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.

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).

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.