Bjørn H. Samset: Lys

Lys

Bjørn H. Samset

lys

En fortelling om regnbuen og nordlyset, flammene og ildfluene, og menneskets kamp for å holde mørket tilbake

Lys. En fortelling om regnbuen og nordlyset, flammene og ildfluene, og menneskets kamp for å holde mørket tilbake © Spartacus Forlag AS, 2018 Omslag: Anja Hauger Ratikainen, Spartacus Forlag AS Sats: Anja Hauger Ratikainen, Spartacus Forlag AS Satt med: Garamond Premier Pro 11/14 Papir: Holmen book cream 70 g Trykk: ScandBook Printed in SWEDEN ISBN 978-82-430-1118-2

Det må ikke kopieres fra denne bok, i strid med åndsverksloven eller i strid med avtaler inngått med KOPINOR .

Spartacus Forlag AS Postboks 6673 St. Olavs plass 0129 Oslo www.spartacus.no

Innhold Innledning

9

Kapittel 1 Lyset og mennesket

11

Kapittel 2 Fargene. Naturens flotteste illusjon

29

kapittel 3 Flammene. Hvordan lys blir til

57

kapittel 4 Nattehimmelen. Lysets fortelling

87

kapittel 5 Mørket. Vür skumle venn

115

kapittel 6 Energi. Lysets dypeste hemmelighet

137

Epilog Utvalgte referanser og videre lesning Takk Bildeliste

151 153 155 156

Til Kanutte, Vilde og Eldrid, mine tre lys.

Innledning Sollys og månelys. Nordlys og sørlys. Bål og stearinlys, taklamper og nattlys. Glødelamper, oljelamper, trafikklys og laserlys. Morgenrøden.

Blåtimen. Stjerner og kometer. Skygger og luftspeilinger. Regnbuen.

Fargene.

Lyset er alt dette – og mye mer. Og det er overalt.

På nattfotografier av jorden er det lett å se hvor vi mennesker bor; byene våre er glødende prikker. Motorveier brer seg som glinsende spindelvev. Hvor enn vi går, tar vi lyset med oss, i form av alt fra stuelamper og gatelykter til mobilskjermer og blinkende dioder. Man skulle nesten tro moderne mennesker var kollektivt mørkeredde. Så mye lys har vi dekket planeten med at det er blitt vanskelig å unnslippe det. Leger og psykologer har begynt å advare. Vet vi hva den evige gløden gjør med oss? Astronomene advarer også. De kan ikke lenger se nattehimmelen klart. Universets budskap, som stråler ned til oss fra stjernene, blir stadig mindre tydelig.

Kulturelt står lys for gode ting. Det er tryggheten rundt leirbålet, solens varme, og selve symbolet på liv. Mørket, derimot, er skummelt.

Der det er mørkt, er det fare, kulde og monstre under sengen. Lyset dekker grunnleggende behov, som behovet for varme og trygghet. Lys er også fargene som gjør naturen så vakker. Lys er kommunikasjon og nærhet, teknologi og underholdning. Lys er til og med helse, både fysisk og mental. Kanskje er det derfor vi i det mørke nord knapt klarer å sitte innendørs når solen skinner, eller manisk sjekker værmeldingen 9

INNLEDNING

på jakt etter en glipe i skydekket? Og kanskje er det derfor vi er så glad i nordlyset, som flakker over den arktiske nattehimmelen som en guddommelig brann?

Livet på jorden er tuftet på solens energi. Lyset er en av forutsetningene for at vi finnes, og det har vært med på å forme naturens gang. Fotosyntesen og lysfølsomme organer er blant evolusjonens viktigste steg. En kompleks synssans gir enorme fortrinn i kampen for å overleve.

Hva er lys for noe? Når vi skrur på en lampe i mørket og plutselig kan «se», hva er det egentlig som skjer? Studiet av lys har preget vitenskapshistorien fra de gamle grekerne og frem til i dag, via Isaac Newton og Albert Einstein. Og ennå er det svært mye vi ikke vet.

I denne boken får du historien om lyset i sine mange former – som fenomen i naturen og som forutsetning for menneskenes tilværelse.

Du får se fargene i all sin prakt og blir kjent med hvordan naturen selv lager lys, fra ild til ildfluer. Du møter mørket, som spiller en viktigere rolle for oss enn mange er klar over. Og du vil få se hvordan lyset har vært vår beste lærer i hvordan naturen fungerer, både på vår egen jord og langt ute i det dype universet.

Lux Aeterna.

Bjørn H. Samset, juli 2018

10

Kapittel 1

Lyset og mennesket Leid, milde ljos, igjennom skoddeheim, leid du meg fram.

Eg gjeng i myrke natt langt frå min heim, leid du meg fram.

«Leid, milde ljos», salme.

Tekst: Kardinal John Henry Newman.

Melodi: Trad. Oversettelse: Peter Hognestad

Lyset har alltid vært.

Da universet oppsto, for 13,8 milliarder år siden, var lyset der og spredte seg ut sammen med tid, rom, partikler og krefter. Sakte, men sikkert var det med på å gi virkeligheten form.

For fem milliarder år siden, da solen tok fyr i et kjernefysisk inferno, bar lyset energien utover i solsystemet – blant annet til jorden.

Her ble lyset en kime som la forholdene til rette for liv, og som deretter bidro til å utvikle det.

For to millioner år siden utviklet Homo erectus seg i Afrika. De temmet ilden og ga det tidlige mennesket herredømme over sine to største fiender: mørket og kulden. Siden den gang har lyset vært en følgesvenn: vårt samlingspunkt, vår viktigste ressurs og vårt forsvar mot naturens mange trusler.

11

LYSET OG MENNESKET

For to hundre år siden fikk en skotte en genial idé og strakk rør med brennbar gass inn i huset sitt i Cornwall. Ikke lenge etter var gasslamper allemannseie i Vesten, mer praktisk og langt tryggere til innendørs bruk enn ildsteder, talglys og oljelamper. Derfra var kursen staket ut, mot et verdensomspennende samfunn der natten er valgfri og lyset aldri er mer enn en bryter unna.

For to minutter siden skrudde jeg på en lampe over arbeidsbordet. Lys fra moderne, effektive dioder fylte kontoret mitt, varmt og behagelig som solens egne stråler. PC-skjermen skinner mot meg og oversetter tanker og formuleringer til skarpe mønstre av sort på hvitt.

Og mens jeg skriver, er lyset kjernen i en teknologisk revolusjon som foregår rundt meg. Jeg kan høre folk som legger solceller på naboens tak. Med noen tastetrykk kan jeg hente opp artikler om utviklingen av enorme solkraftverk på alle verdens kontinenter – informasjon som er brakt til meg gjennom kabler som ikke lenger er fylt av kobber og trege elektroner, men av rent og effektivt lys.

Lyset er vår beste venn. Det er alltid med oss, og det vil det også alltid fortsette å være. På godt og vondt.

For om fem milliarder år vil solen vokse seg enorm og sluke planetene Merkur og Venus. På jorden vil lyset bli så intenst at alt vil brenne, et virkelighetens uunngåelige ragnarok. Menneskeheten – eller våre etterkommere – må finne seg et annet hjem, i bane rundt en annen stjerne. Vi vet lite om hvordan reisen dit vil arte seg, men tre ting er sikre: Vi vil ta lyset med oss på veien gjennom mørket mellom stjernene. Det er lyset som vil gi oss kraften til å reise. Og hvor enn vi drar, vil lyset være der og møte oss når vi kommer.

Og når universet en gang dør, slik kosmologene sier at det vil, er lyset – høyst sannsynligvis – det siste som vil forsvinne.

12

LYSET OG MENNESKET

Lyset og livet Vi mennesker er avhengige av lyset.

«Jeg fremstiller følgende idé», skriver bokholder Oskar Kittilsen i lokalavisen Rjukan, 30. oktober 1913: «Man opstiller store, dreibare reflektorspeil oppe i aasen paa nordsiden av dalen, speil som først samler sollyset og hvorpå det saa igjen spredes som en lyskasterstraale ned over Rjukan by og dens glade innvaanere. (…) Tenk for en herlighet for Rjukan.»

Rjukan er en konstruert by. Den ble grunnlagt tidlig på 1900-tallet da ingeniøren Sam Eyde – som etablerte Norsk Hydro sammen med oppfinneren og nordlysforskeren Kristian Birkeland – skaffet seg rettighetene til å utvinne kraft fra den mektige Rjukanfossen. Eyde planla først å flytte kraften andre steder, men på grunn av en konflikt med Stortinget om konsesjoner endte han i stedet med å starte produksjon av kunstgjødsel på det lille tettstedet Saaheim, ved foten av fossen.

Rjukan Salpeterfabrikker ble starten på et industrieventyr. Bygda fikk nytt navn og vokste etter hvert til rundt 12 000 innbyggere. Den hadde alt hva vi mennesker gjerne higer etter: trygghet, arbeidsplasser, muligheter, og dessuten fantastisk natur. Likevel var ikke folk der fornøyde.

Rjukan manglet nemlig én ting: lys.

Byen ligger der den gjør fordi naturkreftene har fått en enorm foss til å falle ned i en dyp dal. Så dyp er dalen at sollyset ikke klarer å finne veien ned om vinteren. Det blir mørketid, selv om Rjukan ligger langt sør for polarsirkelen. Kaldt, trist og deprimerende.

Om Sam Eyde forsto hvilke forhold han bygget en fabrikk under, vet vi ikke, men folk som flyttet dit, reagerte. Leserinnlegget det siteres fra over, sto på trykk alt i 1913, tidlig i Rjukans historie. Solspeilet ble den gang aldri realisert, men tanken var sådd: Befolkningen behøver lys. Og om lyset ikke kunne komme til dem, kunne kanskje de komme til lyset? I 1928 anla Norsk Hydro i stedet en kabelbane 13

LYSET OG MENNESKET

– Krossobanen – fra bunnen av dalen og 500 meter opp til foten av Hardangervidda. Banen ble gitt som en gave til byen for at innbyggerne og arbeiderne skulle kunne få seg litt sårt tiltrengt lys under den lange, mørke vinteren.

Ideen om solspeilet, og om evig lys nede i Rjukan sentrum, døde aldri. Hundre år etter at forslaget ble lansert første gang, ble det plukket opp igjen, og høsten 2013 sto tre gedigne reflektorer klare høyt i åsen.

600 kvadratmeter med varmt og oppmuntrende sollys kan stråles ned i dalens dyp og inn på Rjukan torg. Byen har endelig fått sin vintersol.

Lenger nord, over polarsirkelen, er folk godt vant til mørketid.

Der hjelper det ikke med speil. Vintermørket er uunngåelig, en del av livets syklus, og jo lenger nord vi kommer, desto lenger varer det.

«Solfesten» er derfor en viktig merkedag; den dagen solen endelig titter over åsen, fjelltoppen eller horisonten igjen etter å ha vært så lenge borte. Folk hilser den velkommen som den bibelske fortapte sønn, med sang, dans og god mat og drikke.

Og når lyset først er tilbake, kommer det til gangs. Belønningen for en lang, mørk vinter er en sommersesong hvor solen nekter å gå ned. Kanskje er det derfor vi holder ut? Kroppene våre kan ikke lagre lys, men det kan minnene. Og så hjelper det at naturen har plassert en annen kilde til lys nettopp der mørketiden rammer som hardest: Det grønne, blå og røde nordlyset flakker og brenner over nordområdenes vinterhimmel. Egentlig kan nordlyset like gjerne være synlig natt som dag, sommer som vinter, men det er så svakt i forhold til solen at det først er i mørket det kommer til sin fulle rett.

Lyset og livet. De er så tett forbundet at de nærmest er to sider av samme sak. Bare se på livets historie her på jorden, slik vi forstår den i dag.

Det er nå fem milliarder år siden solen våknet til live. Da ble trykket og temperaturen i midten av den enorme ballen av hydrogen så ekstreme at atomkjernene ble presset sammen. Gjennom en serie finurlige naturprosesser ble hydrogen gradvis omdannet til helium, 14

LYSET OG MENNESKET

samtidig som det ble litt energi til overs. Og energien er i dette tilfellet intet annet enn lys. I fem milliarder år har solen strålt ut i verdensrommet, jevnt og trutt, dag ut og dag inn, og bombardert planeten vår med livgivende energi.

Planeten jorden er spesiell, i hvert fall i vårt solsystem. Den har en atmosfære som først slipper gjennom litt av sollyset, så overflaten blir varm, men som deretter ikke slipper varmen fullt så lett ut igjen.

Varme er også lys, om enn av en type vi ikke kan se. Den fanges opp av drivhusgassene og holdes igjen en stund, omtrent slik klærne våre holder igjen varmen fra huden. På jorden får vi derfor en jevn og god temperatur, i motsetning til for eksempel på månen, som ikke har den samme atmosfæren.

Og i jordens gode og varme atmosfære utviklet det seg liv. Først encellede organismer, så planter, deretter havdyr, dinosaurer, aper, mennesker og nebbdyr. En av de viktigste hendelsene i jordens historie inntraff idet livet lærte seg å utnytte lyset. Fotosyntesen utviklet seg for rundt tre milliarder år siden. Da lærte de encellede dyrene seg å lage sukker, og å lagre det i kroppen til senere bruk. Metoden var å hente karbondioksid fra luften og å slå det sammen med energien i lyset fra solen. Avfallet ble oksygen, som de spyttet ut igjen. Dermed preget de atmosfæren videre – og gjorde den klar for nye former for liv.

Solen sender oss energi i mange former, men den vi oftest tenker på, er såkalt synlig lys. Gjennom store deler av de fire milliardene år som har gått siden livet først oppsto, har ordet «synlig» manglet betydning, for det fantes ingenting her som kunne «se» lyset. Først for fem hundre millioner år siden utviklet det seg noe vi ville kjenne igjen som et øye. Riktignok hadde en del arter lysfølsomme proteiner lenge før det, men en synssans i moderne betydning har bare eksistert de siste to prosentene av planetens historie. Øyet oppsto i den kambriske eksplosjon, en periode som varte i rundt tyve millioner år, der grunnlaget for vår moderne natur ble lagt. Om vi tar begrepet «livets tre» og tenker oss dagens biologiske arter, familier og slekter som tykke 15

LYSET OG MENNESKET

og tynne grener på dette treet, var det i den kambriske eksplosjon at disse grenene vokste ut fra stammen. Øyet er en evolusjonsmessig revolusjon. Det lar oss sanse det som er langt unna, enten det er mat, fiender eller en potensiell partner, og reagere deretter. Evnen til å kunne se, fokusere skarpt og skille mellom farger gir mulighet for jakt, kommunikasjon, paringsritualer og mye mer. Men et øye er ikke kostnadsfritt; det er sårbart og må beskyttes.

Det må holdes fuktig, og krever ressurser kroppen kunne brukt på andre oppgaver i trange tider. Den eneste grunnen til at utviklingen av øyet har vært hensiktsmessig, er at jordens atmosfære tilfeldigvis slipper gjennom stråling, som dermed ble det «synlige» lyset. Tenk om også lyset ble stanset av luften, slik det meste av solens energi blir.

Atmosfæren kunne fortsatt blitt varm, og kanskje ville det ha oppstått liv her likevel, men noen synssans ville vi ikke hatt. Kanskje vi heller hadde utviklet et langt bedre sanseapparat for lyder? Ører over hele hodet? Det er umulig å vite. Det eneste vi vet, er at vi kaller «synlig» lys synlig nettopp fordi vi kan se det – og vi kan se det fordi synssansen er slik en enorm evolusjonær fordel.

Lyset har også vært med på å bestemme hvor fort livet har utviklet seg. Den kambriske eksplosjon kom da den gjorde fordi jorden kastet av seg en ekstra lang istid, med dårlige vilkår for liv. Jordens bane rundt solen endrer seg langsomt gjennom millenniene, både fordi planeten spinner litt skjevt, og fordi de større planetene – som Jupiter og Saturn – trekker i den. Over tid flyttet tilfeldighetene planeten litt nærmere solen, og den ekstra varmen fikk isen til å smelte. Evolusjonen satte seg i høygir, som når krokus og hestehov stikker hodene opp gjennom vårens siste snø, og livet tok sine neste store sprang.

Og sakte, men sikkert, fem hundre millioner år og flere istider senere, ble vi moderne mennesker til. I løpet av noen hundre år – bare et blunk sammenlignet med livets lange historie – forvandlet vi planeten fra en mørk stein og til den lysende kulen den er i dag. Med en nærmest uendelig kreativitet lærte vi oss å utnytte lyset og alt det 16

LYSET OG MENNESKET

kan gjøre. Fra leirbål og fakler som har gitt oss varme og trygghet, til laserlys, fiberoptiske kabler og teknologi som kan forbedre livskvaliteten i et samfunn som er tettere sammenknyttet. Lyset og livet har fortsatt å følge hverandre, nærmest som i symbiose.

Men sett fra vår synsvinkel var veien fra de første faklene til dagens LED-pærer verken kort eller enkel. For å bruke lyset, og lære av det, var vi også nødt til å forstå hva det egentlig er. Og jakten på lysets natur skulle vise seg å bli både noe av det mest frustrerende og noe av det mest givende vi har gitt oss i kast med.

Lysets iboende nytteverdi er enorm. Det alene er en god nok grunn til at vi bryr oss om hvordan lyset er skrudd sammen. Men det finnes en til: nysgjerrighet. Lyset er overalt, hele tiden, og vever seg gjennom tilværelsen som en regnbuefarget tråd. Selvsagt har vi lyst til å vite hva det består av, og hvordan det virker. Eller, om vi snur litt på spørsmålet: Forstår vi ikke lyset, klarer vi heller ikke å forstå universet – eller oss selv.

Kast et blikk opp på nattehimmelen. Du kan gjette at hver av de lysende prikkene der oppe er en stjerne som vår, men vet du det sikkert? Det ligger mye informasjon gjemt i lyset som stråler ned til oss, men vi kan bare bruke den hvis vi skjønner hva det er der ute som lager lyset. Og da må vi også vite hva lys er for noe. Eller tenk på din egen synssans. Inne i hodet ditt skapes hele tiden bilder av hvordan verden rundt deg «ser ut».

Bildene er hjernens tolkning av signalene fra synet, som i tur er elektriske strømmer skapt av lysfølsomme celler i øynene. Et eller annet sted langs veien har det fysiske lyset blitt til et mentalt bilde, og den overgangen er vi langt unna å forstå. Finner vi ut hva lyset er, løser det ikke bevissthetens gåte for oss, men det vil om ikke annet ta oss et lite skritt på veien.

Lyset og nysgjerrigheten Alt i år 450 f.Kr. finner vi forsøk på å forstå hvor lyset kommer fra og hvordan det fungerer. Da foreslo filosofen Empedokles at lyset kan 17

LYSET OG MENNESKET

være noe vi mennesker selv lager og sender ut fra øynene. Han forestilte seg at når vi åpner øynene om morgenen, flommer det et «lysstoff» ut fra dem som begynner å sprette frem og tilbake mellom tak og vegger. Og når stoffet reflekteres tilbake til øynene, «ser» vi rommet rundt oss. Empedokles tenkte videre at lyset reagerer forskjellig når det treffer hvert av antikkens fire elementer: ild, jord, luft og vann. Dette merker øynene, og sånn finner vi ut hva verden rundt oss består av.

Ideen er ikke ueffen. Empedokles mente han kunne bruke den til å forstå både hvorfor lys reflekteres, som i overflaten på et stille fjellvann, og hvorfor det brytes, som når en padleåre stukket ned i det samme fjellvannet ser ut som den får en knekk. Dette er to nyttige egenskaper ved lyset som de kjente godt allerede i antikken, og som de gjerne ville ha en dypere forståelse av.

Samtidig er ideen fullstendig feil. Dersom lys kom ut av øynene, ville vi sett like godt om natten som om dagen, og Rjukan ville ikke trengt noe solspeil. Empedokles’ tanker lar seg lett stikke hull på, men likevel er de nyttige å ha i bakhodet, for de markerer begynnelsen på den lange reisen nysgjerrigheten på lyset har sendt oss ut på.

Den løper gjennom antikken via den vitenskapelige revolusjon og helt frem til vår egen tid, og underveis svinger den innom mange av vitenskapshistoriens aller største navn. Et eksempel på det kom i år 2000, da en stor gruppe fysikere holdt en uformell avstemning for å kåre dem som har gitt størst bidrag til faget gjennom historien. Lysets betydning for naturvitenskapene er tydelig om vi ser hvem som kapret pallplassene: Albert Einstein, Isaac Newton og James Clerk Maxwell.

For mye av forskningen disse tre gjennomførte, er fellesnevneren dype og revolusjonerende fremskritt om nettopp lys.

Isaac Newton regnes ofte som den moderne vitenskapens far. Han var aktiv fra midten av 1600-tallet, da naturfilosofien var midt inne i den vitenskapelige revolusjon og i ferd med etablere gullstandarden vi fremdeles bruker for å skille fakta fra tøv: den vitenskapelige metode.

Kort fortalt sier metoden at naturen i sin essens er forutsigbar og kan 18

LYSET OG MENNESKET

forstås hvis vi bare jobber hardt nok. Vi kan gjøre eksperimenter, lære av dem, og dessuten beskrive resultatene med naturens eget språk: matematikken.

Det var også lyset som hundre år tidligere hadde utløst den vitenskapelige revolusjon. I 1543 ga Nicolaus Copernicus ut sitt hovedverk De Revolutionibus Orbium Coelestium, eller «Om himmelsirklenes omdreininger», hvor han brukte lyset fra nattehimmelen til å snu opp ned på vår forståelse av solsystemet. Lysprikkenes bevegelse over himmelen, skrev Copernicus, tilsier at planetene må gå i bane rundt solen snarere enn omvendt, slik den katolske kirken hevdet. Boken ble så viktig for historien at den ga oss den moderne betydningen av ordet «revolusjon». Copernicus brukte lyset til å utvikle et nytt verdensbilde. Samtidig etablerte han et vitenskapelig tankesett som satte sluttstrek for å forklare naturen ut fra religiøse tekster.

Newtons største bidrag til den vitenskapelige revolusjonen var boken Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, fra 1678. Der utvikler han mye av matematikken vi lærer på skolen også i vår tid, og viser hvordan abstrakte ligninger på et ark kan brukes til å forstå virkeligheten. Selv brukte han matematikken til å angripe problemet med hva lys er. Innen 1600-tallet var Empedokles’ tanker om at lyset kommer fra øynene, for lengst erstattet av to andre, konkurrerende teorier. Lys måtte enten være en bølge som brer seg gjennom rommet slik topper av vann duver bortover en vannflate, eller så måtte det være en partikkel – en bitte liten bestanddel av naturen. Begge teoriene er gode, men hvilken er riktig?

En som argumenterte for bølgeteorien, var filosofen René Descartes, som spurte: Hva om det finnes et stoff rundt oss som er like usynlig som luft, og som vi merker som «lys» når det vibrerer? Slik en fløyte kan få luften til å riste, og dermed lage lyd, kan en flamme få dette usynlige stoffet til å riste, og lage «lys». Lyd og bølger på vann kan begge reflekteres i vegger og bøyes rundt hjørner. Det samme kan lys. Descartes bygget på skriftene til Aristoteles, fra rundt år 350 f.Kr. 19