i no s'observen interferències. El mateix passa si interceptem l'altre feix. Les interferències només es produeixen quan arriben els dos feixos a la pantalla. Si fem que avanci el mirall on es reflecteix un dels dos feixos, el camí que recorre la llum s'escurça i el sistema d'anells canvia. Cada vegada que la distància varia en una longitud d'ona sorgeix un anell a la part central. Comptant el nombre d'anells que apareixen es pot determinar la longitud d'ona lambda. Per l'espectre visible, totes elles estan compreses entre 0,78 mil·lèsimes de mil·límetre (micres) per a l'extrem vermell de l'espectre, i 0,38 per a l'extrem blau. Com que es coneix el valor de la velocitat de la llum en el buit, que és el mateix per a totes les ones electromagnètiques, es poden determinar les freqüències corresponents a les ones de l'espectre lluminós. Aquestes resulten ser molt elevades, al voltant de mil milions de pulsacions per segon. És impossible mesurar-les de manera directa, fins i tot utilitzant la tecnologia actual. Segons la teoria electromagnètica l'espectre lluminós consta d'infinitat de colors, tots ells compresos entre l'extrem vermell i l'extrem blau. En el buit tots els colors es desplacen a la mateixa velocitat. En els mitjans materials refringents cada color es desplaça a una velocitat diferent. A més, les ones electromagnètiques de Maxwell són ones transversals, la vibració es realitza en una direcció perpendicular a la de propagació, tal com Young les havia imaginat.

En resum, amb les equacions de Maxwell s'interpreten perfectament tots els fenòmens relatius a la propagació de la llum, reflexió i refracció, reflexió total i angle límit, equacions de Fresnel, interferències, difracció i polarització. El triomf de les ones electromagnètiques és imparable.

Encara que la teoria electromagnètica de la llum explica tots els fenòmens lluminosos que tenen lloc entre la font de llum i el detector, no aconsegueix aclarir els processos d'emissió i absorció de la llum per la matèria, que són el fonament de com es produeix la llum i de com és detectada per l'ull. 

El primer pas el dóna Joseph von Fraunhofer (1787-1826) el 1814, en analitzar la llum solar va descobrir unes misterioses línies fosques que apareixien en freqüències molt ben definides. Mig segle després, Robert Bunsen (1811-1899) i Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) demostrarien que les línies de Fraunhofer eren les empremtes dactilars dels elements presents en l'atmosfera del Sol. Kirchhoff i Bunsen van trobar que els gasos produïts en escalfar algunes substàncies, originaven unes línies brillants que estaven situades en la mateixa posició de l'espectre que les línies fosques de Fraunhofer. Cadascun dels gasos estudiats (sodi, liti, potassi, calci, etc.) emetia una sèrie de línies brillants característiques. És a dir, cada gas tenia una signatura inequívoca composta per les seves línies d'emissió. Poc després, el mateix Kirchhoff va demostrar que les línies brillants es convertien en fosques quan el gas s'il·luminava des de darrere amb llum blanca. De manera que l'espectre de la llum solar, amb les seves línies fosques, ens revela la composició de l'atmosfera del Sol. És a dir, els elements presents en les capes superiors de l'atmosfera solar absorbeixen selectivament la llum, i aquests elements químics deixen les seves empremtes dactilars en la forma de línies fosques. Per exemple, la línia D de Fraunhofer indicava la presència de sodi, la línia G de calci, les C i F d'hidrogen, etc.

L'espectre solar amb les línies de Fraunhofer.

Aquest descobriment constitueix el principi de l'anàlisi espectral basat en el fet que cada element químic gasós posseeix un espectre de línies característic. Amb l'espectroscopi podem observar mirant a través de la xarxa de difracció l'espectre continu d'una espelma o el d'una bombeta, que també és continu com el del sol, o el d'un llum fluorescent que ja no és continu sinó discret com el d'un tub de descàrrega d'hidrogen. 

Algunes de les línies observades per Fraunhofer, però, no s'originaven en l'atmosfera solar, sinó en la terrestre. Així, les línies A i B estaven ocasionades per l'absorció de l'oxigen molecular de la nostra atmosfera. Amb els seus espectrògrafs, Fraunhofer també va observar que els espectres de Sírius i d'altres estrelles brillants eren diferents, el que indicava que les estrelles tenien composicions químiques diferents. Aquest "anàlisi espectral" feia possible un dels somnis dels astrònoms; poder conèixer de què estaven fets els astres. Havia nascut l'Astrofísica.