Optik

1. Einfuhrung

Das Licht ist fur den Menschen etwas Faszinierendes seit er denken kann. Licht wurde immer als eine der hochsten Gaben angesehen. So war beispielsweise der Gott der Sonne in vergangenen Kulturen und Volkern meistens ein Gott mit besonderer Stellung. Fur die Inkas war er gar der hochste Gott. Auch der oberste Gott der alten Romer, Jupiter, hatte direkt mit Licht zu tun. Er war der Gott des Himmels, des Tages- und Nachtlichtes. Zeus, der oberste Gott der alten Griechen, war unter anderem zustandig fur die Witterung, also auch Blitz und Donner.

Daher ist es nicht verwunderlich, dass die Erforschung der Natur des Lichtes schon fruh begann. Die Optik, die Lehre des Lichtes, ist eine der altesten Disziplinen in der Physik. Doch diesen Tatsachen zum Trotze konnte die Natur des Lichtes bis heute nicht genau bestimmt werden. Wohl gab es viele verschiedene Spekulationen und Theorien uber das Licht, dessen Eigenschaften, seine Zusammensetzung und seine Herkunft. Es gibt aber auch heute noch keine uber alle Zweifel erhabene Theorie.

Heute gibt es zwei Theorien, die beide moglicherweise richtig sind, sich aber direkt widersprechen. Keine dieser Theorien ist aber widerlegbar und genau darin liegt das Problem. Was sind das aber fur Theorien, die sich gewissermassen so ahnlich und doch so fern sind? Da ware zum einen die Theorie, dass das Licht eine Welle sei, zum anderen das Modell, dass Licht aus Teilchen bestehe. Diese beiden Theorien sind nach heutiger Erkenntnis nicht vereinbar. Bis jetzt gilt das Gesetz, dass etwas entweder aus Energie (z. B. Arbeit) oder aber aus Materie (z. B. Festkorper) bestehe.

Dieses Problem gibt es aber nicht seit dem Beginn der Physik. Anfangs des 20. Jahrhunderts war man sich sicher, dass das Licht auf elektromagnetische Wellen zuruckzufuhren sei. Man konnte alle Gesetze der Optik auf die Grundgesetze der Elektrizitatslehre zuruckfuhren. So glaubte man, das richtige Modell gefunden zu haben, nachdem sich schon etliche grosse Physiker (wie z. B. Newton) mit diesem Problem befasst hatten. Newton kam z. B. mit einem simplen Teilchenmodell aus. Im 18. Jahrhundert kam man jedoch zur Erkenntnis, dass Licht doch auf eine Wellentheorie zuruckzufuhren sei. Ungefahr 50 Jahre spater kam man in eine Krise, da neue experimentelle Ergebnisse nach damaliger Naturauffassung nicht mit der Wellentheorie zu vereinbaren waren. In der 2. Halfte des 19. Jahrhunderts kam man dann eben auf die elektromagnetische Wellentheorie.

Man war aber noch nicht am Ziel, wie sich Anfangs des 20. Jahrhunderts erweisen sollte. Neue experimentelle Befunde konnten durch die Wellentheorie nicht erklart werden. Hier schaffte das Teilchenmodell Abhilfe, obwohl es gewisse andere Erscheinungen des Lichtes nicht erklaren konnte. Man griff also auf eine Theorie zuruck, die ca. 350 Jahre alt war. Newton hatte das Licht ja ebenfalls schon mit einem Teilchenmodell zu erklaren versucht. Durch diese neue Entwicklung in der Modellfrage verfiel die Optik wiederum in eine Krise. Bis heute ist diese Modellfrage nicht vollstandig gelost.

An diesem Beispiel konnen wir sehen, dass die Naturwissenschaften noch lange nicht am Ende aller Wahrheiten ist. Man glaubte schon fruher, die Wahrheit uber das Licht gefunden zu haben. Diese Theorien stellten sich alsbald als falsch heraus, da man zu neuer Erkenntnis gelangt war. Doch die Auffassungsgabe vor dieser Erkenntnis liess eine solche revolutionare Theorie gar nicht zu.

Auch heute konnen die Naturwissenschaften noch an der Auffassungsgabe scheitern, wie uns das Beispiel aus der Optik zeigt. Mit unseren heutigen Mitteln und Wegen ist es uns nicht moglich, die Natur des Lichtes zu erklaren. Dies obwohl verschiedenste Physiker schon vor Jahrhunderten begonnen haben, dieser Natur auf die Schliche zu kommen. Licht war, ist und bleibt also etwas Faszinierendes.