Geometrische Optik

Zusammenfassung

Ganz analog wie bei Elektronen und Ionen verrät sich die Wellennatur des sichtbaren Lichtes infolge der kleinen Wellenlänge nur in Phänomenen von kleinstem Ausmaß. Bei allen Experimenten großen Stils scheint Licht sich in Gestalt geradliniger Strahlen auszubreiten, eine Tatsache, von der die Geodäsie und Astronomie weitestgehend für sehr genaue Messungen Gebrauch machen. Im Laboratorium demonstriert man die geradlinige Ausbreitung z.B. mittels der Lochkammer: Vor einer durchlochten Wand (Lochblende) B befinde sich ein leuchtender Gegenstand, z.B. ein leuchtender Pfeil (Abb. 9.1). Auf einem dahintergestellten Schirm S erkennt man ein umgekehrtes Bild, das um so schärfer erscheint, je enger B ist: Jedem leuchtenden Punkt P des Pfeils entspricht ein kreisförmiger Fleck, die Schnittfläche des Strahlenkegels, der von P ausgeht und durch B begrenzt wird, mit dem Schirm S. Dieser Fleck wird aus geometrischen Gründen um so kleiner, je kleiner B ist. Der Versuch, ihn praktisch punktförmig zu machen, indem man B immer weiter verkleinert, scheitert nicht allein aus Intensitätsgründen: Unterhalb einer gewissen Größe von B wird das Bild wieder unschärfer, der Strahlenkegel hinter B verbreitert sich. Diese „Beugung“ (vgl. Abschnitt 10.2) des Lichtes ist eine Folge seiner Wellennatur. Wenn man also definieren will, was „Lichtstrahlen“ eigentlich sind, so kann man bestimmt nicht sagen „Lichtkegel mit unendlich kleinen Öffnungswinkeln“, denn die gibt es gar nicht. Es gibt nur Lichtbündel endlicher Öffnung. Die Lichtstrahlen sind die Wege der Lichtenergie in solchen Bündeln. Diese Wege stehen überall senkrecht auf den Wellenflächen der Lichtwellen, außer in Medien, in denen die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes von der Richtung abhängig ist (vgl. Doppelbrechung, Abschnitt 10.3.3).