Ljusets natur, ingen fråga för filosofer ! ------------------------------------------ Ljuset som fenomen har sedan århundranden varit ett kärt ämne för naturfilosofer att spekulera över. På basis av diverse mer eller mindre påhittade egenska- per hos detta naturliga fenomen, har teorier utvecklats att gälla för hela den fysikaliska verkligheten, detta utan att egentligen kunna påvisa några sakliga argument för ett sådant synsätt. Slutsatser om hur naturen fungerar, baserat på inbillade och hypotetiska egenskaper hos ljuset bör därför betrak- tas som synnerligen grundlösa och av litet värde för vetenskapen. Relativitetsteorin är ett exempel på en sådan teori som på ett minst sagt fräckt sätt uttnyttjat och övertolkat påhittade egenskaper hos ljuset som en utgångspunkt för en enhetlig beskrivning av andra delar av fysiken. Det borde dock varit uppenbart för varje klart tänkande vetenskapsman att detta inte är möjligt. Dessa övertolkningar av nära ockult karaktär har fallit en mängd skojare och lycksökare inom fysiken väl i smaken och som genom sina framträdande maktpositioner inom det vetenskapliga samhället, aldrig försummat att framställa som verkliga sanningar. Frågan om ljusets natur är emellertid en så betydelse- full teknisk och vetenskaplig fråga att den bör utfor- skas och uttolkas helt fristående, objektivt från varje tillstymmelse av subjektivt tyckande. Denna för modern teknik och vetenskap så viktiga fråga bör därför tas ifrån filosoferna och överlämnas till praktiskt och vaket sinnade tekniker, forskare och vetenskapsmän att nogsamt utreda. Man bör koncentrera sig på att klargöra ljusets sanna natur på basis av nya experiment, utförda med moderna tekniska hjälpmedel. Bedömning och utvärdering måste ske efter sunda, objektiva principer, frikopplade från allt personligt tyckande eller bindningar till populära teorier som baserar sig på påhittade egenskaper hos ljuset som grund. Även kunskaper från tidigare experi- ment bör kunna granskas och eventuellt omvärderas enligt samma grundläggande principer. Vad är ljus ? ------------- Som ljus räknas i huvudsak den del av det strålnings- spektra från materia som uppfattas som synligt ljus för det mänskliga ögat. Ljuset som fysikalisk företeelse är livsviktigt för allt liv för jorden. I fotosyntesen bygger växterna upp ved- ämnen från koldioxid i luften och återlämnar syre till luften. Genom solen förses jorden med ett ständigt flöde av ljus, detta tillsammans med den värmestrålning som livet på jorden också behöver. Men ljuset har också fått stor teknisk betydelse och har bidragit till vårt fysiska välbefinnande. I TV-röret om- vandlas energin från elektronstrålar till synligt ljus på en bildskärm, i glödlampan omvandlas en del av den tillförda energin till en glödtråd till ljus, vilket gör att vi kan leva ett behagligt och bekvämt liv även under den mörka delen av dygnet. Dock, den mest sofistikerade tillämpningen av fenomenet ljus syns vara i tillämpningar av laserljuset. Laserljus är en ljusform som sannolikt inte förekommer som natur- ligt fenomen i naturen, utan är en uppfinnning, eller upptäckt, gjord av människan. Genom att på ett fiffigt sätt stimulera materia att utsända ljus i jämn takt har man lyckats åstadkomma ljus med mycket hög grad av ren- het, dvs med konstant våglängd och färg, samt med mycket hög intensitet. Laserljuset har därför idag fått användning i många tek- niska tillämpningar, i laser-skrivare, i CD-spelare, i olika mätapparater för avståndsmätning, som operations- knivar, som svetsaggregat eller som skärande bearbetning inom industrin, osv osv. Och i mera spektakulära samman- hang, i "stjärnornas krig", där man skjuter ner fientli- ga missiler med riktat laser-ljus. Sålunda, ljusets betydelse för människan, både för sitt vardagliga välbefinnande, likväl som för utformningar av olika tekniska hjälpmedel i människans tjänst, kan så- lunnda inte nog accentueras. Ändock är det märkligt att ljusets verkliga natur inte ordentligt har utretts och att därför detta naturliga fenomen fortfarande kvar- står som en helt obegriplig och outredd gåta. Tekniker och ingenjörer har inte varit sena att tillämpa ljusets alla märkliga och fantastiska egenskaper, men vetenskapen har inte lyckats att reda ut begreppen i någon större omfattning, utan har fastnat i en del före- ställningar som man har svårt att ta sig ur. En av huvudorsakerna till detta var tillkomsten av Einsteins relativitetsteori, där ljuset tilldelades mys- tiska och övernaturliga egenskaper som det var svårt att rent förnuftsmässigt greppa. Denna teoris framgångar har sedan cementerat vissa föreställningar om ljuset som varit svåra att diskutera eller komma förbi. En fruktbar vetenskaplig debatt om ljusets verkliga natur har på detta sätt blockerats, vilket måste anses som varande rent skadligt för den tekniska utveckligen. I syfte att något reda ut dessa motsägelser skall här tas upp några synpunkter som kan bidra till att klargöra de låsningar som under årens lopp har uppkommit. Vad som önskas är en rent objektiv betraktelse av ljuset som fenomen i olika sammanhang och om det finns andra tolk- ningar av vissa experiment. Ljusets egenskaper har hit- tills i huvudsak varit förbehållet filosoferna, nu är det hög tid att återföra ljuset som fenomen, till fysi- ken och fysikerna. Ljuset, en våg eller partikel ? ------------------------------- Ljus uppvisar dubblelnatur, i de flesta experiment upp- träder ljuset med vågkaraktär, i vissa andra experiment som partiklar.Det verkar vid första påseendet som mycket förbryllande, en paradox. Redan Isac Newton (1642-1727) var vacklande i sin uppfattning, han införde begreppet korpuskeler för de partiklar han föreställde sig att ljuset var uppbyggt av, samtidigt som han kunde observe- ra att ljuset faktiskt också uppförde sig som hur vågor beter sig då det passerar skarpa hörn på en skärm osv. En samtida vetenskapsman. C. Huygens (1629-1695) hävdade dock att ljuset var en vågrörelse i ett eter-hav, en uppfattning som gick segrande ur striden, en uppfattning som bestod fast ända fram till början av 1900-talet. Maxwells teorier ----------------- Clerk Maxwell var en engelsk fysiker som utformade en ny elektromagnetisk teori som kunde visa att elektriska och magnetiska fenomen hade ett fysikaliskt samband. I denna teori inlemmades också ljuset som en elektromagne- tisk vågrörelse. Denna teori var så framgångsrik att man därmed ansåg att uppfattningen om ljuset som en vågrö- relse i ett eter-hav mer eller mindre var slutgiltigt bekräftat. Michelson Morley's experiment. ------------------------------ Den amerikanske fysikern A. Michelson (1852-1931) var också helt övertygad om att Hyugens och Maxwell hade rätt vad beträffande ljusets natur som en vågröelse i en eter. Han tänke använda denna kunskap för att uppmäta den hastighet varmed jorden rör sig i denna eter runt solen. Med hjälp av en känslig interferrometer (ett optiskt instrument) skulle det vara möjligt att med tillräcklig noggrannhet utföra en sådan mätning, vilket preliminära beräkningar också visade. Resultatet av detta experiment blev oväntat och chock- artat ! Instrumentet uppvisade ingen som helst utslag, det gick inte att få bekräftelse på Maxwells eterteori och att sålunda ljuset skulle vara en vågrörelse i ett eterhav ! Stor panik och frustration hos fysikerna ----------------------------------------- Fysikerna blev minst sagt chockade av detta resultat. Man började söka olika förklaringar. En tänkbar förkla- ring var att etern på något sätt drogs med i jorden rö- relse. En annan ide' var att mätutrustningen på något sätt drog ihop sig i rörelseriktningen genom "etervin- dens" påverkan. Denna sistnämnda förklaring satte fanta- sin i rörelse men uppfattades ändock inte som rimlig. Man ville dock inte ifrågasätta att Maxwells teorier på något sätt var felaktig och gåtan fick inget ordentligt svar. I turbulensen av all denna filosofiska diskussion om ljusets natur som pågått alltsedan Newtons dagar och som inte hade lett till några bestämda resultat, kom så Einstein år 1905 och framlade sin speciella relativi- tetsteori, där han förklarade all denna frustration som enbart konstruerade problem. Frågan var helt enkelt fel ställd,ljusets hastighet var alltid konstant, en univer- sell referens vartill alla andra rörelser i universum kunde relateras ! Ljusetern, även om den existerade, hade ingen inverkan på ljusets rörelse. Likt strutsen sticker huvudet i sanden förklarade Einstein de diskuterade problemen som icke existenta, dvs var enbart konstruerade problem utan förankring i verkligheten. Visst var det skönt att bli av med denna evigt, kontro- versiella fråga och att istället kunna ägna sig åt något mera väsentligt ! Så, det vetenskapliga etablissemanget med många av den tidens främsta företrädare för veten- skapen i spetsen, svalde Einsteins påhitt med hull och hår och utan att egentligen ställa de kritiska frågorna som all sann vetenskap kräver. Ljuset kunde nu användas som en generell referens till allt skeende i universum och från denna föreställning växte sedan fram en ny och mycket märklig världsåskåd- ning, en filosofi om världen, som i sina konsekvenser trotsar allt vad som kan anses som sunt och normalt, uppbackat av stora delar av det vetenskapliga makt- etablissemanget som absolut, oantastlig naturlag. Dessa teser kan än idag inte ifrågasättas utan att misstanke väcks att kritikens/frågeställaren inte helt besitter sitt fulla förstånd. Vilka fel var det som begicks ? ------------------------------- För det första måste vi klart inse att det inte går att bygga en ny världsuppfattning på några enstaka, mer eller mindre inbillade egenskaper hos ett specifikt fysikaliskt fenomen, i detta fall hur ljuset utbreder sig i tomrummet, och använda detta som en generell refe- rens för allt annat skeende. Einstein själv insåg så småningom denna svaghet i sin teorin, då han sade att "varje liten noterad avvikelse i ljusets konstanta has- tighet gör att både den speciella och den generella teo- rin måste förklaras ogiltig". (I ett brev till Erwin Finley-Freundlich 1913). I sitt inledande postulat framgår tydligt att Einstein inte själv begrep vad han egentligen försökte säga. Hans första posultat säger att ljusets hastighet är konstant i relation till alla ljuskällor även om de rör sig, men han glömde bort att även observatören har möjlighet att röra sig relativt ljuskällan. Uttolkare av teorin fick med nödvändighet senare lägga till detta för att posula- tet skulle bli fullständigt. Det är helt uppenbart att Einstein tänkte sig en eter där ljuset fortplantar sig, och då skulle eventuellt den konstanta hastigheten vara riktig.Problemet var emeller- tid att han samtidigt förklarade denna eter som icke- existent. Och även om en sådan eter existerade, skulle inte mätningar från en ljuskälla vara symmetriskt av rörelser relaterade till ljuskällan, eller till observa- tören. Detta faktum är känt för ljud i luft, där inte samma fysikaliskt/matematiska formler gäller för källa och observatör vid rörelse. En eterteoiri skulle således omedelbart förkasta det bä- rande budskapet i relativitetsteorin, nämligen att det enbart är den relativa rörelsen mellan ljuskälla och observatör som är avgörande för hur olika fysikaliska effekter hos ljuset uppfattas. Återstår alltså att ingen ljuseter existerar, eller att om någon slags eter existerar, den inte har någon påver- kan av ljusets rörelse. Vad gäller överföring av energi från en punkt till en annan finns inom fysiken två allmänt kända principer 1) genom rippel/eller vågrörelser i ett medium som bärare och 2) genom partiklar som transporterar energin genom sin egenrörelse mellan platser i rummet.. Eftersom vi sålunda måste utesluta en eterrrörelse,kvar- står sålunda endast partikelmodellen. Låt oss ta en titt på dess konsekvenser och hur den stämmer med erfarenhet och experiment. Vad Einstein och hans supportrar missade ---------------------------------------- Sann vetenskap som inte bygger på dogmer, jobbar med ett öppet sinne, beredd att pröva, överväga och under- söka alla tänkbara alternativa förslag och lösningar. Detta har man hittills inte gjort vad ljusets natur be- träffar. Ritz's teori om en reflektor som en ny ljuskälla ------------------------------------------------- Vetenskapsmannen Walter Ritz framlade 1917 en teori för ljuset, framställt som en alternativ tolkning till Einsteins ljuspostulat, men som tyvärr aldrig fick någon egentlig uppmärksamhet. Denna teori säger i korthet, att varje föremål som träffas av ljus normaliserar ljusets hastighet i relation till föremålet så att has- tigheten alltid blir, c , relativt föremålet ifråga. Motivationen till detta synsätt är, att ljus som träffar materia, egentligen inte reflekteras (studsar tillbaka) utan re-emitteras (återutsändes) av materien. Vid åter- utsändningen normaliseras ljusets hastighet av materien, till hastigheten c. Därav följer, att det återutsända ljuset har den hastig- het som bestämmes av inre egenskaper hos materien och ej av den hastighet som ljusvågen har då den träffar målytan ! Därav följer, att varje spegel eller annat materiellt föremål som träffas av ljus blir en ny ljuskälla, inne- bärande att ljushastigheten av det återsända ljuset har hastigheten c , relativt den emitterande källan. Fotonen en skur av partiklar, en materievåg Ljuset en materie-våg, en våg av partiklar ------------------------------------------- Om någon sitter på en gunga och en annan person kastar bollar till denne person i en takt som överenstämmer med gungans egen naturliga svängningsfrekvens, då kommer gungan att mottaga energi och dess svängningar kommer att öka i amplitud. Om bollarna kastas i otakt med gungans rörelse, kommer gungan inte att upptaga någon energi, den stannar. På samma sätt kan det förhålla sig med fotonen och atomen,där sålunda fotonen motsvarar tåget av bollar och atomen den gunga som tar emot rörelseenergin. Om foto- nens frekvens stämmer med atomens frekvens (dess färg i spektrat), tar atomen upp energin, i annat fall stöts fotonen bort. (Observera, denna analogi gäller för den enskilda fotonen som då skulle bestå av myriader små partiklar). Fotonen genereras oftast av ett atomiskt system, som av- länkar ljusenergi under speciella betingelser. Normalt ses fotonen som en singulär partikel,men sannolikt är då att fotonen istället är en samling av många mindre par- tiklar som kastas ut vid samma tillfälla. En enkel analogi är hur en person kastar ut en näve sand och som samtidigt snurrar runt sin egen axel. Detta sett i ett perspektiv utanför den sand-kastande personen,ser man då sandkornen utspridda i ett och samma rotationsplan och där sandkornen avlägsnar från centrum i en spiralformad bana i tangentens riktning.Denna mo- dell ger goda möjligheter att förklara och beskriva både ljusets våg/och partikelegenskaper samt dess polarise- rande egenskaper. Comptons experiment ------------------- Ett av de förnämligaste experiment som gjorts och som bekräftar att ljus uppför sig som ballistiska partiklar då de träffar elektroner i materien, var det exepriment som Arthur H. Compton (1892-1962) utförde med röntgen- strålar (nobelprisbelönat). Den våglängsförskjutning av de reflekterade strålarna som erhölls stämde exakt med de beräkningar som gjorts med utgångspunkt från Newtons vanliga masströghetslagar och med kännedom av Plancks energilag E=h.f. Dessutom räknade Compton inte med sam- bandet E=m.c(kvadrat) utan med Newtons vanliga energilag, E=1/2.m.c(kvadrat), vilket således även gäller för fotoner trots att de rör sig med ljusets hastighet ! Michelson Morleys experiment ---------------------------- Det anses att det experiment som Michelson utförde i slutet av 1800-talet,var upprinnelsen till relativitets- teorin. Det är dock inte helt klarlagt om Einstein till en början kände till detta experiment, påståendet är förmodligen en efterrekonstruktion av det historiska händelseförloppet. Hur det nu än är med detta så erbju- der inte relativitetsteorin några speciella fördelar som förklaringsmodell för detta experiment, tvärtom verkar det stört omöjligt att förklara experimentet med utgångspunkt från Einsteins ljuspostulat ! där det anta- ges att ljusets hastighet i mätapparatens alla delar alltid är konstant, lika med c, obeorende av apparatens rörelser. Ritz teori tillsammans med ljusets partikelmodell för- klarar emellertid detta experiment på ett galant sätt, mätresultatet blir som sig bör, ett nollresultat. De Sagnac's experiment ---------------------- Ett annat klassiskt experiment som inte kan förklaras av relativitetsteorin, är det s.k. "De Sagnacs experiment" samt därutöver en hel del likartade sådana experiment som utförts med varierande grad av upplösning och nog- grannhet. Det går ut på att man sänder två ljusstrålar splittade från samma ljuskälla runt en roterande ring av speglar. Ljuset från de båda rotationsriktningarna samlas upp i en interferrometerapparat där fasvridningen mätes. Resultatet stämmer helt med Ritz ljusteori,men kan svår- förklaras av Einsteins teori eftersom den kräver att ljuset rör sig med konstant hastighet i båda riktningar i ringen, vilket i så fall inte skulle ge någon interfe- effekt så som uppmätes. Det slutna rummets mysterium ---------------------------- Det absolut enklast tänkbara av alla experiment är det vad jag kallar "det slutna rummets mysterium ". En lampa hänger i taget av ett fyrkantigt rum. En tekni- ker går runt i rummet och mäter färgen på ljuset från den upphängda lampan. All erfarenhet visar, att spektrat - färgen på ljuset - är detsamma i alla delar av rummet. Om nu rummet rör sig, rummet kan exempelvis vara en tåg- kupe', förändrar inte detta saken. Om det fanns en aktiv ljuseter eller om ljuset inte följde med rummets rörelser, skulle dock en skillnad kunna uppmätas, ljusets färg skulle vaiera i olika delar av rummet. Det första vi kan konstatera är sålunda 1) att alla teo- rier som hävdar existensen av en aktiv, universell ljus- eter inte kan vara riktiga om ljusspektra som mätes är konstant (vilket det är). 2) att ljuset från lampan föl- jer med rummets rörelse, dvs är konstant i relation till lampan. Att alla tidmätningar av ljusets utbrednings- hastighet mot och från väggarna i alla riktningar är konstant och densamma. Allt detta tillfredställes perfekt och utan motsättning av den ballistiska ljusteorin samt teorin enligt Ritz modell. Einstein teori får dock genast problem eftersom en per- son i en vagn i ett tåg som passerar ser ett röd/blå- skift av ljuset från lampan, dvs observerar en hastig- hetsdifferens. Givetsvis blir det en hastighetsdifferens mätt från ett utomstående system, men problemet i Ein- steins teori är att detta inte kan erkännas eftersom c= konstant. Maxwells dillemma ------------------ Maxwells elektromagnetiska teori var mycket framgångsrik i de flesta avseende. Eftersom ljuset ochså inlemmades i denna teori som ett elektromagnetisk fenomen, utgick Maxwell från att ljuset var en eter-våg rörelse. Alla experiment har emellertid motvisat att det så förhåller sig. Ljuset som en materievåg innebär dock ingen motsägelse av Maxwells matematiska beskrivning av ljusets utbred- ning. Hans matemetiska teori går nämligen lika bra att tillämpa på ljuset som en materievåg eller en partikel- källa. En skenbar motsägelse visar sig plötsligt inte vara något problem ! Gravitationell rördförskjutning ------------------------------- Om man sänder en ljusstråle rakt upp från jorden, erhål- les en rödförskjutning.Om man gör en teoretisk beräkning grundad helt på Newtons gravitationsteori, detta kontra Einsteins teori, erhålles samma formel. Dvs Newtons och Einsteins respektive teorier ges samma resultat ! Ljusets avböjning vid solytan. ------------------------------ En av relativitetsteorins största framgångar anses vara förutsägelsen av hur mycket en ljusstråle från en bakom solen belägen stjärna avböjes vid passage nära solytan. Det värde som erhålles av Newtons teori är hälften av det experimentella värdet,Einsteins teori ger ett bättre resultat.Det som är märkligt här är emellertid att feno- menet gravitationell påverkan av ljus, är detsamma som vid rödförskjutning av ljus nära en graviterande himla- kropp. Och i det fallet var den effekt som predikterades densamma för båda teorierna ! "En hund synes här vara begraven". En tanke som framkastats är att solkoronan (som är en tunn och het gas) eventuellt kan bidraga med en extra effekt på samma sätt som ägringar uppstår över het ökensand. I så fall är Einsteins värde för högt och därmed felaktigt. Ljusets dopplereffekt som funktion av rörelse ---------------------------------------------- Ljuset sägs uppvisa dopplereffekt som funktion av rörel- se. De fysiker som hävdar att detta är en dopplereffekt har inte förstått fundamenta av naturlagarna. Doppler- effekter uppstår bara om energi transporteras i medier, och eftersom relativitetsteorin förnekar existensen av ett sådant aktivt medium för ljusets energitransport, så står det helt uppenbart för var och en att begreppet dopplereffekt är felaktigt valt i sammanhanget. Och värre blir det för relativitetsteorins del, eftersom c alltid är konstant och att en röd/eller blåförskjutning inte ens kan hänvisas till en hastighetsdifferens hos ljuset relativt observatören. Tillämpar vid ide'n att ljuset är en ström av partiklar, uppnår vi dock snabbt en klar förstålse. Den hastighets- differens som uppstår av rörelsen ger upphov till ett frekvensskift och denna effekt är sannt relativistisk, dvs är enbart beroende av den relativa rörelsen mellan källa och observatör (så ej i en eter-teri som ovan på- pekats). Ljusabberrationen från avlägsna stjärnor ----------------------------------------- Tesen om ljushastighetens konstans har bl.a hävdats ge- nom vissa experiment som sägs bestyrka detta. År 1680 pekade James Pickard på det faktum att om en stjärna be- traktas vid olika tidpunkter under året,måste teleskopet ställas om, maximalt 41''(bågsekunder), för att stjärnan fortfarande skall ligga i teleskopets centrum. 1725 pre- senterade James Bradley en sannolik förklaring till detta fenomen. Han gjorde en liknelse mellan ljuset och regndroppar som faller ner i ett rör. Om man rör sig re- lativt regnet måste röret lutas något för att regndropp- arna fortfarande skall falla rakt ner genom röret. Dropparna kan här associeras till partiklarna i ljuset. Mätning av ljusets hastighet ---------------------------- Relativister talar ofta om "ljusets hastighet", "att "uppnå ljusets hastighet osv", men utan att först defi- niera i relation till vad man mäter. All hastighet måste för att ur fysiskt mening vara relevant, definieras i relation till någon eller något. Man anser väl detta var onödigt eftersom ljusets hastig- het per definition anses vara detsamma till allt och alla, dvs definition till en given referenspunkt anses överflödig. Det enda sätt att genomföra en relevant hastighetsmät- ning för ljuset är att ställa upp två mätpunkter (optis- ka givare) på ett på förhand definierat avstånd. Sedan sända en ljuspuls från en och samma ljuskälla och med hjälp av ett noggrannt atomur uppmäta tidsdifferensen. Genom att låta mätapparaturen vara uppställd på en rör- lig vagn i relation till ljuskällan kan man verifiera huruvida mätresultatet varierar eller är konstant. Detta kan med dagens teknik utföras med satelliter. Ett sådant experiment har jag föreslagit i en notis i Elec- tronic Wireless World bl.a (Challenging viewpoint, EWW nov 1991 samt i mina egna publikationer från 1981 och frammåt). Den kosmiska rödförskjutningen ------------------------------ Om ljus är partiklar, materia, måste man räkna med att dessa partiklar växelverkar med den omgivande rymden un- der den väg de färdas. Därmed kommer dess hastighet att minska med tiden och dess frekvens sjunker. Detta kan vi se i att ljuset dras mot den röda delen av spektrat. Då detta "långsamma ljus" träffar teleskopet i ett observa- torium (en lins eller en spegel), normaliseras ljusets hastighet (enligt Rits teori) och det når observatörens öga med den normaliserade hastigheten, c. Den låga fre- kvensen konverteras i linsens materia till längre våg- längd och en högre frekvens. Vi ser sålunda att det finns goda möjligheter att tolka ljusets skenbart underliga beteende på alternativa sätt men ända med hjälp av kända naturlagar. Låt oss därför skaka av oss alla mentala låsningar och i fri vetenskap- lig anda ompröva de dogmer som idag omger denna för tek- nik och vetenskap så viktiga fråga.