A fény természete.
A fény természetéről alkotott elképzeléseink sokat változtak az emberi fejlődés időszakaiban. Már az időszámításunk előtt 500 évvel is foglalkoztak a fénnyel. Az óta ismeri az ember a fénytörő, és fényvisszaverő anyagi eszközök kezdetleges fajtáit.
Az ókorban, Platon úgy vélte, hogy a fénysugár a szemünkből indul ki, és úgy látjuk a szemlélt objektumokat, hogy az a látósugár egyszerű érzékelőként, letapogatja a tárgyakat. Demokritosz azt vallotta, hogy az objektumokról, a tárgyak képeit meghatározó atomi szintű képrétegek válnak le, és a szemünk azokat az atomi rétegeket érzékeli. Arisztotelész azt vallotta, hogy nincsenek látósugaraink, ahogy Platon tanította, hanem Démokritosz leváló atomréteg észlelésének elméletét fogadta el. Epikurosz pedig, azt is tudta már, hogy az objektumokat azért látjuk, mert fényt bocsátanak ki azok, vagy fényt vernek vissza felénk, valamilyen fényforrás fényét. Ptolemaiosz pedig, az időszámításunk előtti I. században, megmérte a különböző sűrűségű közegek közeghatárain viszonyítható törésszögeket.
A II. században, Bacon foglalkozott a homorú tükrökkel, a sötétkamrákkal, és ismerte a fénytörés jelenségét. A XIII. században, felfedezték a szemüveget, és a távcsövet. XV.-XVI. században, Da Vinci és Kepler munkáit emlegeti a tudománytörténelem. Majd XVI.- XVII. században, Snellius, Descartes, és Fermat foglalkozott komolyabban a fénnyel. Azután még a XVI-XVII. században, Huygens határozta meg a fényt először, mint hullámjelenséget. Majd Newton, aki határozottan vallotta a fény részecskeelméletét, konzervatív módon ragaszkodott az ókori spekulatív, tudománytalan fényelképzelésekhez. Ezért Newton természettudományos tekintélye, csaknem száz évig hátráltatta, a fény hullámtermészetének tudományos megalapozottságát. A XVIII.-XIX. században azonban, Yung, Fresnel, Arago, Louis és Kirchoff munkássága értelmében, a fény hullámtermészete vált általánosan elfogadottá a tudományban. Így a fény tranzverzális hullám lett, amelyben a szükségszerű rezgések kitérése, a terjedési irányra merőleges, és 300 000 km/s sebességgel terjed. A XIX. század végén, Maxwell határozta meg az elektromágneses hullámok széles tartományát, amelyben a látható fény hullámhossza egy szűk, 400 - 800 nanométeres sávban lett megállapítva csupán. Kimutatta, hogy a fény terjedése, mint elektromágneses hullámé, vákuumban is lehetséges. Majd a XIX. század elején, 1905.-ben Albert Einstein, magyarázatot adott a fényelektromos jelenségekre, azért kapott Nobel-díjat.
Azután, a XX. Század elején, kísérleti úton kimutatta a tudomány, hogy a fénynek olyan tulajdonságai is vannak, amelyek összeegyeztethetetlenek a fény hullámtermészetével. Majd 1924-után, a kvantummechanika kialakulása során, sikerült a fény részecske és hullám természetét összeegyeztetni, tudományos szinten is. Így a fény kettős, hullám és sugár jellege, a kvantumelmélet tudományosan megalapozott alaptétele lett. Még ma is kettős hatásként értelmezik a fényt, mint elektromágneses jelenséget.
Ezek az adatok, csupán irányadó jellegű, fontosabb részletek, a fény mibenlétét tárgyaló, megismerésének tudománytörténelmi folyamatában. Természetesen a teljesség igénye nélkül. A rövid történelmi ismertető által, csupán azt szeretném szemléltetni, hogy mennyi félreértést okozott már eddig is a fény mibenlétének „félre” értelmezése. A fény korpuszkuláris, azaz részecske alapú sugárzási jellegének mibenlétére, ma már kizárólag a kvantumelmélet mutat. Ilyen a fényelektromos hatás, a fénynyomás, és a Compton hatás.
A fényelektromos hatás az, amit fotóeffektusnak nevez a tudomány, és amiért a legnagyobb elismerést kapta Albert Einstein. Einstein azzal magyarázta az általa felfedezett jelenséget, hogy azt feltételezte, miszerint a fény, száguldó fényrészecskék, fotonok árama. Kísérletei alapján, egy gondosan megtisztított, és elektromosan feltöltött cinklap, elveszíti elektromos többlettöltését, ha ultraibolya fénnyel világítják meg. Véleménye szerint, a fény, száguldó fotonokból, fényrészecskékből áll. Ezeknek a fotonoknak az energiája, arányos az általuk közölt fény frekvenciával. Ahhoz, hogy egy anyagi test felszínéről elektront távolítsunk el, az adott anyagfajtára jellemző kilépési energiaértékre van szükség. Ezért, ha a foton energiája nagyobb, mint ez az anyagfajtára jellemző speciális energiaérték, akkor az elektron kilép az anyagi test kötéséből, és más jellegű elektromos munkára fogható. Így a technikai fejlődés során, több olyan fotóeffektuson alapuló elektronikai alkatrész látott napvilágot, amelyek nélkül, ma már elképzelhetetlen az életünk. Ilyenek például, az elektroncsövek, és a fotócellák. A fotócella negatív fotókatódján elektron lép ki, megfelelő fény hatására. A kiütött elektronok, a számukra pozitív anód felé haladnak, miközben ilyen módon fotóáramot képeznek. Ez a fény által kiváltott elektromos fotóáram használható elektronikus vezérlési feladatokra. Ez a folyamat azonban, szerintem egyáltalán nem tagadja a fény hullám természetét, csupán azt állítja, hogy a fény, mint hullámhatás, elektronokat képes aktivizálni, amelyek foto-elektromos áramot képezve, vezérlési munkákra foghatóak. A kvantumelméletben egyéb részletek is vannak, amelyek a fény sugártermészetére épülnek, de ehhez hasonlóan, csupán a fény hatására aktivizált elektronokra épülnek azok is. Ezek az anyagi változások frekvenciától függőek, következésképpen hullámok hatására alakulnak ki. Vagyis, nem a fény hatását határozzák meg sugárzásként, hanem azt állítják, hogy a fény, mint elektromágneses hullám, elektronsugárzást is képes kiváltani.
A fénynyomás jelensége is utalhat arra, hogy a fénynek sugárzási jellege lehet. Amikor a fény nyomását mérik, akkor azt a fotonok sugárirányú terjedésének záporaként, azaz fénysugárzásként értelmezik. Ebben a sugárzási elképzelésben, a fotonok fénysebességgel közlekedve, száguldva, maguk szállítják azt az impulzusértéküket, amely fényérzetet, és az által, nyomásérzetet kölcsönöznek. Csakhogy a fény, mint hatás, továbbra is kettős természetű az anyagi világunkban. Mágneses hullámként, longitudinális jelleget alkotva közvetíti azt az energiaértéket, amely az elektronokkal kölcsönhatásba lépve, elektromos jellegű tranzverzális hullámokat hoz létre, mégpedig a látható fény spektrumában. A fénynyomást érzékelő pedig, egy elektromos izzóhoz hasonló zárt szerkezet, amelynek a belsejében vákuum van. Vákuum azért, hogy a benne fényt érzékelő lamella, anyagi közegtől mentesen, akadálytalanul fordulhasson el. Így minél erősebb intenzitású fénnyel világítják meg, annál gyorsabb forgásra képes. Azt a látszatot keltve, hogy a fény részecskenyalábként sugárzik, és ilyen módon meghajtja azt.
Ez persze valahol igaznak is látszik, mert vákuumban, az anyagi elektronoktól erősen megritkított környezetben, az elektromágneses hullámú fénynek, csupán a mágneses összetevője terjedhet. Az pedig, longitudinális hullám, amelyben az energia, sugárirányban közlődik. Ennél fogva, az a foton, amelyik a mágneses hullám kölcsönhatásában éppen átadja, az elfordulásra képes érzékelő lamella felé, a kölcsönhatási impulzusértékét, az energiaáramlás folytonosságának következtében, gyakorlatilag impulzussorozatot továbbít, és azzal el is fordítja, és forgómozgásra is készteti az érzékelőt. Attól azonban, a fény mágneses jellege, még mindig longitudinális hullám marad, amely az energiát sugár irányban, azaz 180-fokban egyenesen közvetíti. Ezt a hosszirányú rezgést, igen érzékeny műszerekkel, erősen felnagyított állapotban szemlélve, esetleg sugárzásnak értelmezhetik.
A Compton hatás pedig, röviden arról szól, hogy a fénnyel való kölcsönhatás során, a fotonok, és az elektronok rugalmas ütközése jön létre. Ennek hatására, az elektronok szóródnak. Compton, a röntgensugarak szóródását szemlélte paraffinon, és azt tapasztalta, hogy a szórt sugárzás hullámhossza nagyobb, mint a folyamatot megvilágító röntgenfényé. Az eltérés okát abban látta, hogy a röntgensugárzást, a fotonok áramaként értelmezte. Így szerinte, a fénysebességgel száguldó fotonok ütköznek az elektronokkal, és ezért eltérítik egymás haladási útját, azaz szóródnak. A jelenség csak olyan anyagokon figyelhető meg, amelyeknek van szabad elektronjuk erre a célra, és kizárólag akkor, ha nagyobb energiájú, úgynevezett keményebb röntgenfényt használnak.
Gyakorlatilag arról van szó, hogy a fény továbbra is elektromágneses hullám maradhat, amelynek a mágneses összetevője a longitudinális jellegű hullám. Anyagi közegben vált ki, tranzverzális elektromos hullámot is. A mágneses jellege azonban, sugárirányban közvetíti az energiát, amely a fotonok közvetítő szerepe által, kölcsönhatásba kerül az elektronokkal. A kötetlen, azaz szabad elektronokat képes ez a kölcsönhatás eltéríteni olyan módon, hogy azokat kimozdítja, kiüti a helyükről. Ez persze, nem egy ütközés következménye, hanem az aktuális elektronra ható gyors impulzussorozatnak köszönhető. Az foton ugyanis, parányi kis részecske a hozzá képest gigantikusnak tekinthető fotonhoz képest. Egyetlen foton, ilyen nagy erőimpulzust nem képes közölni. Energiára van szüksége, azaz a hullámban terjedő impulzussorozatra. Attól azonban az alaphatás még hullám marad. A jelenség ugyanis, nem azt sugallja, hogy a röntgen -”sugár” nem elektromágneses hullám, hanem csupán azt állítja, hogy a röntgen fény hatására jön létre, az észlelt elektron-szóródás tüneménye.
Fénysugár kifejezést használ még a fizika optika ága, amikor a lencsék, prizmák, tükrök, és üvegek kölcsönhatásaiban, ábrázolja a fény haladási útját, a szemléltető bemutatásai közben. Azt azonban tudni kell, hogy a fény, az optikában is elektromágneses hullámként van nyilvántartva, csak a geometriai leképezhetőség végett használják, a fénysugár megtévesztő fogalmát. Így az optika tárgyából nyert fizikai magyarázatok, sajnos továbbra is magukon viselik a sugárzás formájú, részecskék folytonos haladására utaló, fényértelmezési módozatot.
Mindaddig, ameddig a fényt elektromágneses hullámként értelmezzük egy időben, addig zavaró lesz a konkrét értelmezhetősége. A mágneses alapú longitudinális hullámok ugyanis, sugárirányú terjedést biztosítanak az energia számára, ahol a hullám jellegét, egyenes vonalú sűrűsödések és ritkulások teszik lehetővé. Ha ezt a hullámfolyamatot megfelelő műszerekkel elég közelről szemléljük, nagyon erősen felnagyítva, akkor azt tapasztalhatjuk, hogy a fotonok sugárzásként ütődnek az érzékelő tárgyfelületnek. Vagy egyszerűen, behatolnak az anyagi struktúrákba, hiszen az anyagi atomok belsejét is ugyanez a mágneses hullámokat közvetíteni képes alaphalmaz tölti ki. Attól azonban, az oszthatatlan fotonok, még longitudinális, mágneses alapú hullámokat alkotnak. Vagyis, a fotonok, nem száguldoznak fénysebességgel, csupán olyan rezgési intenzitást mutatnak, amelyben a közölt energiahatás terjedése a fénysebességű. Így az 500-800 nm közé eső mágneses alapú longitudinális hullámok, olyan elektromos jellegű tranzverzális hullámok kialakulását teszik lehetővé az anyagi világunkban, amelyek fényérzetet kelthetnek bennünk. Műszeres viszonyításukkor azonban, együtt jutnak érvényre, mint közösen értelmezett elektromágneses hullámok, azaz tranzverzális elektromos, és longitudinális mágneses hullám eredőjeként. A kétféle hullám egymásra hatása az indukció, amely által létrejöhet a kétféle halmaz közötti transzformáció.
Így az oszthatatlan fotonok, részecske vagy hullám természete, nem is vitatható. Szerintem az igazság az, hogy a szubjektív alaphalmaz, statikus háromdimenziós mátrix elrendezésű alapközeget alkot az oszthatatlan fotonokból, amely a vizsgált körülményeknek megfelelően, hol az egyik, hol a másik tulajdonságával mutatkozik meg. Nem csoda, hiszen a mágneses hullámokat közvetítő alapközeg azon része, amelyik az elektronok közvetlen közelében tartózkodik, akaratlanul is átveszi az elektronok centrális mozgási jellegét. A fotonok ugyanis, nagyon parányi részecskék a halmazukban száguldozó óriási, gigászi elektronokhoz képest, ezért az elektronok, magukkal ragadnak valamennyit a centrális mozgásuk közben. Így amikor a fény terjedését, precíziós műszerekkel erősen felnagyítva érzékeljük, akkor néha részecske természetűnek mutathatja magát. Attól azonban még, mágneses alapú longitudinális hullámként viselkedik. A szubjektív mágneses vonatkozását tekintve, longitudinális hullámként, míg az anyagi elektromos jellegét tekintve, tranzverzális hullámként érzékeltetve magát. Az is tényszerűvé vált azonban, éppen Einsteinnek, és a kvantumelméleteknek köszönhetően, hogy a fény elektromos áramot is képes kiváltani, azaz az elektronok sugár irányú mozgásállapotát is képes előidézni. Attól azonban, maga a fény, még mindig hullámszerű jelenség marad, mégpedig szigorúan véve kettőshullám, az anyagi világunkban. Nem kizárólag elektromágneses, hanem határozottan elektromos, és mágneses. Mégpedig oly módon, hogy a longitudinális mágneses hullám alakít ki olyan tranzverzális elektromos hullámokat, amelyek fényérzetet keltenek bennünk, és az érzékelő műszereinkben.
Ezért vákuumban, ahol az anyag hiányában, erősen elektronszegény a környezet, éppen ugyanolyan sebességgel terjed a fény hatását kiváltani képes mágneses hullám. Mert a vákuum nem más, mint az anyagi vonatkozásától erősen megfosztott szubjektív alaphalmaz, amelyben a longitudinális mágneses hullámok terjednek. Ezért, akármilyen erős vákuumot képezünk is, nem korlátozhatjuk az által, a mágneses hullámok terjedését, csupán az elektromos viszonyokra lehetünk erősen korlátozó hatással.
Az anyagi világunkban a fény, elektromágneses kettőshullámként van meghatározva, amely ennél fogva, olyan mágneses alapú longitudinális hullámok hatására ön létre, amelyek a látható fény spektrumába eső tranzverzális elektromos hullámok kialakulását teszik lehetővé. A mi szemünk pedig, ezt az elektromos okozatot érzékeli fényként. Maga a mágneses hullám, számunkra láthatatlan, a mi szemünkkel érzékelhetetlen. Kizárólag az elektromos okozatát látjuk fényként. A precíziós műszereink, érzékelhetik a mágneses hullámokat, de azok longitudinális alapú energiaközvetítési módjának köszönhetően, amelyben az energiahatás sugár irányban közlődik, sugárzási jelleget mutathat. Attól azonban, még longitudinális alapú mágneses hullám marad.
Matécz Zoltán
2011.03.12.
matecz.zoltan@gmail.com
