(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 α1 auf die erste brechende Kante der Glasscheibe, wird dort entsprechend der Brechzahl n 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 α. Nach dem Gesetz von SNELLIUS verhält
sich der Winkel β 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 ar = b1= a0
* (1 – x)
Die
Winkel im Dreieck, gebildet aus der Diagonalen, sowie den Seiten a1 und b1, sind:
ε = α – β, γ =
180 – 2*α, δ =
180 – ε - γ.
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