Vi er konstant omgitt av rar fysikk vi ikke tenker over: Bilen har lys over alt, utenpå og inni. Noe fra halogenlamper, mer fra utladningslamper av ymse slag, og fra lysdioder. Og alt måles i candela og lumen. Og lys er partikler. Hva?
Bildet øverst:
Moderne billys måles i candéla og er utsending av lys-fotoner – som er energi-kvanter og som akkurat her kommer ut av noe som ellers er en halvleder, en transistor eller en LED-lampe … (Foto: Toyota)
Av Stein Bekkevold
Lys gjør at vi kan se noe. Så langt er det greit. Folk med hvit frakk vet mer: Lys er elektromagnetisk stråling. Enda snålere er at lyset både er bølger – og partikler. Og dette kommer av at lys er fotoner. Det er ikke måte på. Ubegripelig er det også, når du tenker etter.
Synlig lys har bølgelengder av elektromagnetisk stråling som gir oss synsinntrykk. Det finnes også ultrafiolett lys (UV-stråling) og infrarødt lys (IR-stråling), men disse ser vi ikke uten videre. Så vi ser – enkle dyr som vi er – bare lys i vårt lille spektrum, med bølgelengde 380 til 750 nanometer – i frekvenser fra 790 til 400 tera-hertz. Men dette kan du for så vidt glemme ….
Lyset her på kloden kommer oftest av at en elektrisk strøm sendes inn i et lyselement og hisser opp et stoff slik at det gløder. Men hvordan måler vi lys? Ja da, med en lysmåler, men hva registrerer den? Watt? Volt? Ampere? Nei, den registrerer noe underlig som heter candéla, med trykk på e-en.
Candéla
kommer av latin for stearinlys (candle på engelsk) og er godkjent som den grunnleggende enheten for måling av lysstyrke. Symbolet er cd. Dette ble besluttet av en samling alvorlige herrer (damene skrev ned hva de sa …), ved den 16. konferanse for mål og vekt i 1979; da hadde man bestemt seg for å rydde vekk alle gammeldagse, lite eksakte måleenheter som hestekraft og kilopond.
Så en candela er derfor lysets styrke målt i en gitt retning mot en lyskilde som sender ut ensfarget lys med frekvens 540 000 GHz, og med strålingsstyrke i den gitte retningen lik 1/683 watt per steradian. Hvorfor? Nei, si det.
For øvrig er steradian et romvinkelmål. Men glem det også, så lenge. Fysikken inneholder en drøss underligheter, noen av de nye er tapre søk på å rydde opp i eldgamle misforståelser og unøyaktigheter.
Referansefrekvensen – basisen for det hele – tilsvarer underlig nok en bølgelengde på 555 nanometer (milliarddels meter) ved standard trykk og temperatur i luft. Det er nemlig akkurat da vi ser dette grønne lyset at vårt stakkars øye har den høyeste følsomheten – i dagslys.
Derfor.
Definisjonen avløste bestemmelsen fra 1946, som var basert på en referanselyskilde: Tidligere var 1 cd lysstyrken fra ett standard stearinlys. Akkurat som motoreffekt var hva en hypotetisk engelsk standardhest i 1870 klarte å løfte til en viss høyde på en viss tid. Bare tull, vitenskapelig sett.
Her er årsaken til navnet påmåleenheten candéla, et stearinlys (engelsk candle) på full styrke … (Foto: Forfatteren)
Måling av lys
Lys er så til de grader komplisert fysikk at forskerne måtte lage en bråte måleenheter:Lysfluks (strøm) sier hvor mye lys som sendes ut fra en lyskilde. Symbolet er bokstaven fipå gresk. Måleenhet: Lumen (lm). Lysstyrken sier hvordan denne lysfluksen (foton-flommen) fordeler seg i rommet. Dette er grunnenheten for lys i SI-systemet.
Symbol: I. Måleenhet: candela (cd). Og luminans er forholdet mellom lyset som treffer øyet, og flaten som reflekterer lyset. Luminans er altså lystetthet, målt i cd/m². Fargetemperatur er den temperatur i grader Kelvin som et helt svart legeme må ha for å få akkurat samme kulør som lyskilden.
Ofte beskriver vi jo farger som varme eller kalde. SI-enheten er kelvin (K). Nå ser du hvor kronglete dette egentlig er. Og her er enda mer:
Lysår
Et lysår er mål for avstand i astronomien, strekningen en lysstråle reiser – i vakuum – på ett år – og er ca 9,46 billioner km (avstanden til nærmeste stjerne er ca. 4,3 lysår).
Så har vi lysminutter som er avstanden mellom Jorden og Solen – ca. 8 lysminutter, eller 150 mill. km. Magnitude er i astronomien et mål for et himmellegemes lysstyrke. Er det rart at fysikk var et krevende fag?
Likevel: Lite av alt dette trenger vi å bry oss om. Men fortsatt er det altså slik at et ganske standard stearinlys (om du klarer å finne et) stråler ut akkurat en candéla med lys …
Og opprinnelig skulle en engelsk candéla være lyset fra et vokslys som veide 1/6 av et engelsk pund, og som brant en helt ren spermasettolje i en fart på 160 grains i timen. De hadde faktisk god fantasi for 200 år siden også. Men ta det med ro, vi er straks ferdig her.
Fotoner
For å fullføre forvirringen kan vi minne om at lys altså er fotoner i bevegelse. Og si at fotoner er partikler UTEN masse. Alle vi som trodde at en partikkel måtte ha masse for å være en partikkel, tok altså feil. Og de er partikler fordi de er energi-kvanter.
En slik kvant oppstår så fort en ørliten mengde energi hopper fra en posisjon til en annen i et lysstrålende legeme, samtidig som energi frigjøres som elektromagnetisk stråling.
Tro det eller ei, men dette er opphavet til begrepet kvantesprang, som altså illustrerer noe ekstremt bittelite – snarere enn et gedigent gjennombrudd. Nå vet vi det også. Det meste av dette er forresten Albert Einsteins skyld …
Og da er vi ved kjernen: Hvorfor lyser noe? Og det lyser fordi en tilført mengde energi forstyrrer atomer så de blir ekstremt opphisset og slipper løs lagret (atom)energi i form av lys, fotoner, synlig stråling. Det er derfor noe så enkelt som en diode – som ellers gjør sin trauste jobb som transistor, slipper ut masse lys når den er bygget for å gjøre det. Og altså blir en LED-pære, en Light Emitting Diode.
Og nå sier vi takk for denne gang. Slå av lyset når du går …
