Lichtausbreitung

Das von einer Lichtquelle ausgehende Licht breitet sich im leeren Raum geradlinig und allseitig aus, sofern es nicht durch andere Körper oder die von diesen Körpern ausgehenden Einflüsse daran gehindert wird.
Auch innerhalb eines Stoffes, der an jeder beliebigen Stelle und in jeder Richtung die gleichen physikalischen Eigenschaften besitzt, breitet sich Licht geradlinig aus (Bild 1). Solche Stoffe bezeichnet man als homogene Stoffe.
Die geradlinige Lichtausbreitung kann auch nicht durch anderes Licht beeinflusst werden. Lichtbündel können sich kreuzen oder überlagern, in keinem Fall werden sie gegenseitig ihre Ausbreitungsrichtung verändern.

Lichtausbreitung bei speziellen Bedingungen

Komplizierter gestaltet sich die Ausbreitung von Licht, wenn sich die Dichte eines Stoffes verändert, der Stoff also nicht homogen ist. Das ist z. B. in der Atmosphäre unserer Erde der Fall. Es tritt in diesem Fall eine kontinuierliche Brechung auf. Diese nicht geradlinige Ausbreitung des Lichtes führt z. B. dazu, dass wir einen Stern nicht dort sehen, wo er wirklich ist. Wir sehen ihn vielmehr dort, von wo sein Licht herzukommen scheint (Bild 2). Das gilt auch für die untergehende Sonne: Wir sehen aufgrund der nicht geradlinigen Ausbreitung des Lichts in der Atmosphäre die Sonne dann noch, wenn sie bereits unter dem Horizont steht.

Auch an Grenzschichten von Warm- und Kaltluft breitet sich Licht nicht geradlinig aus. Es kann an solchen Temperaturschichtungen Brechung oder auch Totalreflexion auftreten. Das führt zu Erscheinungen wie Luftspiegelungen (Fata Morgana). Zwei Möglichkeiten sind in Bild 3 dargestellt.

Eine nicht geradlinige Ausbreitung von Licht erfolgt auch dann, wenn es unter einem Winkel ungleich 90° auf eine Grenzfläche zwischen zwei optisch verschiedenen Stoffen fällt. In diesem Falle tritt an der Grenzfläche Brechung auf.

Umkehrbarkeit des Lichtweges

Der Weg des Lichtes ist umkehrbar. Das bedeutet: Wenn Licht von einem Punkt A (Lichtquelle) zu einem beliebigen Punkt B verläuft, so würde es, wenn die Lichtquelle in B wäre, den gleichen Weg zum Punkt A in umgekehrter Richtung durchlaufen. Das Licht kann also einen bestimmten Ausbreitungsweg immer in beiden Richtungen durchlaufen. Das bezeichnet man in der Physik als Umkehrbarkeit des Lichtweges.
Diese Eigenschaft kann man bei Konstruktionsaufgaben zum Strahlenverlauf in optischen Geräten nutzen. Ist man zunächst nicht in der Lage, den richtigen Strahlenverlauf vom Gegenstand zum Bild zu konstruieren, darf man die Aufgabe auch in umgekehrter Richtung angehen: Man versucht dann, die Aufgabe ausgehend vom Bild oder vom Auffangschirm/Projektionsschirm des betreffenden Gerätes aus zu lösen.