Die Entwicklung der Wellentheorie
Beugungs- und Interferenzerscheinungen wurden schon Anfang des 17. Jahrhunderts beobachtet, jedoch nicht als solche erkannt. Meist bei Sonnen- oder Mondbeobachtungen mit einer Lochkamera stellte man fest, dass bei sehr kleiner Lochgröße das Bild größer und unscharf wurde, oder das Bild sogar von einer regenbogenartigen Erscheinung umgeben war.
1648 beschrieb Marci Versuche, bei denen er Licht auf kleine Öffnungen, Drähte, Ränder von Schirmen, Spalte und Systeme von Spalten, von ihm Gitter genannt, fallen lies. Er beobachtete farbige Schattenränder, deren Entstehung er aber ähnlich wie bei Prismen zu erklären versuchte. Auch die Farben bei bunt schillernden Seifenblasen bemerkte er schon, nur seine Erklärungsversuche waren noch falsch. Dennoch deutete Marci bereits das "Huygenssche Prinzip" an: Licht breitet sich von einer Lichtquelle in Form einer Kugel aus. Trifft es auf den Übergang zwischen zwei Medien, werden von jedem vom Licht getroffenen Punkt weitere Lichtkugeln ausgesandt.
Francesco Maria Grimaldi gilt als einer der
eigentlichen Mitbegründer der Wellentheorie. Er untersuchte die Beugung
des Lichts in vielen Versuchen. Als Lichtquelle benutzte er z. B. eine kleine
Öffnung in einem Fensterladen. Brachte er einen Gegenstand in den Lichtkegel,
stellte er fest, dass der Schatten auf einem Schirm größer war
als er sein dürfte. Innerhalb des Schattens sah er farbige Streifen.
Machte er in den Fensterladen zwei dicht beieinanderliegende Löcher,
konnte er im beleuchteten Fleck eines Schirms dunkle Linien erkennen, was
ihn zum Prinzip der Interferenz brachte.
Aus seinen Versuchen folgerte Grimaldi, dass es neben der geradlinigen
Lichtausbreitung, der Reflexion und der Brechung
noch eine weitere Art geben müsse, die er diffractio (Beugung)
nannte und durch Vergleich des Lichtes mit der Wellenausbreitung in Wasser
erklärte.
Die Ausbreitung des Lichts stellte er sich so vor, dass sich überall
da, wo das Licht entlangläuft, sekundäre Lichtquellen bilden,
die kreisförmige Wellen in alle Richtungen senden. Das klang schon
sehr nach dem "Huygensschen Prinzip".
Wohl als erster trat Robert Hook definitiv für die Wellentheorie des Lichts ein. Er untersuchte die Farben dünner Schichten in Experimenten mit Glimmerplättchen, Luft- und Flüssigkeitsschichten zwischen Glasplatten, Seifen- und Gasblasen sowie Metalloberflächen. Hooke erkannte, dass
- die Farben immer dann auftreten, wenn eine sehr dünne durchsichtige Schicht zwischen Stoffen mit anderer Brechungszahl liegt,
- bei gleicher Schichtdicke die gleiche Farbe auftritt, die Farben bei zunehmender Schichtdicke aber periodisch aufeinander folgen,
- die Schichtdicke zwischen einem Minimum und einem Maximum liegen muss, damit überhaupt Farben auftreten.
Hooke stellte sich Licht als Schwingungsbewegung (ähnlich Wasserwellen) in einem "flüssigen und dichten" Medium vor, die sich vom leuchtenden Körper mit sehr großer, aber endlicher Geschwindigkeit ausbreitet. Das Auftreten von Farben erklärt er aber noch sehr kompliziert. Nach der Brechung würden die ursprünglich senkrecht aufeinander stehenden Wellenfronten und Strahlen, die die Ausbreitungsrichtung des Lichts angeben, (= weißes Licht) schräg zueinander verlaufen. Dabei wird der Teil der Wellenfront, der zuerst auf die Grenzfläche trifft, stärker geschwächt als der Teil, der später auf die Grenzfläche trifft.
Parallel zu Hooke trat der Jesuitenpater Ignace Gaston Pardies für eine Wellennatur des Lichtes ein. Er wollte alle Eigenschaften des Lichts und der Farben auf der Grundlage einer Wellenbewegung in einer sehr feinen Luft erklären, starb aber leider vorher. Ein Ordensbruder veröffentlichte einen Teil seiner Ideen, wie z.B. eine Erklärung der Brechung, in der die Geschwindigkeit der Wellenfronten im dichteren Medium kleiner wird und die Wellenfronten senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung bleiben.
Christian Huygens waren die Theorien von Hooke und Pardies bekannt. Trotzdem wird er als der Begründer der Wellentheorie des Lichts bezeichnet.
Fortsetzung folgt