Die “Optik” beschäftigt sich dabei hauptsächlich mit der Ausbreitung von Licht, der Wechselwirkung von Licht mit Materie und optische Abbildungen. Grundlage der “Optik” ist die Wellennatur des Lichts, dass -je nach Betrachtung- Teilchen- oder Welleneigenschaften hat.
Das Licht
In der Optik wird Licht als der Bereich der elektromagnetischen Strahlung bezeichnet, den das menschliche Auge (Wellenlänge von 380nm bis 780nm) wahrnehmen kann. Das Licht bzw. das Lichtspektrum ist die Gesamtheit aller von menschlichen Augen wahrnehm- und unterscheidbaren, reinen (monochromatischen) Spektralfarben. Das natürliche Tageslicht (weißes Sonnenlicht) deckt alle Farben des sichtbaren Spektrums ab:
| (Spektral) Farbe |
Wellenlänge |
| Violett |
380-420nm |
| Blau |
420-490nm |
| Grün |
490-575nm |
| Gelb |
575-585nm |
| Orange |
585-650nm |
| Rot |
650-750nm |
Licht wird als elektromagnetische Strahlung angesehen und von einer Lichtquelle ausgesendet wird. Das Licht breitet sich mit “Lichtgeschwindigkeit” aus, wobei die Lichtgeschwindigkeit die höchste bekannte Geschwindigkeit ist.
Die Modellvorstellung des Lichtes
Wie in der Einführung zur Optik beschrieben, war die Modellvorstellung des Lichtes lange Zeit ein Streitthema in den Naturwissenschaften. Es gab zwar mehrere Modellvorstellungen, aber kein Modell konnte alle optischen Phänomene zufriedenstellend beantworten. Heute weiß man, dass das Licht sowohl Teilcheneigenschaften, als auch Welleneigenschaften hat. In dem Teilgebiet der Optik – Strahlenoptik wird das Licht als Strahl gesehen. Damit die Beugungsphänomene (z.B. Doppelspaltexperiment) erklärt werden kann, muss das Licht als Welle betrachtet werden.
- Modell – Licht als Teilchen: Diese Modellvorstellung basiert auf dem sog. Fotoeffekt, dabei werden Elektronen mit Hilfe von Licht aus einem Atom herausgeschlagen. Wichtig ist aber zu wissen, dass die Anwendung des Welle-Teilchen-Dualismus nur für Elementarteilchen (Elektronen, Photonen) Sinn ergeben. Dabei beschreibt dieses Modell (Licht als Teilchen – Photonen) wie Emission, Absorption und Spektrallinien.
- Modell – Licht als Welle: Diese Modellvorstellung basiert auf dem Doppelspaltversuch, der erstmals von Thomas Young im Jahre 1801 durchgeführt wurde und somit den Wellencharakter von Licht nachgewiesen hat.
Formeln in Zusammenhang mit Licht
- De Broglie formulierte den allgemeinen Zusammenhang zwischen dem Impuls p (daraus lässt sich auch die Energie ableiten) und der damit verbundenen Wellenlänge l (auch bekannt unter De Broglie Wellenlänge, Planck’sches Wirkungsquantum (h=6,62606896·10-34 Js):
- Ebenfalls gibt es einen Zusammenhang zwischen Frequenz f, Wellenlänge l und der Geschwindigkeit c.
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