Fizikas daļu, kas aplūko gaismas parādības, sauc par optiku, bet pašas gaismas parādības sauc par optiskām parādībām.
Mēs redzam priekšmetus un varam orientēties telpā tikai tāpēc, ka uz priekšmetiem krīt gaisma. Tomēr gaismas darbība izpaužas ne tikai tā. Gaismai piemīt energija, ko tā pārnes telpā. Ņemot vēra, ka enerģiju var pārnest gan ķermeņi, gan viļņi, var izvirzīt divas hipotēzes par gaismas dabu. Gaismas starojums it kā sastav no sīku daļiņu plūsmas, kuras Ņūtons nosauca par korpuskulām, vai arī starojums ir viļņi, kas izplatās kādā vidē.
Korpuskulāro teoriju, kuru izmantojot varēja izskaidrot daudzas optiskās parādības. Tā, piemēram, starojuma dažādās krāsas izskaidroja ar to korpuskulu dažādo formu, no kurām sastāv starojums. Savukārt, pamatojoties uz otro hipotēzi, XVII gs. holandiešu zinātnieks H. Heigenss izstrādāja gaismas viļņu teoriju. Tieši Heigensa teorija labi izskaidroja tādas paradības kā gaismas interference un difrakcija u.c.
Tomēr jautājums par gaismas starojuma īsto dabu palika neskaidrs, jo neviena no šīm teorijām atsevišķi nespēja pilnīgi izskaidrot visas optiskās paradības. XIX gs. sākumā, kad O. Frenelis, Ž. Fuko un daudzi citi zinātnieki bija veikuši šajā virzienā pētījumus, kļuva skaidrs, ka gaismas viļņu teorijai ir zināmas priekšrocības salīdzinājumā ar korpuskulāro teoriju. Tomēr viļņu teorijai piemita ievērojams trūkums. Tajā bija pieņemts, ka gaismas starojums ir mehāniski šķērsviļņi. Tadējādi starp Sauli un Zemi vajadzētu būt kādai vielai, jo gaisma brīvi nonāk no Saules līdz zemei. Tapēc izveidojās hipoteze par pasaules ēteru, kas aizpilda telpu starp ķermeņiem un molekulām. Atceroties, ka šķērsviļņi var izplatīties tikai cietos ķērmeņos jāpieņem, ka ēteram piemīt elastīga cieta ķermeņa īpašības. Taču ētera esamību nekā neiespaido Zemes kustību pasaules telpā. Tātad ēters nepierāda savu esamību, izņemot tikai to, ka taja izplatas gaisma, kaut arī tam piemīt cieta ķermeņa īpašības. Šādas pretrunīgas ētera īpašības īzraisīja šaubas par tā eksistenci un hipotēzes pareizību.
Šīs pretrunas gaismas viļņu teorija izkliedēja Dž. Maksvels. Pēc elektromagnētiskās teorijas izveidošanas Dž. Maksvels vērsa uzmanību uz to, ka gaismas izplatīšanās ātrums vakuumā ir vienāds ar elektromagnetisko viļņu izplatīšanās ātrumu. Pamatojoties uz to, viņš izvirzija hipotēzi par gaismas elektromagnetisko dabu, ko vēlāk apstiprināja daudzi eksperimenti.
Tādējādi XIX gs. beigās bija radīta gaismas elektromagnētiskā teorija, kuru izmanto līdz pat šim laikam.
Jebkuru viļņu izplatīšanās virzienu, to skaitā arī gaismas viļņu izplatīšanās virzienu nosaka ar staru – līniju, kas perpendikulāra viļņu virsmām. Stari norāda viļņu enerģijas izplatīšanās virzienu. Gaismas izplatīšanās virzienu var noteikt eksperimentāli. Šajā nolūkā gaismas ceļā janovieto necaurspīdīgs ekrāns ar mazu caurumiņu (1. zīm.). Tad , ja iepriekš istabā ielaisti dūmi, gaismas ceļš redzams šaura, taisna kanāla veidā, tas ir, redzams gaismas kūlis. Gaismas kūlis kļūst redzams tāpēc, ka dūmu daļiņas izkliedē gaismu.
Šķiet, ka, samazinot caurumiņu, varētu iegūt ļoti tievu kūli un tadā veidā prezīzi noteikt gaismas izplatīšanās virzienu. Taču īstenībā, samazinot caurumiņu, gaismas kūlis sašaurinās tik ilgi, kamēr caurumiņa diametrs vēl ir stipri lielāks par gaismas viļņa garumu. Kad caurumiņa diametrs jau salīdzināms ar gaismas viļņa garumu, gaismas kūlis sāk paplašināties, jo notiek difrakcija. Gaisma apliecas ap ekrāna malām, līdzīgi tam, ka tas notiek ar viļņiem uz ūdens virsmas. Tāpēc nevar iegūt pec patikas tievu gaismas kūli, kuru varētu saukt par gaismas staru.
Ar gaismas staru saprot nevis tievu gaismas kūli, bet gan līniju, kas norāda gaismas enerģijas izplatīšanās virzienu. Lai noteiktu šo virzienu, izdala tievus gaismas kūļus, kuru diametrs pārsniedz gaismas viļņu garumu. Pēc tam nomaina kūļus ar līnijam, kuras ir šo kūļu asis. Šīs līnijas attēlo gaismas starus. Tātad ar gaismas staru atstarošanu vai laušanu jāsaprot gaismas izplatīšanās virziena maiņa.…
