Wellenoptik
Quantenphysik
Basiswissen
Licht mit Wellencharakter: die Wellenoptik beschreibt Licht und elektromagnetische Strahlung insgesamt mit einer mathematischen Theorie, die große Ähnlichkeit mit der Theorie von Wasserwellen hat. Die letztendliche Deutung ist quantenphysikalisch.
Anlass
- Viele Erscheinungen von Licht kann man sich mit Strahlen erklären.
- Ein Strahl ist eine gedachte gerade Linie mit Anfang aber ohne Ende.
- So gedacht wäre Licht ein Strom von kleinstens Teilchen auf einem Strahl.
- Viele Effekte an Linsen (z. B. Brechung) kann man so gut berechnen.
- Andere Effekte aber nicht, z. B. Beugung oder Interferenz.
- Für solche Effekte stellt man sich Licht aus Wellen vor.
- Die entsprechende Optik nennt man dann Wellenoptik.
Zentrale Phänomene
- Ein Hauptgrund zur Modellierung von Licht als Welle ist => Interferenz
- Der klassische Versuch dazu ist der => Doppelspaltversuch
- Ebenfalls für das Wellenmodell spricht die => Beugung
Analogie zur Wasserwelle
- Licht als Welle wird auf zwei ganz unterschiedliche Weisen modelliert.
- Einmal denkt man in enger Analogie zu Wasserwellen, etwa in einem Becken.
- Ein Kügelchen fällt in das Becken und erzeugt ausgedehnte Wellen.
- An manchen Stellen treffen sich verschiedene Wellenteile.
- Wo das geschieht, überlagern sie sich und erzeugen Interferenz.
- In diesem Modell spielt die Frage nach "Lichtteilchen" keine Rolle.
- Zur Modellierung betrachtet man meistens nur Wellen gleicher Länge.
- Die Wellen werden dabei als sinusförmig und unendliche ausgedehnt gedacht.
- Dieses Modell ist im Wesentlichen das Modell der Wellenoptik.
- Siehe auch => Wasserwelle
Photon als Lichtwelle
- Ein völlig anderer Ansatz ist es, Lichtteilchen als Welle zu modellieren.
- Dort überlagert man unendlich viele Wellen mit unterschiedlicher Länge.
- Das Ziel ist die Erzeugung eines sogenannten Wellenpaketes:
- Ein eng begrenzter, wandernder Wellenerg simuliert das Teilchen.
- So gedachtes Licht fällt aber nicht mehr in die Wellenoptik.
- Derart modelliertes Licht gehört in die Quantenphysik.
- Mehr dazu unter => Photonenwelle
Wer gilt als Urheber der Wellenoptik?
- Der Jesuit Francesco Maria Grimaldi.
- Vor Huygens und vor Newton beschrieb Grimaldi Licht explizit als Wellenphänomen.
- Eine rein geradlinie Ausbreitung von Licht schloss Grimaldi ausdrücklich aus.
- Mehr zur Person unter => Francesco Maria Grimaldi
Original-Literatur
- Francesco Maria Grimaldi: Physicomathesis de lumine, coloribus, et iride, aliisque annexis, Bologna 1665
- Isaac Newton: Opticks. 1704 auf Englisch, überarbeitete Ausgabe auf Latein 1706.
- Thomas Young, Experimental Demonstration of the General Law of the Interference of Light, "Philosophical Transactions of the Royal Society of London", vol 94 (1804). [Vorläufer des Experimentes mit geteiltem Lichtstrahl] URL: https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rstl.1804.0001
