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  6. Entwicklung der Vorstellungen über das Licht

Entwicklung der Vorstellungen über das Licht

Mit optischen Erscheinungen und dem Wesen des Lichtes haben sich seit dem Altertum zahlreiche Wissenschaftler beschäftigt. Die Frage, was Licht ist, blieb dabei viele Jahrhunderte lang ungeklärt. Die geschichtlich wichtigsten Vorstellungen über das Licht sind zusammengefasst in der Korpuskulartheorie, in der Wellentheorie und in der Lichtquantentheorie.

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Licht und Optik im Altertum

Mit dem Licht, dem Sehen und einfachen optischen Anordnungen haben sich schon griechische Gelehrte wie EUKLID (etwa 360-um 290 v. Chr.), PTOLEMÄUS (308-246 v. Chr.) und ARISTOTELES (384-322 v. Chr.) beschäftigt. Die Frage, was Licht ist, blieb dabei offen. Auch in den darauffolgenden Jahrhunderten wurde auf die Frage, was Licht ist, keine Antwort gefunden.

Entwicklung der Optik als Wissenschaftsdisziplin

Mit der Entwicklung der ersten Mikroskope und Fernrohre im 17. Jahrhundert begann die Entwicklung der Optik als Wissenschaftsdisziplin. So beschäftigte sich u.a. der Astronom JOHANNES KEPLER (1571-1630) mit dem Sehen, den Farben und der Natur des Lichtes. Er entdeckte die Totalreflexion, führte Untersuchungen zur Brechung durch und gab eine theoretische Beschreibung des Fernrohres. Dies erfolgte auf der Grundlage geometrischer Betrachtungen.

Die verstärkte Untersuchung des Problems der Lichtfarben führte stärker hin zu der Frage nach der physikalischen Natur und den Eigenschaften von Licht. Dabei wurden im Laufe des 17. Jahrhunderts unterschiedliche Vorstellungen entwickelt, die mit dem Namen zweier bedeutender Physiker verbunden sind, die auch in anderen Bereichen der sich entwickelnden Physik Hervorragendes geleistet haben: ISAAC NEWTON (1643-1727) und CHRISTIAAN HUYGENS (1629-1695).

  • Licht - Was ist das?

Korpuskulartheorie von NEWTON

Der Engländer ISAAC NEWTON, einer der bedeutendsten Physiker der Wissenschaftsgeschichte, hatte zunächst keine klaren Vorstellungen über das Wesen des Lichtes. So schrieb er 1672:

„Da wir nun den Grund der Farben nicht in den Körpern, sondern im Licht gefunden haben, so haben wir guten Grund, dieses als Substanz zu bezeichnen. Aber vollständig und im einzelnen zu bestimmen, was Licht ist, ... das ist nicht leicht ...“.

Später präzisierte NEWTON seine Vorstellungen und betrachtete Licht als einen Strom von kleinsten Teilchen oder Korpuskeln (Bild 2). Er entwickelte die Korpuskulartheorie des Lichtes.

  • Licht als Strom kleinster Teilchen oder Korpuskeln

Wellentheorie von HUYGENS

Im Unterschied zu NEWTON kam der niederländische Naturforscher CHRISTIAAN HUYGENS bei seinen Untersuchungen zu der Auffassung, dass sich Licht wie eine Welle verhält (Bild 3). Er entwickelte die Wellentheorie des Lichtes. Ein Vertreter der Wellentheorie war auch ROBERT HOOKE (1635-1703).

Mit beiden Theorien ließen sich die damals bekannten optischen Erscheinungen beschreiben und erklären. Die Korpuskulartheorie setzte sich aber vor allem aufgrund der großen Autorität von ISAAC NEWTON durch und war bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts die allein herrschenden Vorstellung.

Mit der Entdeckung der Interferenz durch den englischen Arzt und Naturforscher THOMAS YOUNG (1773-1829) und den Untersuchungen zur Beugung durch den französischen Forscher AUGUSTIN JEAN FRESNEL (1788-1827) begann der Siegeszug der Wellenthorie, da die neu entdeckten Erscheinungen nur mit dieser Theorie befriedigend gedeutet werden konnten.

Lichtquantentheorie von EINSTEIN

Auch mit der Wellentheorie konnten nicht alle Erscheinungen erklärt werden, die im Zusammenhang mit Licht auftraten. So hatte z.B. der deutsche Physiker WILHELM HALLWACHS (1859-1922) im Jahr 1888 entdeckt, dass aus einer negativ geladenen Zinkplatte Elektronen austreten, wenn man die Zinkplatte mit UV-Licht bestrahlt. Diese Erscheinung ließ sich mit den damals bekannten Theorien nicht erklären.

Eine neue Vorstellung vom Licht wurde 1905 durch den berühmten deutschen Physiker ALBERT EINSTEIN (1879-1955) entwickelt, die Lichtquantentheorie oder Photonentheorie. Nach dieser Theorie kann man Licht auffassen als kleine Energieportionen, die man auch Lichtquanten oder Photonen nennt. Sie haben je nach den gegebenen Bedingungen teilweise den Charakter von Teilchen und teilweise den von Wellen. Ihnen kann eine bestimmte Energie, eine bestimmte Masse, aber auch eine bestimmte Wellenlänge und Frequenz zugeordnet werden. Zusammenfassend gilt: Licht ist eine überaus komplizierte Erscheinung, die sich nicht in einfacher Weise charakterisieren lässt.

  • Originalzeichnung von HUYGENS: Elementarwellen überlagern sich zu einer Wellenfront.
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Entwicklung der Vorstellungen über das Licht." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/entwicklung-der-vorstellungen-ueber-das-licht (Abgerufen: 05. July 2025, 17:37 UTC)

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Photonen

Licht kann man sich als einen Strom von winzigen Energieportionen, den Photonen, vorstellen. Jedes dieser Photonen besitzt Energie und bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Ihm kann eine Masse und ein Impuls zugeordnet werden.
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Das Modell Lichtstrahl

Licht ist eine sehr komplizierte Erscheinung, die mit unterschiedlichen Modellen beschrieben werden kann. Da ein Modell jeweils nur einige Merkmale oder Eigenschaften eines Originals widerspiegelt, hat jedes der Modelle einen bestimmten Anwendungsbereich. Das Modell Lichtstrahl ist ein Modell zur Darstellung des Weges, den das Licht zurücklegt. Es wird vor allem dann genutzt, wenn man in einfacher Weise die geradlinige Ausbreitung des Lichtes, die Entstehung von Schatten oder den Verlauf des Lichtes bei der Reflexion und bei der Brechung darstellen will. Das Modell versagt bei solchen Erscheinungen wie der Beugung, der Interferenz oder der Polarisation.

Reflexion von Licht

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Wenn Licht an einer Fläche reflektiert wird, so ist der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel. Es gilt:

α = α '

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Grundlegende Kenntnisse über die Ausbreitung von Licht und die Wechselwirkung des Lichts mit Stoffen wurden bereits in der Sekundarstufe 1 vermittelt. Das gilt für die Schattenbildung ebenso wie für die Reflexion und die Brechung. Neu ist in der Oberstufe die Einbeziehung des huygensschen Prinzips. Damit ist bei Nutzung des Wellenmodells nicht nur eine Beschreibung, sondern auch eine Erklärung für Reflexion und Brechung möglich. Im Test geht es vorrangig darum zu prüfen, ob grundlegendes Wissen zu elementaren Grundlagen vorhanden ist und auf einfache Sachverhalte angewendet werden kann.

 

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Additive Farbmischung

Bei der additiven Farbmischung wird im Unterschied zur subtraktiven Farbmischung Licht verschiedener Farbe auf dieselbe Stelle gelenkt und überlagert (addiert) sich. Diese Überlagerung ergibt neue Farben. Die Grundfarben der additiven Farbmischung sind Blau, Grün und Rot in gleicher Intensität. Additive Farbmischung wird beim Farbensehen, bei Fernsehgeräten und Monitoren sowie teilweise beim Vierfarbendruck genutzt.

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