HUYGENS WELLENTHEORIE DES LICHTS - KÖRPERLICH - 2025

Die Wellentheorie des Lichts Huygens definierte Licht als eine Welle, ähnlich dem Schall oder den mechanischen Wellen, die im Wasser erzeugt werden. Andererseits behauptete Newton, Licht bestehe aus Materialpartikeln, die er Korpuskel nannte.

Licht hat immer menschliches Interesse und Neugier geweckt. Auf diese Weise bestand eines der grundlegenden Probleme der Physik seit ihrer Gründung darin, die Geheimnisse des Lichts zu enthüllen.

Christiaan huygens

Aus diesen Gründen gab es im Laufe der Wissenschaftsgeschichte verschiedene Theorien, die versuchten, ihre wahre Natur zu erklären.

Erst im späten 17. und frühen 18. Jahrhundert wurden mit den Theorien von Isaac Newton und Christiaan Huygens die Grundlagen für ein tieferes Verständnis des Lichts gelegt.

Prinzipien der Huygens-Wellentheorie des Lichts

1678 formulierte Christiaan Huygens seine Wellentheorie des Lichts, die er später 1690 in seiner Abhandlung über Licht veröffentlichte.

Der niederländische Physiker schlug vor, dass Licht in alle Richtungen als eine Reihe von Wellen emittiert wird, die sich durch ein Medium bewegen, das er Äther nennt. Da Wellen nicht von der Schwerkraft beeinflusst werden, nahm er an, dass die Geschwindigkeit der Wellen abnehmen würde, wenn sie in ein dichteres Medium eintreten.

Sein Modell war besonders hilfreich bei der Erklärung des Snell-Descartes-Gesetzes der Reflexion und Brechung. Es erklärte auch das Phänomen der Beugung zufriedenstellend.

Seine Theorie basierte grundsätzlich auf zwei Konzepten:

a) Lichtquellen senden kugelförmige Wellen aus, ähnlich den Wellen, die auf der Wasseroberfläche auftreten. Auf diese Weise werden die Lichtstrahlen durch Linien definiert, deren Richtung senkrecht zur Oberfläche der Welle ist.

b) Jeder Punkt einer Welle ist wiederum ein neues Emissionszentrum für Sekundärwellen, die mit der gleichen Frequenz und Geschwindigkeit emittiert werden, die die Primärwellen charakterisiert. Die Unendlichkeit von Sekundärwellen wird nicht wahrgenommen, daher ist die aus diesen Sekundärwellen resultierende Welle ihre Hüllkurve.

Die Wellentheorie von Huygens wurde jedoch von Wissenschaftlern seiner Zeit mit wenigen Ausnahmen wie der von Robert Hooke nicht akzeptiert.

Das enorme Prestige Newtons und der große Erfolg seiner Mechanik sowie die Probleme, das Konzept des Äthers zu verstehen, veranlassten die meisten zeitgenössischen Wissenschaftler, sich für die Korpuskulartheorie des englischen Physikers zu entscheiden.

Reflexion

Reflexion ist ein optisches Phänomen, das auftritt, wenn eine Welle schräg auf eine Trennfläche zwischen zwei Medien einfällt und eine Richtungsänderung erfährt, die zusammen mit einem Teil der Energie der Bewegung zum ersten Medium zurückgeführt wird.

Die Gesetze der Reflexion sind wie folgt:

Erstes Gesetz

Der reflektierte Strahl, der einfallende und der normale (oder senkrechte) Strahl befinden sich in derselben Ebene.

Zweites Gesetz

Der Wert des Einfallswinkels ist genau der gleiche wie der des Reflexionswinkels.

Das Huygens-Prinzip erlaubt es uns, die Gesetze der Reflexion zu demonstrieren. Es wird festgestellt, dass, wenn eine Welle die Trennung des Mediums erreicht, jeder Punkt zu einem neuen Emitterfokus wird, der Sekundärwellen emittiert. Die reflektierte Wellenfront ist die Hüllkurve der Sekundärwellen. Der Winkel dieser reflektierten Sekundärwellenfront ist genau der gleiche wie der Einfallswinkel.

Brechung

Brechung ist jedoch das Phänomen, das auftritt, wenn eine Welle schräg auf einen Spalt zwischen zwei Medien trifft, die einen unterschiedlichen Brechungsindex haben.

In diesem Fall dringt die Welle ein und wird zusammen mit einem Teil der Energie der Bewegung eine halbe Sekunde lang übertragen. Die Brechung tritt als Folge der unterschiedlichen Geschwindigkeit auf, mit der sich die Wellen in den verschiedenen Medien ausbreiten.

Ein typisches Beispiel für das Phänomen der Brechung kann beobachtet werden, wenn ein Objekt (z. B. ein Bleistift oder ein Kugelschreiber) teilweise in ein Glas Wasser eingeführt wird.

Das Huygens-Prinzip lieferte eine überzeugende Erklärung für die Brechung. Die Punkte an der Wellenfront an der Grenze zwischen den beiden Medien wirken als neue Lichtausbreitungsquellen und somit ändert sich die Ausbreitungsrichtung.

Beugung

Beugung ist ein charakteristisches physikalisches Phänomen von Wellen (sie tritt bei allen Arten von Wellen auf), das aus der Ablenkung von Wellen besteht, wenn sie auf ihrem Weg auf ein Hindernis stoßen oder durch einen Schlitz gehen.

Es ist zu beachten, dass Beugung nur auftritt, wenn die Welle durch ein Hindernis verzerrt wird, dessen Abmessungen mit ihrer Wellenlänge vergleichbar sind.

Die Huygens-Theorie erklärt, dass, wenn Licht auf einen Spalt fällt, alle Punkte in seiner Ebene zu sekundären Wellenquellen werden und, wie bereits zuvor erläutert, neue Wellen emittieren, die in diesem Fall gebeugte Wellen genannt werden.

Die unbeantworteten Fragen der Huygens-Theorie

Huygens 'Prinzip ließ eine Reihe von Fragen unbeantwortet. Seine Behauptung, dass jeder Punkt auf einer Wellenfront wiederum eine Quelle einer neuen Welle sei, konnte nicht erklären, warum sich Licht sowohl vorwärts als auch rückwärts ausbreitet.

Ebenso war die Erklärung des Ätherbegriffs nicht ganz zufriedenstellend und einer der Gründe, warum seine Theorie ursprünglich nicht akzeptiert wurde.

Wiederherstellung des Wellenmodells

Erst im 19. Jahrhundert wurde das Wellenmodell wiederhergestellt. Es war vor allem den Beiträgen von Thomas Young zu verdanken, der es geschafft hat, alle Lichtphänomene anhand der Tatsache zu erklären, dass Licht eine Longitudinalwelle ist.

Insbesondere führte er 1801 sein berühmtes Doppelspaltexperiment durch. Mit diesem Experiment verifizierte Young ein Interferenzmuster im Licht einer entfernten Lichtquelle, wenn es nach dem Durchgang durch zwei Schlitze gebeugt wurde.

In gleicher Weise erklärte Young anhand des Wellenmodells auch die Streuung von weißem Licht in den verschiedenen Farben des Regenbogens. Er zeigte, dass in jedem Medium jede der Farben, aus denen Licht besteht, eine charakteristische Frequenz und Wellenlänge hat.

Auf diese Weise demonstrierte er dank dieses Experiments die Wellennatur des Lichts.

Interessanterweise erwies sich dieses Experiment im Laufe der Zeit als Schlüssel zum Nachweis der Korpuskelwellen-Dualität von Licht, einem grundlegenden Merkmal der Quantenmechanik.

Verweise

1. Burke, John Robert (1999). Physik: die Natur der Dinge. Mexiko DF: Internationale Thomson-Redakteure.
2. "Christiaan Huygens." Enzyklopädie der Weltbiographie. 2004. Encyclopedia.com. (14. Dezember 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Körperlich. 3. Auflage. Barcelona: Ich habe umgekehrt.
4. Das Wellenausbreitungsprinzip von David AB Miller Huygens wurde korrigiert, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Fresnel-Prinzip (nd). In Wikipedia. Abgerufen am 1. April 2018 von en.wikipedia.org.
6. Licht (nd). In Wikipedia. Abgerufen am 1. April 2018 von en.wikipedia.org.

Youngs Experiment (nd). Auf Wikipedia. Abgerufen am 1. April 2018 von es.wikipedia.org.