Fysiker fokuserar på ljuset

Ljuset och dess natur har i alla tider fascinerat människor och många av oss känner till att man för att tolka fenomen som brytning (t ex regnbågen) och interferens (t ex färgskiftningarna i ett tunt oljeskikt på en vattenyta) måste anta att ljuset består av en vågrörelse. Kring förra sekelskiftet var Einstein, då han skulle förklara den s k fotoelektriska effekten, däremot tvungen att anta att ljuset i det sammanhanget uppträder som partiklar, "fotoner", (något som Max Planck tidigare hade föreslagit för att förklara våglängdsfördelningen hos den strålning som utsänds från en svart kropp). Det dröjde till 1960-talet innan de båda ljusmodellerna kunde förenas i en enhetlig teori, kvantoptiken, ett arbete som Roy Glauber fick Nobelpriset för 2005 och som beskriver hela intensitetsområdet, från detektion av enstaka fotoner till högintensivt laserljus. Om detta skriver Stig Stenholm och Sune Svanberg i en lättillgänglig artikel i 2006 års upplaga av Kosmos, Svenska fysikersamfundets årsbok, redigerad av Leif Karlsson (på Fysikum i Uppsala), som nyligen kommit ut. Ett av bokens två huvudteman är ljuset och dess användning inom dagligt liv och avancerad forskning. Glauber fick dela sitt Nobelpris med två andra forskare, som uppfunnit en metod att jämföra frekvensen hos en atomklocka (c a 1 Gigaherz) med frekvenser c a 1 miljon gånger högre, vilket ger möjlighet till motsvarande förbättring hos noggrannheten i satellitnavigering, telekommunikation etc.

En helt annan användning av ljuset beskrivs i en välskriven artikel av kosmologerna Lars Bergström, Joakim Edsjö och Ariel Goobar, som beskriver hur ljus paradoxalt nog kan användas för att studera den mörka materia, som kosmologer och astrofysiker anser sig ha allt fler belägg för att den inte bara existerar utan rent av dominerar över den vanliga synliga materian i universum! Ett sådant belägg kan studeras på bilden intill.

Vi tar alla vår elektriska belysning med glödlampor och lysrör för givet, men hur var det förr och hur kommer det att bli i framtiden? Den första frågan får vi svar på av Olle Beckman, välkänd Uppsalaprofessor, som i en lättläst och roande artikel beskriver hur man i forna tider ordnade gatubelysningen i Uppsala med hjälp av rovoljelampor och gasbrännare till dess att man för c a 100 år sedan anlade ett eget gasmotordrivet elverk som år 1906 försåg inte bara stadens gatlyktor med ström utan även 5 267 privatägda inomhuslampor!

På den andra frågan föreslår Magnus Wilander och Peter Klason vid Göteborgs universitet att svaret kan skrivas med bokstäverna LED, dvs lysdioder (eller Light Emitting Diodes). Sådana har funnits att köpa i flera tiotal år, men bara kunnat lysa med färgat, relativt svagt ljus. Ett intensivt forskningsarbete pågår med nya material för att åstadkomma bättre lysdioder. Ett sådant lovande material är zinkoxid, enbart om detta material publiceras över 1000 vetenskapliga artiklar per år! Arbetet har också gett resultat, dagens lysdiod ger vitt ljus och ger 20 gånger mer ljus per Watt elektrisk effekt än en glödlampa och kommer förhoppningsvis, trots hotande energibrist, att med författarnas ord, ge oss "en upplyst framtid".

Ett annat huvudtema i årets Kosmos är fysikhistoria. Utöver Olle Beckmans artikel om Uppsalas gatubelysning i gångna tider kan man läsa om en av de första kvinnorna som läste fysik i Uppsala, nämligen Olle Beckmans mamma Anna, som började sina studier redan 1903 och blev fil lic 1911. Om henne berättar Anna Danielsson och Indrek Martinsson, hennes forskningsinsats inom atomspektroskopin på 30-talet, som hon disputerade på, och hur livet var för en kvinnlig fysikforskare för ett sekel sedan. Anna B gjorde även en framträdande insats som läroboksförfattare och popularisator av fysiken, många som gick i realskolan på 40- och 50-talen fick tillfälle att läsa hennes läsebok, som berättade om fysiken i vardagslivet på ett intresseväckande sätt.

Jörgen Sjöström heter en fysiker som tidigare har visat förmåga att skriva lättläst om vetenskapshistoriska skeden med tyngd. I år handlar hans artikel om den debatt om atomteorin, som fördes i slutet av 1800 talet mellan ett antal tungviktare inom fysiken såsom Bolzmann, Helmholz, Mach och Ostwald och där även filosofiska idéer från Kant, Schopenhauer och Hegel var av betydelse. Det är intressant att se de invändningar som t ex filosoferna liksom fysiker som Mach och Ostwald hade mot en teori som grundade sig på, på den tiden, icke mätbara storheter av atomär storleksordning. Man fick dock ge upp motståndet kring sekelskiftet, då molekylrörelserna, som observerats av Brown, kunde förklaras som resultatet av kollisioner med enstaka molekyler.

Vid sidan av de nämnda huvudområdena kan man också läsa en artikel av annan karaktär, nämligen en redovisning av en del av det mångåriga forskningsarbete som utförts av de i Uppsala välkända makarna Nanny och Olle Fröman. Artikeln är svårtillgänglig utan en elementär kurs i kvantmekanik men ger en inblick den matematiska fysikens strävsamma vardag.

Sammanfattningsvis är 2006 års upplaga av Kosmos en bok som bör intressera och kan läsas av de flesta med intresse för naturvetenskapens utveckling och dess historia. Artiklarnas innehållsmässiga och pedagogiska standard är genomsnittlig hög, många artiklar har utmärkta faktarutor, som starkt bidrar till bokens värde.

Fysiker fokuserar på ljuset

Anders Bäcklin anser att 2006 års upplaga av Kosmos bör intressera och kan läsas av de flesta med intresse för naturvetenskapens utveckling och dess historia.