Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

B.2. LICHT: RELATIVITÄT UND DUALISMUS 441
Befund, daß zwischen Atom und Welle der Austausch von Energie nur in diskreten Einheiten (Quanten
mit Spin eins) erfolgt. Diese Plancksche Hypothese wurde ursprünglich als Rechenvorschrift formuliert,
mit der Hoffnung, daß das wahre Feld im Grunde doch kontinuierlich sei. Die Plancksche
Hypothese wird jedoch direkt im Photo-Effekt und im Compton-Effekt verifiziert, was Einstein dazu
führte, das Konzept der Lichtquanten (Photonen) zu postulieren. Daran hat sich bis heute nichts mehr
geändert. Realisiert werden diese Vorstellungen mithilfe der Quantenfeldtheorie.
B.2.2 Das Licht und seine Quellen
Überblick
Der Atomismus wurde in der Neuzeit von Newton, D. Bernoulli, Lavoisier und Dalton vertreten. Daniel
Bernoulli vertritt (1733) die These, daß Wärme eine Form der kinetischen Energie vermittels von
Stößen ist. Wichtige Schritte wurden getan von Dalton mit seinem Gesetz der multiplen Proportionen
und von Avogadro. Dieser prägte den Begriff Molekül und er hat als erster die Auffassung vertreten,
daß Atome sich chemisch zu Molekülen verbinden. Er fand erstmals die nach ihm benannten Anzahl
der Moleküle im Volumen (bei gleichem Druck und gleicher Temperatur, N = N(V, P, T )). Die
Mehrzahl der Chemiker (im Gegensatz zu den meisten Physikern) hatte bis zum Beginn des 20ten
Jahrhundert diese Vorstellung übernommen.
Gegen den Atomismus stand der Plenismus, vertreten von von Descartes (1596 - 1650) und Leibniz
(1646 - 1716). Nach dieser Vorstellung war die Welt kontinuierlich angefüllt mit Materie, einen leeren
Raum gibt es nicht. Die Mehrzahl der Physiker bis zum Beginn des 20ten Jahrhundert hatten diese
Vorstellung.
In diesem Zusammenhang stellte sich mit Aufkommen der modernen Physik mit Galilei die Frage
nach dem Wesen von Licht. Von Anfang an gab es einen Dualismus, allerdings zunächst ebenso wie
in der Antike nur der Anschauungen. In diesem Fall standen sich Huygens mit seiner Wellentheorie
und Newton, der dem Licht Teilchencharakter zusprach, im Wettstreit gegenüber, welcher durch die
Autorität Newtons im Sinne der Korpuskulartheorie entschieden wurde. Huygens konnte Beugung,
Interferenz (und Polarisation), Newton dagegen die Brechung von Licht beim Übergang von einem
Medium ins andere elegant erklären. Um die Brechung im dichteren Medium (zur Normalen hin)
erklären zu können, muß man annehmen, daß die Geschwindigkeit von Licht im dichteren Medium
größer ist als in Luft.
1842 entdeckte Christian Doppler den nach ihm benannten Effekt an Schallwellen und sagte einen
analogen Effekt für das Licht der Sterne voraus. Dieser wurde von H. Fizeau 1848 (zwar nicht am
Kontinuum, sondern) an Spektrallinien der Sterne für möglich erachtet und erstmals von Huggins 1868
nachgewiesen.
Trotz beeindruckender Arbeiten von Arago, Malus, Young und Fresnel zur Wellennatur des Lichts
dauerte es bis bis 1850, als Fizeau und Foucault erstmals die Wellengeschwindigkeit des Lichts in
Materie messen konnten. Damit war gezeigt, daß die Newtonsche Vorstellung falsch war. Da man sich
die Ausbreitung von Licht im Vakuum nicht vorstellen konnte und da die Fresnelsche Deutung der
Polarisation transversale Lichtwellen forderte, wurde ein hypothetischer elastischer Äther eingeführt,
in dem solche Wellen sich ausbreiten konnten. Maxwell begründet bereits 1860 seine Lichttheorie. Die
Arbeiten von Hertz zeigen experimentell die Richtigkeit der Maxwellschen Theorie und das gesamte
Gebiet der optischen Erscheinungen wird damit Teil der Elektrodynamik.
Die klassische Epoche
Bradley (1692 - 1762) — Astronom in Greenwich — bestätigt 1727 die Entdeckung Römers, welche bis dahin
keine allgemeine Anerkennung gefunden hatte, durch Entdeckung und Messung der Aberration des
Lichts.