Sexl Physik 7, Schulbuch

7 | Optik Links: Blick durch ein mit Wasser gefülltes Glas. Die Welt scheint auf dem Kopf zu stehen. Mitte: Spektrale Zerlegung des Lichts im Regenbogen. Rechts: Spektrale Zerlegung des Lichts bei der Reflexion an einer CD. Die Optik, die Lehre vom Licht , gehört zu den ältesten Gebieten der Physik. Die Frage nach der Natur und den Eigenschaften des Lichts hat bis ins 20. Jahrhun­ dert die Entwicklung der Physik wesentlich beeinflusst. Bereits in der Antike gab es Überlegungen zur Natur des Lichts und erste Unter­ suchungen, etwa zur Lichtbrechung. Am Beginn der Neuzeit bestimmte zunächst das Handwerk die weiteren Entwicklungen. Im 16. Jahrhundert gelang es, Glas zu schleifen und optische Linsen herzustellen. Damit konnten optische Geräte gebaut werden. G alilei entdeckte mit dem von ihm gebauten Fernrohr, dass nicht nur die Erde über einen Mond verfügt, sondern auch der Jupiter von Monden umkreist wird. Er bestätigte damit, dass die Erde keine Sonderstellung im Welt­ all innehat, wie es die zeitgenössischen Wissenschaftler glaubten. Die damit ver­ bundenen Konsequenzen führten zur Geburtsstunde der neuen Physik. Etwa um dieselbe Zeit begann die Erforschung kleiner Objekte mittels Lupe und Mikroskop. Mikroskope sind bis heute vor allem in der Medizin wichtig, wo sie die Entdeckung wichtiger Krankheitserreger und deren Bekämpfung ermögli­ chen. In der Chirurgie sind Mikrokameras ein wichtiges Hilfsmittel. An der Entwicklung der Optik lässt sich gut das Schicksal physikalischer Theo- rien verfolgen. Sie entstehen, liegen miteinander im Wettstreit, werden wider­ legt und modifiziert und gehen manchmal sehr überraschend in umfassenderen Konzepten auf. Im 17. Jahrhundert führte die Frage nach der Natur des Lichts zu einer der wichtigsten und fruchtbarsten Auseinandersetzungen der Physik­ geschichte. Es ging dabei zunächst um die Erklärung von Phänomenen: Warum wird Licht beim Eintritt in Wasser gebrochen und an glatten Flächen reflektiert? n ewton behauptete, dass Lichtquellen Teilchen aussenden, sein Zeitgenosse h uyGenS dagegen sagte, dass sich Licht wie eine Welle ausbreitet. Mit Hilfe der Wellentheorie gelang es, die wesentlichen Eigenschaften des Lichts zu erklären: Reflexion, Brechung, aber auch Beugung, Interferenz und Polarisation. Newton erklärte die Entstehung von Farben. Doch ergaben sich neue Fragen: Wenn nun Licht eine Welle sein soll, in welchem Medium breitet es sich aus? Auch a lBert e inStein faszinierte die Frage nach der Natur des Lichts. Seine Überlegungen dazu führten am Beginn des 20. Jahrhunderts zur Quantentheorie und zur spezi­ ellen Relativitätstheorie. Im folgenden Kapitel beschäftigen wir uns zunächst mit der geometrischen Optik . Man nimmt dabei an, dass sich Licht in Form von Strahlen geradlinig ausbreitet. Auf diese Weise lässt sich die Funktion optischer Linsen in Geräten gut erklären. In der Wellenoptik überlegen wir, wie sich Licht verhält, wenn es auf sehr kleine Objekte trifft. Die Wellenoptik hilft uns zu verstehen, warum Sei­ fenblasen schillern und der Himmel blau ist, aber auch, warum optische Linsen beschichtet sind oder wie Polaroidbrillen funktionieren. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv