A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 9 Ω


Strahlenoptik

Einführung

Grundidee


In der Strahlenoptik behandelt man Licht so, als ob es aus geraden Linien, den Strahlen bestünde. Mit der Strahlenoptik kann man viele Instrumente wie etwa Teleskope, Brillen oder Kameras konstruieren. Ein großer Vorteil der Strahlenoptik liegt in ihrer einfachen mathematischen Handhabbarkeit. Sie kann aber nicht alle Phänomene der Optik erklären. Licht besteht nicht aus Strahlen.

Die Ausgangsidee: der Lichtstrahl


Ein Strahl im Sinn der modernen Optik ist eine gerade Linie mit einem Anfang aber ohne Ende. In der Mathematik spricht man auch von einer Halbgeraden[1]. Der Lichtstrahl beginnt damit immer in einer Lichtquelle und dehnt sich dann entweder unendlich weit aus oder er endet an einem Hindernis. Im Teilchemodell des Lichts wird der Lichtstrahl dann zu dem Weg, auf dem sich das gedachte Teilchen geradeaus fortbewegt[2]. Vorsicht ist bei historischen Texten geboten. So sprach Isaac Newton zwar von Lichtstrahlen (rays of light) meinte damit aber beidseitig begrenzte kleine Körper[4]. Für die heutige Strahlenoptik gilt, dass ein Strahl eine Halbgerade ist. Siehe auch Lichtstrahl ↗

Die vier Axiome der modernen Strahlenoptik


Die heutige Strahlenoptik fußt auf vier sogenannten Axiomen. Als Axiom bezeichnet man eine Annahme, die selbst nicht bewiesen werden muss aber auch nicht hinterfragt wird[5]. Große Teile der Naturwissenschaften beruhen auf solchen Axiomen.


Was kann die Strahlenoptik beschreiben?



Wie exakt ist die Strahlenoptik?



Besteht Licht wirklich aus Strahlen?


Nein, spätestens im 17ten Jahrhundert hatte man beobachtet, dass Licht in Schattenbereiche hineinfällt, in die es nach den Regeln einer strengen Strahlenoptik überhaupt nicht gelangen dürfte[10]. Schon früh sah man eine Ähnlichkeit zu Wasserwellen, die sich um Hindernisse herumbewegen können. So entstand schon früh die Idee, dass Licht etwas Wellenartiges sein könnte. Die im 17ten Jahrhundert beobachteten und damals sehr rätselhaften Phänomene bezeichnet man heute als Beugung ↗

Welche Alternativen Modelle von Licht gibt es?



Welche Theorie ist am Ende korrekt?


Eine vollständige und korrekte Beschreibung aller physikalischen Phänomene von Licht liefern sowohl die Wellenoptik als auch die Quantenelektrodynamik[11]. In der Schulphysik wird meist ausschließlich die Wellenoptik betrachet. Aus der Wellenoptik gehen die Phänomene der Strahlenoptik hervor, wenn die Wellenlänge des Lichts immer kleiner gedacht wird während die mit dem Licht wechselwirkenden Objekte dazu vergleichsweise groß gedacht werden (Sommerfeld–Runge Methode). Die Strahlenoptik ist damit auch mathematisch zu einem Sonderfall der Wellenoptik. Dieses Verhältnis von zwei Theorien zueinander nennt man in der Erkenntnistheorie das Korrespondenzprinzip ↗

Fußnoten