Der Name ist in einem unserer Bücher schon einmal aufgetaucht, Christian Huygens (1629 - 1695). Er ist Niederländer und wir haben ihn in unserem Buch 'Geschichte' als Erfinder eines der Vorläufer von atomsphärischen Zweitaktmotoren vorgestellt. Doch eigentlich ist wohl eine seiner vielen verschiedenen Hauptbeschäftigungen die mit dem Licht gewesen.

Von ihm stammt die 'Abhandlung über Reflexion und Refraktion, Wellentheorie des Lichts' von 1690. Erstaunlich ist allerdings, dass diese anfänglichen Überlegungen so gar nicht zu unseren heutigen Erkenntnissen zu passen scheinen. Wohl schon damals zog ein einziger ins Wasser geworfener Stein die Entstehung einer ganzen Reihe von wellenförmiger Wasserbewegung nach sich, doch Huygens beschreibt deren Entstehung beim Licht anders.

Er spricht von Ätherteilchen, die durch einen Stoß oder eine Erschütterung in Bewegung gesetzt werden. Diese wird zwar auf Nachbarteilchen übertragen, aber so, dass, auf Wasser bezogen, eine einzige Welle dann z.B. bis ans Ufer gelangt. Für die normalerweise anzutreffenden Wellen ist also laut Huygens, jedes Mal eine erneute Anregung nötig.

Was konnte man damit alles nicht erklären. Z.B. die Periodizität bzw. Gleichmäßigkeit, die dann von der jeweiligen Anregung abhängen würde. Auch konnte die Welle zwar irgendwo anstoßen und zurückgeworfen, also reflektiert werden, aber sich nicht mit sich selbst überlagern, weil sie an ihrem alten Ort schlicht nicht mehr vorhanden war.

Zum Glück hat es Huygens nicht bei dieser jeweils einmaligen Anregung für eine Welle belassen, sondern die besondere Bedeutung der Wellenfront herausgearbeitet und dieser die Fähigkeit zugesprochen, an bestimmten Punkten, also letztlich Teilchen wie der Äther, selbst eine neue Welle anzuregen. Damit gelang es dann Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827), das Phänomen der Interferenz zu erklären, bei dem zwei gleiche, entgegengesetzt schwingende Wellen sich auslöschen können.

Und obwohl beide keine Zeitgenossen waren, wurden ihre Arbeiten zum Huygens-Fresnelschen Prinzip zusammengefasst. Zu Fresnel kommen wir noch im Zusammenhang mit der Lichtbeugung und dem Beweis des Wellencharakters des Lichts. Jetzt aber erst einmal zu Isaac Newton (1642 - 1726), dessen Bedeutung wir Ihnen allein schon deshalb nicht vorstellen müssen, weil sich mit seinem Namen die Einheit für die Kraft schmückt.

Dazu ist kurz zu erklären, dass bei der Wellentheorie natürlich nur Bewegung übertragen wird, keine Teilchen. Dagegen steht die Ansicht von Newton, der die klassische Mechanik vertritt und damit der Begründer der Korpuskeltheorie ist. Er erklärt u.a. auch die Farben des Lichts mit unterschiedlichen Teilchen, die von einer Lichtquelle aus mit unglaublicher Geschwindigkeit durch den Raum geschossen werden.

Huygens soll mit Newton auch öffentlich diskutiert haben. Er selbst konnte dessen Theorie nicht endgültig widerlegen, das haben der schon erwähnte Fresnel und unabhängig von ihm Thomas Young (1773 - 1829) getan. Als geklärt war, dass Lichtwellen sich wie die von Wasser ausbreiten, hat der als erster die stets gleiche Wellenlänge vermessen.

Das Bild oben ist ein Teil des Versuchs von Young, mit dem die Wellentheorie sich endgültig durchsetzte. Die Versuchsanordnung ist legendär, weil sie in leichter Abwandlung später auch die Grundlage zur Quantentheorie lieferte. Voraussetzung ist eine ganz bestimmte Lichtquelle. Die muss monochromatisches Licht aussenden, also einen ganz bestimmten Teilbereich des von uns gewohnten Lichts.

Stellen Sie sich Licht als in allen möglichen Ebenen schwingend vor. Es kann wie Sonnenlicht aus allen möglichen Frequenzen und damit Farben zusammengesetzt sein. Daraus kann z.B. ein geeignetes Prisma oder ein Beugungsgitter eine Schwingungsebene mit einer überall gleichen Frequenz herausfiltern. Ideales monochromatisches bzw. kohärentes Licht strahlen Laser aus.

So, das leiten Sie nun auf einen lichtundurchlässigen Schirm mit zwei kleinen Löchern. Besteht das Licht aus Teilchen, würde man auf einer Wand in einiger Entfernung dahinter zwei runde beleuchtete Stellen erwarten. Es taucht aber so ein Bild wie etwa das oben gezeigte auf. Was wir uns merken wollen, Licht mit Wellencharakter kann sich gegenseitig verstärken und auch auslöschen, wie bei den dunklen Flächen dazwischen.

In der Mitte haben wir ein breites helles Feld, weil hier die Wellenberge wegen der gleichen Entfernung von den beiden Löchern gut aufeinanderpassen. Irgendwann seitlich hat das Licht durch das Loch auf dieser Seite weniger Strecke zurückgelegt, so dass der Wellenberg des einen dem Wellental des anderen Lichtstrahls zugeordnet wird. Ergebnis: Dunkle Fläche. Dann weiter außen entspricht der Unterschied einer ganzen Wellenlänge. wodurch wieder eine Verstärkung erfolgt. Und so geht es weiter nach außen.

Logisch, bei nur einer Öffnung erhalten Sie nur eine beleuchtete Fläche. Eigentlich sind die Öffnungen für das Bild oben doppelte senkrechte Spalte. Nicht ganz so deutlich zeigt das Bild oben, dass die Intensität des Lichts zu den Rändern der hellen Flächen abnimmt, weil die Wellenberge der beiden Lichtstrahlen nicht mehr so ganz übereinander passen. Umgekehrtes kann man auch bei den dunklen Flächen beobachten.

Und was hat es jetzt mit dem berühmten Doppelspaltversuch der Quantentheorie auf sich? Es wirft ein erstes Licht auf den Äther, wie ihn Huygens nannte. Nein, richtig verstehbar ist dessen Verhalten nicht. Warum? Weil, wenn man auch nur irgendeine Messung an einem der beiden Spalte vornehmen, sogar abhängig davon, ob ein Messgerät ausgelesen wird oder nicht, die auf die Wand projizierten Muster sofort verschwinden.

Versuchen Sie erst gar nicht, zu verstehen. Klar ist, dass in diesem Fall das Licht den Charakter von Teilchen annimmt, aber wohl nicht so ganz, wie Isaac Newton es einst vermutet hatte. Wir werden den Versuch nicht weiter erklären. Vielmehr ist unser Ziel, diesen Teilchen/Wellen, ihrem Entstehen und Verhalten im nächsten Kapitel etwas näher zu kommen. Einen Namen können wir ihnen schon geben: Photonen.

'Photon' ist nach Brockhaus 'von A. Einstein 1905 geprägte Bezeichnung für die Energiequanten des elektromagnetischen Strahlungsfeldes, z.B. Licht, Röntgenstrahlung (Röntgenquanten) oder Gammastrahlung (Gammaquanten). Photonen sind stabile, elektrisch neutrale Elementarteilchen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und daher keine Ruhemasse haben'.