WH54 Fachwortlexikon
Lernwerkstatt Aachen GbR
Mathematik | Physik | Chemie


Bildbeschreibung und Urheberrecht

Wellenoptik


Licht mit Wellencharakter


Basiswissen


Die Wellenoptik beschreibt Licht und elektromagnetische Strahlung überhaupt mit einer mathematischen Theorie, die große Ähnlichkeit mit der Theorie von Wasserwellen hat.

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.

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
















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