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Doppelspaltversuche

Der Youngsche Doppelspaltversuch

Vorbemerkung

Wie bereits im historischen Überblick erwähnt, war es Thomas Young, der nach der langen Zeit von 140 Jahren als erster wieder dem Wellenmodell des Lichtes Aufwind verlieh - und damit heftigen Streit auslöste. In dem nach ihm benannten Young'schen Doppelspaltversuch hatte er nämlich bei Licht eines der charakteristischsten Merkmale von Wellenvorgängen beobachtet, die Interferenz.

Versuchsaufbau

Young ließ weißes Licht auf einen engen Spalt fallen. Damit erreichte er, dass von der verwendeten Lichtquelle nur ein eng begrenztes Lichtbündel (Stichwort: räumliche Kohärenz) für den Versuch zur Verfügung stand.

Um seine Beobachtung leichter erklären zu können, beschränken wir uns im Folgenden auf die Annahme, wir hätten es mit einfarbigem (monochromatischem) Licht zu tun. Unsere idealisierte Lichtquelle sendet also nur Licht einer einzigen Wellenlänge aus, z.B. "rotes" Licht der Wellenlänge λ = 633 nm.

Das erwähnte rote Lichtbündel trifft zunächst auf eine Blende, in der sich zwei Spalte in einem kleinen Abstand g nebeneinander befinden, dem so genannten Doppelspalt. Den Versuchsaufbau finden Sie in den folgenden Abbildungen dargestellt.

Hinter dem Doppelspalt befindet sich in einer im Vergleich zum Spaltabstand g (z.B. g = 0,45 mm) riesigen Entfernung s (z.B. s = 10 m) ein Sichtschirm, auf dem wir beobachten was mit dem Licht nach Durchtritt durch den Doppelspalt geschieht. Der Sichtschirm soll dabei gerade so stehen, dass das von der Doppelspaltmitte aus gefällte Lot senkrecht auf dessen Mitte trifft. Beachten Sie bitte, dass die Größenverhältnisse in den folgenden Skizzen nicht maßstabsgetreu sind! Die Abbildung (Abb. 3) zeigt, was auf dem Sichtschirm zu beobachten ist.

Abb.1
Perspektivischer Versuchsaufbau
Abb.2
Schematischer Versuchsaufbau (von oben)
Abb.3
Auf dem Sichtschirm beobachtbares Muster

Mal ehrlich - hätten Sie erwartet, gerade dieses Muster auf dem Sichtschirm zu sehen?

Gehen wir einmal von der Beschreibung der Lichtausbreitung aus, wie sie die klassische Strahlenoptik lehrt. Wir hätten demnach erwartet, für jeden der zwei Spalte einen Lichtfleck auf dem Sichtschirm vorzufinden - aber nicht mehrere Lichtflecke, und schon gar kein ausgedehntes Hell-Dunkel-Muster!

Dieses Muster lässt sich offensichtlich keineswegs mehr mit Hilfe des klassischen Strahlenmodells erklären. Stattdessen liefert hier allein die Vorstellung der Lichtausbreitung als Wellenvorgang Antworten auf die Frage nach der Entstehung dieses Phänomens, wie wir im Folgenden sehen werden.

Achtung - Die Frequenz bestimmt die Farbe!
Der Farbeindruck, den wir aufgrund unseres Sehvorganges haben, hängt nicht von der Wellenlänge, sondern vielmehr von der Frequenz (und damit der Energie) der betrachteten Strahlung ab! Denn die Wellenlänge ist selbst vom Medium abhängig, in dem sich Licht fortpflanzt. Ein gebrochener blauer Lichtstrahl besitzt unter Wasser die gleiche Farbe wie über Wasser, wie wir wissen. Bei der Brechung ändert sich zwar seine Wellenlänge, jedoch ist seine Frequenz außerhalb wie innerhalb des Wassers dieselbe. Deswegen wurden zuvor Anführungszeichen gesetzt, als von ""rotem" Licht der Wellenlänge λ = 633 nm" gesprochen wurde. Alternativ könnte man auch den verschiedenen Farbeindrücken die ihnen wiederum eindeutig entsprechenden Vakuum(!)-wellenlängen zuordnen.

Die Gleichheit der Farbwahrnehmung unserer Augen läßt sich so nicht klären!

Die Energie des Photons ist mit der Frequenz verknüpft: E=h*f=konstant. Für Wellenlänge von Licht gilt: λ=c/f=c0/(f*n). Ferner gilt: c0=konst und f=const. Also folgt: λ∝1/n. Die Wellenlänge ändert sich von Medium zu Medium. Im Auge ist immer die selbe Flüssigkeit unabhängig der Medien außerhalb des Auges. Folgerung: Egal in welchem Medium sich das Auge befindet, zu jeder Frequenz ist im Auge IMMER die gleiche Wellenlänge zugeordnet.

Die Reizung der Zäpfchen im Auge (Farbsehvorgang) ist auf molekularer, biochemischer Ebene von der Energie des Lichtes abhängig, nicht von der Wellenlänge!

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