Étienne-Louis Malus

**Étienne-Louis Malus** (1775 - 1812) var en fransk ingenør og fysiker som gjorde viktige bidrag til utviklingen av optikken. Spesielt er han anerkjent for den første, systematiske utforskning av lysets polariasjon og hvordan den kan fremkomme ved refleksjon.

Malus var født i Paris og fikk sin utdannelse hjemme og fattet tidlig interesse for matematiske fag. I 1893 ble han opptatt for videregående studier ved den militære ingeniørskolen i Mézières, men ble etter kort tid nektet adgang da han ble ansett som «suspekt». Hans far hadde arbeid for det kongelige regime før revolusjonen. Han gikk inn i militæret som vanlig soldat, men utmerket seg i så stor grad at han allerede i 1794 ble opptatt ved den nyopprettete École polytechnique. Der lærte han fra Gaspard Monge også geometri som han gjorde mye bruk av i sitt senere, vitenskapelige arbeid. Malus  knyttet i denne perioden nære bånd til skolen som han beholdt resten av sitt korte liv.

Da han var ferdig utdannet i 1796, var Napoleon i ferd  med å overta makten i landet. Som en del av militæret kom Malus til Giessen i dagens Tyskland. Der forelsket han seg i datteren til rektor ved byens universitet, men så seg nødt til å utsette et giftermål da han i 1798 måtte delta i Napoleons erobring av Egypt. Han skrev dagbok under denne ekspedisjonen hvor han berettet om dens konsekvenser. Her inngikk sykdom og grusomheter. Spesielt massakren som de franske soldatene utførte i Jaffa, sjokkerte ham. Han ble selv syk og søkte tilflukt i betraktninger rundt forskjellige, optiske fenomen.

Etter å ha kommet tilbake til Frankrike i 1801, forble Malus i det militære ingeniørvesen etter å ha giftet seg med sin forlovede. Han var med på å bygge opp flere festninger, blant annet i Lille og Strasbourg. Til slutt ble han beordret til Paris hvor han allerede i 1805 var blitt ansvarlig for eksamen i geometri ved École polytechnique. Samtidig tok opp igjen teoretiske og eksperimentelle studier av lysets natur. Sin største oppdagelse gjorde han i 1808 da han nesten tilfeldig ble klar over at det polariseres ved refleksjon på lignende vis som ved dobbeltbrytning i krystaller. Han ble belønnet med en høy pris fra det franske vitenskapsakademi hvor han ble opptatt som fullt medlem i 1810. Samme år mottok han Rumford-medaljen fra Royal Society.

Malus fortsatte med videre undersøkelser av lysets polarisasjon, men ble mer og mer redusert av sykdom som muligens han hadde hatt med seg fra Egypt. Han døde i 1812 og er gravlagt på Cimetière du Père Lachaise. Hans navn er ett av 72 navn som er skrevet inn på Eiffeltårnet. En sidegate til *Rue Monge* i Paris er oppkalt etter han på samme måte som Malus Island på Antarktishalvøya.

## Vitenskapelige verk
Den mest aksepterte oppfatning av lysets natur  i Frankrike på begynnelsen av 1800-tallet var at det består av små partikler eller *korpuskler* som Newton hadde foreslått omtrent hundre år tidligere. Det var på tross av at Thomas Young nylig hadde vist ved sitt dobbeltspalteeksperiment at det hadde bølgeegenskaper. På samme vis hadde Christiaan Huygens omtrent samtidig med Newton gitt en forklaring av dobbeltbrytning i krystaller basert på lys som mekaniske bølger i en eter.

Under sin tid i Egypt begynte Malus å tenke på hvordan man kunne finne noe ut om egenskapene til Newtons korpuskler. Han visste at lys kunne resultere i oksidasjon slik at det kunne inneholde oksygen. Samtidig begynner glødende legemer å lyse rødt ved høye temperaturer. Det kunne igjen bety at korpusklene inneholder kalorikk som skulle ligge til grunn for all varme. Desto mer kalorikk lyset inneholder, desto rødere burde det være. Disse mulighetene diskuterte han via brev med en venn, men la dem til sides da han var tilbake i Frankrike.

### Stråleteorem

På denne tiden var det Laplace som ledet arbeidet i Paris med å gi korpuskelbeskrivelsen et mer solid fundament basert på Newtons mekaniske lover og Fermats prinsipp. Han tenkte seg krefter mellom korpusklene i lyset og materielle partikler. De skulle blant annet forklare lysbrytning ved at korpusklene ble tiltrukket av vanlig materis. Dermed får de større hastighet, noe som kunne uttrykkes ved en brytningsindeks. Bølgeteorien derimot sier at lyshastigheten blir mindre i et materiale. Upåvirket av ytre krefter ville korpusklene følge rette linjer som representerer lysstråler. Når lys fra en puktformig kilde samles til en makroskopisk stråle, vil et mer dekkende navn for denne da heller være «lysbunt».

Sterkt preget av sine geometriske kunnskaper offentliggjorde Malus sitt første, store verk *Traité d'optique analytique* i 1807. Her viste han at for en slik lysbunt finnes det alltid en flate som står vinkelrett på alle strålene i bunten etter at den er blitt reflektert eller brutt i et transparent materiale ifølge Snells lover. Denne flaten tilsvarer bølgefronten hvis lys hadde blitt beskrevet som bølger. Senere ble dette teoremet utvidet av andre til å gjelde mer generelt for et vilkårlig antall slike refleksjoner og brytninger. Det danner grunnlaget for Hamiltons matematiske formulering av geometrisk optikk som deretter førte til hans fundamentale Hamilton-mekanikk for materielle partikler. Det er også med bruk av denne formalismen at moderne kvantemekanikk er bygget opp med det resultat at lys i dag kan beskrives både som partikler og bølger.

### Polarisasjon

Malus var overbevist om at korpuskelbeskrivelsen av lysets egenskaper var riktig. Da han samtidig visste at dobbeltbrytning kunne forklares ved  Huygens prinsipp som var basert på bølgeteori, måtte han først finne ut hvor nøyaktig prinsippet var og eventuelt hvordan det kunne utledes fra egenskapene til korpusklene og deres vekselvirkninger. Ved kompliserte beregninger og egne, gjennomførte målinger fant han over en lengre periode ut at Huygens prinsipp anvendt på dobbeltbrytning ga resultat som var i meget god overensstemmelse med målingene. Under sterk innflytelse av Laplace ble det dermed i begynnelsen av 1808 utlyst en konkurranse om å gi den beste forklaring av fenomenet dobbeltbrytning. Han selv mente at den måtte ligge i en korpuskelbeskrivelse og kunne allerede ett år senere offentliggjøre en slik mer fullstendig teori som også Malus arbeidet med å utforme. 

På denne tiden var det vanlig å påvise dobbeltbrytning i krystaller av kalsitt eller «islandspat». Historien forteller at Malus en dag på slutten av 1808 tilfeldigvis  betraktet  reflektert lys gjennom en slik krystall. Det kom fra et vindu i Luxembourg-palasset som lå på andre siden av gaten i Paris hvor han bodde. Når han dreidde på krystallen, så han at intensiteten i de to strålene varierte. Dette skjedde  på lignende måte som Huygens mer enn hundre år tidligere hadde sett ved lys som hadde gått gjennom de samme krystallene. Malus innså snart at både dobbeltbrytning og refleksjon gir lyset en egenskap som kun kan forklares ved at det får en egenskap som er transvers til dets bevegelsesretning. Han ga navnet polarisasjon til dette nye fenomenet.

### Intensitetsloven

Polarisasjon av lys ved refleksjon fra forskjellige materialer ble etter denne oppdagelsen Malus sin hovedbeskjeftigelse. De første resultatene la han frem i arbeidet *Sur une propriété de la lumière réfléchie par les corps diaphanes* som kom ut i 1809. Her kunne han rapportere at den største grad av polarisasjon ved refleksjon skjer ved en innfallsvinkel på omtrent 55&deg; fra glass og 53&deg; fra en vannoverflate. Disse polarisasjonsvinklene ble mer nøyaktig målt av David Brewster noen få år senere og bærer i dag hans navn.

Istedenfor å studere variasjonen av intensiteten til det reflekterte lyset med en dreibar kalsittkrystall, gikk Malus snart over til en mer nøyaktig metode med roterende speil. Det virker som et polarimeter. Når det første speilet er av glass og danner en vinkel på 55&deg; med det innfallende lyset, vil det reflekterte lyset være maksimalt polarisert. Hvis nå et annet speil kan rotere om den reflekterte strålen og danner samtidig samme vinkel med denne, observerte Mauls maksimal intensitet fra dette speilet når det var parallelt med det første. Ved en videre dreining om strålen fra det første speilet, avtok så intensiteten og ble null når de dannet en vinkel  med hverandre. En fortsatt dreining økte så intensiteten igjen til den ble maksimal for . Malus viste at disse målingene kunne meget godt beskrives ved den matematiske formelen

:  I(\phi) = I_0 \cos^2 \! \phi 

Den inngikk som et hovedresultat i avhandlingen *Théorie de la double réfraction* som Malus leverte inn til den utlyste konkurransen. Han vant første pris i 1810 og ble invitert som fullt medlem av det franske vitenskapsakademi. 

Malus kunne ikke gi noen overbevisende forklaring av denne lovmessigheten basert på sin korpuskelteori. Men den kom omtrent ti år senere da Augustin Fresnel viste at lys må bestå av transverse bølger. Da er intensiteten gitt ved kvadratet av amplituden til bølgen. Malus' lov er en enkel konsekvens av at bare én komponent av det polariserte lyset vil bidra i eksperiment av denne typen.

## Referanser


## Eksterne lenker

* MacTutor, ''Étienne-Louis Malus'', University of St. Andrews, Skottland.
* Encyclopedia.com, ''Malus, Étienne-Louis'', detaljert biografi.
* Paris, ''Malus'', gravsted med informasjon på Cimetière du Père Lachaise.