Purpurstrålens hemlighet - filmmakarens egen kommentar

När jag läste Torger Holtsmarks artikel ”Newton’s Experimentum Crucis Reconsidered”, publicerad 1970, lockades jag av idén att förverkliga det tankeexperiment som beskrivs i artikeln. Planerna kunde konkretiseras 1976, då jag kom över ett stort glasprisma som hade använts för spektralanalys inom atom- och molekylfysik. Efter lite laborativt arbete med att få till de övriga erforderliga komponenterna kunde jag demonstrera ”monokromatiska mörkerstrålar” för förvånade fysikerkollegor vid Stockholm universitet.

I juli 1985 sattes försöket återigen upp, denna gång vid Rudolf Steinerseminariet i Järna, i samband med en kurs för fysiklärare. Torger Holtsmark var närvarande vid det tillfället och diskussionen blev livlig och djupgående. Filmens inledande ord, ”Ljuset väver i rummet och återglänser i materien”, är citerade efter honom och alluderar på Goethes välkända sentens ”Die Farben sind Taten und Leiden des Lichts” (Färgerna är ljusets dåd och lidanden).

Eftersom försöket är svår att sätta upp visas det sällan och det kändes därför angeläget att göra en videodokumentation. Arbetet med denna påbörjades i februari 2008 och ledde till den nu föreliggande filmen.

Experimentuppställningen

Ljuset blir synligt först i och med att det som belysning träffar ett föremål. Ljusflödet och de spektralfenomen som frambringas i det måste alltså visualiseras.Ett sätt att göra detta är med hjälp av fin rök eller dimma. Ett annat ofta använt sätt är att projicera ljusflödet utefter en vit kartong. Det blev den metoden jag valde. De ”strålar” man får se avteckna sig på kartongen sammanfaller inte med strålgången i ljusflödet från prismat utan återger successiva vertikala snitt genom detta. Men eftersom prismats optiska verkan huvudsakligen sker i ett plan så blir denna projektion likväl en trovärdig representation av ljusflödet och vad som uppträder i det på varierande avstånd från prismat. Det är ett bekvämt sätt att simultant, som en enda bild, visualisera de successiva stadierna i tillväxten och förvandlingen av färgspektra utefter ljusets väg.

En sak som tilltalade min fantasi, när jag läste Holtsmarks artikel, var föreställningen om en rymd upplyst av till synes vanligt vitt ljus, ett ljus som emellertid bar på en säregen inre kvalitet som det fått genom att passera gränsytan mellan två medier med olika optisk täthet, i detta fall glas och luft. (Jag kallar det i filmen ”dispergerat ljus”.) Inte förrän dess man placerar ett eller annat föremål i ljusets väg uppenbaras dess ”hemlighet”, dess speciella ursprung. Detta var orsaken till att jag ville ha ett så stort prisma som möjligt till förfogande och det var också skälet till att jag valde att tona ner de kantspektra som uppträder vid yttergränserna på ”ljusvägen”. (Självfallet finns dessa kantspektra fortfarande kvar, men de projiceras på svart sammetskartong.) Idealet hade förstås varit att zooma in på ljusvägen tills dess att färgborderna hamnade utanför bildfältet, men det var inte praktiskt möjligt. Vi betraktare får zooma in vår uppmärksamhet i stället!

Om ljus-och färgåtergivning

Hur skall man bäst återge ”vitt ljus” på film? Jag ville ge intrycket av ett flöde av vitt ljus i vilket föremål introduceras och ger upphov till färgfenomen. För att synliggöra processen måste jag projicera ljusflödet på en vit yta och vad vi ser på bilderna i filmen är denna yta. Med lite överexponering kunde jag få ytan att se diffus och ”lysande” ut. Men det visade sig vara estetiskt mer tilltalande att genom lämpligt val av exponering låta ytan få en synlig textur, som ger ett intryck av materialitet. Det gör att dokumentationen av fenomenen känns realistisk och verklighetsnära.

De färgspektra som frambringas i ljuset har kontinuerligt varierande kulör, även om de domineras av två, respektive tre färger. Den tendensen understöds och överdrivs av den tre-färgs-teknik som såväl videokameran som dataprojektorn eller bildskärmen använder. Spektras utseende på filmen är dessutom i hög grad beroende av exponeringen. Man skall ha klart för sig, att färger med denna spektralrenhet på intet vis går att reproducera fotografiskt. De måste ses i verkligheten! Min strävan har varit att avbilda dem så naturtroget som möjligt.

Bildernas rike

Varför är demonstrationen viktig? Vad är det för märkvärdigt med ”purpurstrålen”? Det märkligaste är nog det faktum att de flesta som studerat optik aldrig gjort klart för sig att den existerar. Logiskt borde det vara en självklarhet att det finns monokromatiska mörkerstrålar, likaväl som dito ljusstrålar. Men det beror förstås på vad man lägger i begreppet ”stråle”. Problemet är att man vant sig vid att läsa in lite för mycket i tolkningen av Newtons klassiska försök med ljusbrytning i prismor (som helt kort rekapituleras i filmen).

Man kan gå med på att föreställa sig det färglösa och till synes helt homogena solljuset som en blandning av olika sorters ljus, var för sig kännetecknade av olika färg och brytningsgrad i ett prisma. Men mörkret, som ju inget annat är än frånvaron av ljus, hur skulle det kunna delas upp i olika sorters mörker?

Undrar man det, då glömmer man att även ”ingenting” är någonting. Man tänker sig ljus, respektive mörker, helt abstrakt. Men i verkligheten är det alltid fråga om ett sammanhang, där ljus och mörker samspelar och konstituerar en värld av bilder. Ljus och mörker får sin betydelse relativt varandra och därför kan mörker vara lika verkningsfullt som ljus. Tänk på en mussla som ligger på havsbottnen, med skalet på glänt, silande vatten. Då faller plötsligt en skugga över den och det gäller att snabbt slå ihop skalet. Mörkret utlöser en häftig reaktion.

Det är detta förhållande som Goethe påminner oss om, när han säger att vi vandrar i bildernas rike. Ljuset erfar vi både som strålning, när vi ligger på stranden i solen och låter oss stekas, och som förutsättning för omvärldens synlighet. Under alla förhållanden möter vi ljuset i samspel med materiella medier och föremål, vilka representerar mörker, genom sin förmåga att absorbera ljusstrålning. Skuggbilder är den enklaste, mest omedelbara formen av bilder och det är de som ger oss föreställningen om ”strålar”, vilka symboliserar strålningens rätlinjiga utbredning från en ljuskälla.

Newtons monokromatiska ljusstråle är även den en bild: en ljus linje avtecknar sig mot svart bakgrund. För att frambringa den laborerade han inte endast med ljus utan även med mörker, representerat av de avgränsningar han ställde i ljusets väg. Bilden av ljusstrålen implicerar logiskt sin motbild: en mörk linje på vit grund. Båda bilderna hör till det fenomen Newton föresatt sig att undersöka.

Om en mörkerstråle definieras som frånvaron av ljus utefter en viss linje i för övrigt ljus omgivning, då finns ingen anledning varför den skulle uppföra sig på annat sätt än vad den ljusstråle skulle göra, vars plats den intar. I den geometriska optiken är det likgiltigt om strålarna avses symbolisera ljus eller mörker. Strängt taget låter sig begreppet ”stråle” fenomenologiskt mest adekvat förknippas med gränslinjen mellan ljus och mörker.

Vi har alltså, vid närmare eftertanke, all anledning att förmoda att det skulle gå att framställa ”monokromatiska mörkerstrålar i ljus” som motbild till ”monokromatiska ljusstrålar i mörker”. Och det visar sig också vara fallet, om man gör på rätt sätt.

Spegelspalten

Den avgörande komponenten i försöksuppställningen är spegelspalten: en plan spegel med en smal springa på, där den är genomskinlig. Håller vi en sådan i solen får vi bakom den en skuggbild med en ljusstråle på och framför den en ljus reflex med en skuggstråle på.

De två bilderna är varandras komplementära motsvarigheter, i den bemärkelsen att det som saknas i den ena återfinns i den andra. De är samhörande aspekter av ett och samma fenomen.

Tänker vi oss nu att solljuset först passerat genom ett stort glasprisma och därefter träffar spegeln, då får vi i stället två solfjäderlika spektra: i skuggbilden ett spektrum i rött, grönt, violett (jag kallar det i fortsättningen ”N-spektrum”) och i den vita reflexen ett spektrum i turkos, purpur och gult (”G-spektrum”). Även dessa båda spektra är samhörande aspekter av ett och samma fenomen. De är komplementära i den bemärkelsen att de upphäver varandra om de förs samman. Placerar man exempelvis en spegel bakom spegelspalten, parallellt med denna och på sådant sätt att den reflekterar in ljus genom springan, då uppkommer på framsidan av spegelspalten ett N-spektrum, som adderar sig till det G-spektrum som befinner sig där, och resultatet blir rätt och slätt vitt.

Finessen med att arbeta med spegelspalter i stället för ljusabsorberande avskärmningar är att man på det viset inte förlorar fenomenets helhet ur sikte och nöjer sig med att studera en enskild aspekt, som vore den det hela.

Mången gång är det så att även om vi kan beskriva en viss helhet som bestående av urskiljbara delar, så existerar dessa delar inte annat än som moment av helheten, alltså inte separata var för sig. En skuggfigur, exempelvis, existerar inte annat än tillsammans med det omgivande fält mot vilken den framträder.

När vi, med Newton, projicerar mitten av ett N-spektrum på en smal spalt och därbakom får en grön stråle så tar vi lätt för givet att vi har separerat ut denna från N-spektret. Ty så ser det ut. Men detta kan lika gärna vara en illusion. Det blir mer uppenbart när vi kommer till purpurstrålen. Jag framställer det i filmen avsiktligt suggestivt genom att beskriva hur den purpurfärgade mitten av ett G-spektrum bakifrån skickas genom öppningen i den främre (i figuren övre) spegeln och på andra sidan fortsätter som ren pupurstråle i vit omgivning. Närmare eftertanke visar dock att purpurstrålen skapas först efter öppningen.

Vad ljuset som skickas genom öppningen frambringar är ju nämligen – som sig bör! – ett N-spektrum, men ett sådant i vilket den gröna mitten saknas och där det alltså är ett mörkt område. Detta N-spektrum adderar sig till det G-spektrum som uppstår på samma plats, i reflexen från den främre/övre spegeln. Därvid uppstår enligt komplementaritetsprincipen vitt, utom utefter den riktning i vilken grönt saknas och där det alltså löper en mörkerstråle. Denna mörkerstråle upplyses av purpurfärgat ljus. ”Purpurstrålen” är alltså ett slags färgad skugga!

Slutsats

Även om mörker definieras som blott och bart frånvaro av ljus så visar det sig att ljus och mörker i bildernas rike spelar likvärdiga roller. Detta konstaterande innebär en rehabilitering av mörkret. Det får en mer framträdande position i ett holistiskt, informationsorienterat perspektiv än vad det hade i Newtons teori. De två bilderna -- den purpurfärgade skuggstrålen i ljuset och den grönfärgade ljusstrålen i mörkret -- är likvärdiga, åtminstone formellt, och båda förtjänar att tas på allvar. Det är det som föranleder mig att säga att demonstrationen kastar ”en skugga av tvivel” över tesen att solljuset skulle bestå av ett konglomerat av olikfärgade ljusstrålar (dvs. strålar av olika sorters ljus). Newtons demonstration kan inte anses bevisa den tesen. Att ljus skulle ha något slags elementära beståndsdelar och att alltså ”strålarna” skulle vara något mer än ett matematiskt hjälpmedel för att beskriva den optiska situationen, det var en atomistisk idé, som Newton hade med sig i bagaget, när han utfunderade sitt experiment.

Samtidigt skall icke förnekas, att en ”newtonsk förklaring” till alla de varianter av spektra, jag visar i filmen, är fullt möjlig. Det skulle föra för långt att här gå in på hur. Man kan alltså inte påstå, att demonstrationen av purpurstrålen skulle motbevisa Newtons teori. Det viktiga är emellertid att allt jag visar i filmen äger giltighet oberoende av varje förklaring baserad på en hypotes om ljusets natur. Här demonstreras bara några grundläggande formella fakta rörande den värld av bilder som skapas av ljuset.

Vidare är förklara icke detsamma som att förstå. Vi förstår förklaringen och slår oss till ro, men fenomenet behöver fördenskull icke vara förstått. När det gäller den stora frågan om ljusets väsen -- ”vad är ljus?”-- kan vi vara säkra på att den är långt ifrån besvarad av Newtons enkla förklaringsmodell.

Den linjära komponentuppdelning som hans teori formellt innebär gör dock god tjänst när det gäller att beskriva samspelet mellan ljuskälla och belysta material, som i praktiska livet ger upphov till mångfalden av färgnyanser. Mot varje sorts ljus (i Newtons mening) svarar därvid en specifik absorptionsprocess. Ser man det rent formellt, matematiskt, är det sålunda alls icke orimligt att tala om olika sorters mörker. Det vanligaste sätt på vilket färger uppstår är genom ”selektiv absorption” av ljusstrålning.

Men frågan om ljusets natur, hur går det till när energi och information förmedlas genom tomma rummet mellan ljuskällan och det belysta föremålet, jagar fysikerna envist efter svaret på. Vad man än kommer fram till, hur man än avgränsar sig till det lokala och det mikrokosmiska, är det till sist aldrig fråga om annat än bilder, var och en giltig i sitt sammanhang och på sin nivå av detaljering.

Därför är Goethes appell, att vi skall acceptera att vi vandrar i bildernas rike, välbetänkt. ”Sök intet bakom fenomenen, de är i sig själva läran”. Den kunskap vi får genom att se oss om bland fenomenens mångfaldiga variationer och klarlägga av deras formella orsaker utvecklar en förmåga att gestalta och bedöma; ett alltmer nyanserat och lyhört förhållningssätt till världens ting.

Epilogen

Efter Goethes aforism följer ett litet musikstycke som Goethe själv hade kunnat lyssna på. Medan det pågår visas en sekvens i vilken villkoren för uppträdandet av ett N-spektrum och ett G-spektrum kombinerats. Fortsättningen på det försöket skulle vara att använda en kam som skuggkastare i ljusflödet. På ett visst avstånd från denna skulle man då få ett spektrum bestående av omväxlande purpur och grönt. Vid ytterligare ökat avstånd blir detta spektrum allt färgsvagare och övergår till sist i grått. Det är slutstationen för detta äventyr med prismatiska färger, som hade sin startpunkt i den absoluta kontrasten mellan svart och vitt.

Fördjupningsstoff finner du i fotnoterna till innehållsföreteckningen, här =>

PSColouir\monochr-se.htm, senast reviderad 2010-02-14