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Beugung

Physik

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Definition · Zur Definition der Beugung · Beugung als Umlenkung von Wasserwellen · Beugung als Umlenkung von Lichtstrahlen · Die Grenzen der Lichtbeugung im Strahlenmodell · Beugung als Welle im Schattenbereich · Beugung von Wellen hinter Öffnungen · Beugung muss die Strahlenoptik umfassen · Was ist der Unterschied zwischen Beugung und Streuung? · Was ist der Unterschied zwischen Beugung und Interferenz? · Welche Objekte können gebeugt werden? · Beugung als Indiz für die Wellenoptik · Wer gilt als Urheber der Wellenidee? · Wie sagte Isaac Newton dazu? · Fußnoten


Definition


Beugung[1] oder auch Diffraktion[5] nennt man das Eindringen von Phänomenen oder Objekten in einen Bereich, der bei einer rein geradlinigen Fortpflanzung eigentlich abgeschattet und damit unerreichbar sein sollte. Typische solche Phänomene sind zum Beispiel Wasserwellen[17], Schallwellen[2] sowie auch die sogenannten Materiewellen[21][22] der Quantenphysik. Die Ursache der Beugung sind dabei Hindernisse, die für die Wellen zumindest teilweise undurchdringbar sind.



Bildbeschreibung und Urheberrecht
Beugung heißt, dass eine Welle oder ein Strahl die Richtung ändert, ohne dass es dazu nötig ist, dass sich die Wassertiefe und das Medium der Ausbreitung ändert. Damit kann sich die Welle oder Strahl auch in den sogenannten geometrischen Schatten hinein ausdehnen. A) Wellen wandern um eine Buhne herum, B) Eine Welle wandert um einen Pfahl herum und wird dort nicht abgeschattet, C) Erklärung der Beugung nach Huygens, D) ein Kerzenlicht durch einen engen Spalt zwischen zwei Bleistiften photographiert, und E) Das Beugungsmuster eines Laserstrahls. All diesen Phänomen gemeinsam ist, dass sich etwas in Bereiche hinein ausdehnt, die bei einer rein geradlinigen Ausbreiteitung im Schatten des Geschehens liegen müssten. © Gunter Heim Gunter Heim Yoyokits Gunter Heim Gunter Heim ☛


Zur Definition der Beugung


Die Beugung wurde schon im 17ten Jahrhundert am Beispiel von Licht und Wasser[17] beschrieben. Der Kern des Effektes war es, dass Licht oder Wasserwellen in Bereiche eindrang, wo eigentlich ein dunkler Schatten sein müsste[2]. Und es muss ausgeschlossen werden, dass der Grund dafür eine Änderung des optischen Mediums, speziell seines Brechungsindex oder zum Beispiel die Wassertiefe war. Denn wenn das die Ursache ist, spricht man nicht von Beugung sondern von Brechung.[18] Nun treten mit der Beugung von Wasser- und Lichtwellen oft auch auffällige Muster von ruhigen und stark bewegten oder hellen und dunklen Bereichen auf. Das sind die sogenannter Beugungsmuster oder Interferenzen[4]. Oft wird die Interferenz fast synonym mit dem Wort Beugung verwendet. Während aber Beugung so gut wie immer eine Interferenz erzeugt (bei geeigneten Bedingungen) gilt der Umkehrschluss nicht. Es gibt durchaus Interferenz, ohne Beugung.[19] Wesentlich für die Beugung ist eine Änderung der Ausbreitungsrichtung am Rand eines Hindernisses.

Beugung als Umlenkung von Wasserwellen


Wellen im Wasser können an Rändern von Hindernissen oder auch an Öffnungen von Hindernissen ihre Richtung ändern[17]. Das passt zur grundlegenden Idee der Beugung, dass nämlich eine Welle a) in einen Bereich eindringt, in den sie bei nur geradliniger Fortpflanzung nicht gelangen dürfte und b) der Grund dafür nicht eine Änderung der Wassertiefe ist[9]. Mit etwas Geduld kann man die Effekte an vielen Stellen der Küste beobachten:

  • An den Enden von Buhnen schwenken Wellen oft auffällig stark um. Siehe auch Buhne ↗
  • Eine Welle erzeugt hinter einer engen Öffnugn in einer Hafenmauer eine Interferenz ↗
  • Eine Welle erzeugt hinter an einem Pfahl im tiefen Wasser keinerlei Schatten ↗



Flache Wellen werden sofort in den theoretischen Schattenbereich von kleinen Pflanzen hineingelenkt: ein Beispiel für die Beugung von Wasserwellen.

Beugung als Umlenkung von Lichtstrahlen


Stellt man sich Licht als geraden Strahlen vor, kann man Körper so vor eine kleine Lichtquelle, etwa eine Kerze platzieren, dass dahinter ein theoretisch ganz dunkler Bereich, der Schatten, ensteht. Nun hat man bereits im 17ten Jahrhundert (zur Zeit des Dreißigjährigen Krieges) beobachtet, dass sich Lichtstrahlen auch in Bereiche hinein bewegen, in die sie bei strikt gerader Ausbreitung nicht gelangen dürften. Der Italiener Grimaldi (1618 bis 1663) nannte das Diffraktion[11], Newton sprach von Inflexion und stellte sich vor, dass die Lichtstrahlen (rays of light) an sich gerade verlaufen, aber durch anziehende Kräfte an Kanten von festen Körper abgelenkt werden[6], wodurch die Strahlenoptik nicht mehr gilt[14]. Eine solche Bewegung des Licht um Ecken in einen Schatten hinein ist auch für den Physiker Richard Feynman (1918 bis 1988) das Wesentliche der Beugung[15]. Siehe auch Beugungsschatten ↗

Die Grenzen der Lichtbeugung im Strahlenmodell


Während die Ausbreitung von Licht in eigentlich abgeschattete Bereiche noch mit Strahlen gedacht werden konnte, die an Kanten umgebogen (gebeugt) werden, konnten aber die mit tatsächlich beobachteten Beugungseffekten immer einhergehenden hell-dunkel-Linien- und Farbenmuster, die sogenannte Interferenzen oder Farbsäume am Rand der Schatten, nicht mehr mit Strahlen erklärt werden. Sehr schnell wurde klar, dass sich die Beugung mit einhergehenden interferenzeffekten nur im Wellenmodell erklären lassen. Siehe dazu zum Beispiel Newtons Lichtbeugung ↗

Beugung als Welle im Schattenbereich


Nach dem 18ten Jahrhundert definierte man Beugung weitgehend nur noch im Zusammenhang mit Wellen als Modell einer Erklärung, so zum Beispiel in einem Lehrbuch der Physik aus dem Jahr 2022[8]: "Das Eindringen von Wellen in den geometrischen Schattenraum hinter Hindernissen oder Öffnungen wird als Beugung bezeichnet."



Kleine Wellen an einem flachen bewachsenen Ufer gehen scheinbar ohne jede Störung durch die Stängel von Pflanzen hindurch. Man erkennt keinen "Schattenraum", keinen Raum ohne Wellen, hinter den Stängeln.

Diese Definition bezieht den Effekt der Beugung ganz auf Wellen. Mit dem geometrischen Schattenraum ist der Bereich gemeint, in den das Licht bei einer rein strahlenartigen Ausbreitung im Sinne gerader Linien nicht eindringen könnte.

Beugung von Wellen hinter Öffnungen


Eine typische Weise zur Erzeugung von Beugungseffekten sind kleine Öffnungen in Hindernissen im Weg des Lichts: "Trifft eine Welle auf ein Hindernis, in dem sich eine Öffnung befindet, deren Abmessungen in der Größenordnung der Wellenlänge liegen, so breitet sich der Teil der Welle, der durch die Öffnung gelangt, dahinter im Raum aus - er wird gebeugt. Diese Ausbreitung lässt sich durch eine Konstruktion von Elementarwellen im huygensschen Sinne erklären. Nicht nur Lichtwellen, sondern Wellen aller Arten werden gebeugt.[10]" Auch bei dieser Definition wird die Beugung wie zuvor eng mit Wellen in Verbindung gesehen. Dass dabei die Wellen durch Öffnungen gehen ist typisch für viele Beispiele[1], ist aber nicht zwingen nötig. Wesentlich ist das Vorhandensein einer Kante.[24] Beugung kann auch durch Körper erzeugt werden, die einen Schatten werfen[2]. Siehe auch huygenssches Prinzip ↗

Beugung muss die Strahlenoptik umfassen


Die sogenannte Wellenoptik ist die Optik, die Licht konsequent als Wellenphänomen deutet. Unter bestimmten Bedingungen kann man aus dieser Wellenoptik auch die Aussagen der Strahlenoptik herleiten, aber nur dann, wenn typische Wellenphänomene wie Beugung und Intereferenz keine Rolle spielen: "Das Korrespondenzprinzip verlangt nun, daß die umfassendere Theorie in dem entsprechenden Grenzfalle in die eingeschränkte Theorie übergehen muss. Daher muß die Wellenoptik unter Bedingungen, unter denen die entscheidenenden Wellenerscheinungen wie Beugung und Interferenz bedeutungslos sind, die Strahlenoptik liefern. Wie wir wissen können Interferenz und Beugung nur dann beobachtet werden, wenn die Abmessungen der Hindernisse oder der Öffnungen, die vom Licht getroffen werden, mit der Wellenlänge l des Lichtes vergleichbar sind. Ist aber l << d, so liefert die Wellendarstellung die gleichen Ergebnisse wie die Strahlendarstellung.[9]" Siehe auch Korrespondenzprinzip ↗

Was ist der Unterschied zwischen Beugung und Streuung?


Beugung und Streuung werden als Begriffe sowohl im Teilchen- wie auch im Wellenmodell von Licht, sonstiger elektormagnetischer Strahlung, Teilchenströmen und Materiewellen verwendet.

  • Das Wort Streuung wird oft ähnlich oder synonym verwendet.
  • Gestreut werden können sowohl Teilchen als auch Wellen.
  • Dabei ist das streuende Hindernis lokal eng begrenzt.
  • Das streuende Hindernis selbst ist eher teilchenartig.
  • Typische Hindernisse sind Moleküle oder Staubteile.

Was ist der Unterschied zwischen Beugung und Interferenz?


In der Physik werden die Worte Beugung (Diffraktion) und Interferenz oft getrennt behandelt. Von Beugung spricht man, wenn Licht seine Richtung in Nähe von Materie ändert und von der geradlinigen Fortpflanzung der Strahlenoptik abweicht. Von Interferenz hingegen aist zum Beispiel beim Doppelspaltexperiment die Rede. Tatsächlich beruhen beide Phänomene aber auf demselben Prinzip.[4] Der Unterschied ist fließend. Bei wenigen (kohärenten) Quellen einer Erregung (etwa zwei Spalten beim Doppelspaltexperiment) spricht man eher von Interferenz[5], der Gesamteffekt von sehr vielen Erregungsquellen hingegen wird oft als Beugung beschrieben.[6] Siehe auch Interferenz ↗

Welche Objekte können gebeugt werden?


Während man früher davon ausging, dass nur klassische Wellen, etwa Wasserwellen, Schallwellen, Erdbebenwellen oder Licht als Welle gedacht der Beugung unterliegen, stellte man später fest, dass auch teilchenartige Gebilde gebeugt werden können.


Beugung als Indiz für die Wellenoptik


  • Man unterscheidet eine Wellen- und eine Strahlenoptik.
  • In der Strahlenoptik denkt man sich Licht als gerade Linien.
  • Damit lässt sich das Phänomen der Beugung nicht erklären.
  • Zur Beugung stellt man sich Licht als wellenartig vor.

Wer gilt als Urheber der Wellenidee?


  • Der italienische Jesuit Francesco Maria Grimaldi.
  • Er beschrieb detailliert Beugungsversuche mit Sonnenlicht.
  • Er lehnte ausdrücklich die Idee geradliniger Lichtstrahlen ab.
  • Er war der erste, der Licht mit Wellenphänomen erklären wollte.

Wie sagte Isaac Newton dazu?


  • Newton beschrieb das Phänomen mit genauen Zahlenangaben.
  • Damit lässt sich ein Versuch mit einfachen Mitteln nachstellen.
  • Newton benutzt Löcher in Fensterläden als Lichtquelle.
  • Als Hindernis im Lichtstrahl nutzte er Haare.

Fußnoten


  • [1] 1854, Ursprung des Wortes: "Beugung des Lichts, auch Inflexion oder Diffraction des Lichts, nennt man das eigenthümliche Verhalten des Lichts beim Durchgang durch enge Oeffnungen. Läßt man mittelst eines Spiegels einen Sonnenstrahl durch eine etwa 1/4 Linie breite Spalte in ein dunkles Zimmer treten, und denselben durch eine zweite, in einem ungefähr 6 Schritte vom Fenster entfernten Schirme angebrachte, ebenfalls sehr schmale, Spalte durchgehen, so wird das Licht nach dem Durchgang durch die zweite Spalte nicht bloß in gerader Richtung fortgehen, sondern sich auch nach den Seiten hin verbreiten, wie man sieht, wenn man dasselbe einige Schritte entfernt mit einem Papierschirm auffängt. Man sieht dann ein breites Lichtbild, in dessen Mitte ein breiter weißer Lichtstreifen erscheint. von beiden Seiten mit schwarzen Streifen eingefaßt, und sodann eine Reihe farbiger Seitenbilder, die, immer dunkler werdend, ebenfalls durch schwarze Streifen von einander getrennt sind. Diese Ausbreitung des Lichts nun auch nach den Seiten des geraden Lichtstrahls hin nannte man B. des Lichts, während die schwarzen Zwischenstreifen in der Interferenz des Lichts (s. daselbst) ihren Grund haben. Die Benennung B. des Lichts erhielt die angeführte Erscheinung deßhalb, weil die Anhänger der Emanationstheorie glaubten, daß die Lichtstrahlen, wenn sie an den Rändern fester Körper vorübergehen, eine B. erleiden. Aber gerade der Emanationstheorie des Lichtes ist diese Erscheinung eine unerklärbare, während sie in der Wellentheorie ihre volle Erklärung findet, und daher eine Hauptstütze der letzteren ist. Die B. des Lichts wurde zuerst durch Grimaldi in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts beobachtet, und Young versuchte zuerst dieselbe durch die Wellentheorie zu erklären, was von Fresnel, Frauenhofer u. besonders durch Schwerd weiter verfolgt und ausgebildet wurde." In: Herders Conversations-Lexikon. Freiburg im Breisgau 1854, Band 1, S. 518-519. Online: http://www.zeno.org/nid/20003233715
  • [2] 1857, Ausbreitung nicht nur geradlinig: "B. der Lichtstrahlen (Inflexio od. Diffractio luminis), die Eigenschaft der Lichtstrahlen, sich nicht nur in gerader Richtung, sondern auch nach beliebigen anderen Richtungen hin fortzupflanzen. Sie kann nur da sichtbar werden, wo eine dunkle Wand die Fortpflanzung der directen Lichtstrahlen hindert u. den an der Wand vorüberstreifenden Strahlen gestattet, in den Schattenraum sich zu verbreiten. Grimaldi machte im 17. Jahrh. die erste hierher gehörige Beobachtung, Newton führte die Untersuchung im Sinne der Emanationstheorie weiter fort, ohne daß es ihm gelingen konnte, alle Erscheinungen vollständig zu erklären. Später haben namentlich Young (1800), Frauenhofer u. Schwerd die Beobachtungen vervielfältigt u. nach den Principien der Undulationstheorie vollständig erklärt, so daß die Erscheinungen der B. eine Hauptstütze der Richtigkeit der letzteren Theorie sind. Die wichtigsten hierher gehörigen Erscheinungen sind folgende: Wenn das Sonnenlicht durch eine seine Öffnung in ein dunkles Zimmer fällt, so ist der Schatten eines schmalen in den Lichtraum gestellten dunklen Körpers mit Streifen eingefaßt u. von hellen u. dunklen Streifen durchzogen. Wenn man ferner durch einen schmalen Spalt nach einem leuchtenden Punkte blickt, so sieht man neben dem direct gesehenen hellen Streifen nach beiden Seiten im Schattenraume noch eine große Zahl farbiger Streifen. Wenn man durch eine feine Öffnung von der Form eines Parallelogramms nach dem leuchtenden Punkt sieht, so stellen sich in der Umgebung des direct gesehenen hellen Parallelogramms, namentlich aber nach den beiden, den Seiten desselben entsprechenden Richtungen, Reihen von ähnlichen farbigen Bildern dar. Wenn man die Zahl der Öffnungen in regelmäßiger Anordnung vervielfacht, so wird die Erscheinung noch um vieles mannichfaltiger u. prachtvoller. Am leichtesten kann man sich dieselbe bilden, indem man durch ein dunkles seidenes Tuch nach einem entfernten Lichte sieht, noch besser, indem man durch eine Feder eines Singvogels nach einem hellleuchtenden Punkte, etwa nach dem Sonnenbild, in einem geschwärzten Uhrglas od. Metallknopf sieht. Nach der Undulationstheorie erklärt sich die Erscheinung folgendermaßen: Wie das strömende Wasser, welches durch eine Öffnung, etwa einen Brückenbogen, fließt, auch in dem Raume hinter den Pfeilern seine Wellen verbreitet, so geschieht dies auch mit den Wellen des Äthers, welche einen Lichtstrahl ausmachen. Die schwingenden Äthermolecüle, welche sich also im Spalte einer dunklen Wand befinden, sind Ausgangspunkte für Wellenzüge, welche sich von hieraus auch in den Schattenraum verbreiten. Jede Welle besteht nun aber aus einem Wellenberge u. einem Wellenthale, u. jedes in der Richtung eines Lichtstrahles befindliche Äthertheilchen wird also abwechselnd auf einen Wellenberg erhoben u. in ein Wellenthal gestürzt. Da nun aber ein seitwärts liegender Punkt von den beiden Grenzpunkten des noch so seinen Spaltes verschieden weit entfernt ist, so kommt es, daß er je nach seiner Lage entweder von dem einen Molecüle aus in derselben Zeit auf den Wellenberg versetzt wird u. von dem anderen in das Wellenthal, so daß beide Bewegungen sich aufheben u. der Punkt also noch leuchtend erscheint, od. daß er von beiden Molecülen gleichzeitig auf den Wellenberg u. in das Wellenthal versetzt wird, so daß die Schwingungen nur um so größer werden u. der Punkt leuchtet. Weil aber mit der seitlichen Entfernung des betrachteten Punktes vom leuchtenden Spalte je nach der Breite des letzteren die Zahl derjenigen Molecüle sich mehrt, deren Wirkung auf jenen Punkt sich aufhebt, so geht hieraus eine Reihe von nach u. nach schwächer werdenden Bildern der Öffnung an den Seiten der direct gesehenen hervor, u. diese Bilder sind desto weiter von einander entfernt, je schmäler der Spalt ist. Nach diesen Principien haben sich die complicirtesten Figuren aus beliebigen Gestalten u. Anordnungen der Öffnungen vor der Beobachtung auf das genaueste vorhersagen lassen. Vgl. Grimaldi, Physico-mathesis de lumine, Bol. 1665; Schwerd, Die Beugungserscheinungen aus den Fundamentalgesetzen der Undulationstheorie mathematisch entwickelt, Manh. 1835. b) B. der Wellen, die Verbreitung der durch eine verhältnißmäßig enge Öffnung gegangene Welle nach Richtungen, welche zur Seite ihrer ursprünglichen Bewegung liegen, s. Wellenbewegung; c) die B. des Schalles beruht auf denselben Gesetzen, s.u. Schall; 4) B. des Rechts, s.u. Amtsverbrechen III. D); 5) (Grammatik), so v.w. Flexion." In: Pierer's Universal-Lexikon, Band 2. Altenburg 1857, S. 697. Online: http://www.zeno.org/nid/20009520163
  • [3] 1908, Stellung der Beugung in der Physik: "Die Lehre vom Licht, die Optik, zerfällt in besondere Disziplinen; man unterscheidet die geometrische, physikalische, physiologische Optik, deren erstere sich mit den geometrischen Gesetzen der Strahlung beschäftigt, mit der Geschwindigkeit der Fortpflanzung, der Lichtstärkemessung, der Photometrie, der Spiegelung (Katoptrik), der Brechung (Dioptrik), der Beugung und der Doppelbrechung des Lichtes. Die physikalische Optik setzt die optischen Erscheinungen in Beziehung zu den physikalischen Eigenschaften der Körper und des Aethers, sie behandelt das Licht als Wellenbewegung, die Interferenz, die Farbenzerstreuung, die Absorptions-, Emissions- und Lumineszenzerscheinungen. Soweit sie die Erscheinungen aus letzten einfachen Hypothesen mit Hilfe analytischer Entwicklungen herleitet, heißt sie theoretische oder höhere Optik. Die physiologische Optik beschäftigt sich mit dem Auge als Organ der Licht- und Farbenwahrnehmung, also mit den subjektiven Bedingungen des Unterschieds der Gesichtsempfindungen. Die meteorologische Optik hat die in der Atmosphäre auftretenden, bezw. durch Atmosphärilien veranlaßten Lichterscheinungen zum Gegenstand [31]. Als angewandte Optik bezeichnet man die Lehre vom Gebrauch der optischen Instrumente und der Aufteilung optischer Untersuchungen." In: Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 6 Stuttgart, Leipzig 1908., S. 151-158. Online: http://www.zeno.org/nid/20006076440
  • [4] 1911, mit Interferenz verbunden: "Beugung, Diffraktion oder Inflexion des Lichts, eine mit Interferenz (s.d.) verbundene Ablenkung des Lichts aus der geraden Fortpflanzungsrichtung, entsteht, wenn Licht durch einen schmalen Spalt geht, durch die seitliche Ausbreitung und Interferenz der durch den Spalt dringenden Ätherwellen; wird es dann auf einem Schirm aufgefangen, so zeigt das Spaltbild verwaschene, mit Interferenzstreifen durchzogene Ränder [Abb. 199]. Die Streifen sind bei verschiedenfarbigem Licht verschieden breit, am breitesten bei rotem Licht. Weißes Licht erzeugt regenbogenfarbige Streifen (Beugungsspektren)." In: Brockhaus' Kleines Konversations-Lexikon, fünfte Auflage, Band 1. Leipzig 1911., S. 197. Online: http://www.zeno.org/nid/20000955167
  • [5] Diffraktion ist ein Synonym für die Beugung: "Beugung der Lichtwellen und anderer Wellen" In: Digitales Wörterbuch der Deutschen Sprache. Abgerufen am 30. November 2023. Der Begriff Diffraktion geht auf den Italiener Francesco Maria Grimaldi (1618 bis 1663) zurück. Siehe auch Diffraktion ↗
  • [6] Isaac Newton betrachtet die Ausbreitung von Licht im wesentlichen als geradlinig, ohne Beugungseffekte wie etwa bei Schall oder Wasserwellen: "Light consisted only in Pression propagated without actual Motion, it would not be able to agitate and heat the Bodies which refract and reflect it. If it consisted in Motion propagated to all distances in an instant, it would require an infinite force every moment, in every shining Particle, to generate that Motion. And if it consisted in Pression or Motion, propagated either in an instant or in time, it would bend into the Shadow. For Pression or Motion cannot be propagated in a Fluid in right Lines, beyond an Obstacle which stops part of the Motion, but will bend and spread every way into the quiescent Medium which lies beyond the Obstacle. Gravity tends downwards, but the Pressure of Water arising from Gravity tends every way with equal Force, and is propagated as readily, and with as much force sideways as downwards, and through crooked passages as through strait ones. The Waves on the Surface of stagnating Water, passing by the sides of a broad Obstacle which stops part of them, bend afterwards and dilate themselves gradually into the quiet Water behind the Obstacle. The Waves, Pulses or Vibrations of the Air, wherein Sounds consist, bend manifestly, though not so much as the Waves of Water. For a Bell or a Cannon may be heard beyond a Hill which intercepts the sight of the sounding Body, and Sounds are propagated as readily through crooked Pipes as through streight ones. But Light is never known to follow crooked Passages nor to bend into the Shadow. For the fix'd Stars by the Interposition of any of the Planets cease to be seen. And so do the Parts of the Sun by the Interposition of the Moon, _Mercury_ or _Venus_. The Rays which pass very near to the edges of any Body, are bent a little by the action of the Body, as we shew'd above; but this bending is not towards but from the Shadow, and is perform'd only in the passage of the Ray by the Body, and at a very small distance from it. So soon as the Ray is past the Body, it goes right on." In: Isaac Newton: OPTICKS: OR, A TREATISE OF THE Reflections, Refractions, Inflections and colours OF LIGHT. The_ FOURTH EDITION, corrected. By Sir ISAAC NEWTON, Knt. LONDON: Printed for WILLIAM INNYS at the West-End of St. Paul's. MDCCXXX (1730). In: Isaac Newton: OPTICKS: OR, A TREATISE OF THE Reflections, Refractions, Inflections and colours OF LIGHT. The_ FOURTH EDITION, corrected. By Sir ISAAC NEWTON, Knt. LONDON: Printed for WILLIAM INNYS at the West-End of St. Paul's. MDCCXXX (1730).
  • [7] Isaac Newton nimmt einen Stoff an, der aus festen Körpern ausströmt, und für die stetige, nicht knickartige Beugung von Licht verantwortlich ist: "Qu. 19. Doth not the Refraction of Light proceed from the different density of this Æthereal Medium in different places, the Light receding always from the denser parts of the Medium? And is not the density thereof greater in free and open Spaces void of Air and other grosser Bodies, than within the Pores of Water, Glass, Crystal, Gems, and other compact[Pg 350] Bodies? For when Light passes through Glass or Crystal, and falling very obliquely upon the farther Surface thereof is totally reflected, the total Reflexion ought to proceed rather from the density and vigour of the Medium without and beyond the Glass, than from the rarity and weakness thereof." Und: "Qu. 20. Doth not this Æthereal Medium in passing out of Water, Glass, Crystal, and other compact and dense Bodies into empty Spaces, grow denser and denser by degrees, and by that means refract the Rays of Light not in a point, but by bending them gradually in curve Lines? And doth not the gradual condensation of this Medium extend to some distance from the Bodies, and thereby cause the Inflexions of the Rays of Light, which pass by the edges of dense Bodies, at some distance from the Bodies?" In: Isaac Newton: OPTICKS: OR, A TREATISE OF THE Reflections, Refractions, Inflections and colours OF LIGHT. The_ FOURTH EDITION, corrected. By Sir ISAAC NEWTON, Knt. LONDON: Printed for WILLIAM INNYS at the West-End of St. Paul's. MDCCXXX (1730). Dort die Seiten 349 und 350.
  • [8] "Das Eindringen von Wellen in den geometrischen Schattenraum hinter Hindernissen oder Öffnungen wird als Beugung bezeichnet". Zu dieser Definitin ist kritisch anzumerken, dass sich jedesmal wenn eine Welle in den geometrischen Schattenraum eindringt Beugung vorliegen muss. So können etwa Wasserwellen um Inselspitzen wandern, auch weil sich dort infolge der geringeren Wassertiefe die Geschwindigkeit der Wellen ändert. Ist die Ursache der Richtungsänderung aber nur die Änderung der Wellengeschwindigkeit, so bezeichnet man das Phänomen als Brechung. In der Wirklichkeit, etwa an Inselspitzen, treten oft beide Phänomene gemeinsam auf. In: Metzler Physik. 5. Auflage. 592 Seiten. Westermann Verlag. 2022. ISBN: 978-3-14-100100-6. Dort die Seite 138. Siehe auch Metzler (Physik) ↗
  • [9] Richard T. Weidner; Robert Sells: Elementare moderne Physik. Verlag Friedrich Vieweg & Sohn, Ausgabe von 1982. ISBN: 3-528-8415-4. Dort die Seite 12. Siehe auch Elementare moderne Physik ↗
  • [10] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker: Halliday. Physik. Englischer Originaltitel: Fundamentals of Physics. Wiley-VCH Weinheim. 2007. ISBN: 978-3-527-40746-0. Dort die Seite 748. Siehe auch Der Halliday ↗
  • [11] 1905: "Diffraktion (lat.), s. Beugung des Lichtes." In: Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 5. Leipzig 1906, S. 2. Unter Beugung heißt es dann: "Beugung des Lichtes (Diffraktion, Inflexion), die zuerst von Grimaldi 1665 beobachtete, von Fresnel und Fraunhofer genauer studierte seitliche Ablenkung des durch schmale Spalten hindurchgehenden Lichtes, die sich in gleicher Weise bei dunkeln Wärmestrahlen und chemischen Strahlen sowie bei Hertzschen elektrischen Strahlen zeigt." Siehe auch Diffraktion ↗
  • [12] 1673: eine Feder in einen Sonnenstrahl gehalten wirft einen bunten Schatten: "If ye think fit, ye may signify to Mr. Newton a small experiment, which (if he know it not already) may be worthy of his consideration. Let in the sun’s light by a small hole to a darkened house, and at the hole place a feather, (the more delicate and white the better for this purpose,) and it shall direct to a white wall or paper opposite to it a number of small circles and ovals, (if I mistake them not) whereof one is somewhat white, (to wit, the middle, which is opposite to the sun,) and all the rest severely coloured. I would gladly hear his thoughts of it." Das Zitat stammt aus einem Brief von James Gregory an John Collins, datiert auf den 13. Mai 1673. Siehe auch James Gregory ↗
  • [13] "Beugung, Diffraktion, die bei einer Wellenbewegung auftretende Abweichung von der ursprünglichen Richtung der Wellennormalen, die nicht durch Brechung, Reflexion oder Streuung hervorgerufen wird, sondern durch im Weg stehende Hindernisse (z. B. Beugungsspalt, Blende, Kante usw.) oder Dichteänderungen des Mediums (z.B. Erdatmosphäre). Sie ist stets mit Interferenz verbunden." Aus dem Artikel zur Beugung. In: Spektrum Lexikon der Physik. Abgerufen am 18. Dezember 2023. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/beugung/1503
  • [14] Isaac Newton beschreibt, wie die Strahlenoptik versagt: "Grimaldo has inform'd us, that if a beam of the Sun's Light be let into a dark Room through a very small hole, the Shadows of things in this Light will be larger than they ought to be if the Rays went on by the Bodies in straight Lines, and that these Shadows have three parallel Fringes, Bands or Ranks of colour'd Light adjacent to them. But if the Hole be enlarged the Fringes grow broad and run into one another, so that they cannot be distinguish'd." Es folgt dann eine ausführliche Beschreibung des Versuches. In: Isaac Newton: Opticks. The Third Book of Opticks Part I. 1730. Dort ab Seite 317. Siehe auch Newtons Lichtbeugung ↗
  • [15] Der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman (1918 bis 1988) nannte jenes "Verhalten von Licht, wenn es um die Ecke in einen Schatten fällt" die "sogenannte Beugung". In: Richard Feynman: QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie. Piper Verlag. 1. Auflage 1992. ISBN: 3-492-21562-9. Dort die Seite 50. Siehe auch QED (Feynman) ↗
  • [16] Ändert eine Wasserwelle ihre Richtung aufgrund der Wassertiefe spricht man von Brechung ↗
  • [17] Zur Richtungsänderung von Wasserwellen schrieb etwa Isaac Newton (1642 bis 1727): "The Waves on the Surface of stagnating Water, passing by the sides of a broad Obstacle which stops part of them, bend afterwards and dilate themselves gradually into the quiet Water behind the Obstacle. The Waves, Pulses or Vibrations of the Air, wherein Sounds consist, bend manifestly, though not so much as the Waves of Water." In: Isaac Newton: OPTICKS: OR, A TREATISE OF THE Reflections, Refractions, Inflections and colours OF LIGHT. The_ FOURTH EDITION, corrected. By Sir ISAAC NEWTON, Knt. LONDON: Printed for WILLIAM INNYS at the West-End of St. Paul's. MDCCXXX (1730). In: Isaac Newton: OPTICKS: OR, A TREATISE OF THE Reflections, Refractions, Inflections and colours OF LIGHT. The_ FOURTH EDITION, corrected. By Sir ISAAC NEWTON, Knt. LONDON: Printed for WILLIAM INNYS at the West-End of St. Paul's. MDCCXXX (1730).
  • [18] Trifft Licht schräg von Luft aus kommend auf die Oberfläche eines Glaskörpers oder trifft eine Wasserwelle schräg auf eine langsam ansteigenden Strand, so ändern beide ihre Richtung. Doch die Änderung der Richtung ist nur eine notwendige aber keine hinreichende Bedingung für eine Beugung. Zur Richtungsänderung hinzu kommt noch die Betrachtung der Ursache. Wenn die Ursache der Richtungsänderung die Änderung der Geschwindigkeit c der Welle im Medium ist, spricht man nicht von Beugung sondern von Brechung (Physik) ↗
  • [19] Treffen zum Beispiel zwei aufeinander zu laufende Wellen aufeinander, so entsteht Interferenz: dort wo sich Wellenberge treffen, wird die resultierende Welle noch höher, dort wo ein Wellenberg auf ein Wellental trifft, löschen sich die zwei ursprünglichen Wellen gegenseitig aus. Für diesen Effekt ist es nicht nötig, dass die Wellen irgendwo ihre Richtung der Ausbreitung ändern. Damit kann Interferenz auch ohne Beugung auftreten. Die zwei Worte sind also trotz ihrer engen physikalischen Verbindung keine Synonyme. Siehe auch Interferenz ↗
  • [20] Davisson, C. and Germer, L. H.: Diffraction of Electrons by a Crystal of Nickel. In: Phys. Rev. Band 30, 1927, S. 705–740.
  • [21] Halban, H. and Preiswerk, P. (1936) Preuve expérimentale de la diffraction des neutrons. Comptes Rendus de l’Académie des Sciences, 203, 73-75.
  • [22] Dana P. Mitchell and Philip N. Powers: Bragg Reflection of Slow Neutrons. In: Phys. Rev. 50, 486 – Published 1 September 1936.
  • [23] Otto Stern, Robert Frisch: Beugung von Materiestrahlen, Handbuch der Physik, Band 22, Teil 2, Springer 1933.
  • [24] Ein Schulbuch beschreibt die Beugung als eine Folge des Huygensschen Prinzips an an Öffnungen und Hindernissen. Wenn etwa Wasserwellen an einer Blendenöffnung durchgehen, so schwingen die Wasserteilchen. "Es wirkt, als würde in der Öffnung eine neue, kreisförmige Welle beginnen". Hier muss ergänzt werden, dass das Wesentliche nicht ein Hindernis oder eine Öffnung ist, sondern ein Rand: an einem Rand entstehen neue scheinbar kreisartige Wellenfronten, weil sie zu einer Seite hin keine Interferenz von anderen Wellenfronten erfahren. In: Dorn.Bader. Physik SII Gesamtband Gymnasium. Westermann Bildungsmedien. Braunschweig. 2023. ISBN: 978-3-14-152376-8. Dort die Seite 260.