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Historisches: Weißes Licht setzt sich aus verschiedenen Farben zusammen. Das erklärt aber noch nicht, was Licht eigentlich ist. Seit Beginn des 17. Jahrhunderts wurden vermehrt Lichterscheinungen experimentell untersucht. Dabei stand auch immer die Frage nach der Natur des Lichts im Zentrum des Interesses. Die dazu entwickelten physikalischen Modelle wurden nach Möglichkeit der Mechanik entnommen, da mechanische Vorgänge besonders anschaulich sind. Zu Beginn des 19. Jahrhunderts gab der Arzt und Universalgelehrte THOMAS YOUNG (1773-1829) erstmals experimentelle Hinweise dafür, dass Licht Wellennatur hat. (Übrigens hat Thomas Young, hauptberuflich Arzt, auch wesentlich zur Entzifferung der Hieroglyphen beigetragen: ein Universalgenie.)
Bei Wasserwellen und Schallwellen wissen wir, wie sie zustande kommen. Wasserwellen sind im wesentlichen Auf- und Abwärtsbewegung von Wassermolekülen. Schallwellen entstehen durch abwechselnde Verdichtungen und Verdünnungen der Luft. Wie aber kommen Lichtwellen zustande? Diese Frage hat den Physikern im 19. Jahrhundert viel Kopfzerbrechen bereitet. Alle Modelle, die Licht als mechanische Welle zu erklären versuchten, scheiterten schließlich. Die Lösung dieser schwierigen Frage kam dann allerdings nicht aus der Mechanik, sondern aus der Elektrizitätslehre. Der Englische Physiker JAMES CLERK MAXWELL (1831-1879) sagte die Existenz von elektromagnetischen Wellen voraus. Im Jahre 1886 gelang es dem deutschen Physiker HEINRICH HERTZ (1857-1894) diese Wellen experimentell nachzuweisen. Elektromagnetische Wellen werden im Gegensatz zu Wasser- oder Schallwellen nicht durch schwingende Teilchen gebildet, sondern entstehen durch sich ausbreitende elektrische und magnetische Felder. Der Beschleunigung von geladenen Teilchen entspricht eine Änderung des durch die Bewegung der geladenen Teilchen gebildeten elektrischen Stromes. Mit der Beschleunigung der geladenen Teilchen ist eine Änderung des entstandenen Magnetfeldes verbunden. Man kann zeigen, dass diese Änderung des Magnetfeldes zur Ausbildung einer Schockwelle ähnlich wie bei der Änderung des elektrischen Feldes führt. Sie können sich damit auch im Vakuum ausbreiten. Im Zusammenhang mit Licht waren diese Wellen aus zwei Gründen interessant:
--> Die Theorie ergab für die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Wellen einen Wert, der gut mit der gemessenen Lichtgeschwindigkeit (ca. 300\'000 km/sec.) übereinstimmte.
--> Die Untersuchungen von HERTZ zeigten, dass diese Wellen die gleichen Eigenschaften haben wie Licht: Spiegelung, Brechung ...
Daher lag die Vermutung nahe, Licht sei eine elektromagnetische Welle. Dieses Modell erwies sich in der Folge als sehr erfolgreich: Alle damals bekannten Lichterscheinungen konnten dadurch erklärt werden. Damit war erwiesen: Licht zeigt alle Aspekte einer elektromagnetischen Welle. Nun weißt Du vielleicht schon, dass beispielsweise auch Radiowellen elektromagnetische Wellen sind. Worin liegt nun der Unterschied zwischen einer Radiowelle und einer Lichtwelle? Der Unterschied liegt einzig in ihrer Frequenz bzw. Wellenlänge. Die Wellenlänge ist der räumliche Abstand zwischen zwei Wellenbergen. Die Frequenz f besagt, wie oft diese Wiederholung innerhalb einer Sekunde stattfindet. Die Frequenz ist die Anzahl Wellenberge, die an einem festen Punkt in einer Sekunde vorbeigehen. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Naturkonstante. Sie hat den hohen Wert von c = 3*108 m/s = 300\'000 km/sec. Im Vakuum breiten sich alle elektromagnetische Wellen, unabhängig von Frequenz und Wellenlänge, gleich schnell aus. Elektromagnetische Wellen können auf ganz verschiedene Weisen und mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt werden. Die Unterteilung des elektromagnetischen Spektrums orientiert sich an verschiedenen Erscheinungsformen und ist etwas willkürlich. Für den Menschen ist der schmale Bereich mit dem sichtbaren Licht zentral. Selbstverständlich sieht der Mensch nicht zufällig in einem Wellenlängenbereich! Unsere Augen nehmen diejenigen elektromagnetischen Wellen am besten wahr, die im Sonnenlicht am häufigsten vorhanden sind. Die Sonne gibt ihre Energie vorwiegend als sichtbares Licht ab. Die Wellenlängen im Sichtbaren nehmen von Violett nach Rot (400 nm < < 750 nm) etwa auf das Doppelte zu. Das wäre in der Musik nur eine einzige Oktave.
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