Huygenssches Prinzip
Optik
Basiswissen
Kugelwellenmodell für Beugung, Brechung und Reflexion von Wellen: Das Konzept wurde im Jahr 1678 von Christiaan Huygens vorgeschlagen, um die Ausbreitung von Licht zu erklären. Demnach ist jeder Punkt, der von einer Wellenfront erreicht wird, Ausgangspunkt für eine kugel- bzw. kreisförmige Elementarwelle, welche sich im selben Ausbreitungsmedium mit gleicher Geschwindigkeit ausbreitet wie die ursprüngliche Welle . Die sich weiter ausbreitende Wellenfront ergibt sich als äußere Einhüllende der Elementarwellen.
Was sollte das Modell erklären?
Huygens beobachtete wie Licht beim Übergang von Luft in Wasser seine Richtung ändert (Brechung). Er beobachtet auch, wie sich Licht um Ecken herum bewegt (Beugung). Beide Beobachtungen ließen sich nicht mit Hilfe von geradlinig im Raum sich ausbreitenden Teilchen erklären. Sie passten aber sehr gut auf die Idee, dass sich Licht wellenartig ausbreitet. Ein elementares Denkbild ist dabei die Elementarwelle. Huygens Prinzip lieferte eine qualitative Erklärung für die Beugung und Brechung.
Was musste Huygens annehmen, ohne es erklären zu können?
- Die neu entstandenen Elementarwellen bewegen sich nie rückwärts.
- Die Elemtarwellen breiten sich nimmer nur in eine Richtung aus.
- Huygens musste diesen Umstand annehmen, konnte ihn aber nicht erklären.
Was stand im Widerspruch dazu?
Man kann beobachten, dass sich Licht auch in Strahlen ausbreitet. Man kann mit Lampen zum Beispiel eng gefasste Strahlen erzeugen, die in den Himmel leuchtend weit sichbar sind. Reine Wellen aber breiten sich nicht strahlenartig aus.
Gibt es eine übergeordnete Theorie?
Sowohl der Wellen- als auch der Teilchencharakter von Licht werden in einer gemeinsamen Vorstellung zusammengefasst. Man kann damit alle Phänomene berechnen, verzichtet aber auf die Frage, woraus denn Licht genau besteht. Mehr dazu unter Welle-Teilchen-Dualismus ↗
Fußnoten
- [1] Christiaan Huygens: Traite de la Lumiere | Ou sont Expliquees les causes de ce qui luy arrive dans la Reflexion, & dans la Refraction. Et particulierement dans l'etrange Refraction du Cristal d'Islande. Veröffentlicht in Leiden im Jahr 1690. Deutsch: Abhandlung über Reflexion und Refraktion, Wellentheorie des Lichts. Worin die Ursachen der Vorgänge bei seiner Zurückwerfung und Brechung und besonders bei der eigenthümlichen Brechung des isländischen Spathes dargelegt sind. Verlag von Wilhelm Engelmann, Leipzig 1890. Online: http://www.archive.org/details/abhandlungberda00mewegoog
- [2] "Every particle of the matter in which the wave spreads out communicates its motion not only to the next particle that is on the straight line drawn from the luminous point, but it also gives some motion to all other particles that touch it and that oppose its motion." In: 1690 Traite´ de la lumiere ou` sont expose´es les causes de ce qui lui arrive dans la re´flexion, et dans la re´fraction, et particulierement dans l’e´trange re´fraction du cristal d’Islande. Avec un discours de la cause de la pesanteur. Leiden: van der Aa. Dort die Seite 17. Übersetzt in Oliver Darrigol: A History of Optics. From Greek Antiquity to the Nineteenth Century. Oxford University Press. 2012. ISBN: 978–0–19–964437–7. Dort die Seite 69.
