LJUSET-EN VÅG AV PARTIKLAR (Från FAKTA 8/87 av O.Tedenstig) Tack för artiklen om James CLerk Maxwell i VFA nr 4/87. Utan att ifrågasätta Maxwells insats inom elektrodynamiken, vill jag ändå utnyttja tillfället att påpeka, att hans teori om ljusets natur som en vågrörelse egentligen aldrig har blivit bevisad. Maxwells teori utvecklades från början utifrån en föreställ- ning om att en eter- ett medium som ljuset fortplantar sig i- existerade i vakuum. Med denna utgångspunkt började Maxwell använda sig av den generella vågekvationen, som också gäller för vågrörelser i luft (ljud) och vågrörelser i värskor och andra medier. Genom att gämföra resultaten från den elektro- magnetiska teorin med denna ekvation, som alltså är giltig under förutsättning att det verkligen finns ett medium, drog Maxwell den felaktiga slutsatsen, att ljuset består av eter- vågor. Denna hypotes låg till grund för Michelsons och Morleys ljus- eter experiment. Innan de utförde experimentet, beräknade de hur stor avvikelsen skulle bli i interrerensen mellan två ljusstrålar, som hade gått olika vägar genom denna ljuseter. Som bekant uteblev hela effekten och senare har man gjort flera liknande experiment, som har bekräftat att det inte uppstår någon ljusetereffekt. Därmed faller hypotesen om ljuset som en vågrörelse i enlig- het med konventionella begrepp. Experimentet fungerar däre- mot, om man antar att ljuset består av partiklar men en viss hastighet, som uppför sig i överensstämmelse med Newtons tröghetslagar. Till och med den generella vågekvationen kan tolkas och skrivas om, så att den gäller för en partikel- källa istället för en vågkälla. Under dessa förutsättningarn försvinner motsättningarnas mellan Maxwells elektromagnetiska teori och de genomförda experimenen. Ljuset består av partiklar med en hastighet, som är beroende både av källan och observatören. Einstein ansåg att ljuset var partiklar, och hade rätt i så motto. Han misstog sig emellertid tyvärr vad beträffar ljushastighetens universella konstans. Ljushastigheten utan- för ljuskällan i vakuum varierar, vilket var tråkigt för Einstein, men helt i sin ordning för Maxwell. Vi kan med andra ord konstatera, att både Maxwell och Einstein misstog sig på väsentliga punkter i sina respektive teorier. Man får hoppas att den allmänna vetenskapen snart inser detta. ==================== Svarsinlägg av Herman Hanssen (den kommenterade artikelns författare): Min avsikt med episteln i nr 4/87 var att beskriva Maxwells imponerande vetenskapliga insats, snarare än att ge en situationsbild av vad den moderna ljusteorin står idag. Efter att ha läst herr Tedenstigs insprirerande brev, inser jag emellertid att jag, i samband med beskrivningen av Maxwells ljusvågteori, nog borde ha nämnt Einsteins "återinförande" av ljuspartikelbegreppet år 1905 och den betydelse som detta fick för den vidare utformningen av ljusteorin. Maxwells elektromagnetiska ljusvågteori utvecklades helt riktigt på den tiden då man föreställde sig en "eter", som tänktes fylla världsrymden. Föreställningen om en sådan eter var i verkligheten överflödig för Maxwells vågteori och påverkar inte dess allmänna giltighet. Maxwells vågteori ger en enkel och åskådlig förklaring till optiska problem som ljusspridning, ljusbrytning, inteferens (som verkar mellan flera vågrörelser) och polarisering. Den är otillräck- lig när det gäller den fotoelektriska effekten (som utnyttjas i fotoceller) där Einstein genom att använda partikel- teorin kunde ge en briljant teoretisk förklaring. Plötsligt satt man alltså med två ljusteorier, vågteorin och partikelteorin, som i litteraturen framställs sida vid sida ända fram till våra dagar. Denna dualism har hela tiden plågat fysikerna. Redan Einstein var som bekant inne på tanken att kombinera de två teorierna, men på den tiden blev han alltmer upptagen av sitt arbete med den allmänna relativitetsteorin. Önskan att närma Maxwells ljusvågteori och partikelteorin till varandra har emellertid lett till att andra fysiker har formulerat en rad teorier, som i hög grad tillfredställer detta krav, även om det återstår svåra frågor. Låt oss göra ett tankeexperiment för att illustrera problema- tiken: En monokromatisk, alltså enfärgad, ljusstråle träffar ett prisma och bryts i det. Detta är ett tydligt vågfenomen. Så låter vi den brutna strålen falla på en fotocell, där elektroner frigörs på grund av fotonbombardemanget - ett typiskt partikelfenomen. Vår ljusstråle har alltså uppfört sig både som en våg och som en partikelström, men inte i samma process. Då den engelse fysikern Paul Adrien Maurice Dirac utförde sitt pionjärarbete om denna våg/partikel-dualism, gjorde han det genom att använda den nya kvantmekanikens principer på Maxwells elektromagnetiska fältekvationer. Om detta säger professor Harald Fritzsch: "Det som har förändrats sedan 1861 är tolkningen av Maxwells ekvationer. Med kvantfälts- teorins moderna uttrycksformer säger vi, att Maxwells ekva- tioner beskriver utbredningen i rummet av de elektromagnetiska kvanta som kallas fotoner". ==========================