Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:22 • sest 21:31 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 23:11 • Sest 05:11 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 06:38 • Síðdegis: 18:56 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 00:39 • Síðdegis: 12:46 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Hvað er ljósvaki? Er hann til?

Stefán Ingi Valdimarsson og Þorsteinn Vilhjálmsson

Ljósvaki var hugsaður sem bylgjuberi ljóss. Allt frá því að afstæðiskenning Einsteins öðlaðist almenna viðurkenningu í upphafi aldarinnar hefur eðlisfræðingum verið ljóst að ljósvakinn er ekki til.

Eðlisfræðingar hafa lengi velt fyrir sér eðli ljóss. Á 17. öld settu Isaac Newton og Christian Huygens fram hvor sína kenningu um eðli þess. Newton staðhæfði að ljós væri straumur ljósagna sem bærist frá ljósgjafa en Huygens hélt því fram að ljósið væri bylgjuhreyfing. Úr þessu fékkst ekki skorið fyrr en öld síðar þegar Bretinn Thomas Young gerði tilraunir sem sýndu ótvírætt fram á bylgjueðli ljóss. En allar bylgjur sem menn þekktu fela í sér sveiflur í einhverju efni sem bylgjurnar berast eftir, bylgjubera. Þannig eru bylgjur á vatni sveiflur í yfirborðslögum vatnsins, hljóð er regluleg þrýstingsbreyting í lofti og fleiri efnum og jarðskjálftabylgjur eru sveiflur í innri lögum jarðar. Þá vaknar því hin eðlilega spurning: Um hvaða efni berst ljós? eða hver er bylgjuberi ljóss?

Hreyfingar himintunglanna sýna að þau verða ekki fyrir neinum núningskröftum þannig að í rúminu milli stjarnanna getur ekki verið neitt venjulegt efni. Hins vegar er ljóst að ljós hlýtur að berast í þessu rúmi vegna þess að við getum séð stjörnurnar. Þess vegna getur bylgjuberi ljóss ekki verið neitt venjulegt efni. Þeir sem aðhylltust bylgjueðli ljóss snemma á 19. öld settu því fram þá hugmynd að allt rúm væri fyllt af bylgjubera ljóss sem Jónas Hallgrímsson kallaði ljósvaka í þýðingu sinni á Stjörnufræði Ursins, en þar segir:
Margt er álit manna um það hvað sólarljósið sé og allt ljós. Sumir halda ljósið streymi út úr hinum lýsendu líkömum; aftur halda sumir það komi af skjálfta eður bylgjugangi í harla smágjörvu frumefni því er kalla mætti ljósvaka (æter); hyggja menn að ljósvaki fylli allan himingeiminn og segja ljósið kvikni þar við hristinginn, að sínu leyti og hljóðið kviknar við hristingu jarðlofts vors. Vér verðum að fela náttúruspekingunum á vald að skera úr því vafamáli hvurjir að hafi réttara fyrir sér í þessu efni eður að minnsta kosti að koma fram með það er mæli með og í móti báðum þessum getgátum. (Ritverk Jónasar Hallgrímssonar III. Reykjavík: Svart á hvítu, 1989, bls. 322).
Fljótlega kom í ljós að þessi ljósvaki var afar undarlegt fyrirbæri. Upphaflega gerðu eðlisfræðingar ráð fyrir að ljósvakinn væri kyrr í alheimi og hann gæti því skilgreint alkyrrt viðmiðunarkerfi. Til að skýra gríðarlegan hraða ljósbylgna þurfti helst að gera ráð fyrir að ljósvakinn væri afar stíft efni en þó hefur hann sem fyrr segir enga tilhneigingu til að hamla hreyfingu hluta.

Fyrir löngu var búið að gefa upp á bátinn þá kenningu að jörðin væri miðja alheimsins, heldur er hún á fleygiferð umhverfis sólina. Ef ljósvakinn er kyrr ætti jörðin því að þjóta um hann af miklum hraða en enginn gat mælt þann vind. Michelson og Morley gerðu fræga tilraun sem hefði átt að mæla ljósvakavindinn en hann kom ekki fram. Allt kom fyrir ekki, ljósvakinn reyndist vera hið undarlegasta fyrirbæri sem enginn gat mælt. "Það er eins og náttúran sé með samsæri í gangi til að fela tilvist ljósvakans," sagði Henri Poinarcé rétt um aldamótin 1900, "en slíkt samsæri er í sjálfu sér náttúrulögmál".

Tími var kominn til að kasta ljósvakanum fyrir róða og það gerði Albert Einstein fyrstur manna þegar hann setti fram takmarkaða afstæðiskenningu sína árið 1905. Samkvæmt henni er ljósið bylgja sem ferðast með sama hraða, ljóshraðanum, í hvaða viðmiðunarkerfi svo sem litið er á það. Þessi bylgja þarf engan bylgjubera til að berast í, ljósvakahugmyndin er gagnslaus og röng, ljós og aðrar rafsegulbylgjur berast viðstöðulaust um tómarúm og ljósvakinn er ekki til.

Höfundar

Stefán Ingi Valdimarsson

sérfræðingur á Stærðfræðistofu Raunvísindastofnunar Háskóla Íslands

Þorsteinn Vilhjálmsson

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Útgáfudagur

10.8.2000

Spyrjandi

Bragi Kristjánsson

Efnisorð

Tilvísun

Stefán Ingi Valdimarsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvað er ljósvaki? Er hann til?“ Vísindavefurinn, 10. ágúst 2000. Sótt 24. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=767.

Stefán Ingi Valdimarsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. (2000, 10. ágúst). Hvað er ljósvaki? Er hann til? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=767

Stefán Ingi Valdimarsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvað er ljósvaki? Er hann til?“ Vísindavefurinn. 10. ágú. 2000. Vefsíða. 24. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=767>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað er ljósvaki? Er hann til?
Ljósvaki var hugsaður sem bylgjuberi ljóss. Allt frá því að afstæðiskenning Einsteins öðlaðist almenna viðurkenningu í upphafi aldarinnar hefur eðlisfræðingum verið ljóst að ljósvakinn er ekki til.

Eðlisfræðingar hafa lengi velt fyrir sér eðli ljóss. Á 17. öld settu Isaac Newton og Christian Huygens fram hvor sína kenningu um eðli þess. Newton staðhæfði að ljós væri straumur ljósagna sem bærist frá ljósgjafa en Huygens hélt því fram að ljósið væri bylgjuhreyfing. Úr þessu fékkst ekki skorið fyrr en öld síðar þegar Bretinn Thomas Young gerði tilraunir sem sýndu ótvírætt fram á bylgjueðli ljóss. En allar bylgjur sem menn þekktu fela í sér sveiflur í einhverju efni sem bylgjurnar berast eftir, bylgjubera. Þannig eru bylgjur á vatni sveiflur í yfirborðslögum vatnsins, hljóð er regluleg þrýstingsbreyting í lofti og fleiri efnum og jarðskjálftabylgjur eru sveiflur í innri lögum jarðar. Þá vaknar því hin eðlilega spurning: Um hvaða efni berst ljós? eða hver er bylgjuberi ljóss?

Hreyfingar himintunglanna sýna að þau verða ekki fyrir neinum núningskröftum þannig að í rúminu milli stjarnanna getur ekki verið neitt venjulegt efni. Hins vegar er ljóst að ljós hlýtur að berast í þessu rúmi vegna þess að við getum séð stjörnurnar. Þess vegna getur bylgjuberi ljóss ekki verið neitt venjulegt efni. Þeir sem aðhylltust bylgjueðli ljóss snemma á 19. öld settu því fram þá hugmynd að allt rúm væri fyllt af bylgjubera ljóss sem Jónas Hallgrímsson kallaði ljósvaka í þýðingu sinni á Stjörnufræði Ursins, en þar segir:
Margt er álit manna um það hvað sólarljósið sé og allt ljós. Sumir halda ljósið streymi út úr hinum lýsendu líkömum; aftur halda sumir það komi af skjálfta eður bylgjugangi í harla smágjörvu frumefni því er kalla mætti ljósvaka (æter); hyggja menn að ljósvaki fylli allan himingeiminn og segja ljósið kvikni þar við hristinginn, að sínu leyti og hljóðið kviknar við hristingu jarðlofts vors. Vér verðum að fela náttúruspekingunum á vald að skera úr því vafamáli hvurjir að hafi réttara fyrir sér í þessu efni eður að minnsta kosti að koma fram með það er mæli með og í móti báðum þessum getgátum. (Ritverk Jónasar Hallgrímssonar III. Reykjavík: Svart á hvítu, 1989, bls. 322).
Fljótlega kom í ljós að þessi ljósvaki var afar undarlegt fyrirbæri. Upphaflega gerðu eðlisfræðingar ráð fyrir að ljósvakinn væri kyrr í alheimi og hann gæti því skilgreint alkyrrt viðmiðunarkerfi. Til að skýra gríðarlegan hraða ljósbylgna þurfti helst að gera ráð fyrir að ljósvakinn væri afar stíft efni en þó hefur hann sem fyrr segir enga tilhneigingu til að hamla hreyfingu hluta.

Fyrir löngu var búið að gefa upp á bátinn þá kenningu að jörðin væri miðja alheimsins, heldur er hún á fleygiferð umhverfis sólina. Ef ljósvakinn er kyrr ætti jörðin því að þjóta um hann af miklum hraða en enginn gat mælt þann vind. Michelson og Morley gerðu fræga tilraun sem hefði átt að mæla ljósvakavindinn en hann kom ekki fram. Allt kom fyrir ekki, ljósvakinn reyndist vera hið undarlegasta fyrirbæri sem enginn gat mælt. "Það er eins og náttúran sé með samsæri í gangi til að fela tilvist ljósvakans," sagði Henri Poinarcé rétt um aldamótin 1900, "en slíkt samsæri er í sjálfu sér náttúrulögmál".

Tími var kominn til að kasta ljósvakanum fyrir róða og það gerði Albert Einstein fyrstur manna þegar hann setti fram takmarkaða afstæðiskenningu sína árið 1905. Samkvæmt henni er ljósið bylgja sem ferðast með sama hraða, ljóshraðanum, í hvaða viðmiðunarkerfi svo sem litið er á það. Þessi bylgja þarf engan bylgjubera til að berast í, ljósvakahugmyndin er gagnslaus og röng, ljós og aðrar rafsegulbylgjur berast viðstöðulaust um tómarúm og ljósvakinn er ekki til....