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Geschichte

Geschichte der Optik

Die Optik - die Lehre vom Licht - wurde schon im Altertum betrieben. Mit der Entwicklung von Glaslinsen, welche den Bau von Brillen, Teleskopen, Mikroskopen und Spektralapparaten ermöglichten, erlebte diese Wissenschaft eine Blütezeit. In der Moderne konnte u.a. durch Betrachtungen am Licht unser Weltbild revolutionär verändert werden.

Im Folgenden sind einige Meilensteine in der Entwicklung der Optik und der Vorstellung vom Licht kurz zusammengestellt.

EUKLID (ca. 300 v.Chr.) - der große Lehrmeister der Mathematik aus Alexandria - spricht bereits von der geradlinigen Lichtausbreitung. Allerdings geht er - wie auch alle griechischen Wissenschaftler vor ihm - von einem falschen Sehvorgang aus (vom Auge gehen Sehstrahlen aus). Er formuliert das Reflexionsgesetz und untersucht den Zusammenhang zwischen der scheinbaren Größe eines Gegenstandes und dem Sehwinkel.

Claudius PTOLEMÄUS (ca. 100 - 160 n.Chr.), griechischer Wissenschaftler, der auch in Alexandria lehrte. Von ihm stammen die ersten Tafeln, welche den Zusammenhang zwischen dem Einfalls- und dem Brechungswinkel beschreiben. Auch die Lichtbrechung in der Atmosphäre wird von PTOLEMÄUS beschrieben.

ALHAZEN (965 - 1039 oder 1040), arabischer Gelehrter. ALHAZEN untersuchte u.a. die Reflexion an gekrümmten Spiegeln, die Brechung des Lichts in der Atmosphäre und die Vergrößerung von Linsen. Er erklärte die scheinbare Größe von Sonne und Mond, wenn diese nahe am Horizont stehen. Die Übersetzungen der Schriften ALHAZANs ins Lateinische hatten großen Einfluss auf die abendländische Wissenschaft.

Roger BACON (1214 - 1292 oder 1294) beschreibt die Gesetze der Spiegelung (auch am Hohlspiegel) und der Brechung. Forschungen über die Entstehung des Regenbogens. Manche Autoren bezeichnen ihn als den Erfinder der Brille (unsicher). Sein großes Verdienst besteht im Vorantreiben der experimentellen Wissenschaft. Er gilt somit als Vorbereiter einer moderneren Sicht der Naturwissenschaften.

Johannes KEPLER (1571 - 1630) erkennt, dass die Intensität des Lichts einer Punktlichtquelle mit dem Quadrat des Abstands abnimmt. Er erklärt den Sehvorganges mit Hilfe der Augenlinse und deutet die Bildentstehung bei der Lochkamera. Vorschlag für den Bau eines nach ihm benannten Fernrohrtyps (KEPLERsches Fernrohr), das im Gegensatz zum Fernrohr des GALILEI zwei Sammellinsen benutzt. Christoph Schreiner war einer der ersten, der ein solches Fernrohr baute.

SNELLIUS (1580 - 1626) beschreibt das Brechungsgesetz quantitativ. Später erfährt dieses Gesetz durch FERMAT eine sehr interessante Deutung mit Hilfe eines Minimalprinzips.

Galileo GALILEI (1564 - 1643) perfektionierte das in Holland gebaute Fernrohr aus einer Sammel- und einer Zerstreuungslinse. Er entdeckte damit die Mondkrater und die Jupitermonde. Diese Entdeckungen ließen ihn am geozentrischen Weltbild zweifeln.

Francesco Maria GRIMALDI (1618 -1663) beschreibt als einer der ersten die Beugung und Interferenz von Licht, die er beim Durchtritt des Lichts durch kleine Öffnungen beobachtete. Er vermutet, dass sich Licht ähnlich wie Schall wellenartig ausbreitet.

Isaac NEWTON (1642 - 1727) gelingt u.a. die systematische Zerlegung des weißen Lichts in die Spektralfarben mit Hilfe eines Prisma. Er erfindet das erste Spiegelfernrohr (anstelle einer Sammellinse wird ein gekrümmter Spiegel als Objektiv verwendet). Für die Deutung der Reflexion und Brechung geht Newton davon aus, dass Licht aus kleinen Teilchen besteht, welche an der Grenzfläche von Medien Kräfte erfahren (Korpuskelbild vom Licht).

Ole Christensen RØMER (1644 - 1710) bestimmt mit Hilfe der Jupitermonde die Lichtgeschwindigkeit quantitativ und erhielt einen Wert in der Größenordnung von etwa 200 000 km/s.

Christiaan HUYGENS (1629 - 1695) deutete die Reflexion, Brechung und Beugung mit dem Wellenmodell des Lichts (Huygen'sches Prinzip). Ähnlich wie der Schall z.B. die Luft als Ausbreitungsmedium benötigt, postulierte Huygens als Ausbreitungsmedium für das Licht den sogenannten Äther. Diese Äther-Theorie hielt sich mit einigen Modifikationen sehr lange, bis Albert Einstein zu Beginn des 20. Jahrhunderts aufgrund der Ergebnisse von sehr genauen Experimenten von Michelson und Morley davon ausging, dass es gar keinen Äther gibt.

Thomas YOUNG (1773 - 1829) kann zeigen, dass es hinter zwei sehr engen Spalten zur Interferenz von Licht kommt., was die Wellentheorie von Huygens stützt. Das Auftreten von Interferenz ist ein starker Hinweis auf eine Wellenstrahlung. Young gelingt es auch, die Wellenlänge des Lichts zu messen.

Augustin Jean FRESNEL (1788 - 1827). Von ihm stammt eine umfangreiche Abhandlung, in der zahlreiche Interferenzversuche aufgeführt sind, welche die Wellenauffassung vom Licht stärken. Von FRESNEL stammen auch umfangreiche mathematische Abhandlungen über die Wellentheorie.

Léon FOUCAULT (1819 - 1868) bestimmte mit Hilfe eines schnell rotierenden Spiegels, die Geschwindigkeit des Lichts im Vakuum und der Luft zu etwa 298000 km/s.

James Clerk MAXWELL (1831 - 1879) stellt eine Theorie des Elektromagnetismus auf, aus der sich die Existenz elektromagnetischer Wellen ergibt, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Licht wir als elektromagnetische Welle erkannt.

Heinrich HERTZ (1857 - 1894) kann als erster die von MAXWELL postulierten elektromagnetischen Wellen im Labor erzeugen und zeigen, dass diese sich wie Licht verhalten (Spiegelung, Brechung, Beugung, Interferenz).

Albert Abraham MICHELSON (1852 - 1931) und Edward William MORLEY (1838 - 1923) entwerfen zusammen ein Experiment, welches die Geschwindigkeit der Erde relativ zum Lichtäther nachweisen soll. Das Versuchsergebnis führt zu einer neuen Sicht des Lichts durch Einstein.

Albert EINSTEIN (1879 - 1955) nahm zur Deutung des Photoeffekts an, dass das Licht aus kleinsten Energie-Quanten, den Photonen, besteht. In der modernen Quantenphysik geht man davon aus, dass sich Licht weder wie eine klassische Welle (Huygens) noch wie ein klassisches Teilchen (Newton) verhält. Licht zeigt sowohl Wellen- als auch Teilchencharakter.

Abbildungen auf dieser Seite

EUKLID: von Photograph taken by Mark A. Wilson (Wilson44691, Department of Geology, The College of Wooster). [1] (Eigenes Werk) [Public domain], via Wikimedia Commons
Claudius PTOLEMÄUS: unbekannter Autor [Public domain], via Wikimedia Commons
ALHAZEN: von 1001 Inventions Ltd [CC-BY-SA-4.0], via Wikimedia Commons
Roger BACON: Foto von Michael Reeve [Public domain], via Wikimedia Commons
Johannes KEPLER: unbekannter Autor [Public domain], via Wikimedia Commons
SNELLIUS: unbekannter Autor [Public domain], via Wikimedia Commons
Galileo GALILEI: von Justus Sustermans [Public domain], via Wikimedia Commons
Francesco Maria GRIMALDI: von Paruccini at it.wikipedia [Public domain], vom Wikimedia Commons
Isaac NEWTON: von Sir Godfrey Kneller [Public domain], via Wikimedia Commons
Ole Christensen RØMER: von Jacob Coning (etwa 1647–1724) [Public domain], via Wikimedia Commons
Christiaan HUYGENS: von Caspar Netscher (etwa 1639–1684) [Public domain], via Wikimedia Commons
Thomas YOUNG: von Thomas Lawrence, G. Adcock [Public Domain], via Wikimedia Commons
Augustin Jean FRESNEL: unbekannter Autor [Public domain], via Wikimedia Commons
Léon FOUCAULT: unbekannter Autor [Public domain], via Wikimedia Commons
James Clerk MAXWELL: von digitized from an engraving by G. J. Stodart from a photograph by Fergus of Greenock [Public domain], via Wikimedia Commons
Heinrich HERTZ: von Robert Krewaldt, Kaiserplatz 16, Bonn (Cabinetphotograph, Kabinettfotografie) [Public domain], via Wikimedia Commons
Albert MICHELSON: aus Practical Physics, Millikan and Gale, 1920, scanned by B. Crowell [Public domain], via Wikimedia Commons
Edward William MORLEY: unbekannter Autor (http://www.reformation.org/einstein-unmasked.html) [Public domain], via Wikimedia Commons
Albert EINSTEIN: von Ferdinand Schmutzer [Public domain], via Wikimedia Commons