Ausgangsfrage: Was ist Licht?

6.1.1 Klassische Theorien

Licht=Teilchen Man muss zwischen der heutigen Definition von Teilchen und der historischen unterscheiden. Newton Korpuskeltheorie: Es gibt Lichtatome. Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit c0. Sie sind keine Quantenteilchen, diese waren damals nicht bekannt. Damit kann man Reflektionen erklären. Die Brechung kann man auch erklären: Wenn ein Korpuskel sich einem durchsichtigen Stoff nähert, wird es von den Atomen darin angezogen und somit beschleunigt. Das bedeutet, dass laut Newton das Licht im Vakuum langsamer ist als zum Beispiel in Glas. Das Teilchen ist, wenn man von der Unschärfe absieht, genau lokalisiert. Die Helligkeit ist quantifiziert (1 Teilchen, 2 Teilchen, N Teilchen).

Licht=Welle Man muss zwischen der heutigen Definition von Wellen und der historischen unterscheiden. Huygens Klassische Wellentheorie: Licht ist eine klassische Welle, wie Wasserwellen. Damit lassen sich Reflektionen und das Phänomen der Beugung erklären. Laut ihm ist c in Glas kleiner als c0. Medium für die Ausbreitung von Lichtwellen: Äther, der den Raum durchzieht. Damit die These aufgeht, muss er ein Festkörper sein, der extrem fein ist, damit er Planeten nicht behindert. Die Welle ist nicht genau lokalisiert, sondern ausgedehnt. Die Helligkeit nimmt gleichmäßig und ohne Sprünge zu und ab. Heißt zwischen 2 beliebigen Helligkeiten gibt es unendlich viele andere Helligkeiten.

1801/02: Thomas Young

Führt erstmals das Doppelspalt-Experiment durch, was für die Wellentheorie spricht. Das Interferenz Muster belegt das, da sich Licht in dem Fall wie Wasser- oder Schallwellen verhält.

1856: Foucault

Misst zum ersten Mal die Lichtgeschwindigkeit in einer Flüssigkeit. Er kommt zum Schluss, dass c in durchsichtigen Stoffen kleiner ist als c0. Erneut belegt das die Wellentheorie.

1860: Maxwell

Entdeckt, dass elektrisch geladene Teilchen in Bewegung elektromagnetische Wellen emittieren. Diese breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Auch dieser Fakt spricht für die Wellentheorie.

Gegen Ende des 19. Jh. ist man der Meinung, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist.

1905: Planck und Einstein

Planck entdeckt einen Fehler in der Wellentheorie und stellt fest, dass Energie quantifiziert ist. Das ist der Grundstein für die Quantenphysik.

$$E=h\cdot f$$

E=Energie eines Photons $h=Planck-Konstante=6.6\cdot 10^{-34}$ f=Frequenz

Planck glaubt nicht, dass die Formel stimmt und sieht sie als Interimslösung. Es stellte sich jedoch heraus, dass die Theorie stimmt. Einstein nimmt diese Theorie ernst und sagt, dass Licht aus Quantenteilchen besteht.