Direkt zum Inhalt

Grundwissen

Licht als Teilchen - Vorstellungen von Newton

Das Wichtigste auf einen Blick

  • In Teilchenvorstellung von Licht besteht das Licht aus winzigen Teilchen (Korpuskeln).
  • Geradlinige Lichtausbreitung und Reflexion können mit dem Modell erklärt werden.
  • Beugung und Interferenz können nicht mithilfe des Modell erklärt werden.

Isaac Newton hatte durch die Entwicklung seiner Axiome zur Mechanik und die Formulierung des Gravitationsgesetzes einen großen Einfluss auf die wissenschaftliche Welt seiner Zeit. Daher setzte sich seine Teilchenvorstellung vom Licht auch zunächst gegenüber der Wellenvorstellung des Lichts (die zu einem wesentlichen Teil auf Huygens zurückgeht) durch. Einige grundlegende Phänomene der Optik lassen sich mit der Teilchenvorstellung wiefolgt deuten:

Geradlinige Lichtausbreitung

lichtausbreitung_teilchen_newton1.svg Joachim Herz Stiftung

Newtons Korpuskulartheorie besagt, dass das Licht aus winzigen Teilchen (Korpuskeln) besteht, die von den leuchtenden Körpern mit großer Geschwindigkeit in alle Richtungen ausgeschleudert werden und sich im leeren Raum geradlinig bewegen.

Reflexion

lichtreflexion_teilchen_newton2.svg Joachim Herz Stiftung

Bei der Reflexion an einem Spiegel bleibt die Geschwindigkeitskomponente \({c_\parallel }\) parallel zum Spiegel erhalten, die Geschwindigkeitskomponente \({c_ \bot }\) senkrecht zum Spiegel ändert das Vorzeichen. Auf diese Weise ergibt sich \(\alpha  = \alpha '\).

Brechung

lichtbrechung_teilchen_newton2.svg Joachim Herz Stiftung

Die Brechung des Lichts im Teilchenmodell stellte man sich wie folgt vor: Beim Übergang vom optisch dünneren (weiß) zum optisch dichteren Medium (grau) bleibt  die Horizontalkomponente der Teilchengeschwindigkeit erhalten. Die Komponente senkrecht zur Grenzfläche wird jedoch vergrößert. Auf diese Weise wird, dass das gebrochene Licht zum Einfallslot hin gebrochen wird. Allerdings müsste sich so die Lichtgeschwindigkeit im optisch dichteren Medium vergrößern. Einige Zeit nach Newton, etwa 1820, stellte Fresnel fest, dass die Lichtgeschwindigkeit im optisch dichteren Medium jedoch kleiner ist.

Probleme des Modells

Die Erkenntnis, dass die Lichtgeschwindigkeit im optisch dichteren Medium kleiner und nicht größer ist, wie auch Schwierigkeiten bei der Erklärung der Beugung, führten dazu, dass sich die Wellenvorstellung bis ca. 1905 gegenüber der Korpuskeltheorie durchsetzen konnte.

Hinweise:
In einigen Passagen von Newtons Arbeiten wurden den Korpuskeln auch Welleneigenschaften zugeordnet, um zu einer besseren Erklärung der Phänomene zu gelangen.
Die unterschiedlichen Farben des Lichts wurden bei Newton durch verschieden große Lichtteilchen erklärt.