עמוד הבית > מדעים > פיסיקה ומבנה החומר [כימיה]
ישראל. משרד הביטחון


תקציר
מהו האור - חלקיק, גל או משהו אחר? על התפתחות הידע הפיסיקלי והתיאוריות של האור, מניוטון עד איינשטיין.



האור
מחבר: ד"ר יואב בן-דב


בפרקים הקודמים סקרנו תורות פיסיקליות העוסקות בחקר תכונותיהם של עצמים חומריים: תנועתם במרחב, הטמפרטורה או האנרגיה שלהם. מלבד תורות אלו, יש בפיסיקה תחום חשוב נוסף המתייחס לישות לא חומרית: חקר האור, או האופטיקה. אולם האור הוא מה שמאפשר לנו לראות, ולכן תמיד היה קשה במקצת להפריד את חקר האור הפיסיקלי מחקר מנגנון הראייה האנושי. לדוגמה, אחת ההשקפות שרווחו בזמן העתיק לא התייחסה לאור כאל ישות פיסית, אלא סברה שהראייה היא משהו שיוצא מהעין ותופס את הגוף הנראה, ממש כפי שאנו יכולים לשלוח יד כדי לחוש גוף הנמצא קרוב אלינו. אולם השקפה זו לא הסבירה מדוע אי אפשר לראות בחושך, ובסופו של דבר תפסה את מקומה השקפה אחרת, שאותה אנו מקבלים גם כיום. כפי שאנו מאמינים, האור הוא צורה של אנרגיה הנפלטת מגופים מאירים, ומתפשטת במרחב עד שהיא פוגעת בעצם הנראה ומוחזרת ממנו אל העין. העין מעבירה את האינפורמציה בדבר פגיעת האור בה אל המוח, שבדרך כלשהי (שגם כיום איננה מובנת היטב) מרכיב בתודעתנו את תמונת העצם הנראה מתוך המידע שהתקבל מהעין, מדיווחיהם של איברי חישה אחרים, מההקשר הסביבתי ומניסיון קודם. גם כאשר אנו מבחינים בעיקרון בין תופעת האור הפיסיקלית לבין מנגנון הראייה האנושי, הרי שלא תמיד קל ליישם הבחנה זו בפועל לגבי תופעות ספציפיות. דוגמה מובהקת לקושי שבהפרדה בין תופעות פיסיקליות "אובייקטיביות" לבין תופעות התלויות בנו-עצמנו היא חקר הצבעים. מבחינות רבות אפשר לראות בצבע תכונה של האור. אפשר, למשל, להעביר קרן אור "לבן" (למשל, קרן שמש) דרך לוח זכוכית אדום, ולהטילה על משטח לבן כלשהו: המשטח יראה לעינינו אדום, ומכיוון שאנו יודעים שאין מדובר בתכונה של המשטח עצמו, אנו יכולים לקרוא לאור שפגע בו "אור אדום". בימי הביניים היה מקובל להאמין שלוח הזכוכית הצבעוני משנה את תכונות האור העובר דרכו, והופך אותו מלבן לאדום. אולם בשנת 1666 ביצע ניוטון את ניסוי הנפיצה המפורסם שלו, שבו הניח לקרן שמש לעבור דרך מנסרת זכוכית. קרן השמש "הלבנה" התפצלה במעברה דרך המנסרה לקרניים בצבעים שונים, וכשפגעה בקיר יצרה עליו כתם אור מוארך שמופיעים בו, זה לצד זה, צבעי הקשת השונים. ניוטון, שבעקבות אמונתו בתורות מיסטיות מסוימות ייחס חשיבות גדולה למספר שבע, דימה לראות בכתם שלו שבעה צבעים שונים, על פי הסדר: אדום, כתום, צהוב, ירוק, כחול, אינדיגו וסגול. מאז אנו מדברים על "שבעה צבעי הקשת", ואף בקשתות המופיעות בציורי טבע שנעשו אחרי קבלת תגליתו של ניוטון אפשר לראות לעתים קרובות שבעה פסים צבועים. מובן שחלוקה כזו היא שרירותית כמו כל חלוקה של שינויים רציפים, ואלמלא היינו יודעים שצריכים להיות שבעה צבעים לא היינו רואים אותם: בציורי קשתות בענן מימי הביניים אין שום זכר לחלוקה לשבעה צבעים, וגם כיום מעטים האנשים שיוכלו להעיד נאמנה שראו פס של אינדיגו בעת שצפו בקשת.

ניוטון הצליח גם ללכד את קרני האור הצבעוניות באמצעות העברתן במנסרה שנייה, ולקבל שוב אור לבן. מכאן הוא הסיק שהמנסרה הראשונה איננה משנה את תכונות האור אלא רק מפרקת אותו למרכיביו, ולפיכך האור "הלבן" הוא תערובת של אור בצבעי הקשת השונים. אם כך הדבר, הרי שגם הזכוכית הצבעונית אינה משנה את תכונות האור אלא רק בולעת חלקים ממנו, והאור הצבעוני שעבר את הזכוכית הוא החלק שלא נבלע. באופן דומה, כאשר גוף כלשהו מואר באור לבן, הוא יכול לבלוע כמה ממרכיביו ולהחזיר לעינינו רק אור בצבעים מסוימים, ולכן גופים שונים נראים לנו צבעוניים.

לניוטון ולתלמידיו נראה היה אפוא שהתחושה הסובייקטיבית של צבעוניות קיבלה הסבר במונחים אובייקטיביים של תכונות קרני אור. אפשר להשוות מהלך זה לדרך שבה הפכה תחושת החום הסובייקטיבית של מגע העור לתכונה האובייקטיבית והניתנת למדידה של טמפרטורה (פרק ד'). אולם תחושת הצבע היא מורכבת בהרבה מתחושת החום, והמרכיבים הסובייקטיביים שלה אינם נעלמים בקלות כה רבה. עובדה זו הייתה הבסיס להתקפתו של המשורר וחוקר הטבע יוהן וולפגנג פון גתה על שיטתו הניסיונית של ניוטון. גתה התנגד להפרדה בין האדם לטבע, או בין הסובייקט לאובייקט. עבורו, המנסרה של ניוטון לא פירקה את תופעת האור למרכיביה, אלא רק ניתחה גוויה מתה במקום להתבונן בתופעות הטבע החיות. גתה רצה תיאוריה שתסביר לא רק את צבעי הקשת, אלא גם תופעות "סובייקטיביות" כמו הצבעים המשלימים המופיעים בשדה הראייה לאחר שאנו מתבוננים זמן ממושך במשטח צבוע בצבע מסוים. לצורך זה הוא פיתח תורת צבעים משלו, שראתה צבעים שונים כתערובות של אור וחושך.

תורת הצבעים של גתה לא התקבלה כבעלת ערך מדעי, אולם ההפרדה בין תכונות אובייקטיביות לבין תחושות סובייקטיביות המשיכה להוות קושי בחקר הצבעים. כך, למשל, ביצע תומס יאנג בתחילת המאה ה-19 את ניסוי ערבוב הצבעים הידוע, שבו הראה שאת צבעי הקשת השונים אפשר לקבל מתערובות שונות של אור בשלושת צבעי היסוד: אדום, כחול וירוק. לדוגמה, תערובת של אור אדום ואור ירוק נותנת אור צהוב, שעינינו אינן יכולות להבדיל בינו לבין האור הצהוב "הטהור" שמפיקה, למשל, המנסרה של ניוטון. אפשר לחשוב שהתופעה הזו היא תופעה פיסיקלית, מעין "כימיה של צבעים"; אולם כיום אנו מאמינים בהסבר אחר: ערבוב הצבעים של יאנג מתאפשר משום שבעין שלנו יש רק שלושה סוגי קולטים לאור צבעוני, המתאימים לשלושת צבעי היסוד. האור הצהוב "הטהור" גורם לגירוי של הקולטים "האדומים" ו"הירוקים", והמוח מפענח גירוי משולב זה כצבע צהוב. תערובת של אור אדום וירוק גורמת לאותו סוג של גירוי, ולכן המוח איננו מסוגל להבדיל בין התערובת לבין הצבע הטהור. במקרה זה, מה שנראה לנו בתחילה כתכונה של העולם שמחוץ לנו - העובדה שאפשר להרכיב צבעים שונים - איננו אלא ביטוי לתכונה שלנו-עצמנו. גם כיום אנו יודעים שתחושת הצבע הנראה היא מורכבת בהרבה מהמודל הפשוט של צבעי הקשת הניוטוניים, ומאפיינים חשובים שלה - כמו, למשל, הקשר בין הטקסטורה של משטח לבין הצבע שבו הוא נראה לעינינו, או תחושת הצבע החום שאיננו תערובת של צבעי היסוד - תלויים במבנה מערכת התפיסה החזותית של העין והמוח, שאנו יודעים עליה רק מעט.

הצבע הוא אפוא תכונה של האור רק במובן מוגבל. אולם מהו האור עצמו? בעניין זה היו במאה ה-17 שתי השקפות מנוגדות. השקפה אחת ראתה את האור כעצם, כלומר כישות פיסיקלית עצמאית היוצאת מן הגוף המאיר ופוגעת בעין. ההשקפה השנייה ראתה את האור כתכונה של משהו שנמצא בין הגופים השונים, כלומר כמין הפרעה המתפשטת בתווך הממלא את המרחב ומגיעה אל עינינו. המייצג המובהק של ההשקפה הרואה את האור כעצם היה ניוטון, שהאמין שהאור הוא זרם של חלקיקים קטנים הנעים במרחב הריק. על סמך השערה זו אפשר להסביר כמה תופעות פשוטות, כמו למשל את העובדה שהאור נע בקו ישר, או את החזרתה של קרן אור מפני מראה באמצעות אנלוגיה לדרך שבה כדור גמיש מוחזר ממשטח קשה. את ניסוי המנסרה שלו הסביר ניוטון באמצעות ההנחה שלכל צבע של האור חלקיקים משלו, ואור לבן הוא תערובת של כל סוגי חלקיקי האור השונים. כאשר חלקיקי האור פוגעים במשטח הזכוכית של המנסרה הם מוסטים ממסלולם - תופעה הנקראת בשם "שבירת האור". חלקיקי אור בצבעים שונים נשברים במידה שונה, ולפיכך קרן האור הלבנה נפרדת לצבעי הקשת המרכיבים אותה.

את ההשקפה המנוגדת, שעל פיה האור הוא תכונה של תווך הנמצא בין גופים שונים, הציע עוד קודם לכן הפילוסוף רנה דקארט. כפי שהזכרנו בפרקים קודמים, דקארט האמין שהמרחב כולו מלא במין חומר חסר משקל שהוא כינה בשם "אתר" - מונח יווני, שבמקורו ציין את החומר שממנו עשויים גרמי השמים. על פי דקארט, כוכבי הלכת מסתובבים סביב השמש משום שהם נסחפים במערבולות שיוצרת השמש בסיבובה. ובאשר לאור, דקארט האמין שהוא מין הפרעה או לחץ המתפשט באתר כהרף עין ומשפיע על עינינו. מעניין בכל זאת לציין שדקארט לא נשאר נאמן לגמרי להשקפתו. בספרו "דיופטריקה" הוא מביא את הנוסחה שגילה ווילברורד סנל בשנת 1621, המתארת את שבירת קרני אור הפוגעות במשטח של חומר שקוף. דקארט מסיק את הנוסחה הזו משיקולים תיאורטיים, אולם אלו מבוססים על מודל שבו האור מתנהג כזרם של חלקיקים, בדומה להשקפה שניוטון פיתח מאוחר יותר.

דקארט, כאמור, האמין שהאור מתפשט באתר באופן מיידי, כלומר במהירות אינסופית. אולם בשנת 1675 הצליח האסטרונום אולף רמר להעריך את מהירות האור מתוך מדידת הפרש הזמנים בין מאורעות אסטרונומיים הנצפים כאשר כדור הארץ נמצא בנקודות שונות של מסלולו סביב השמש. רמר הגיע לערך קרוב למדי לזה שנמדד מאוחר יותר בניסויים מדויקים על פני כדור הארץ, בסביבות 300,000 קילומטר בשנייה. דקארט עצמו ציין שאם יסתבר שלאור יש מהירות סופית, ייחשב הדבר כמכת מוות לשיטתו. אולם למרות שאי אפשר היה עוד לקבל את רעיונותיו המקוריים של דקארט, הרי שעצם ההשקפה הרואה את האור כתכונה לא נעלמה, והיא אף זכתה לפיתוח חשוב בידיו של כריסטיאן הויגנס, אבי תורת הגלים של האור. על פי הויגנס, האור הוא הפרעה המתפשטת באתר במהירות מסוימת, בדומה לגל המתפשט בפני המים של בריכה לאחר שאבן כבדה נפלה לתוכם. הויגנס פיתח שיטות גיאומטריות לבנייתן של חזיתות הגל המתפשט, ובאמצעותן הצליח לתאר תופעות שונות כמו החזרת האור מפני מראה, או שבירתו במשטח של זכוכית. כדאי לציין שהויגנס ראה את חזיתות הגלים שלו כהפרעות חד פעמיות באתר, כלומר דומות לגל המתפשט בעקבות נפילת האבן יותר מאשר לגלי הים המחזוריים. כפי שנראה, רק מאוחר יותר התקבלה ההשקפה שהאור הוא גל מחזורי של תנודות הלוך ושוב.

שתי ההשקפות המנוגדות - תורת החלקיקים של ניוטון, ותורת הגלים של הויגנס - הצליחו אפוא להסביר בערך אותן תופעות, אולם מתוך שיקולים שונים לחלוטין. במשך המאה ה-18 העדיפו רוב הפיסיקאים את תורתו של ניוטון, לא רק מנימוקים ענייניים אלא גם - ואולי בעיקר - בגלל יוקרתו העצומה של ניוטון עצמו. אולם בתחילת המאה ה-19 החלה תורת הגלים לצבור שוב תנופה, בין השאר מכיוון שטכנולוגיה משופרת של מכשירים אופטיים איפשרה תופעות האור האלו הן ההתאבכות והעקיפה.

התאבכות מתרחשת כאשר שני גלים מחזוריים מגיעים לאותו מקום. גל מחזורי הוא רצף ארוך של שיא ושפל לסירוגין, וכאשר שני הגלים מגיעים במצב שנקודות השיא והשפל שלהם מתלכדות זו עם זו, הגלים מתחברים ומחזקים זה את זה. לעומת זאת, אם השיא של גל אחד מגיע יחד עם השפל של הגל השני ולהפך, אזי שני הגלים מבטלים זה את זה. לפיכך, גל ועוד גל יכולים לתת בנקודה מסוימת גל מחוזק, ובנקודה אחרת שום דבר. ההתאבכות היא אפוא תופעה האופיינית רק לגל: אם נשווה את המצב לשני זרמים של חלקיקים, הרי שמספר החלקיקים המגיעים משני הזרמים יחדיו שווה לסכום החלקיקים המגיעים מכל אחד מהזרמים בנפרד. זרמי חלקיקים תמיד מחזקים אפוא זה את זה, וזרם חלקיקים אחד לעולם איננו מבטל זרם אחר.

גם תופעת העקיפה היא אופיינית לגלים. כאשר גל כלשהו נתקל במחסום, הוא מתפזר סביב שוליו, וכך יכול להגיע למקומות שלא היה מגיע אליהם אלמלא המחסום. בין השאר, הגל יכול להגיע למקומות שהמחסום מסתיר אותם מן המקור שלו. אם המחסום הוא בעל צורה מחוכמת יותר, למשל קיר ארוך שבו סדק צר, אזי הגל עוקף את שולי הסדק ומתפזר בזווית רחבה. אולם הגל שעבר בסדק מתפזר לא באופן אחיד, אלא בתבנית אופיינית מורכבת למדי, הנוצרת מהתאבכותם של חלקי הגל שהגיעו ממקומות שונים בסדק. שוב כדאי להשוות את המצב לזרם של חלקיקים: על פי עקרון ההתמדה, חלקיקים שאין פועל עליהם כוח נעים בקו ישר, ולכן הם אינם יכולים לעקוף מכשולים. גם אם נניח ששולי המחסום מפעילים כוחות מסוימים על החלקיקים וגורמים להם לסטות ממסלולם הישר, הרי שקשה מאוד למצוא ביטוי מתימטי לכוחות שיסיטו את החלקיקים בדיוק בתבנית האופיינית לעקיפה, וההיגיון הפיסיקלי של הנחת כוחות מסובכים כאלו נראה קלוש. לפיכך, כאשר אנו נתקלים בתופעה של עקיפה, סביר להניח שהמדובר בגל.

יש לציין שתופעות ההתאבכות והעקיפה הן חזקות רק כאשר הגדלים האופייניים של המצב הפיסיקלי - לדוגמה, רוחב הסדק שבו מתרחשת העקיפה - הם קרובים לאורך הגל, כלומר למרחק בין שני שיאים עוקבים. גלי האור, כפי שמתברר, הם קצרים מאוד: אורך הגל האופייני שלהם הוא כמה עשיריות של אלפית המילימטר. לפיכך, קשה לראות בחיי יום-יום תופעות הקשורות בהתאבכות ועקיפה של האור, ויש צורך במכשירים עדינים כדי להבחין בהן. לדוגמה, אם אנו נמצאים בחדר שבו יש חלון ובחוץ עוברת מכונית, אנו יכולים לראות את המכונית רק כאשר היא נמצאת בדיוק מול החלון: גלי האור הם קצרים מאוד ביחס לרוחב החלון, ולכן העקיפה שלהם סביב שוליו זניחה. לעומת זאת, גלי הקול (שהם תנודות מחזוריות של האוויר) הם בעלי אורכים אופיינים של כמה עשרות ס"מ, כלומר קרובים לרוחב החלון. לפיכך, הם יכולים לבצע עקיפה, ואנו יכולים לשמוע את המכונית גם כאשר היא איננה בדיוק מול החלון.

תופעות התאבכות ועקיפה היו ידועות כבר במאה ה-17. למעשה, ניוטון עצמו הבחין בהתאבכות המתרחשת כאשר האור עובר בשכבה דקה המפרידה בין שני משטחי זכוכית. תופעה זו ידועה בשם "טבעות ניוטון", משום שניוטון השתמש בעדשות זכוכית עגולות וקיבל סדרה של טבעות בהירות וכהות לסרוגין. כיום אנו מסבירים תופעה זו בכך שגלי האור המוחזרים משני המשטחים מחזקים ומבטלים זה את זה לסרוגין, וכך יוצרים את הטבעות. אף-על-פי שניוטון לא האמין שהאור הוא גל, הוא קיבל את רעיון האתר. הוא הסביר אפוא את תופעת הטבעות בכך שהניח שפגיעת חלקיקי האור במשטח זכוכית אחד יוצרת תנודות מחזוריות של האתר, המחזקות ומחלישות לסרוגין את מעבר האור במשטח השני. ניוטון אף הצליח למדוד את אורך הגל של תנודות אלו, ולהראות שלכל צבע של האור יש תנודות באורך אופייני. אולם עבור ניוטון התנודות המחזוריות של האתר היו רק תופעה משנית, ומהות האור עצמו הייתה חלקיקית. ובאשר לתופעות העקיפה, הרי שאלו היו ידועות רק באופן גס, ואי אפשר היה להוציא מהנתונים הניסיוניים שלהן שום מסקנות משמעותיות.

ב-1801 חקר תומס יאנג תופעות נוספות של התאבכות, והצליח להראות התאבכות בין קרני אור שעברו דרך שני סדקים קטנים וקרובים זה לזה. מכיוון שכאן אי אפשר לדבר על יצירה של תנודות במשטח, הסיק יאנג שתנודות האור קיימות תמיד, ולפיכך אפשר לוותר על רעיון חלקיק האור ולהניח שהאור עצמו אינו אלא תנודות מחזוריות של האתר. כך הצליח יאנג לשלב את רעיון חזיתות הגלים של הויגנס עם מחזוריות התנודות של ניוטון. קצת אחריו הצליח אוגוסטן פרנל, שדגל גם הוא בתורת הגלים של האור, לפתח שיטות מתימטיות לחישובן הכמותי של תופעות ההתאבכות והעקיפה. באמצעות שיטותיו החדשות הצליח פרנל להסביר תופעות אלו, ואף לחזות תופעות חדשות.

סיפורה של תופעה אחת כזו זכה לתשומת לב רבה. בשנת 1819 החליטה האקדמיה הצרפתית למדעים להעניק פרס לחיבור בנושא האור, ופרנל הגיש תזכיר שבו פירט את שיטותיו המתימטיות. סימאון-דני פואסון, שישב בחבר השופטים של ועדת הפרס והאמין בתורת החלקיקים, סבר שהצליח למצוא פירכה בטיעוניו של פרנל. כפי שהראה פואסון, מחישוביו של פרנל משתמע שאם גוף כדורי קטן יוצב כמכשול בדרכה של קרן אור רחבה, הרי שבמרכז הצל שיטיל הגוף תופיע נקודה בהירה, שתיווצר מהתאבכותם של קרני האור שעקפו סביב המכשול. עבור פואסון, הרעיון שבמרכז הצל יש נקודה של אור נראה מנוגד לשכל הישר. אולם פרנסואה אראגו, שישב גם הוא בחבר השופטים ותמך בפרנל, הצליח לבצע את הניסוי ולהראות ש"הנקודה של פואסון" אכן מופיעה במרכז הצל העגול. פרנל קיבל את הפרס, ובשנים הבאות זכתה תורת הגלים של האור להצלחות נוספות ששכנעו פיסיקאים רבים לתמוך בה.

אלא שלא הכול השתכנעו. ז'אן-באטיסט ביו, שגם הוא ישב בועדת הפרס של פרנל, המשיך להאמין בתורה החלקיקית. הוא ניסה אפוא להסביר תופעות כמו עקיפה באמצעות הנחתם של כוחות הפועלים בשולי המכשול, מהסוג שהזכרנו לעיל. אולם הסברים אלו הלכו והסתבכו ככל שנתגלו תופעות חדשות, ונראה היה שהם מכוונים להגן על מטרה אבודה. בסופו של דבר נסתיים הוויכוח, בין השאר בעקבות תוצאותיו של "ניסוי מכריע" שנועד לקבוע סופית אם האור הוא חלקיק או גל. הניסוי הזה התייחס למהירות האור בחומר שקוף, כמו זכוכית או מים.

כזכור, גם התורה החלקיקית וגם התורה הגלית של האור הצליחו להסביר את תופעת השבירה של האור ואת הנוסחה של סנל. אולם שתי התורות האלו ביססו את הסבריהן על הנחות מנוגדות באשר למהירות האור בחומר. הסברו של דקארט, שהתבסס כאמור על מודל של חלקיקים, הניח שחלקיקי האור מואצים בעת כניסתם לחומר השקוף, ולפיכך שתנועת חלקיקי האור בחומר מהירה יותר מתנועתם באוויר או בריק. אולם בנייתו הגיאומטרית של הויגנס הניחה בדיוק את ההפך - כלומר, שגלי האור מואטים בכניסתם לחומר השקוף, ולפיכך שמהירות האור בחומר נמוכה ממהירותו בריק. אראגו הציע אפוא לערוך "ניסוי מכריע", שבו תושווה מהירות האור בחומר למהירותו באוויר. אם מהירות האור בחומר נמוכה ממהירותו באוויר - האור הוא גל. אם היא גבוהה - האור הוא זרם חלקיקים.

הניסוי של אראגו המתין שנים רבות עד שההתפתחות הטכנולוגית איפשרה את ביצועו במידת דיוק מספקת. רק ב-1850 הצליח לאון פוקו, שאת ניסוי המטוטלת שלו הזכרנו בפרק ב', לבצע את הניסוי. פוקו הראה שמהירות האור בחומר נמוכה ממהירותו באוויר, ובדיוק במידה שהניחה תורת הגלים. מכאן שהאור הוא גל, ואפילו ביו השתכנע ונטש את ניסיונותיו להסביר את התנהגות האור במונחי חלקיקים. וב-1864 קיבלה תורת הגלים של האור חיזוק נוסף ממקום לא צפוי. כפי שנראה בפרק הבא, ג'יימס קלרק מקסוול הצליח לפתח משוואות לשדה האלקטרומגנטי, שנתנו בין השאר פתרון של גלים. מהירות הגלים שחישב מקסוול משיקולים תיאורטיים הייתה קרובה דיה למהירות הידועה של האור, ומקסוול זיהה את הגלים האלקטרומגנטיים שלו עם גלי האור של יאנג ופרנל.

בסוף המאה ה-19 הייתה אפוא שאלת טבע האור סגורה, כנראה באופן סופי. הניסוי המכריע של אראגו ופוקו קבע שהאור הוא גל, ומקסוול סיפק לקביעה זו ביסוס תיאורטי כשהסביר באיזה מין גל מדובר. אמנם, היו קולות של כפירה. פייר דוהם, שאת התנגדותו לאטומים הזכרנו בפרק ו', העדיף לשמור את זכות ההכרעה בדבר טבע המציאות האמיתית לדת ולא למדע. הוא תקף אפוא את מושג "הניסוי המכריע" בכלל, ואת יישומו לחקר האור בפרט. על פי טענתו של דוהם, הניסוי של פוקו איננו מכריע בין הטענות "האור הוא חלקיק" ו"האור הוא גל", אלא בין שני מבנים תיאורטיים מורכבים, שבכל אחד מהם משולבות הנחות רבות. גם פירוש תוצאותיו של הניסוי תלוי בהנחות תיאורטיות רבות, למשל בדבר אופן פעולתם של מכשירי המדידה. תוצאת הניסוי אמנם פוסלת את תורת החלקיקים של האור כפי שהייתה מקובלת עד אמצע המאה ה-19, אולם איננו יכולים לדעת איזו מהנחותיה של התורה הזו היא השגויה. ייתכן אפוא שהפגם אינו בהנחה שהאור הוא זרם חלקיקים, אלא בהנחה אחרת שנספחה אליה, ובעתיד אפשר יהיה לחזור לגרסה משופרת של תורת החלקיקים, שתצליח להסביר גם את הניסוי של פוקו. מלבד זאת, טוען דוהם, גם ההגבלה לשתי אפשרויות - חלקיקים או גלים - היא אולי מצומצמת מדי: ייתכן שבסופו של דבר נחליט שהאור אינו לא חלקיק ולא גל, אלא משהו אחר שעדיין איננו יודעים את טיבו. כפי שסבר דוהם, רק חוש של "טעם טוב" חייב את ביו לוותר על ניסיונותיו הכושלים להגן על תורת החלקיקים בנסיבות ששררו אחרי 1850; ייתכן שבעתיד ישתנו הנסיבות, ואותו "טעם טוב" יכתיב שיקולים אחרים.

כאשר פרסם דוהם את ספרו ב-1904 הוא היה מבודד מהרבה בחינות, ואיש לא שם לב לטיעוניו. לפיכך קל להבין את ההפתעה שעורר איינשטיין, כאשר ב-1905 פיתח רעיון קודם של פלאנק, וטען שהאור מתנהג בניסויים מסוימים לא כגל רציף, אלא כאוסף מנות בדידות של אנרגיה. בכך הצליח איינשטיין להסביר כמה תופעות חדשות, שנדון בהן ביתר פירוט בפרק י"ב. איינשטיין המשיך לפתח רעיון זה: ב-1917 הוא העז להרחיק לכת ולהניח שלמנות האור יש לא רק אנרגיה אלא גם תנע, כפי שיש לחלקיקי החומר. וכבר ב-1909 הוא הציע לשלב יחדיו מרכיבים של שתי התורות בדבר טבע האור: תורת החלקיקים ותורת הגלים. ב-1913, כשהוצע איינשטיין למשרת פרופסורה בברלין, עדיין היה צורך להגן על אמונתו ב"חלקיקי אור" ולהציגה כרעיון מוזר של פיסיקאי מוכשר בדרך כלל. אולם התופעות הקוואנטיות שנתגלו באותה תקופה הלכו וחיזקו את עמדתו, וב-1922 קיבל איינשטיין את פרס נובל בזכות רעיון זה, שפתח מחדש שאלה סגורה ובכך שינה את פני הפיסיקה.

מהו אפוא האור - חלקיק, גל או משהו אחר? התשובה המביכה היא שעדיין איננו יודעים. כיום אנו מאמינים בתורת הקוואנטים, המתארת גם את האור וגם את החומר. אולם כפי שנראה בפרק י"ג, הוויכוח בדבר טבעם האמיתי של העצמים הקוואנטיים, שהתנהגותם הניסיונית משלבת היבטים חלקיקיים וגליים, עדיין רחוק מסיומו. לפיכך שאלת טבע האור עדיין פתוחה.

ביבליוגרפיה:
כותר: האור
שם  הספר: פיסיקה - תורות ומושגים
מחבר: בן-דב, יואב (ד"ר)
עורכת הספר: טל, מלכה
תאריך: 1991
בעלי זכויות : ישראל. משרד הביטחון
הוצאה לאור: ישראל. משרד הבטחון. ההוצאה לאור
הערות: 1. בראש השער: ד"ר יואב בן-דב. המכון להיסטוריה ופילוסופיה של המדעים והרעיונות ע"ש כהן. אוניברסיטת תל-אביב.
2. ספריית "אוניברסיטה משודרת".
3. עורכת הסדרה: תרצה יובל.
הערות לפריט זה: 1. המאמר הוא פרק ח' בספר.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית