Hur böjs ljuset?

Solförmörkelsen som gjorde Einstein till stjärna – F&F 5/2019

Jag läste med stor behållning om solförmörkelsen som gjorde Einstein till stjärna. Jag har läst om detta ljusfenomen tidigare, men först nu förstod jag att jag inte riktigt förstod. Vi läser att solens

gravitation böjer ljuset, men också själva rymden. Kan det vara så? Gravitation verkar mellan två kroppar med massa, men fotoner ska ju enligt läroboken inte ha massa. Och rummet, rymden, förutsätts inte den vara tom och därmed opåverkbar av solens gravitation?

Sedan en nyfiken fråga: Vad visste Einstein om fotoner vid den tidpunkten? /Lars Melin

Einsteins beskrivning är gravitationen inte en kraft som vi vanligen tänker på den, utan en krökning av själva rymden. Anledningen till att ljuset tar en krökt bana nära ett massivt objekt som solen är alltså att det går den kortaste vägen genom en krökt rymd.

Det döljer sig dock en extra lurighet här, och det är att det går att räkna ut en böjd ljusbana även med bara Newtons gravitation i en platt rymd, genom att betrakta fotonerna som partiklar i ett lokalt gravitationsfält. Gravitationsaccelerationen beror inte på partiklarnas massa – tänk på det klassiska exemplet att en fjäder och en hammare faller lika fort i vakuum. Alltså kan ljuspartiklarnas bana böjas i gravitationsfältet, trots att de saknar massa. Einstein räknade ut hur mycket ljuset skulle böjas även med denna version av gravitationen, och fann att ljuset i så fall bara skulle krökas hälften så mycket.

Einstein visste ganska mycket om fotoner. 1905 formulerade han sin teori för den fotoelektriska effekten, som förklarar hur elektroner slås loss från atomer av enskilda energipaket av ljus – alltså fotoner. Det var detta arbete som senare belönades med Nobelpriset i fysik.

/Anna Davour, fysikredaktör