Wichtige Stationen der Erforschung des Lichts
Das griechische Altertum:
| 424-347 v.Chr. | Plato: beschreibt Reflexion an Hohl- und Zylinderspiegel, erwähnt Brechung in Form des im Wasser gebrochen erscheinenden Ruder. |
| 300 v.Chr. | Euklid: ältestes Werk mit mathematischer
Behandlung der Optik Optik: Perspektive, scheinbare Größe von Körpern Katoptrik: Reflexion an ebenen, konkaven und konvexen Spiegeln, geradliniger "Lichtstrahl" als abstrakte, mathematische Modellvorstellung. |
| 100-160 n. Chr. | Ptolemäus: systematische Untersuchung der Lichtbrechung, erstellt Brechungstabellen, kennt noch kein Brechungsgesetz, findet Totalreflexion. |
Mittelalter und Renaissance:
| 965-1039 | Ibn Al Haitham (Alhazen): lehnt Sehstrahlen
ab, jeder Punkt eines leuchtenden oder beleuchteten Gegenstandes sendet
Lichtstrahlen nach allen Seiten aus erklärt "Camera-obscura-Effekt" Nachweis der geradlinigen Lichtausbreitung Lichtausbreitung ist Bewegung mit endlicher Geschwindigkeit, diese ist im Medium kleiner Mechanisches Modell (Kugel auf Wand) für Reflexion und Brechung Erkenntnisse sind in der nachfolgenden Zeit oft unbekannt, da nicht aus dem Arabischen übersetzt. |
| ab 12. Jh. | Verlagerung des geistigen und kulturellen Schwerpunktes in den Westen Untersuchungen von Camera Obscura und Linse (Brille, Auge). |
Beginn der Neuzeit:
| 1571-1630 | Johannes Kepler: Beginn der modernen (geometrischen)
Optik 1604 "Paralipomena", 1611 "Dioptrik" Lichtstrahl ist rein geometrisches Gebilde, das die Richtung der Bewegung angibt Bewegung hat unendliche Geschwindigkeit, Oberfläche entspricht Wellenfront Theorie der Lochkamera, untersucht auch ihre Abbildungsfehler (-> Astronomie) erste richtige Erklärung des Auges, Wirkung von Brillen Suche nach Brechungsgesetz erklärt Strahlenverlauf durch Linsen, insbesondere Funktionsweise von Fernrohren. |
| ca. 1601 | Entdeckung des Brechungsgesetzes in Form einer geometrischen Konstruktionsvorschrift durch Thomas Harriot (1560-1621). |
| 1621 | Snellius (Willebrord Snell van Roijen, 1591-1626) entdeckt das Brechungsgesetz erneut, wird fälschlicherweise aber oft als Erstentdecker genannt. |
| 1637 | Formulierung des Brechungsgesetzes mit Sinusproportion und erste theoretische
Herleitung durch Rene Descartes (1596-1650) setzt bei der Herleitung Geschwindigkeitszunahme des Lichtes im dichteren Medium voraus. |
| 1601-1665 | Pierre de Fermat: wendet sich gegen Descartes'
Ableitung des Brechungsgesetzes, leitet es unter Annahme einer kleineren
Lichtgeschwindigkeit in Wasser her "Fermatsches Prinzip": Zeit des Lichts zwischen zwei gegebenen Punkten sei minimal. |
| 1638 | Galilei (1564-1642) beschreibt einen Versuch zum Beweis der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit, kann aber nur ihre ggf. imense Größe feststellen. |
| 1618-1663 | Francesco Maria Grimaldi: entdeckte und
beschrieb die Beugung versuchte sie durch wellenartige Ausbreitung des Lichtes zu erklären deutet schon auf das Interferenzprinzip hin. |
| 1676 | Ole Christensen Römer weist die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit durch Beobachtung der Verdunklung des innersten Jupitermondes durch den Jupiter nach. |
| 1629-1695 | Christian Huygens: wird als Begründer
der Wellentheorie genannt 1678 Theorie der Academie des Sciences in Paris vorgetragen 1690 in Taite de la Lumiere veröffentlicht Licht = Wellenbewegung mit endlicher Geschwindigkeit (nicht unbedingt periodisch) schließt Korpuskulartheorie aus setzt allesdurchdringenden Äther mit vollkommener Härte und großer Elastizität und im dichteren Medium kleinere Lichtgeschwindigkeit voraus fundamentalster Beitrag: "Huygenssches Prinzip" erklärt ungestörte Durchkreuzung der Lichtstrahlen leitet Reflexions- und Brechungsgesetz ab erklärt Doppelbrechung entdeckt die mit der Doppelbrechung verbundene Polarisation |
| 1635-1703 | Robert Hooke: tritt als erster definitiv für
eine Wellentheorie ein Rivale Newtons befaßte sich eingehend und systematisch mit "Farben dünner Schichten" |
| 1643-1727 | Sir Isaac Newton 1672: veröffentlicht New Theory about Light and Colors Farben sind keine Eigenschaften des Lichtes, sondern seine ursprüngliche und angeborene Form, "weiß" entsteht durch Mischung 1675: veröffentlicht An Hypothesis explaining the Properties of Light vertritt darin ein Korpuskel-Modell des Lichts erklärt damit Reflexion, Brechung, Dispersion, Beugung, Farben dünner Schichten betont immer, daß sein Modell nur der Veranschaulichung dient und nur eine unter mehreren Hypothesen über die Natur des Lichtes sei 1704: veröffentlicht in Opticks or a Treatise of the Reflections, Refractions, Inflections and Color of Light eine Zusammenfassung seiner Ergebnisse, vermeidet dabei die Hypothese über die Natur des Lichts spricht auch vom Äther, der alles durchdringt, setzt aber eine im dichteren Medium größere Lichtgeschwindigkeit voraus zur Erklärung der Phänomene sind viele Zusatzannahmen nötig, die Newton sehr nahe an die Wellentheorie führen insgesamt war seine Vorstellung von Licht besser zur Erklärung der meisten damals bekannten Phänomene geeignet. |
| 1729 | James Bradley: endgültiger (und anerkannter) Nachweis der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit mit Hilfe der Aberration des Lichtes. |
Der Kampf zwischen Wellen- und Korpuskulartheorie:
| 1775-1812 | Etienne-Louis Malus: entdeckt Polarisation
durch Reflexion, sieht darin Beweis für korpuskulare Natur des
Lichts zeigt, daß "Seitlichkeit" des Lichts eine selbständige Eigenschaft des Lichts darstellt. |
| 1773-1829 | Thomas Young: entdeckt das Interferenzprinzip, damit wird die wellentheoretische Erklärung von Farben dünner Schichten und Beugungserscheinungen möglich. |
| 1800 | Argumente gegen die Korpuskulartheorie: (1) Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Art der Lichtquelle (2) teilweise Reflexion an einem durchsichtigen Medium (3) Farben dünner Schichten |
| 1801 | Aufstellung des allgemeinen Interferenzprinzips berechnet die Enden des sichtbaren Spektrums |
| 1802 | Präzisierung, Einführung der "Wellenlänge" erklärt die Farberscheinungen beim Auftreffen des Lichts auf geritzte Flächen (seit Fraunhofer (1821): Beugungsgitter) führte auch bei Beugung entstehende farbige Streifen auf Interferenz zurück. |
| 1807 | beschreibt in A course of lectures on natural philosophy and the
mechanical arts den Doppelspaltversuch beschreibt auch die Wellenwanne Die Ideen von Young konnten sich zunächst nicht durchsetzen, da sie nicht klar, präzise und systematisch genug vorgetragen wurden. |
| 1817 | stellt sich die Lichtwellen als Überlagerung einer longitudinalen und einer transversalen Schwingung vor. |
| 1811 | Arago entdeckt die Drehung der Polarisationsebene in bestimmten Materialien und die "chromatische Polarisation". |
| 1815 | David Brewster entdeckt das Gesetz, daß das an einem durchsichtigen Körper reflektierte Licht dann vollständig polarisiert ist, wenn reflektierter Strahl und gebrochener Strahl senkrecht aufeinander stehen. |
| 1788-1827 | Augustin Jean Fresnel |
| 1815 | untersucht in La difraction de la lumiere die Beugungserscheinungen
an einem durchsichtigen Körper, beobachtet diese erstmals direkt
mit einer Lupe bestätigt die Feststellungen Youngs, findet das Interferenzprinzip aber unabhängig von diesem. |
| 1816 | Fresnelscher Doppelspiegel |
| 1818 | erklärt Beugungserscheinung unter Beachtung des Huygensschen Prinzips |
| 1819 | erzeugt mit dem Fresnelschen Biprisma (wie auch schon mit dem Doppelspiegel) Interferenz ohne Beugung |
| 1821 | stellt die Hypothese reiner Transversalwellen auf der Äther besitze Teilchen, die in Bezug auf sehr kleine Verschiebungen stabile Gleichgewichtslagen haben erklärt damit Doppelbrechung und auf Polarisation beruhende Phänomene. |
| 1787-1826 | Joseph Fraunhofer: entdeckt die dunklen Linien im Sonnenspektrum |
| 1821 | Einführung des optischen Beugungsgitters Erklärung der Beugung durch Annahme von parallelem Licht Untersuchung von Einfach-, Doppelspalt und Gitter extrem genaue Bestimmung von Wellenlängen. |
| 1849 | erste terrestrische Lichtgeschwindigkeitsmessung durch Fizeau. |
| 1850 | Nachweis der kleineren Lichtgeschwindigkeit im optisch dichteren Medium durch Foucault. Das war der tödliche Stoß für die Korpuskulartheorie. |
| 1887 | Michelson und Morley
widerlegen die Existens eines nach den bisherigen Vorstellungen notwendigen
"Ätherwindes" daraus resultiert später die Aufgabe der Äthervorstellung. |
Die elektromagnetische Lichttheorie:
| 1791-1867 | Michael Faraday |
| 1845 | entdeckt mit dem sog. "Faradayeffekt" einen Anhaltspunkt
für den Zusammenhang zwischen Licht und Elektrizität. dreht mit einem Magnetfeld in Flintglas die Polarisationsebene des Lichtes. "Der ganze Raum ist von Kraftlinien durchsetzt, und die Licht- und Wärmestrahlen sind Transversalwellen, die längs dieser Kraftlinien fortschreiten." |
| 1846/57 | Weber und Kirchhoff finden elektrische Zusammenhänge, in denen eine Konstante c (300 Millionen m/s) einen Rolle spielt. |
| 1831-1879 | James Clerk Maxwell: verbindet mechanische
Analogien mit der Feldvorstellung Faradays stellt seine "Maxwellschen Gleichungen" auf setzt elektrische Konstanten mit der Lichtgeschwindigkeit und dem Brechungsindex in Beziehung betrachtet Licht als elektromagnetische Welle, die einen Transport von elektrischer und magnetischer Feldenergie bedeutet erklärt damit die Doppelbrechung, Undurchsichtigkeit elektrischer Leiter und den Faraday-Effekt |
| 1875 | John Kerr entdeckt den Effekt, daß starke elektrische Felder in isotropen Stoffen Doppelbrechung hervorrufen können (= weiterer gesicherter Zusammenhang zwischen Licht und Elektrizität) |
| 1857-1894 | Heinrich Hertz: leitet alle bekannten elektrischen und magnetischen Erscheinungen aus den Maxwellschen Gleichungen ab. |
| 1886 | Nachweis "Maxwellscher Wellen" weist optische Eigenschaften der elektromagnetische Wellen nach: Geradlinigkeit, Beugung, Polarisation, Reflexion, Brechung. |
| 1881/87 | Michelson und Morley können den Ätherwind nicht nachweisen und damit die Existenz des Äthers bekräftigen. |
| 1879-1955 | Albert Einstein: |
| 1905 | entwickelt die spezielle Relativitätstheorie eine Einführung eines "Lichtäthers" erweist sich als überflüssig. |
Die Lichtquantentheorie:
| 1887 | Entdeckung des "Photoeffekts" durch Heinrich
Hertz Es zeigt sich, daß die Energie des Lichts nicht kontinuierlich über den durchstrahlten Raum verteilt ist. |
| 1900 | Max Planck stellt seine Strahlungsformel
auf es ergibt sich ein "Energieelement" h*v |
| 1905 | Einstein erklärt die Erscheinung durch "Lichtquanten" (auch Photonen, --> Teilchentheorie) |
| 1922 | Erklärung des "Compton-Effekts" (Streuung von Röntgenstrahlen, wobei Photonen und Elektronen Energie und Impuls austauschen) mit der Lichtquantenhypothese. |
Der allgemeine Welle-Teilchen-Dualismus:
| 1923 | De Broglie ordnet jedem bewegten materiellen Teilchen ein "Phasenwelle" zu. |
| 1926 | Erwin Schrödinger entwickelt die "Wellenmechanik" --> Schrödingergleichung |