Vetenskapen och hypoteserna. Fjortonde kapitlet

←  Elektrodynamiken

Vetenskapen och hypoteserna av Henri Poincaré

Materians slut.^[1]

En av de mest uppseendeväckande upptäckter, som fysikerna hava kungjort under de sista åren, är att materien icke existerar. Emellertid skyndar jag mig tillägga, att denna upptäckt ännu icke är fastställd. Materiens huvudsakligaste attribut är dess massa, dess tröghet. Massan är vad som överallt och alltid förblir konstant, vad som kvarstår, sedan en kemisk omvandling har förändrat alla materians iakttagbara egenskaper och skenbarligen gjort en helt annan kropp utav den. Om man därför skulle kunna bevisa, att materiens massa eller tröghet i verkligheten icke tillkom den, att den är lånta fjädrar, varmed den utstyr sig, att denna massa, konstanten framför alla andra, själv är underkastad förändring, så skulle man med fog kunna påstå, att materien icke existerar. Och detta är just vad man gör.

De hastigheter, vi hittills kunnat observera, voro ganska ringa, eftersom himlakropparna, vilka ändock lämna alla våra automobiler långt bakom sig, knappast göra 60 eller 100 kilometer i sekunden. Ljuset fortplantar sig visserligen 3,000 gånger så fort, men detta är ej heller någon materia, som förflyttar sig, det är en rubbning, som går fram tvärs igenom en relativt orörlig substans, liksom en våg på oceanens yta. Alla de iakttagelser, som gjorts med dessa ringa hastigheter, visade massans konstans och ingen gjorde sig den frågan, om det också förhöll sig på samma sätt med större hastigheter.

Det är de oändligt små som slagit Merkurius', den hastigaste planetens, rekord. Jag skall nu tala om de ytterst små kroppar, vars rörelser frambringa katod- och radiumstrålarna. Man vet, att dessa strålningar bero på ett sannskyldigt molekulärt bombardemang. De i detta bombardemang utkastade projektilerna äro laddade med negativ elektricitet, varom man kan övertyga sig genom att uppsamla denna elektricitet i en Faradays cylinder. På grund av sin laddning avvika de lika mycket genom ett magnetiskt som genom ett elektriskt fält och en jämförelse mellan dessa avvikelser låter oss känna deras hastighet och förhållandet mellan deras laddning och deras massa.

Dessa mått hava emellertid uppenbarat för oss, å ena sidan att deras hastighet är enorm, att den är tiondedelen eller tredjedelen av ljusets hastighet och tusen gånger större än planeternas samt å andra sidan, att deras laddning är mycket ansenlig i förhållande till deras massa. Varje sådan i rörelse varande liten kropp representerar alltså en betydande elektrisk ström. Men som vi veta, framvisa de elektriska strömmarna en särskild sorts tröghet, kallad självinduktion. En en gång åstadkommen ström strävar efter att bibehålla sig och det är på grund härav man ser en gnista springa fram i brottet, om man vill avbryta strömmen genom att klippa utav ledningstråden. Sålunda försöker strömmen bibehålla sin intensitet, på samma sätt som en kropp i rörelse försöker bibehålla sin hastighet. Vår katodiska korpuskul gör således motstånd emot de orsaker som skulle kunna förändra dess hastighet av tvenne skäl, nämligen först och främst genom sin tröghet i egentlig mening och slutligen genom sin självinduktion, emedan varje förändring i dess hastighet på samma gång skulle bliva en förändring i den motsvarande strömmen. En korpuskul — elektron, som man säger — besitter således tvenne trögheter, mekanisk tröghet och elektromagnetisk tröghet.

Abraham och Kaufmann, den ena räknekarl, den andra experimentator, hava förenat sina krafter för att skilja dessa båda trögheters andelar från varandra. För den skull blevo de tvungna att antaga en hypotes. De menade, att alla negativa elektroner äro överensstämmande med varandra, att de innehava samma i huvudsak konstanta laddning och att de skiljaktigheter man kan konstatera mellan dem uteslutande härröra av de olika hastigheter de besitta. När hastigheten varierar, förblir den verkliga, den mekaniska massan konstant. Detta är så att säga själva hennes definition, men den elektromagnetiska trögheten, som bidrager till att bilda den skenbara massan, växer med en hastighet enligt en bestämd lag. Det bör således finnas en relation mellan hastigheten och massans förhållande till laddningen, vilka kvantiteter enligt vad vi sett kunna beräknas genom iakttagandet av strålarnas avvikelser under inverkan av en magnet eller ett elektriskt fält, och studiet av denna relation tillåter bestämmandet av de tvenne trögheternas andelar. Resultatet är högst överraskande: den verkliga massan är lika med noll. Sant är, att den i början uppställda hypotesen måste antagas, men öfverensstämmelsen mellan den teoretiska och den experimentella kurvan är tillräckligt stor för att göra denna hypotes högst sannolik.

Dessa negativa elektroner besitta sålunda icke någon egentlig massa. Om de förefalla begåvade med tröghet, så kommer sig detta utav, att de ej skulle kunna förändra hastighet utan att bringa etern i oordning. Deras skenbara tröghet är endast lånta fjädrar, den tillhör icke dem själva, utan etern. Men dessa negativa elektroner äro icke hela materian, och man skulle sålunda kunna antaga, att det utanför dem funnes en verklig med en egen tröghet förlänad materia. Det finnes vissa strålningar — såsom Goldsteins kanalstrålar, radiums $\alpha$-strålar — vilka även äro att hänföra till ett regn av projektiler, men positivt laddade projektiler. Äro dessa positiva elektroner ävenledes berövade all massa? Det är omöjligt att svara härpå, emedan de äro mycket tyngre och hava mycket mindre hastighet än de negativa elektronerna. Och då återstå tvenne antagliga hypoteser: antingen äro elektronerna tyngre, emedan de utom sin lånade elektromagnetiska tröghet även besitta en egen mekanisk tröghet och då skulle dessa vara den verkliga materien; eller de äro utan massa liksom de andra och att de synas oss tyngre beror på, att de äro mindre. Jag säger mindre, ehuru detta kan förefalla paradoxalt, ty enligt detta sätt att se, är korpuskulen blott ett tomrum i etern, som ensam är verklig och ensam begåvad med tröghet.

Hitintills har materien icke alltför mycket satts på spel; vi kunna fortfarande antaga den första hypotesen eller till och med tro, att det utanför de positiva och negativa ionerna finnes neutrala atomer. Lorentz' senaste forskningar beröva oss emellertid denna sista tillflykt. Vi föras med vid jordens rörelse, som är mycket hastig, men borde icke de optiska och elektriska fenomenen undergå förändringar vid denna translation? Man har länge trott detta samt antagit, att observationerna skulle visa skiljaktigheter, allt efter som apparaterna placerades i förhållande till jordens rörelse. Härav blev emellertid intet, och de noggrannaste mätningar hava icke visat någonting i den vägen. Och i detta avseende rättfärdigade experimenten en hos alla fysiker förefintlig gemensam motvilja. Om man verkligen hade funnit någonting, skulle man icke endast fått veta jordens relativa rörelse i förhållande till solen, utan även dess absoluta rörelse i etern. Det finnes många, som hava svårt för att tro, att ett experiment skulle kunna giva något annat än en relativ rörelse och det faller sig lättare för dem att tro, att materien icke har någon massa.

Man blev således icke alltför förvånad över de negativa resultat man fick. De voro stick i stäv med de predikade lärorna, men de smickrade en dunkel, före alla dessa teorier existerande instinkt. Det blev följaktligen nödvändigt att förändra dessa teorier för att få dem i överensstämmelse med fakta, och detta är just vad Fitzgerald har gjort genom en förbluffande hypotes. Han antager nämligen, att alla kroppar undergå en sammandragning av en hundramilliondel ungefär i riktningen av jordens rörelse. En fullkomligt regelbunden sfär skulle bliva en tillplattad ellipsoid och om man läte den svänga runt, förändrade den form på så sätt, att ellipsoidens lilla axel alltid förbleve parallell med jordens hastighet. Då mätningsinstrumenten undergå samma deformationer som de föremål, som skola mätas, märker man ingenting av allt detta, så framt man icke företager sig att bestämma den tid ljuset behöver för att löpa längs igenom föremålet.

Denna hypotes lämnar förklaring på de iakttagna fakta. Men detta är icke nog. Man skall en dag göra ännu exaktare observationer, men bliva resultaten då positiva och skola de sätta oss i stånd att bestämma jordens absoluta rörelse? Lorentz trodde det ej; han menar att ett sådant bestämmande alltid skulle bliva omöjligt. Den för alla fysiker gemensamma instinkten och de hittills i detta avseende lidna motgångarna utgjorde för honom tillräcklig borgen härför. Låtom oss sålunda betrakta denna omöjlighet såsom en allmän naturlag samt uppställa den såsom postulat. Vad skulle följderna härav bliva? Det är just detta Lorentz har sökt utforska, och han har funnit, att alla atomer, alla positiva och negativa elektroner, torde hava en med hastigheten föränderlig tröghet och alldeles efter samma lagar. Således skulle varje materiell atom vara bildad av små och tunga positiva elektroner, samt av stora och lätta negativa elektroner, och om den förnimbara materian ej förefaller oss elektrisk, så kommer sig detta utav, att de båda slagen elektroner förekomma till ungefär lika antal. Bägge slagen äro i saknad av massa och sin tröghet hava de endast till låns. I detta system finnes ingen verklig materia, utan endast hål i etern.

Enligt Langevin skulle materien vara kondenserad eter, som förlorat sina egenskaper. När materien förändrar läge, vore det endast denna kondenserade massa som skred fram igenom etern, men förtätningen utbredde sig efter hand till nya partier av etern, under det att å andra sidan de förut kondenserade delarna återtoge sitt ursprungliga tillstånd. Materien i rörelse skulle icke bibehålla sin identitet.

På detta sätt stod nu frågan under någon tid, men så kom Kaufmann och offentliggjorde nya experimenter. Den negativa elektronen, vars hastighet är oerhörd, måste undergå Fitzgeralds sammandragning, och förhållandet mellan hastigheten och massan skulle härigenom förändras. De nyaste experimenten bekräfta emellertid icke denna förutsägelse. Allt skulle då störta samman och materien återtoge sitt existensberättigande. Men experimenten äro ömtåliga och att i detta nu draga en bestämd slutsats, skulle kanske vara förhastat.

---

Fotnoter:

1. Se l'Evolution de la Matière, av Gustave le Bon.