Goethe og naturvitenskapen

Pehr Sällstöm

---

Farvelæren og kritikken mot Newtons optikk

En vakker sommerdag med prestekraver, storkenebb, blåklokker og smørblomster ved veikanten, kan man få lyst til å plukke en blomst og se nøye på den, for å glede seg over dens regelmessige form, dens flortynne letthet, duft og farve ... Da farer kanskje følgende tanke gjennom hodet på en: Hvorfor er smørblomsten gul? - Tja, hvorfor er den det? Hvordan skal man svare på et slikt spørsmål? Det er verdt å ta under overveielse. Man kan gå der en stund med sin blomst og filosofere. Kanskje er det for at vi mennesker skal ha noe å glede oss over. Farvene gir sinnet en næring, som vi behøver i like høy grad som luften vi puster i.

En naturvitenskapelig orientert person tenker seg kanskje et svar som snarere lyder slik:

«Blåklokkene er blå av samme grunn som prestekravene er hvite, nemlig for at de skal være synlige mot det grønne. Og det i neste omgang for at de skal lokke til seg insekter som kan suge nektar og samtidig hjelpe til med å spre pollen.»

Eller slik:

«Det skyldes visse kjemiske reaksjoner som blir styrt av smørblomstens gener og som fører frem til syntesen av et gult farvestoff i kronbladene.»

Slik kan man gå og pønske ut det ene svaret etter det andre. Hvilket svar er det riktige? Det er vanskelig å si; hvert av svarene er jo riktig på sin måte. Det som skiller dem er den tankeverden de hører hjemme innenfor. Det er klart at en biolog ikke gir samme svar som en kjemiker, en fysiker eller en psykolog, en filosof, en forfatter, en kunstner eller et fem år gammelt barn.

Hva man aksepterer som svar, er avhengig av hva man tenkte på da man stilte spørsmålet. Føler man «eg Ikke tilfreds. kan man jo alltid spørre videre. For eksempel slik: "Men hvorfor er det kjemiske stoffet som blir dannet i kronbladene gult?"

Svaret dreie seg om kjemisk binding og elektroner som hopper mellom energinivåer Her aner man en risiko som består i at man ved spørre videre og videre stadig kommer lenger fra det «opprinnelige spørsmålet. Når man oppdager det, er det på tide å vende tilbake til utgangspunktet.

Vi er altså der igjen, i sommerengen. Det som vekket vår nysgjerrighet, var kanskje egentlig ikke i første rekke smørblomstens biokjemi. men dens gulhet. Tanken streifet et øyeblikk ved farvens gåte. Hva er gult? Hva er farve?

Det enkleste spørsmålet er som vanlig det vanskeligste! Selv den bevisste opplevelsen av [arven som sanselig kvalitet, faller utenfor den tradisjonelle naturvitenskapens grenser.

Fysikkens forklaringsmodell

Hvordan ville en fysiker svare på spørsmålet om smørblomtens farve Sannsynligvis slik:

"Den er som den er fordi kronbladene kaster tilbake en art lystråling som, når det blir registrert av sansecellene i retina, forårsaker fornemmelsen av gult"

Det er iallfall den type svar Isaac Newton ga i sin berømte bok Opticks, som kom ut i 1704. Newtons teori om lyset og farvene, og de eksperimenter som etter hans mening "beviste" teorien, er noe de fleste kjenner fra fysikkundervisningen i skolen. Det dreier seg om hvordan hvitt lys ved hjelp av et glassprisme blir delt opp i et mangefarget spektrum av ulike "enkle lysarter", som Newton kaller det. Han tenker seg at hver lysart er tilordnet en viss farve, slik det fremgår av spekterets utseende. Praktisk forekommende lys utgjør en blanding av alle spekterets lysarter i varierende proporsjoner, slik at den art som dominerer i blandingen, bestemmer lysets farve. At lyset er hvitt (ufarvet, som sollyset) innebærer at ingen lysart dominerer over de andre i blandingen. Når sollyset blir kastet tilbake fra en farvet flate, forandres lysets spektralsammensetning slik at det reflekterte lyset får den farve vi iakttar hos overflaten.

Newton mente ikke bokstavelig at lysstrålene var farvede; han uttrykte det ved å si, at lyset har en «colorific quality», det vi si en evne til å vekke fornemmelsen av en eller annen farve vårt «sensorium». Denne evnen eller «disposisjonen» er noe uforanderlig gitt for hver Ivsart og ytrer seg også på den måten at en ren lysart blir avledet i en bestemt vinkel når den blir brutt gjennom et prisme; en vinkel som er ulik for ulike lysarter og som derfor kjennetegner dem.

Goethes innvending

La meg nå minne om hva det var Goethe oppdaget da han tok til å betrakte sorthvite plansjer gjennom et prisme. Farvene opptrer ved grenser mellom lys og mørke, ved konturer og grader av lys, dvs. generelt sett i forbindelse med bilder. Det er derfor billedbegrepet blir sentralt i Goethes farvelære. De prismatiske farvene følger visse symmetriprinsipper og lar seg tilbakeføre til fire typer av spektre: to «randspektre» og to «spaltespektre». De sistnevnte er dels de vanlige, newtonske, og dels deres komplement (dvs. det spektrum som oppstår hvis lyset avbilder en tynn tråd istedenfor en sprekk.)

Hvert sorthvitt-bilde har sitt komplementære motstykke i et bilde med samme form der sort og hvitt har byttet plass. Betrakter (eller projiserer) man bildet gjennom et prisme, viser det seg at også farvene har skiftet til sine komplementære mot- stykker (gult til fiolett, purpur til grønt osv.)

De prismatiske farvene som inngår i disse fire spektrene og overgangsformer mellom dem, danner en lukket totalitet som kan tjene som modell for farveverdenen som helhet. I en moderne terminologi kalles disse farvene for «idealfarver». Fysikeren Erwin Schrödinger (som i parentes sagt ga viktige bidrag til den matematiske farveteorien før han ga seg i kast med kvantemekanikken) beviste at idealfarvene er optimalfarver i den forstand at de, ved en gitt farvemetning, tilsvarer største mulige lyshet hos farven.

Nåvel, Goethe påsto ikke at den newtonske forklaringen på disse fenomenene var uriktig ut fra dens egne forutsetninger. Men som jeg innledningsvis antydet, forholder det seg jo slik at en forklaring - dvs. et svar på spørsmålet «hvorfor» - kan formuleres på mange måter. Newton og Goethe trakk ikke samme konklusjoner av eksperimentene med prismer. De hadde for- skjellige utgangspunkter, ulik erfaringsbakgrunn og ulike hen- sikter med sin interesse for farvefenomenene.

For Newton som naturvitenskapsmann, var det en selvfølge å bygge videre på den aktuelle tradisjonen innenfor optikken, der man relativt nylig var kommet frem til et matematisk ut- trykk for brytningsloven Han hadde dessuten den praktiske målsetning for sin undersøkelse at han ville finne ut om det kun- ne la seg gjøre å forbedre teleskopets konstruksjon ved å elimi- nere den kromatiske avvikelsen som gjorde bildene uskarpe.

Goethe på sin side, levde hundre år senere og hadde dessu- ten allerede en bred humanistisk og kunstnerisk dannelse bak seg da han ga seg i kast med studiet av lyset og farvene. Hans hensikt var å legge grunnlaget for en bevisst estetisk bruk av farver. Derfor hadde han festet seg ved hvordan farvene frem- trer i bestemt forbindelse med den romlige formen hos bilder som blir betraktet eller projisert gjennom et prisme. For ham var det på ingen måte åpenbart at farvene blir «hentet frem fra lyset». De forbinder seg med visse trekk i bildene; de oppstår, forvandles og forsvinner igjen, alt etter omstendighetene.

Når han sammenfatter hva forskjellen mellom hans egen og Newtons synsmåte består i, skriver han om sin egen teori at «den tiltror seg ikke å kunne utvikle farver av lyset, den søker snarere via utallige tilfeller å klargjøre at farven blir frembragt både av lyset og av den som setter seg imot det» (dvs. prismet og arrangementet av skjermer med spalteåpninger i de newtonske eksperimentene). Han fremholder at han «tilskriver såvel bildet som dets omgivelse, såvel flaten som grensen, det aktivt virkende som det passivt begrensende nøyaktig samme innflytelse».

Lyset virker aldri «in abstracto» sier han; det er ikke noe som består og virker i og for seg selv, men alltid begrenset, som «bilde». Lyset stammer alltid fra en lyskilde som befinner seg et eller annet sted, det faller fra en viss retning, e og modifisert ved tilstedeværelsen av materielle medier osv.

Ta bare eksemplet med den blå himmelen. En fysiker med pedagogiske ambisjoner ville si at «himmelen er blå fordi atmo_ sfæren sprer sollyset, og det spredde lyset blir dominert av kortbølgedelen av spektret». Dermed underforstår han den be_ tingelse at det lysspredende mediet er belyst fra siden og be_ traktet mot en mørk bakgrunn. også det mørke verdensrom_ met der ute er en «årsak» til at man ser den blå himmelfarven!

Ingen vil vel benekte det. Er det virkelig noe å gjøre så mye vesen av? — Det dreier seg åpenbart om et årsaksbegrep som skiller seg fra det man i fysikken pleier å betrakte som en årsak, nemlig fordi fysikerne vanligvis er mest interessert i det som Aristoteles en gang i tiden kalte de «virkende» årsakene. Men Goethe hadde sine grunner når han understreket at man også måtte legge vekt på de konkrete omstendighetene - dvs. tingenes disponering i rommet - hvis man vil forstå farve som et ob- jektivt fenomen. Jeg skal forsøke å klargjøre dette ved å gå inn på et eksperiment som han i Zur Farbenlehre legger stor vekt på. At han gjør det, er forståelig nok ettersom det torpederer Newtons tese om forbindelsen mellom lysarter og farver.

Skyggefenomenet

At skygger på sneen kan være påtagelig blå, er et velkjent fenomen, særlig blant dem som vier seg til farvefotografering. Også i andre situasjoner viser det seg ofte at halvskygger ikke er rent grå, men har en mer eller mindre påfallende farvetone. Skyggefarver opptrer i prinsippet så snart man har to eller flere ulikartede lyskilder i samme situasjon, for eksempel dagslys og lys fra en lyspære. I figuren på side 51 vises et enkelt forsøksom er hentet fra en gammel eksperimentbok og som klargjør fenomenet. Atter en gang er det farvenes parvise komplementære forhold til hverandre som kommer til syne. Men skyggebildene lærer oss også en del annet. «Grønt! Hvor kommer det fra?' ropte en gang en pike på seks år da hun fikk se dette eksperimentet.

Det var nettopp det! Det ligger snublende nær å spørre seg hvor farven kommer fra og hvor det blir av den. Den røde skyggen får jo sin farve fra det røde filteret, men den grønne ...? Allikevel er spørsmålet naivt. Farven kommer intetsteds ifra og forsvinner ikke til noe sted - den opphører bare. Farven er et uttrykk for bestemte rådende forhold: når de ikke råder lenger, finnes heller ikke farven.

Den vanlige metoden hvis man vil undersøke et fenomen, består i at man kikker nærmere på det, beskjeftiger seg med de deler det synes å bestå av, og undersøker dem hver for seg. Vi studerer materien ved å undersøke dens aller minste bestanddeler. Men den metoden lar seg ikke anvende når det gjelder et fenomen som skyggefarver. La oss si at jeg kommer på den idé å lage et lite rør av svart papp og kikker gjennom det på den ven- stre skyggen, slik at jeg ikke ser noe annet enn en liten del av skyggeområdet. Når noen bytter farvefilteret foran det høyre lyset, iakttar jeg ingen forandring. Skyggefarven eksisterer bare for dem som både ser skyggen og dens omgivelse! Strengt tatt ser jeg heller ikke noen skygge gjennom min kikkert, men bare en belyst flate. Det er nettopp det som er poenget: det er skyg- gen som er farvet, ikke flaten! Skyggen som sådan, eksisterer bare i forhold til noe som ikke er skygge. Den er, som Goethe påpekte, et bilde. Når vi studerer farver, må vi ikke glemme at vi vandrer i bildenes rike.

Lysstrålingen som sådan har ingen farve - ikke engang, som Newton forestilte seg, en disposisjon i retning av å aktualisere den ene eller den andre bestemte farven. Hvilke lysarter som er tilstede, eller som mangler, i det lys som kastes tilbake fra skyg- geområdet, er ikke avgjørende for hvilken farve jeg ser hos skyggen.

Det er tankevekkende å sammenligne Newtons avgi forsøk i figur 1 med et analogt eksperiment med skyggefarver (figur 3). Sammenligner man de to forsøkssituasjonene, kan man konstatere at de tilsammen definerer en analyse i tre trinn: Først velger man ut en lysstråle fra en totalsituasjon. Deretter blir den undersøkt ved å bli sendt gjennom et prisme. I det fenomen som da oppstår, velger man påny en stråle som i sin tur blir undersøkt med et prisme og som da viser seg å være enhetlig, den brer seg ikke utover og lar seg ikke analysere videre med denne meto- den. Man kan si at Newton så bort ifra det første trinnet og gikk direkte løs på trinn to i analysen. Det var derfor han gikk glipp av det faktum at farven, som i trinn 2, kan være forbundet med lysartene, men også like gjerne, som i trinn 1, kan være fullstendig uavhengig av dem.

Det finnes som sagt foreteelser som rett og slett opphører med å eksistere, eller som rettere sagt glir ut av hendene på oss når vi forsøker å studere dem løsrevet fra den sammenheng de opptrer innenfor.

På en eller annen måte aner man at dette er et generelt pro- blem i all forskning, og at Goethe - med farvelæren som ansku- elig eksempel - gjorde rett i å minne om at det initialstadium der man beveger seg fra helhet til enkeltheter, krever metodisk bevissthet.

Er da ikke skyggefarven, som Newton mente, en optisk villfarelse, et subjektivt fenomen? - Den er ikke mer subjektiv enn noen annen farve vi ser! Hvis det er «fenomenet farve» som er vårt forskningsobjekt, da er enhver farveiakttagelse et faktum som må gis den vekt som tilkommer det. På den annen side står det en fritt å hevde at fenomenet overhodet ikke hører hjemme i fysikken, ettersom det åpenbart ikke er tilgjengelig for fysik- kens tradisjonelle metoder og kunnskapsinteresser. Det blir et spørsmål om grensesetting...

Teoriene om lysets natur

Strengt tatt var imidlertid ikke farveteorien det viktigste for Newton. Den tese han forfektet, var at sollyset måtte betraktes som en heterogen blanding av visse enklere, homogene lysarter.

---

---

Det lar seg ikke bestride at Goethe fant Newtons teori om sets natur støtende. Lyset er noe enhetlig, hevder han. En ren aktivitet, et dynamisk prinsipp. Ikke noe pseudomaterielt som kan sies å bestå av deler; aller minst av «stråler• som man kan separere, bryte, bøye og tildele allslags egenskaper. Lysstråler fremholder Goethe, er et geometrisk hjelpebegrep av stor an. vendelighet i optikken. Man skal bare ikke la seg forlede til å tro at lyset i noen dypere betydning «er» stråler.

Interessant nok er dette nøyaktig samme kritikk som Newton ble utsatt for allerede da han mot slutten av 1600-tallet fremla sine ideer for Royal Society i London. De forskere som var beskjeftiget med å utvikle en bølgebevegelsesteori for lyset, ble forarget over det de oppfattet som en tendens til atomisme hos Newton. Han synes å ha tatt for gitt at lyset måtte bestå av enslags minste bestanddeler - spørsmålet var for ham bare hvilke og hvordan man skulle påvise og isolere dem.

---

---

Som rasjonalister i Descartes ånd mislikte hans kollegaer også at Newton kunne mene at hans eksperiment - eller noe eksperiment i det hele tatt - «beviste» denne tesen om lyset. Hvorfor kunne det ikke like gjerne finnes en annen tolkning?

Først langt senere, ved midten av 1800-tallet, da man finner en matematisk formulering av bølgeteorien, kan man konstatere at det meget vel lar seg gjøre å forene Newtons grunnleggende iakttagelser med oppfatningen om lyset i alt vesentlig som et bevegelsesfenomen snarere enn som et partikkelfenomen.

Goethes innvending mot Newton - den ble sitert ovenfor - fremstår i et slikt perspektiv som trivielt riktig. Fra et mate matisk synspunkt sett er det likegyldig om man sier at de "enkle lysartene" blir produsert av prismeoppstillingen, eller at de allerede var tilstede i lyset før det nådde frem til prismene. Når man får ut lys av en viss bølgelengde fra et gitter som blir belyst i en bestemt vinkel, er det rimelig å si at denne periodisiteten i det strømmende lyset gjenspeiler gitterets regelmessige oppbygning. Denne måten å betrakte det på, er ikke underligere enn når man sier at et musikkinstrument produserer toner. Hvis man vil, kan man selvfølgelig like gjerne se det slik at alle tonene er potensielt tilstede i den hvirvlende luften når man blå- ser i et rør og at rørets oppgave bare består i å sortere frem og forsterke en av tonene.

Hvem hadde rett?

Når det gjelder spørsmålet om hvem som hadde rett, Goethe eller Newton, får man ofte høre en dom som går ut på at når det gjelder farvelæren, står Goethe som seierherre, men på fysikkens slagmark seirer Newton.

Det er et overfladisk kompromiss som jeg har vanskelig for å tro at Newton eller Goethe ville ha gått med på.

Fra Newtons ideer i Opticks går det en direkte linje frem til moderne kolorimetri, som er av grunnleggende betydning for farveteknologien (farvefoto, farvetv, farvereproduksjon osv.). Kolorimetrien gir en eksakt formulering av hva som, på basis av fysikalske måleoperasjoner, kan sies om farve. I en gitt situasjon, med gitte observasjonsbetingelser, kan man tenke seg at man bare bytter ut det lys som kommer fra en viss flekk i synsfeltet mot lys med en annen spektralsammensetning. Kolorimetrisk kan man da forutsi om dette nye lyset (dvs. den tilsvarende flek- ken i synsfeltet) kan oppleves å ha samme farve som før eller ikke. Derimot sier ikke kolorimetrien noe om hvilken farve observatøren ser.

Man kan for eksempel konstatere at det lys som blir kastet tilbake fra kronbladene på en smørblomst som blir betraktet i normalt dagslys, synes å ha samme farve som en spektrallinje med bølgelengden 580 nm når man betrakter den i spektroskopet. At vi oppfatter lys med denne bølgelengden Som gult, lar Seg altså forklare med at smørblomster er gule (snarere enn Omvendt!).

Det kan således ikke benektes at Newtons måte å nærme tingene på, har vist seg fruktbar ikke bare for fysikken, men også for farvesynsforskningen. Man pleier si at Goethes fortjeneste besto i at han tok for seg aspekter som nå hører inn under psykologien og persepsjonsforskningen. Og at hans resonne- menter foregriper en gestaltpsykologisk tenkemåte. Men det ville være misvisende å betrakte Goethes farvelære som et psykologisk pionerarbeide. Det interessante med Goethe var at han innså betydningen av å grunnlegge læren om farve, «kromatikken», som autonom vitenskap, behandlet ut fra sine egne forut- setninger. Han stilte seg som oppgave å finne ut hvilke forutsetninger det kunne dreie seg om. Hva er det som med nødvendig- het ligger i farvens natur, dvs. hva er det som gjør farven til farve? Det første trinnet i etableringen av en kromatikk, var for Goethe en klargjøring av farvesynets fenomenologi. Jeg kom- mer tilbake til det i sluttkapitlet.

Det bør tilføyes at i én viktig henseende var Newton og Goethe barn av den samme ånd: de trodde på muligheten av en «experimental philosophy»: Eksperimentene måtte kunne ar- rangeres på en slik måte at fenomenene som ble fremstilt åpen- barte sannheten om den foreteelse man studerte. Newton innleder Opticks med ordene:

«My Design in this Book, is not to explain the Properties of Light by Hypothesis, but to propose and prove them by Reason and Experiment.»

Hans velkjente, stolte deklarasjon: «Hypotheses non fingo» har sin parallell i Goethes: «Søk intet bak fenomenene, de er selv læren.» Jeg kan tenke meg at denne beslektede grunninnstilling gjorde det ekstra vanskelig for Goethe å akseptere at Newton tross alt kom frem til en så radikalt annen tolkning av de prismatiske fenomenene enn han selv. Men som jeg innledningsvis uttrykte det: det beror på hva man er ute etter. Eller rettere sagt, hva slags «forklaringer» man er rede til å slå seg til ro med og betrakte som uttrykk for en tilfredsstillende forståelse av fenomenet farve.