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.
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.