Wellenoptik – Geschichte der Wellentheorie

Ist das nicht herrlich, diese Farben? Mmh. Wunderschön. Und wie die Sonne strahlt. Sag mal, Sonnenstrahlen, Licht, sind doch Strahlen oder? Ja und nein. Wenn wir uns vorstellen, dass das Licht aus geradlinigen Strahlen besteht, können wir uns zum Beispiel erklären, wie Spiegelbilder entstehen. Aber nicht alle Erscheinungen des Lichts, wie zum Beispiel die schillernden Farben der Seifenblasen, lassen sich mit dem Strahlenmodell beschreiben. Es scheint nur einen begrenzten Gültigkeitsbereich zu haben. Für die Erklärung von Farberscheinungen braucht man also ein anderes Modell. Doch welches? Gehen wir zunächst ein Stück in der Geschichte zurück. Schon im 17. Jahrhundert beschäftigten sich Wissenschaftler mit den Eigenschaften des Lichts. 1660 machte der italienische Physiker Francesco Grimaldi Versuche mit Licht. Er verdunkelte ein Fenster und ließ durch ein kleines Loch im Vorhang Sonnenlicht fallen. Der entstandene Lichtkegel bildete auf einem Schirm einen Kreis. Grimaldi brachte nun einen undurchsichtigen Körper in diesen Lichtkegel. Auf dem Schirm war ein Schatten zu sehen. Zu Grimaldis Verwunderung war dieser Schatten viel größer als er es erwartet hatte. Das konnte er sich nicht mit sich geradlinig ausbreitenden Lichtstrahlen erklären. Allerdings wurden die Beobachtungen Grimaldis in der wissenschaftlichen Welt kaum beachtet. Der englische Gelehrte Robert Hooke schlug 1664 in seinem Werk „Micrographia“ als erster vor, dass man sich Licht als schnelle schwingende Bewegung eines Mediums vorstellen kann, also als Wellen. Würde sich das Licht wellenförmig ausbreiten, ähnlich wie Wasserwellen, könnten zahlreiche Phänomene des Lichts erklärt werden. Darüber dachte auch der niederländische Physiker Christiaan Huygens nach. 1690 veröffentlichte er seine Abhandlung zur „Natur des Lichts“. Vielleicht inspiriert durch die Beobachtung von Wasserwellen, kam er zu dem Schluss, dass sich Licht als Impuls in einem Medium ausbreitet. Zahlreiche Experimente des Physikers Thomas Young stützten die Wellentheorie von Huygens. Zunächst wurden Huygens und Young mit ihrer Theorie von Licht als Welle jedoch nicht ernst genommen, denn zu dieser Zeit favorisierte man eine Theorie von Isaac Newton, die Korpuskeltheorie. Isaac Newton galt als genialer Physiker. In der Optik verfolgte er die Idee, dass die Welt und damit auch das Licht aus winzig kleinen Teilchen aufgebaut ist, den Korpuskeln. Als Licht werden sie von den leuchtenden Körpern mit großer Geschwindigkeit geradlinig ausgeschleudert und breiten sich entlang von Strahlen im leeren Raum aus. Newtons Theorie bereitete aber nicht nur ihm selbst Kopfzerbrechen. Manche Phänomene ließen sich nicht damit erklären. Deshalb verfolgten einige Wissenschaftler die Wellentheorie weiter. Und bis heute hat sie ihre Gültigkeit. Was aber veranlasste zahlreiche Wissenschaftler dazu, Licht als Welle zu sehen? Um dies zu verstehen, schauen wir uns zunächst einmal die Eigenschaften von Wellen an.