Lichtbrechung und Reflexion

(10.2008)

Zusammenfassung:

Die Theorie der Geometrischen Optik ist genau so unbefriedigend wie die Annahme der Dualität des Lichtes. Die Widersprüche werden an Hand von Zitaten aus der wissenschaftlichen Literatur dargelegt. Die alternative Theorie, dass Licht nur Teilchenstrom ist, wird im Folgenden mit entsprechenden Argumenten dargelegt.



Die folgende Abbildung 1 soll den Durchgang von Licht durch eine planparallele Glasplatte darstellen, wie die Geometrische Optik das Problem beschreibt. Licht fällt im Winkel αn1 auf die erste brechende Kante der Glasscheibe, wird dort entsprechend der Brechzahl in die Richtung gezwungen, die durch den Winkel β1 gegeben ist. An der zweiten brechenden Kante tritt das Licht wieder in der Richtung α2 aus, die es vor Eintritt in das dichtere Medium hatte. Die Platten A und B sollen zeigen, dass sich die zusammengesetzte Glasscheiben so verhalten wie eine entsprechend dickere Platte.

 

 

  Abb. 1

 

Zitat (1):

Bei ebener Grenzfläche zwischen Vakuum und einem Medium gilt das Brechungsgesetz

           sin α  = n * sin β                                                     Gesetz von Snellius

      α  : Winkel zwischen einfallendem Strahl und Lot auf der Grenzfläche,

      β  : Winkel zwischen gebrochenem Strahl und Lot auf der Grenzfläche im Medium.

      n  : Brechzahl    …

… Ursache der Brechung ist eine Änderung der Lichtgeschwindigkeit c in der Grenzfläche. Die Frequenz des Lichtes bleibt konstant, die Wellenlänge ändert sich. Es gilt

        sin α1/sin α2  = c1/c2

Ist c1 die Lichtgerschwindigkeit im Vakuum, so folgt

                 n  = c1/c2                                                                                                Brechzahl

Zitat Ende.

Die obenstehenden Erläuterungen scheinen das Problem aber nicht vollständig zu erfassen. Die Beobachtung zeigt, daß schon beim Auftreffen des Lichtes auf der Grenzfläche zwischen Vakuum und Material ein Teil des Lichtes reflektiert wird (s. Abbildung 1). Dabei geben andere Literaturstellen nur an, daß sich dabei die Intensität Φ des Lichtes verringert. Auch beim Austritt des Lichtes aus dem Medium in die Umgebung wird Licht reflektiert. Beide Effekte bewirken einen Energieverlust. Licht tritt also entsprechend geschwächt aus dem Glasmaterial aus. Hier zu postulieren, daß die Brechung nur durch Verringerung der Lichtgeschwindigkeit erfolgt, ist gewagt.

Ebensogut kann Licht eine Folge von Energiequanten, die in ganz bestimmten Abständen eintreffen, sein. Die Folge wird als Frequenz und die Abstände als Wellenlänge wahrgenommen. Ganz sicher sind keine Amplituden zu beobachten. Werden nun im dichteren Material einzelne Energiepakete absorbiert, dann kann sich das in Erwärmung des Materials und einer Frequenzänderung äußern. Nach dem Gesetz von LAMBERT-BEER wird z. B. dabei eine Intensitätsreduzierung vorausgesetzt, was sich als Verringerung der Geschwindigkeit, aber auch als Frequenzminderung zeigen kann.

 

Zitat (2):

Geht Licht von Luft in Wasser über, so scheinen Objekte im Wasser näher der Oberfläche zu sein. Die Wassertiefe wird unterschätzt.

Zitat Ende.

In diesem Zitat wird ein immer wiederkehrender Fehler gemacht.

Der außenstehende Beobachter kann nicht beobachten, wie Licht zum Unterwasserobjekt gelangt. Er sieht statt dessen, wie Lichtsignale vom Objekt (hier der Sender) zum Beobachter (hier das Auge) gelangen.

 

Zitat (3):

Nimmt nun der Einfallswinkel stetig zu, so kommt der Moment, da der Ausfallswinkel 90° erreicht, d. h. der Lichtstrahl fällt streifend zur Grenzfläche aus. Für diesen Grenzwinkel gilt

         sin αg  = n2/n1                                    Grenzwinkel

mit

               αg  : Grenzwinkel; n1 : Brechzahl des optisch dichteren Mediums; n2 : Brechzahl des optisch dünneren. Für jeden Einfallswinkel α > αg erfolgt Totalreflexion …

Zitat Ende.

Es kann demnach konstatiert werden, daß sowohl am ersten Übergang des Lichtes vom dünneren zum dichteren Medium, als auch beim zweiten Übergang des Lichtes aus dem dichteren zum dünneren Medium Licht nicht nur gebrochen, sondern auch teilweise reflektiert wird. Das durch eine planparallele Glasscheibe gehende Licht wird dadurch aber auch durch Absorption im Innern des Materials abgeschwächt. Da nach meiner Meinung Licht aus einer raschen Folge von Photonen (Energiepaketen) besteht und auch das reflektierte Licht die gleichen Eigenschaften hat, verliert Licht beim Durchgang durch diese Scheibe zunächst Photonen durch Reflexion, dann durch Absorption und schlußendlich durch abermalige Reflexion.

Folgende alternative Idee soll hier nun anschließend diskutiert werden:

 

 

Abb.. 2

Wenn Licht aus einzelnen, schnell hinter einander folgenden Signalen besteht, die einen Puls  p = mPh*vPh  [J] besitzen, dann geben sie beim Auftreffen auf die erste Trennfläche Energie in Form reflektierter Signale ab (s. Abbildung 2). Der Winkel der ankommenden Signale a0 zur Senkrechten auf der Fläche sei α. Der entsprechende Winkel der reflektierten Signale ist dann ebenfalls αβ. Nach dem Gesetz von SNELLIUS verhält sich der Winkel  der übrig gebliebenen Signale zur Senkrechten der Trennfläche innerhalb des Materials nach der Gleichung

                  sin α / sin β    = n.

Man kann nun in dem Parallelogramm der Kräfte die Diagonale, die im Winkel β zur besagten Senkrechten das Material durchzieht, folgendermaßen berechnen:

                a1  = a0 * x           a= b1= a0 * (1 – x)

Die Winkel im Dreieck, gebildet aus der Diagonalen, sowie den Seiten a1 und b1, sind:

                 εα  =  – βγ,                           = 180 – 2*αδ,                      = 180 – εγ - .

Weiter gilt:

                a1  = a0 * x = b1 * sin δ / sin ε = a0 * (1 – x) * sin δ / sin ε

daraus:

              1/x  = sin ε / sin δ +1

 

Abb. 3


In Abbildung 3 ist aufgezeichnet, wie unter den geschilderten Bedingungen die Reflexion
ar = a0 * (1 – x), sowie der Winkel, unter dem das Licht im Material weiterläuft, vom Einfallswinkel α des Lichtes auf die planparallele Glasplatte abhängt.

 

 

Abb. 4

Der Großteil des reflektierten Lichtes ist polarisiert, wogegen der die Glasplatte passierende Lichtanteil nicht polarisiert ist.

In Abbildung 4 wird dargestellt, daß das zunächst die erste brechende Kante treffende Lichtbündel nicht nur dort und an der zweiten brechenden Kante in die ursprüngliche Richtung gebrochen und damit parallel verschoben wird, sondern an der zweiten Kante ebenso reflektiert wird. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrfach, wobei das Licht im Fortgang nicht nur geschwächt, sondern auch violett verschoben wird. Dieser Effekt wird noch deutlicher beobachtbar bei einer Doppelverglasung (Abb. 5).

 

Abb. 5

Das hier beobachtete Phänomen, nämlich die Änderung der Farbe des Lichtes von weiß über violett nach rot, je häufiger das Licht die Glasplatten durchläuft, deutet daraufhin, dass im Medium bei sonst fast konstanter Geschwindigkeit die Frequenz wegen Verlustes von Photonen abnimmt und somit die Wellenlänge (Abstand zwischen den Teilchen) zunimmt. Hier soll auch auf die Abhandlung bezüglich des Regenbogens verwiesen werden. Allerdings muss auch auf den Unterschied hingewiesen werden, dass im vorliegenden Fall nur ein einzelnes Bündel von Lichtpulsen berücksichtigt wird, während das Prisma oder der Regenbogen von einer breiteren Front von Lichtbündeln getroffen wird.

PLANCK und EINSTEIN haben gezeigt, daß im Photonen-Bereich Energie nur in bestimmten Portionen (Quanten: h [Js]) emittiert oder absorbiert werden kann. Da die Energie E der Strahlung ein Produkt aus Wirkungsquantum h und der Anzahl von Quanten f pro Zeiteinheit und h nicht teilbar ist, liegt es nahe, daß die im Material abgegebene Energie (Wärmetönung) sich auch im Verlust von einzelnen Photonen aus dem gesamten Verband bemerkbar macht. Also muß die Photonenfolge (Frequenz: f  [1/s]) abnehmen. Die Energie und der Impuls eines einzelnen Photons bleibt ungeachtet des Vorhergehenden fast konstant, denn es nicht einsehbar, dass die restlichen Photonen ihre Geschwindigkeit dramatisch verlieren (außer: s. LAMBERT-BEER).

[09.10.2008]


(1)  dtv-Atlas zur Physik, 4Bd. 1, S. 142

(2)  dtv-Atlas zur Physik, Bd. 1, S. 143

(3)  dtv-Atlas zur Physik, Bd. 1, S. 145

 

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f    aktualisiert am: 21.03.2016  copyright: G. Dinglinger. 41564 Kaarst; Mail: gdinglinger@gmx.de