Verði ljós – Vísindasaga ljóssins

Laugardagurinn 14. mars kl. 13.00-16.30, með kaffihléi.

Fyrirbærið ljós hefur löngum skapað vísindamönnum verkefni og valdið heilabrotum. Fjölmargar vísindakenningar hafa verið settar fram um eðli ljóss og ekki hefur reynst auðvelt að skýra fyrirbærið. Bæði er áhugavert að skoða inntak þeirra vísindakenninga sem eiga að veita skýringar á eðli þess og auk þess vekur þróun skýringanna upp áhugaverðar spurningar um þróun vísinda. Hvernig á að skilja þær breytingar sem hafa orðið á kenningum um eðli ljóss? Hvað verður til þess að kenningu um ljós er hafnað? Hver eru tengsl milli ólíkra kenninga um ljósið? Í málstofunni verður leitast við að greina frá kenningum um eðli ljóss, svara áleitnum spurningum um vísindakenningar og skýra þá mynd sem birtist af þekkingarleit þegar reynt er að varpa fram kenningum um flókin og yfirgripsmikil náttúrufyrirbæri eins og ljós. Leitað verður eftir svörum allt aftur til vísindabyltingarinnar og fram á okkar daga. Málstofan er skipulögð í kringum þema Hugvísindaþings og snýst um það hvernig vísindin hafa glímt við að veita okkur svör um eðli ljóssins.

Fyrirlesarar og titlar erinda:
  • Leó Kristjánsson, rannsóknaprófessor emeritus í jarðeðlisfræði: Íslenskt silfurberg: Lykill að skilningi á eðli ljóss og víxlverkunum þess við efni
  • Huginn Freyr Þorsteinsson, aðjunkt og sérfræðingur í vísindasögu og vísindaheimspeki: Ljósvakinn: Vandræðabarn í sögu vísindanna?
  • Þorsteinn Vilhjálmsson, prófessor emeritus í eðlisfræði og vísindasögu: Eðli ljóssins: Eindir eða bylgjur?

​Kaffihlé

  • Þorsteinn Halldórsson, tilraunaeðlisfræðingur hjá iðnfyrirtækjum í München: Ljósið á 20. öld: Frá Einstein til hátækni
  • Einar H. Guðmundsson, prófessor í stjarneðlisfræði: Hvað er bak við ystu sjónarrönd?

MálstofustjóriHuginn Freyr Þorsteinsson aðjunkt 

Útdrættir:

Leó Kristjánsson, rannsóknaprófessor emeritus í jarðeðlisfræði: Íslenskt silfurberg: lykill að skilningi á eðli ljóss og víxlverkunum þess við efni

Heimildir um kristalla af silfurbergi við Helgustaði í Reyðarfirði ná aftur til 1668. Þetta afbrigði steindarinnar kalsíts var kallað spath d'Islande frá um 1780, og fannst lítt annarsstaðar fyrr en 1920. Það gegndi mörgum mikilvægum hlutverkum í náttúruvísindum. Kafli um óvenjulegt ljósbrot þess er í merkri bók Chr. Huygens 1690, en kenning hans þar um ljósið sem bylgjuhreyfingu féll í skugga agnakenningar I. Newtons alla 18. öldina. Greinar T. Youngs 1802-04 og A. Fresnels 1816-19 um ljósbeygju endurvöktu bylgjukenninguna, og greiðlega mátti skýra niðurstöður margskonar ljóstilrauna E. Malus, Fresnels og annarra á eða með silfurbergskristöllum 1810-40, ef ljós væri þverstæð bylgjuhreyfing. Varmageislun reyndist sama eðlis. Agnakenningin átti þarna í vaxandi vandræðum, og höfðu flestir afskrifað hana um 1835. Þverhreyfing ljóssins, sem silfurbergsprismu hentuðu best til mælinga á, varð öflugt verkfæri við fjölbreyttar rannsóknir á bæði eðliseiginleikum efna og áhrifum þeirra á ljós. Uppgötvanir á þeim sviðum, einkum Faraday-hrif 1845, leiddu ásamt öðru til kenningar J.C. Maxwells 1865 um að ljós sé rafsegulbylgjur. Silfurberg átti svo nokkurn þátt í tilraunum sem staðfestu hana og síðar afstæðiskenninguna. Um og eftir aldamót lék það víða hlutverk í rannsóknum á víxlverkunum rafsegulgeislunar við frumeindir og stærri efnisagnir.

Huginn Freyr Þorsteinsson, aðjunkt og sérfræðingur í vísindasögu og vísindaheimspeki: Ljósvakinn: Vandræðabarn í sögu vísindanna?

Til eru margar kenningar í sögu vísinda sem gera ráð fyrir að til sé efni sem kallast ljósvaki. Hlutverk þessa ljósvakaefnis hefur m.a. verið að skýra hvernig ljós berst á milli staða. En eftir því sem leið á 19. öldina fjaraði undan hugmyndinni um ljósvaka og í upphafi 20. aldarinnar var hugmyndinni hafnað. Það breytir þó ekki því að ljósvakinn gegndi mikilvægu hlutverki í skilningi manna á ljósi um alllangt skeið þó svo að eiginleikar hans væri mönnum ávallt ráðgáta. Í erindi mínu ætla ég að fjalla um þetta sérstaka efni og hvaða sess það hafði meðal vísindamanna. Skipti ljósvakinn máli í að skýra eðli ljóss? Og ef svo er hvernig getur efni, sem reynist ekki eiga sér tilvist, gagnast við að skýra fyrir okkur heiminn? En ef ljósvakinn skipti engu máli í að skýra eðli ljóss hvernig á að skilja hlutverk hans í þróun vísindakenninga sem gerðu ráð fyrir tilvist hans? Markmiðið er ekki eingöngu að fjalla um hugmyndina um ljósvakann heldur einnig hvort að einhvern lærdóm megi draga af sögu þessa efnis sem hjálpi okkur við að skilja vísindi og þróun þeirra.

Þorsteinn Vilhjálmsson, prófessor emeritus í eðlisfræði og vísindasögu: Eðli ljóssins: Eindir eða bylgjur?

Menn hafa velt fyrir sér eðli ljóssins frá alda öðli, til dæmis hvort það sé bylgjur eða agnastraumur og hvernig hraða þess sé háttað. Hollendingurinn Huygens færði eðlisfræðileg rök fyrir því á 17. öld að ljósið væri bylgjur en skömmu síðar kom Ísak Newton til sögu og hélt því fram með góðum rökum að ljósið væri agnastraumur. Sú skoðun varð ríkjandi í eina öld eða svo en upp úr 1800 voru gerðar frægar tilraunir sem þóttu sýna að ljósið væri bylgjur. Með jöfnum Maxwells upp úr miðri 19. öld varð mönnum ljóst að ljósið er sveiflur í rafsegulsviðinu, ein tegund rafsegulbylgna, og getur borist um rúmið þótt ekkert efni virðist vera til staðar – nema þá helst ljósvakinn. Þetta leiddi þó til mótsagna í skilningi manna á víxlverkun ljóss og efnis því að á sama tíma áttuðu menn sig á því að allt efni er samsett úr eindum en ekki samfella eins og áður var talið. Þetta skýrðist svo allt saman að lokum með tilkomu skammtafræðinnar sem felur í sér að ljósið birtist okkur ýmist sem bylgjur eða eindir eftir aðstæðum.

Þorsteinn Halldórsson, tilraunaeðlisfræðingur hjá iðnfyrirtækjum í München: Ljósið á 20. öld: Frá Einstein til hátækni

Albert Einstein birti stórmerka grein um myndun og umbreytingu ljóss á árinu 1905. Fyrirhugað er að greinin birtist í íslenskri þýðingu hjá Bókmenntafélaginu á „Ári ljóssins“ 2015, ásamt greinum um sameindir og um afstæðiskenninguna. Í greininni segir Einstein að misræmi ríki í kenningum eðlisfræðinnar. Annars vegar sé talið að efnið sé samsett úr afmörkuðum eindum sem beri með sér hreyfiorku sem geti að vísu tekið hvaða gildi sem er, en hins vegar dreifist orka ljóssins samfellt í rúminu. Hann bendir á að skýra megi fjölmörg fyrirbæri í orkuskiptum ljóss og efnis með því að ljósið beri með sér á ferð sinni staka orkuskammta E = hf, þar sem f er tíðni ljóssins og h er svonefndur fasti Plancks. En Max Planck hafði uppgötvað fimm árum áður að orka ljóss dreifist einnig innan efnis í þessum sömu orkuskömmtum. Þannig megi líta á útbreiðslu ljóssins sem straum af orkuskömmtum sem voru síðar kallaðir ljóseindir. Eins og skýrt verður frá í erindinu varð þessi uppgötvun Einsteins - sem deilt var um í hartnær 20 ár - grundvöllur ljósfræði og ljóstækni á síðustu öld. Þessar tvær uppgötvanir Plancks og Einsteins hafa skipt sköpum í eðlisfræði 20. aldar og leitt til ótrúlegra tækniframfara á 21. öld.

Einar H. Guðmundsson, prófessor í stjarneðlisfræði: Hvað er bak við ystu sjónarrönd?

Erindið er flutt í tilefni þess að í nóvember 2015 verða liðin hundrað ár frá því þyngdarfræði Einsteins, öðru nafni almenna afstæðiskenningin, sá dagsins ljós. Fjallað verður um nokkur undirstöðuatriði í afstæðilegri heimsfræði, fræðigrein sem byggð er á kenningu Einsteins og liggur til grundvallar vísindalegri heimsmynd nútímans. Meðal annars verður rætt um þau heimslíkön afstæðiskenningarinnar sem helst eru til athugunar um þessar mundir og hvernig gera verður greinarmun á alheimi í heild og svokölluðum sýnilegum heimi. Hinn sýnilegi heimur er sá hluti alheims sem við getum skoðað með sjónaukum og öðrum mælitækjum. Hann er takmarkaður í tíma og rúmi, óháð því hvort alheimurinn er endanlegur eða ekki. Ystu mörkum hans er oft lýst sem sístækkandi hveli, svonefndri agnasjóndeild. En til er önnur og öðruvísi sjóndeild, skynmörkin svokölluðu, sem einnig verður fjallað um í erindinu. Skynmörkin stafa af vaxandi þensluhraða alheimsins. Um er að ræða kyrrstætt hvel sem umlykur sérhvern athugunarstað og afmarkar fullkomlega þann hluta alheimsins sem hægt er að skoða frá þeim stað. Önnur atriði sem tekin verða til umræðu í erindinu eru skammtatóm, óðaþensla í árdaga og hulduorka. Ef tími vinnst til verður einnig minnst á nýlegar hugmyndir um svokallaðan fjölheim.

 

Deila: 
Þú ert að nota: brimir.rhi.hi.is