Die Geschichte des Lichts - Mathe

Die Geschichte des Lichts
von Lina Schneider
Optik
gr.: Lehre vom Licht
ältestes Gebiet der Wissenschaft
Babylon 5000 BC: Kenntnis der gradlinige Ausbreitung des Lichts; Anwendung dieses
Gesetztes für astronomische Geräte
<=> dennoch eher Erfahrungstatsache
• Griechenland des 6. Jhdt. v. Chr.: erstmals wissenschaftliche Behandlung der Optik
=> hauptsächlich Erklärung des Sehvorganges
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Antike
Pythagoras
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570-510 v. Chr.
Vertreter der Sehstrahlenhypothese
• heiße Ausdünstungen werden vom Auge zum (kalten) Gegenstand geschickt
• Widerstand drängt strahlen zurück, Empfindung gelangt ins Auge
• Beweis: Tiere sehen bei Nacht
Atomisten
• 5. Jhdt. v. Chr.
• Vom Gegenstand lösen sich Atome ab: Abbilder des Gegenstandes
• fliegen gradlinig, sehr schnell und nach allen Seiten durch die Luft
• dringen ins Auge
=> Sehempfindung
Stoiker
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4. Jhdt. v. Chr.
Sehpneuma
• gelangt vom seelischem Zentralorgan in die Pupille
• versetzt die Luft zwischen Pupille und Gegenstand in Spannungszustand
• kegelförmige Ausbreitung dessen; in Wellen
=> Auge betastet Gegenstand, Gestalt wird vermittelt
• Medium Luft = dick, durch Sonnenlicht verdünnt
=> kann nur dann Spannung übertragen
Aristoteles:
384-322 v. Chr.
Licht ist nichts körperliches, das sich zwischen Auge und Gegenstand bewegt
Gegenstand wirkt auf Auge ein mittels Medium
Äther = das Durchsichtige
• potentiell durchsichtig = dunkel
• Einwirkung durch leuchtenden Körper
=> aktuell durchsichtig = hell
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=>
Hipparch
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=>
190-120 v. Chr.
wie Hände, die die Umgebung ertasten
unendliche Ausbreitungsgeschwindigkeit
Begründung: man kann Entferntes sofort sehen
Heron
• 10-70 n. Chr.
• Sehstrahlen nehmen kürzesten Weg
=> gradlinige Ausbreitung
Ptolemäus
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=>
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=>
100-175 n. Chr.
Sehstrahlen durch Luft abgeschwächt
Körper deutlich zu sehen, wenn er Strahlen festhalten kann
eingeschränkte Reichweite des Sehens
Körper sind deutlich zu sehen, wenn sie die Strahlen festhalten können
möglich, wenn der Körper leuchtend/ beleuchtet ist
Sehstrahlen & Sonnenstrahlen
• Lichtstrahlen.
<=> verschiedene Arten des Lichts
=> sehen nur durch Sehstrahlen
Geometrische Optik
Platon
424-347 v. Chr.
Kannte vermutlich eine Form des Reflexionsgesetzes
Ausführliche Beschreibung von Reflexion an sphärischen und Parabolspiegeln sowie von
Lichtbrechung
=> abknickendes Ruder im Wasser
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Aristoteles
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verwendete Reflektionsgesetz zur Erklärung des Regenbogens
• Reflexion der Sonnenstrahlen an Wassertropfen der Regenwolke
• werden verdunkelt
=> Farben: Mischung aus den zwei Grundfarben schwarz und weiß
Euklid
• 360-280 v. Chr.
• Theorien zur Reflexion und Lichtbrechung
• Beobachtung: brennbare Gegenstände können mittels Hohlspiegeln entzündet werden
(=> Licht = Energie)
• Einführung des gradlinigen Lichtstrahls als abstrakte mathematische Vorstellung
Heron
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Reflexion an Metallspiegeln
• Poren durch Politur geschlossen
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=> kein Strahl kann hindurch im Gegensatz zu durchsichtigen Medien
Totalreflexion
Ptolemäus
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Totalreflexion
Systematische Untersuchung der Brechung
• Messung der Brechwinkel bei verschiedenen Medien mit geteiltem Kreis
=> sein Gesetz gilt nur für kleine Winkel
Abu Sad al-Ala ibn Sahl
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940-1000 n. Chr.
erstes richtiges Brechungsgesetz
Abu Ali al Hasan ibn al-Haitham
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=>
965-1040 n. Chr.
Lichtbrechung und -reflexion
optische Vergrößerung durch konkave Spiegel
Erfinder der Lupe
<=> dennoch waren diese Erkenntnisse viele mehr Erfahrungstatsachen, einige Phänomene waren
unerklärlich
<=> Widerspruch zwischen Reflexion und Brechung: widerspricht gradliniger Ausbreitung
=> Stillstand der Forschung im Mittelalter
Neuzeit
Willebrord Snellius
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1580-1626
snelliussche Brechungsgesetz
René Descartes
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1596-1650
Brechungsgesetz
„leerer“ Raum ist mit Materie gefüllt
eng aneinander gepresste, kugelförmige Lichtteilchen
=> statischer Druck = Licht
Christiaan Huygens
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1629-1695
erste vollständige Undulationstheorie
• Licht = Welle
• breitet sich durch den unsichtbaren Licht-Äther aus
• Äther befindet sich überall, auch im Weltall
=> Erklärung von Reflexion und Brechung
Hygenssche Prinzip
Robert Hooke
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1635-1703
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Wellentheorie
• Licht breitet sich im homogenen Medium mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in alle
Richtungen in Form von Vibrationen (Schwingungen) aus
• kein materieller Transport
=> Übermittlung von Informationen über den Bewegungszustand
• Veränderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit beim Übergang in ein anderes Medium
=> Lichtbrechung
Sir Isaac Newton
1643-1727
Korpuskulartheorie
• Licht besteht aus Korpuskeln (kleine Teilchen)
• werden von Lichtquelle gradlinig durch den Raum geschleudert
=> ändern ihre Richtung, wenn sie auf eine Hindernis prallen
=> mechanische Erklärung der Reflexion
<=> unzulängliche Erklärung für Brechung und Beugung
• Korpuskeln breiten sich im Medium Äther aus
=> Wärmeübertragung
• Experimente mit Lichtspalt und Prisma
=> weißes Licht aus Farben zusammengesetzt (Frühere Vorstellung: Prisma fügt Farben
hinzu)
=> Erklärung des Regenbogens
• Farben entstehen durch unterschiedlich große Korpuskel
=> seine Theorie wurde favorisiert
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Thomas Young
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1773-1829
Doppelspaltexperiment
=> Erklärung von Beugung, Interferenz und Polarisation
maß als Erster die Wellenlänge des Lichts
François Arago
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1786-1853
Licht = Transversalwellen
Augustin Jean Fresnel
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1788-1827
Licht = Welle im schwingenden, elastischen Medium Äther
Erklärung des Interferenzphänomens (Interferenzversuch mit Biprisma)
Erklärung der Polarisation in Zusammenarbeit mit Arago
Michael Faraday
• 1791-1867
• Licht und Magnetismus sind zwei miteinander verbundene physikalische Phänomene
=> Faraday Effekt
• Licht = transversale Schwingungen
James Clerk Maxwell
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1831-187
Theorie des Elektromagnetismus
Zusammenwirken von elektrischen und magnetischen Kräften
Ausbreitung von elektrischen und magnetischen Feldern in Form von
elektromagnetischen Wellen mit Lichtgeschwindigkeit
Licht = elektromagnetische Strahlung
Maxwell-Gleichungen
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Heinrich Hertz
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1857-1894
Licht = elektromagnetische Schwingungen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten
brachte dieses Wissen nach Deutschland (Deutschland war vorher etwas im Rückstand mit
der Forschung)
=> alle hielten an der Vorstellung des Äthers als (bevorzugtes) Ausbreitungsmedium des Lichtes
fest
=> diese Vorstellung wurde jedoch durch Experimente widerlegt
Michelson-Morley-Experiment
Albert Abraham Michelson: 1852-1931
=> durchgeführt 1881
• Edward Morley: 1838-1923
=> durchgeführt 1887
• untersuchte den Einfluss der Bewegung des Äthers auf die Geschwindigkeit des Lichtes
=> kein Einfluss
=> kein Ätherwind
=> kein Äther
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=> diese Vorstellung des Äthers wurde letztlich von Albert Einstein (1879-1955) durch seine
Spezielle Relativitätstheorie abgeschafft
Derzeitiges Wissen
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sichtbares Licht = schmaler Bereich eines weiten Spektrums elektromagnetischer
Schwingungen
Wellen-Teilchen-Dualismus
• Licht besitzt sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften