Egyenes vonalban haladnak-e a fénysugarak?

Nagyon sokáig megkérdőjelezhetetlen volt, hogy a fénysugarak tökéletesen egyenes vonal mentén terjednek. A mi átlagos földi körülményeink között ez minden helyzetben igaznak is bizonyult, és a laboratóriumi mérések is igazolták.

Megváltozott azonban a helyzet, amikor A. Einstein a 20. század elején megfogalmazta az általános relativitás-elméletet, s abban kimondta, hogy nagyon nagy tömegek környezetében maga a tér (pontosabban a négy-dimenziós tér-idő rendszer) görbül, s benne a fénysugár útja is. Azért kell hangsúlyozni, hogy nagyon nagy tömegek környezetében, mert még ilyenkor is csak olyan mértékű a tér-görbület, hogy alig tudjuk kimutatni; kisebb tömegek (mint pl. a Föld) esetében a mai technikai lehetőségek mellett kimutathatatlan a görbület.

Ezt a görbülést máig nemcsak ezerszer kimutatták, hanem a csillagászok már föl is használják. Egy nagyon távoli galaxisról érkező fénysugár irányát egy közénk eső – elég nagy tömegű – másik galaxis ahhoz hasonlóan görbíti meg „jobbról-balról”, ahogyan az üveglencse a rajta áthaladó fényt. Vagyis úgy viselkedik, mint egy kozmikus nagyító-lencse. Így azt a nagyon távoli galaxist lényegében nagyítva látjuk.

A fény tehát a mi naprendszeri körülményeink között gyakorlatilag(!) egyenes vonalban terjed; egyenesnek tekinthetjük az útját, mert a görbülete olyan kicsi, hogy elhanyagolható. De nem abszolút egyenes.

Fényérzékeny anyagok

Vannak olyan anyagok, amelyek a fény hatására megváltoznak. Sőt: lényegében minden anyag megváltozik, ha fény esik rá, hiszen attól látom valamilyen színűnek, hogy a ráeső fény energiáját valamiképpen fölveszik az anyag atomjai, molekulái, majd a fölvett energiát „visszaadják”, s ha ez a kibocsátott energia éppen (az ember számára) látható fény, akkor látjuk a tárgyat. A kibocsátott fény hullámhosszától függ, hogy milyen színűnek látjuk az adott tárgyat. Ez a változás azonban nem érinti az adott anyag összetételét, kémiai kötéseit, szerkezetét. Nem történik kémiai változás (reakció). Ez a fizika vizsgálódási területe.

Más esetekben azonban mélyebb változást vált ki a fény az azt elnyelő molekulában; pl. egyes kémiai kötések fölszakadnak, mások újonnan jönnek létre stb. Vagyis megváltozik az anyag kémiai szerkezete, összetétele. Kémiai reakciót vált ki a fény.

Az anyagban lévő kémiai kötések és a beérkező fény energia-viszonyai határozzák meg, hogy bekövetkezik-e ilyen változás. A mai (nem digitális) fényképezés éppen azon alapszik, hogy – hosszas keresgélés, próbálkozás, kísérletezés nyomán – megtalálták a vegyületeket, amelyek kellően fényérzékenyek, hogy változásukkal „megőrizzék” a fény hatását. A leggyakrabban használt ilyen vegyületek az ezüst különböző sói: ezüst-bromid és ezüst-jodid (AgBr, AgI). Külön szerencse, hogy amikor a fény hatására ezek elbomlanak, elemi ezüst is keletkezik, amely nagyon finom szemcsék formájában – a szép fényes ezüstékszerekkel ellentétben – mindig fekete. Vagyis jól látszik.

Vannak más nevezetes fényérzékenységen alapuló folyamatok is. Pl. a fotoszintézisnek is az a lényege, hogy – a klorofill mint katalizátor „segítségével” – a fényenergia hatására a vízmolekulák széthasadnak hidrogénre és oxigénre. Amikor a napsütés hatására a bőrünkben (elő-anyagából) D-vitamin képződik, akkor is az történik, hogy egy molekula szerkezete megváltozik a fölvett fényenergia hatására.

Az „Egy tányér napraforgó” c. írásban szó van a növények növesztő hormonjáról, az auxinról. Annak is meghatározó sajátsága, hogy ha fény éri, elbomlik (kémiailag), s hatástalanná válik.

A filmszalag és társai

A fényképezőgépekben és a filmvetítésekhez használt filmszalag anyaga sokáig celluloid volt. Ennek kémiai rokona a celofán, amellyel pedig a befőttesüveget zárjuk le. Mindkét névnek a cellulóz szó az eredete. És annak?

Amikor R. Hooke 1660 körül összeállította az első mikroszkópot, fölfedezte, hogy a növények teste kicsiny egységekből épül föl, s minthogy ő éppen parafát vizsgált, amelynek már üresek voltak ezek a sejtjei, el is nevezte ezeket az egységeket latinul celluláknak, mert a szerzetesek celláira (fülkéire) emlékeztették. A latin cella jelentése 'fülke, kamra, szobornak való fali üreg'. Ennek kicsinyítőképzős formája a cellula. Innen származik, hogy a sejtek falát alkotó vegyületet cellulóznak nevezték el. (Az -óz végződés arra utal, hogy ez az anyag cukor-származék.)

Cellulózból van a papír és a celofán is. Mi az oka, hogy az egyik átlátszó, a másik nem? A papírban különálló cellulózrostok vannak, azok között pedig „levegőbuborékok”, a celofán viszont csakis cellulózból áll, levegő nélkül. Ebből következik, hogy míg a celofánon akadály nélkül, egyenesen keresztülmennek a fénysugarak, a papírban cellulózból levegőbe, levegőből cellulózba stb. mennek, s minden egyes átlépésnél megváltozik az irányuk. Vagyis a papírban „összevissza” verődnek a fénysugarak, s nem haladnak át rajta egyenesen.

(A cellofán /két l-lel/ a magyar helyesírás szabályai szerint csak a kémiai szakirodalomban használatos írásmód. A köznyelvi írásmód egy l-lel, így: celofán.)

Vizsgálat celofánnal

1) Háztartási (befőző) celofánból vágj ki ollóval egy kb. 5x5 cm-es darabot!

2) Tedd a kinyújtott tenyeredre, s figyeld a változását!

3) Ha változott, fordítsd meg, s ismét figyeld!

Magyarázat: A celofán tiszta cellulózból áll, amely nedvesség hatására duzzad. Minthogy a tenyerünk – mint  minden más bőrfelületünk – párologtat, a celofánlap alsó fele több nedvességet kap, mint a fölső fele. Ezért az alsó oldala (a duzzadás miatt) megnyúlik. Ez okozza a görbülést.

Összehasonlíthatjuk, hogy kinek mennyire párologtat (izzad) a tenyere.