Fresnel, Augustin Jean

AUGUSTIN JEAN FRESNEL lebte in einer Zeit gesellschaftlicher Umbrüche, die auch sein Leben beeinflussten. 1789 war das Jahr der Französischen Revolution, 1804 erklärte sich NAPOLEON zum Kaiser der Franzosen, 1814 musste er abdanken.
In den Naturwissenschaften und der Technik dieser Zeit wurden zahlreiche neue Erkenntnisse gewonnen, insbesondere auch auf dem Gebiet der Optik, auf dem dann FRESNEL vorrangig gearbeitet hat. Der Astronom FRIEDRICH WILHELM HERSCHEL (1738-1822) entdeckte das infrarote Licht, der Physiker und Chemiker JOHANN WILHELM RITTER (1776-1827) das ultraviolette Licht. THOMAS YOUNG (1773-1827) fand die Interferenz von Wellen und wies auch bei Licht Interferenzerscheinungen nach. JOSEPH VON FRAUNHOFER (1787-1826) erfand das Beugungsgitter und entdeckte die nach ihm benannten fraunhoferschen Linien im Sonnenspektrum.

Leben und Wirken
AUGUSTIN JEAN FRESNEL wurde am 10. Mai 1788 als Sohn eines Baumeisters in Broglie in der Normandie geboren. Sein Geburtsort gehörte zum Besitz einer Familie, aus der später selbst ein berühmter Physiker hervorgegangen ist, nämlich der Nobelpreisträger LOUIS DE BROGLIE.

Nach dem Besuch der Schule in Caen begann er 1804 sein Studium als Ingenieur an der berühmten Pariser École Polytechnique, an der hervorragende Wissenschaftler als Lehrer wirkten. In den gut eingerichteten Laboratorium dieser Schule eignete sich FRESNEL die handwerklichen und experimentellen Fähigkeiten an, die Voraussetzung für seine grundlegenden optischen Versuche waren. Typisch für die Ingenieurausbildung im napoleonischen Frankreich war eine sehr solide Grundlagenausbildung in Mathematik und Physik. Das befähigte FRESNEL später auch, die schwierigsten theoretischen Probleme der Physik zu bearbeiten.

Anschließend besuchte FRESNEL noch die École des Ponts et Chaussées, eine Ingenieurschule. Danach begann er als Ingenieur für Straßen- und Brückenbau im Staatsdienst zu arbeiten.

In wissenschaftlichen Studien sah er einen Ausgleich zu seiner Arbeit, die ihn oft nicht befriedigte. Insbesondere das Beaufsichtigen der Bauarbeiter, das mit zu seinen Aufgaben gehörte, war ihm zuwider. Er selbst schrieb dazu:

"Ich finde nichts so unerfreulich wie die Notwendigkeit, Leute anzuleiten, und ich gestehe, daß ich nicht imstande bin, das zu tun".

Ab etwa 1814 begann sich FRESNEL mit optischen Problemen zu beschäftigen. Seine berufliche Tätigkeit und auch seine Forschungsarbeiten wurde 1815 jäh unterbrochen. NAPOLEON BONAPARTE kehrte aus der Verbannung von der Insel Elba zurück. FRESNEL stellte sich als Anhänger des Königs den königlichen Truppe zur Verfügung, die vergeblich versuchten, den Marsch des Kaisers auf Paris zu verhindern. Nach der Niederlage verlor er seine Stellung und wurde unter Polizeiaufsicht gestellt, durfte aber zu seiner Mutter in die Bretagne reisen. Auf der Reise begegnete er dem Physiker D. ARAGO (1786-1853), der ihn ausführlich über den Stand der Forschung auf dem Gebiet der Optik informierte. Diese Gespräche waren eine entscheidende Anregung für FRESNEL, sich intensiver mit optischen Problemen zu beschäftigen.

Nach 100 Tagen und der Niederlage NAPOLEONs bei Waterloo wurde die Situation für FRESNEL wieder günstiger. Er konnte seine Tätigkeit als Ingenieur in der Bretagne wieder aufnehmen. Als er wenig später als "Inspektor für die Pflasterung der Hauptstadt" nach Paris versetzt wurde, setzte er auch seine optischen Untersuchungen fort, nun aber in ständigem Kontakt mit Fachkollegen der Pariser Universität und der Akademie der Wissenschaften.

FRESNEL beschäftigte sich insbesondere mit der Interferenz des Lichtes. 1823 wurde er Mitglied der Pariser Akademie der Wissenschaften. 1824 erlitt er einen ersten Blutsturz und zog danach aufs Land, wo er sich eine Linderung seines Leidens versprach. 1825 wählte ihn die britische Royal Society zum Mitglied. Eine Auszeichnung dieser Akademie, die Rumford-Medaille konnte ihm sein Freund ARAGO gerade noch vor seinem Tode am 14. Juli 1827 überreichen.

Wissenschaftliche Leistungen
Seit etwa 1700 gab es zwei unterschiedliche Auffassungen über das Wesen des Lichtes: Während der Holländer CHRISTIAAN HUYGENS (1629-1695) eine Wellenvorstellung vertrat, fasste der berühmte englische Physiker ISAAC NEWTON (1643-1727) Licht als einen Strom kleinster Teilchen auf. Aufgrund der größeren Autorität NEWTONs wurde im 18. Jahrhundert fast durchweg die Teilchenvorstellung anerkannt.

Nun hatte ein Landsmann NEWTONs, der Arzt THOMAS YOUNG
(1773-1829), sich zu Beginn des 19. Jahrhunderts erneut mit der Wellenauffassung beschäftigt. Das regte FRESNEL zu grundlegenden optischen Versuchen an, die er 1815 in seiner Abgeschiedenheit mit einfachen Mitteln und großem technischen Geschick durchführte. Die Ergebnisse fasste er in zwei grundlegenden Abhandlungen zusammen, die er Ende 1815 der Pariser Akademie vorlegte.

Als die Französische Akademie 1817 den Großen Preis der Mathematischen Wissenschaften für das Jahr 1819 zum Thema Beugung des Lichtes ausschrieb, bewogen AMPÈRE und ARAGO ihren Kollegen FRESNEL, seine Arbeiten einzureichen. Er reichte seine überarbeiteten Schriften von 1815 ein und erhielt den Preis der Akademie. Diese Schrift war eine mathematisch exakt formulierte Abhandlung über die Wellentheorie des Lichtes. Insbesondere erweiterte FRESNEL das huygenssches Prinzip der Elementarwellen durch Einbeziehung von Beugung und Interferenz zum huygens-fresnelschen Prinzip.

1821 untersuchte er zusammen mit ARAGO die Polarisation des Lichtes. Im gleichen Jahr entwickelte er eine dünne und großflächige Linse, mit der die gleiche Brechung erzielt werden kann wie mit einer dicken Linse. Diese Art von Linsen werden heute als FRESNEL-Linsen oder auch als Zonenlinsen oder Zonenplatten bezeichnet. Die erste FRESNEL-Linse wurde 1823 in einem neuen Leuchtturm an der Mündung der Gironde benutzt. Wir finden sie heute z. B. in den Overhead-Projektoren oder als großflächige Linsen bei Scheinwerfern und Fahrzeugen (Einparkhilfen).

1822 führte er einen Interferenzversuch durch, bei dem keine Beugung auftritt, indem er das von zwei Spiegeln reflektierte Licht überlagerte. Bild 2 zeigt eine eigenhändige Zeichnung FRESNELs von diesem Experiment zur Interferenz am Winkelspiegel. Damit hat er durch ein Experiment, wie es überzeugender nicht sein kann, die letzten Zweifel an der Wellennatur des Lichtes ausgeräumt. Er schrieb:

"Es ist also völlig erwiesen, daß in gewissen Fällen Licht, hinzugefügt zu Licht, Dunkelheit erzeugt."

In den folgenden Jahren hat FRESNEL die Wellenauffassung über das Licht zu einer abgeschlossenen Theorie entwickelt. Damit schuf er die Grundlagen der Wellenoptik.