Geschichte des Lichts

Schon seit der Antike haben Wissenschaftler und Gelehrte versucht eine allgemeingültige Theorie über die Natur des Lichtes zu entwickeln. Während dieser Zeit wurden viele grundlegende Erkenntnisse gewonnen, und dienen heute als Basis der modernen Physik.

Geometrische Optik

Die Griechen, die als erste die Welt wissenschaftlich zu erfassen versuchten, haben verschiedene Theorien des Sehens entworfen. In der Optik, die seit Euklid (um 300 v. Chr.) als eigenständige Disziplin der angewandten Mathematik vorliegt, wird die strahlenförmige Ausbreitung von Licht mittels geometrischen Analyse beschrieben – geometrische Optik.

Korpuskel - Wellen - Theorie

Ende des 17. Jahrhunderts kamen mit der Emissions- oder Korpuskeltheorie und der Ondulations- oder Wellentheorie zwei einander widerstreitende Auffassungen über die Beschaffenheit des Lichts auf.

Sir Isaac Newton (1643-1727) gilt als Begründer der Korpuskel-, bzw. Emissionstheorie des Lichts. Er hielt sich dabei an seine erfolgreiche Beschreibung des Planetensystems. Demnach besteht Licht aus "Korpuskeln", kleinsten Teilchen, die von einer Lichtquelle aus geradlinig durch den Raum geschleudert werden. Diese Lichtteilchen können auf Hindernisse aufprallen und ihre Ausbreitungsrichtung ändern. Weitgehend bleibt die Korpuskeltheorie der geometrischen Optik verhaftet. 3

Der Holländer Christian Huygens (1629 bis 1695) ist einer der Naturwissenschaftler des 17. Jahrhunderts der einen Vergleich mit Isaac Newton nicht zu scheuen braucht. 1690 verfasste er in seiner Schrift Traité de la lumière – Traktat über das Licht – eine erste Art Wellentheorie des Lichtes. 2 Er entwickelte eine Konkurrenz-Idee zu den Korpuskeln. Danach bestünde Licht nicht aus Teilchen. Vielmehr sei es eine Welle, die sich durch einen unsichtbaren Licht-Äther ausbreitet – ganz so, wie es Schallwellen durch den Träger Luft tun. Beide Theorien konnten Phänomene wie Spiegelung und Brechung von Licht erklären. Doch bei einer Wellentheorie dürften sich keine scharfen Schatten hinter Hindernissen bilden, wenn man sie dem Licht in den Weg stellt. Dies schien aber nicht der Fall zu sein. Erst hundert Jahre später sollte die Wellentheorie eine zweite Chance bekommen. 4

Um 1800 konnte Thomas Young (1773-1829) die Wellennatur des Lichtes nachweisen. Er fand heraus, dass man Licht manchmal vergebens suchte wo es im Grunde richtig hell sein sollte. Mit Hilfe des Doppelspaltexperiments brachte er neuen Wind in die Welle-Teilchen Theorie. Ebenso wie der Schall kann auch das Licht als ein Wellenphänomen verstanden werden und die Ausbreitung des Lichtes mit allgemeingültigen Gesetzen zur Ausbreitung von Wellen beschrieben werden. Phänomene wie die Beugung, Interferenz und Polarisation des Lichtes sind durch die Wellentheorie erklärbar.

Augustin Jean Fresnel (1788-1827) war ein französischer Physiker der wesentlich zur Begründung der Wellentheorie des Lichts und Optik beitrug. Er studierte sowohl theoretisch als auch experimentell das Verhalten von Licht. Dabei deutete er Licht als Welle in einem schwingenden, elastischen Medium, dem Äther. Sogar heute noch spricht man von Wellen im Äther 3 (Rundfunksendungen), obwohl diese Vorstellung nicht korrekt ist.

Elektromagnetische Wellen

James Clerk Maxwell (1831-1879) veröffentlichte 1860 die Theorie des Elektromagnetismus. Er postulierte die Existenz von «Elektromagnetischen Wellen», die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Seither wird das sichtbare Licht als ein schmaler Bereich eines weiten Spektrums elektromagnetischer Schwingungen definiert. Die berühmten Maxwell'schen Gleichungen erklären Effekte wie Beugung oder Interferenz von Licht.