Albert Einsteins Mirakelår: Ljusteori

utdrag från John Rigdens Einstein 1905′:

i marspapperet 1905 utmanade Einstein direkt fysikens ortodoxi: ortodoxi som hade vuxit och stärkts i över ett sekel; ortodoxi som vilade på berggrundsexperiment och långtgående teori.

alla fysiker 1905 visste vad ljus var. Vare sig från solen eller en glödlampa, ljus var känt för att vara en våg; det vill säga en följd av lika åtskilda kammar åtskilda av lika åtskilda tråg där avståndet mellan kammarna (eller tråg) bestämde ljusets färg. Alla forskare visste utan tvekan att ljuset härstammar från en källa, sprids jämnt och kontinuerligt genom allt utrymme som är tillgängligt för det och sprids från plats till plats som elektromagnetiska vapen och tråg. Ljus kallades en elektromagnetisk våg eller, mer allmänt, elektromagnetisk strålning. År 1905 var ljusets våg natur ett etablerat, obestridligt faktum.

mot bakgrund av denna universellt hållna kunskap föreslog Einstein att ljus inte var en kontinuerlig våg utan bestod av lokaliserade partiklar. Som Einstein skrev i inledningen till sitt Marschpapper, ” enligt antagandet att man överväger här, när en ljusstråle sprider sig från en punkt, fördelas energin inte kontinuerligt över ständigt ökande utrymmen, utan består av ett begränsat antal energikvanta som är lokaliserade i punkter i rymden, rör sig utan att dela sig och kan absorberas eller genereras endast som en helhet.”

denna mening har kallats ”den mest” revolutionära ” meningen skriven av en fysiker från 20-talet.”

Einstein förutsåg effekterna av hans papper, i maj 1905, innan papperet dök upp i tryck, informerade han sin vän Conrad Habicht att ett kommande papper om ljusets egenskaper var ”mycket revolutionerande.”Ur ett modernt perspektiv var minst tre av Einsteins 1905-papper lika innovativa, men för Einstein 1905 var det bara ”antagandet som ansågs här” som representerade en skarp brytning med etablerad tradition. Det var revolutionärt vid den tiden och det förblev revolutionärt. I juni 1906 skrev den framtida Nobelprisvinnande fysikern Max Laue till Einstein otvetydigt förneka Einsteins antagande:

”när du i början av ditt sista papper formulerar din heuristiska ståndpunkt om att strålningsenergi endast kan absorberas och avges i specifika ändliga kvanta, har jag inga invändningar att göra; alla dina applikationer är också överens med denna formulering. Nu är detta inte ett kännetecken för elektromagnetiska processer i vakuum utan snarare av det emitterande eller absorberande materialet, och därför består strålningen inte av ljuskvanta som det står i s. 6 i ditt första papper; snarare är det bara när det utbyter energi med materia som det beter sig som om det bestod av dem.”

Laue var uppenbarligen villig att erkänna att ljuskvanta var inblandade i utsläpps-och absorptionsprocessen, men utöver det var han fast: ljus reste genom rymdens vakuum som en våg, inte som kvanta. Laue var inte ensam i sin tro. År 1905 var storleken på Einsteins avvikelse från den sanktionerade tron om ljus så oroande att hans partikelteori om ljus inte accepterades på två decennier.