Fagstoff

Lys: Partikler eller bølger?

Publisert: 03.07.2018
For snart fire hundre år siden var det en heftig strid om lys er partikler eller bølger .

Isaac Newton gjennomfører lyseksperiment med prisme. Tegning.Isaac Newton gjennomfører sitt kjente lyseksperiment med prisme.  

Bølgedebatt

På 1600-tallet så nederlenderen Christian Huygens at lys hadde mange egenskaper som minnet om vannbølger og mente at lys måtte ha bølgenatur.

Partikler?

Den berømte vitenskapsmannen Isaac Newton fra England påviste at vanlig sollys inneholder flere farger (rød–oransje–gul–grønn–blå–indigo–fiolett). Ut fra det han visste om fargeblanding, kunne han danne praktisk talt alle farger ved å mikse tre primærfarger: rødt, grønt og blått. Han mente derfor at lys måtte bestå av små partikler, og at det fantes tre typer; nemlig røde, grønne og blå.

Siden Newton hadde så stort hell på andre områder i fysikk, ble det partikkelbildet av lys som «vant» i striden mellom Huygens og Newton i siste delen av 1600-tallet.

Bølger?

Bølgemønster fra to spalter. Tegning.Thomas Young sitt dobbeltspalteksperimentet som viser bølgmønster og interferensI 1801 gjennomførte Thomas Young et av fysikkhistoriens aller mest berømte eksperimenter, nemlig dobbeltspalteksperimentet. Der viste han at lys lager interferensmønster akkurat som vann- og lydbølger. Dette ble tatt som entydig støtte for at lys er bølger. Nå var striden avgjort, i hvert fall for en periode: lys er bølger.

Kvantemekanikk og fotoner

Men dessverre, så enkelt var det ikke. Det dukket opp andre fenomener seinere (f.eks. fotoelektrisk effekt), som bare kunne forklares ved at man betraktet lys som en strøm av lyspartikler med en bestemt energi. Dette var nettopp det Albert Einstein gjorde i 1905, og med det etablerte han begrepene fotoner og kvanter, og en helt ny retning i fysikken: Kvantemekanikken.
I kvantemekanikken er det ikke bare bølger som er partikler, det er også omvendt: partikler kan beskrives som bølger! Et annet skudd for baugen for bølgetilhengerne kom i 1923 da Compton viste at fotoner kunne støte mot elektroner som om det var et støt mellom klinkekuler.

Lysspekter fra to prismer krysser hverandre. Illustrasjon.Lysspekter fra to prismer krysser hverandre.

Konklusjonen etter alt dette:

Lys har både bølge- og partikkelegenskaper.
Dagens fysikere har i stor grad akseptert at lys i noen tilfeller oppfører seg som bølger, mens det i andre tilfeller oppfører seg som partikler. Dette kalles bølge-partikkel-dualiteten. Det som gjelder, er at lys er lys, og så får vi legge vekt på de egenskapene som er nyttige for den problemstillingen vi ser på.