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Undulationstheorie


Physik


Basiswissen


Als Undulationstheorie bezeichnete man vor allem im 19ten Jahrhundert die Vorstellung, dass Licht ein wellenartiges Phänomen sei. Der Inhalt des Begriffs entspricht weitgehend dem der heutigen Wellenoptik. Das ist hier kurz vorgestellt.

Die Idee von Licht mit Welleneigenschaften


Von einer Undulationstheorie des Lichts sprach man vor allem im 19ten Jahrhundert[1][2]. Undulation heißt so viel wie Welle oder Schwingung[3]. Schon im 17ten Jahrhundert hatte der Italien Francesco Maria Grimaldi (1618 bis 1663) einen Wellencharakter von Licht vermutet[4]. Auch Isaac Newton (1642 bis 1727) beschrieb dann im frühen 18ten Jahrhundert Phänomene an Licht, die wellenartig[5] waren, aber er blieb bei seiner Teilchenvorstellung des Licht[12]. Letztendlich hatte Thomas Young (1773 bis 1829) mit einem Vorläufer des heutigen Doppelspaltexperimentes den Wellencharakter von Licht eindeutig nachgewiesen[6].

Die Undulationstheorie des 19ten Jahrhunderts


Nachem Thomas Young um das Jahr 1800 überzeugend die Wellennatur von Licht belegt hatte, ging man allgemein davon aus dass Licht eine Welle sei. In enger Anlehnung von der Vorstellung von Wasserwellen spitzte sich die Frage zu, was das Medium dieser Welle sein könnte. Wasserwellen im Wesentlichen Auf- und Abbewegungen, also Schwingungen, von Wasserteilchen. Jede Schwingung, so dachte man, braucht irgendwelche Teilchen die Schwingen. Diese Teilchen nennt man auch heute noch Oszillatoren. Was aber sind dann die Oszillatoren einer Lichtwelle? Irgendein Bestandteil der Luft kann es nicht sein, denn Licht kommt ja auch durch den luftleeren Welttraum von den Sternen zu uns. Die hypothetischen Oszillatoren des Lichts nannte man passend die Ätherteilchen[2]. Auf dieser Vorstellung aufbauend konnte man viele Phänomene, vor allem Intereferenz und Beugung des Lichts gut erklären. Wie eine Wasserwelle um eine Hafenmauer herum wandern kann, so kann auch Licht unter geeigneten Umständen um Hindernisse herumwandern und in den Bereich eindringen, der nach der Strahlen- oder Teilchenvorstellung von Licht im Schatten liegen müsste. Diese Vorstellung von Licht als Schwingung der Ätherteilchen nannte man die Undulationstheorie. Siehe auch Lichtäther ↗

Was brachte diese Theorie Ende des 19ten Jahrhunderts zu Fall?


Nachdem die Wellenvorstellung des Lichts allgemein akzeptiert worden war, wurde die Frage interessant, wie denn der hypothetische Lichtäther beschaffen sein könnte. Man stellte ihn sich als widerstandslos und den ganzen Weltraum durchdringend vor[7]. Bildlich entspricht das vielen kleinen an sich ruhenden, Teilchen, durch die die Lichtwellen so hindurchgehen, wie Windstöße durch ein Kornfeld. Dieser Theorie zufolge, müsste man Effekte unterschiedlicher Geschwindigkeiten des Lichts festellen, je nachdem wie sich die Erde relativ zum Äther bewegt[8]. Solche Effekte konnten aber experimentelle nicht nachgewiesen werden[9]. Damit geriet die gesamte Äthertheorie in Zweifel. Auch Phänomene rund um Schwarze Strahler und Luminiszenz führen zu Widersprüchen der reinen Undulationstheorie. Problem, die erst im Jahr 1905 durch Albert Einstein gelöst wurde[14]. Zum Problem rund um die Undulationstheorie und den Äther siehe auch Michelson-Morley-Experiment ↗

Was ersetzte die Undulationstheorie?


Statt von einer Undulationstheorie des Lichts spricht man heute von der sogenannten Wellenoptik[10] oder noch weiter verallgemeinert auch von der Quantenelektrodynamik (QED)[11]. Wie bei der Undulationstheorie geht modelliert man auch in der Wellenoptik und in der QED Licht als ein Wellenphänomen, man verzichtet dabei jedoch auf die Frage nach den Oszillatoren. Man spricht dabei von Schwingungen, Wellenlängen und Frequenzen, gibt aber nicht mehr an, was denn die schwingenden Teilchen sind. Ob man damit näher an die Wirklichkeit kommt oder ob das Ausblenden der Frage nach den Oszillatoren eine unzulässige Auslassung ist, wird vielleicht erst die Zukunft zeigen. Auf jeden Fall richtig ist, dass man heute nicht mehr von einer Undulationstheorie (mit Äther) spricht, sondern von einer Wellenoptik ↗

Fußnoten