Korunk 1927 Május

Az optika válsága

 


A fizikai szaklapokban mind gyakrabban találkozunk az utóbbi időben Compton amerikai tudós nevével és ezzel kapcsolatban a Compton-hatás elnevezéssel.


A Compton-hatás röviden a következő: Közismert jelenség, hogyha párhuzamos sugara látható fény útjába tejüveglemezt helyezünk, az több kévére szóródik. Amig lemez közbeiktatása nélkül a szem egy bizonyos pontból csak egy fénykévét lát, addig a fenti kísérletnél a fénysugarak több irányból látszanak jönni. A szerint, amint a fényforrás fehér vagy színes fénykévéket sugároz ki, a lemez megvilágított pontjai fehérek vagy színesek. A megvilágított foltok színe a beeső fény szinétől s nem a szétszórt fénysugarak irányától függ. E szétszóródást azzal magyarázzák, hogy az elektronok az ilyen áttetsző testekben a ráeső hullámok periodikusan fellépő ereje által rezgésbe jönnek, hullámzani kezdenek s mint elektromos töltéssel biró és rezgő részecskék maguk is sugárzó központokká lesznek, amelyekből a beeső fénykévéhez hasonló periodusu és színű sugarak terjednek szét a tér minden irányában.


Ha e kísérletet igen rövid hullámhosszu egyszínü fénnyel, pl. Röntgen, vagy a még rövidebb hullámhosszu rádioaktiv anyagokból eredő gamma-sugarakkal végezzük, a megfigyelésre a színérzékeny szem többé nem alkalmas. A szem az ilyen rövid hullámokat már nem tudván érzékelni, egy meglehetősen komplikált készüléket kell használni, amely a Röntgen vagy gamma-sugarak hullámhossz-különbségeit felfogni képes. Ilyen készüléket a fény központja körül mozgatva azt tapasztaljuk, hogy e nagyon rövid hullámú szétszórt fénysugarak hullámhossza a szórási szög növekedésével arányosan növekedik. Ez a C o m p t o n-h a t á s. Ha a látható fénynél is ez volna a hatás, ugy ez abban nyilatkoznék meg, hogy az egyszínü, pl. kék fénnyel megvilágított tejüveglemez egyik pontból kéknek, a másikból zöldnek, míg egy harmadikból esetleg sárga színűnek látszanék, mert a látható fényben a hullámhossz növekedése a kék fénytől a vörös felé való eltolódásban jelentkezik. Ilyen színváltozáshoz azonban, a kék színtől a vörösig a hullámhossz változásának százezerszer akkorának kellene lennie, mint ami a Compton-hatásnál észlelhető. Ma már rendelkezünk olyan finom készülékekkel, amelyek a kevéssé érzékeny szem helyett még az ilyen kis változást is megérzik, mint ami a Compton-hatásnál fellép. A látható fénynek hosszú hullámai nem mutatnak Compton-hatást, amely csak a hosszú fénysugaraknak rövidekké való átalakulása esetén jelentkezik.


A hullámelmélet ezt a jelenséget nem magyarázza meg kielégítően. Egy újabb bizonyítéka annak, mint az már számos esetben kiderült, hogy a rövid hullámokkal való kísérletezésnél mind több és több olyan jelenséggel találkozunk, amelyek eltérnek a fényhullámok sajátságairól táplált eddigi felfogásunktól. A helyzet az, hogy számos olyan jelenséggel állunk szemben — mint pl. fénytörés, fényvisszaverődés — elhajlás, — találkozás, — sarkítás, — és csavaráson alapuló jelenségek, — amelyek a fény hullámelméletéhezvezetnek és amelyeket ezen elmélet nélkül sem magyarázni, sem megérteni egykönnyen nem lehet. Másrészt évről-évre szaporodik azon megfigyelések száma, amelyek a fényhullámelméletnek ellentmondani látszanak és amelyeket csak akkor érthetünk meg, ha a már rég elvetett, modernebb köntösbe öltöztetett Newton-féle emiszsziós-elmélethez térünk vissza. Ezen teoria szerint a fényjelenség fényrészecskék, vagy mint ma mondjuk „fénysejtek”, illetőleg „fénymennyiségek” kilövelésének eredménye. Minél rövidebbek a hullámhosszak, amelyekkel dolgozunk, annál jobban előtérbe lép a fény mennyiségbeli jellege és háttérbe szorul az az érzésünk, hogy hullámokkal van dolgunk. Ha szemünk hosszu hullámok helyett rövidek felfogására volna berendezve és ennek következtében első és széleskörü tapasztalataink területét a Röntgen sugarak hullámai töltenék be, úgy a fény természetéről általánosságban azt tartanánk, hogy az nem hullám-természetü, hanem testecskék kilövelésében áll.


Már maga az a mód, ahogyan a hullámelmélettel ellenkező tapasztalatokhoz jutunk, alapvető különbségre mutat. Ha ugyanis egy fényimpulzus hullámhossza csökken, akkor energiatartalma növekedik és ezzel párhuzamosan nő a lehetősége annak, hogy megfigyeljük egyetlen impulzuson, az impulzus és az elektron kölcsönhatásának individuális történését. Amig a hosszú hullámu fénynek számos fényimpulzusra van szüksége, hogy megfigyelhető hatást hozzon létre, tehát minden egyes észrevétel már egy statisztikai középértéket képvisel, addig a rövid hullámoknál észleljük magát az egyes individuális impulzust, vagyis megszámlál hatjuk az egyes fényimpulzusokat. A megfigyelés finomsága fokozásának jelentőségét néhány példával világíthatjuk meg, amelyek egyuttal a hullámelmélet krízisét és a Compton-hatás szerepét is bemutatják.


E példákat a nehezen elképzelhető fényhullámok helyett egy másik hullámmozgásból, a hanghullámok köréből vehetjük. Ha egy pontot képzelünk el, amelyből valaki percenként hatvan pisztolylövést ad le, akkor kétféle módon juttat a környezetbe energiát. Egyrészt a lövésnél keletkező hangenergia által, amely gömb formájában terjed tova a térben, másrészt a kilőtt golyó lökőereje révén. Mi az alapvető különbség az energiaátvitel ezen két módja között?


1.  Telefonkészülékek, amelyeket különböző távolságban helyezünk el, minden távolságban percenként hatvan hanglökést fognak regisztrálni. Ezzel szemben a vaktában kilőtt golyó találásának valószinüsége a távolsággal arányosan csökken.


2.  A tapasztalat szerint azonban a hang erőssége a távolsággal arányosan csökken, vagyis a hanghullámok a tér egyes pontjaihoz, a hangforrástól való távolság növekedésével arányosan csökkenő mennyiségü energiát közvetitenek. Ezzel szemben ha az energiát a telefonhoz egy találó lövedék közvetiti, úgy a különböző távolságban levő pontokat érő energia majdnem teljesen egyforma marad. A golyó továbbította energia tehát koncentráltabb marad és az általa közvetített energiamennyiség a távolság növekedésével sokkal kisebb mértékben csökken, mint a tér minden irányában szétterjedő hangenergia.


3.     A tér különböző pontján elhelyezett telefonkészülék a lövés hangját mindig egyszerre regisztrálja, de lehetetlenség, hogy azokat egyszerre két találat érje, mert egy pisztollyal egyazon időben csak egyik irányban lőhetünk.


Ez és hasonló egyszerü példák módot adnak arra, hogy a hullámok és mozgó anyagrészecskék útján történő energiaátvitel közötti alapvető különbséget megállapíthassuk. Ha tehát egy megfigyelő olyan energiaforrással áll szemben, amelyről nem tudja, mint mi a fényenergiáról, hogy hullámmozgásnak a centruma-e, vagy pedig kiindulási pontja-e olyan kisugárzásnak, amely úgy viselkedik, mint a mozgó matéria, akkor a fentebbi vagy ehhez hasonló példák útján megállapíthatja azt.


A fényenergiával történt kísérletek ugyanarra az eredményre vezetnek, mint aminőt a „véletlen” lövedékek mutatnak, vagyis a kísérletek eredménye ellentmond a hullámelméletnek. Még pedig: 1. A beérkező impulzusok száma a távolság négyzetével arányosan csökken. 2. Az egyes impulzusok energiája a távolságtól független. 3. Két egymásmelletti felvevőkészülék sohasem reagál egyidejüleg. 4. Közbeeső absorbtió esetén az impulzusok száma csökken, de azok ereje változatlan. Összefoglalva: a fényenergia nem úgy viselkedik, mint egy hullámmozgás, hanem mint egy mozgóanyag.


Könnyen érthető, hogy e következtetések, amelyek a látszólag oly szilárdan megalapozott hullámelmélettel összeegyeztethetetlenek, mert szerintük a fénysugárzás mennyiségű jellegű, nagy feltűnést keltettek s az ellenkísérletek nagy tömegét váltották ki. Mindeddig azonban a leggondosabb vizsgálatok is a Compton-hatást és ennek kisérő jelenségeit megerősítették, A Compton-hatás ép úgy létezik, mint a fényelektromos hatás és mindkettő a fentebbiekben elmondott tapasztalatokkal együtt oly jelenségkomplexumot tüntet fel, amelyet az egyébként még nélkülözhetetlen hullámelmélettel nem lehet megmagyarázni. Kétségtelen, hogy ez az állapot tarthatatlan és a fényhatásoknak ez a látszólagos kettőssége sürgős magyarázatra szorul.


Ugyanazt a jelenséget, a fényt, egyszerre nem lehet két különböző elmélettel magyarázni: vagy anyagi részecskék mozgása a fény, vagy hullámmozgás. De nem lehet egyik megnyilvánulásában hullámmozgás és egy másikban mozgó anyag. *       g.


* Lásd a Fényelméletek harca cikket ugyanezen számban.


 


Vissza az oldal tetejére | |