Strom aus Licht - Institut für naturwissenschaftliche Grundlagen

Kapitel 2: Was ist Licht? 9
Metallen in Bewegung bringen und manchmal sogar hinausstossen. Diese Eigenschaft erlaubt es
uns, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln.
Licht: Welle oder Teilchen? Heute wissen wir, dass Wellen und Teilchen sich nicht ausschliessen
müssen. Licht zeigt beide Erscheinungsweisen; Licht ist beides – Welle und Teilchen.
Es kommt ganz darauf an, welche Situationen wir betrachten. Um die Ausbreitung von Licht zu
beschreiben, müssen wir Licht als Welle betrachten. Wenn uns hingegen die Wechselwirkung
von Licht mit Materie interessiert, so ist die Beschreibung als Teilchen angebracht.
Licht ist also beides – oder auch keines von beiden. In der Quantenphysik wird klar, dass das
Wesen des Lichts nur mit abstrakter Mathematik umfassend beschrieben werden kann; alle
anschaulichen Modelle sind unvollkommen.
Merken Sie sich:
• Licht verhält sich je nach experimenteller Situation entweder wie eine Welle oder wie
ein Teilchenhagel. Licht ist also beides - Welle und Teilchen.
2.3 Das Licht als Welle
Historisches
Im Kapitel 2.1 haben Sie gesehen, dass sich weisses Licht aus verschiedenen Farben zusammensetzt.
Das erklärt aber noch nicht, was Licht eigentlich ist. Seit Beginn des 17. Jahrhunderts
wurden vermehrt Lichterscheinungen experimentell untersucht. Dabei stand auch immer die
Frage nach der Natur des Lichts im Zentrum des Interesses. Die dazu entwickelten physikalischen
Modelle wurden nach Möglichkeit der Mechanik entnommen, da mechanische Vorgänge
besonders anschaulich sind.
Zu Beginn des 19. Jahrhunderts gab der Arzt und Universalgelehrte THOMAS YOUNG (1773–
1829) erstmals experimentelle Hinweise dafür, dass Licht Wellennatur hat. (Übrigens hat
Thomas Young, hauptberuflich Arzt, auch wesentlich zur Entzifferung der Hieroglyphen
beigetragen: ein Universalgenie.)
Bei Wasserwellen und Schallwellen wissen wir, wie sie zustandekommen. Wasserwellen sind
im wesentlichen Auf- und Abwärtsbewegung von Wassermolekülen. Schallwellen entstehen
durch abwechselnde Verdichtungen und Verdünnungen der Luft. Wie aber kommen Lichtwellen
zustande? Diese Frage hat den Physikern im 19. Jahrhundert viel Kopfzerbrechen bereitet. Alle
Modelle, die Licht als mechanische Welle zu erklären versuchten, scheiterten schliesslich.
Die Lösung dieser schwierigen Frage kam dann allerdings nicht aus der Mechanik, sondern
aus der Elektrizitätslehre. Der Englische Physiker JAMES CLERK MAXWELL (1831–1879) sagte
die Existenz von elektromagnetischen Wellen voraus. Im Jahre 1886 gelang es dem deutschen
Physiker HEINRICH HERTZ (1857–1894) diese Wellen experimentell nachzuweisen. Elektromagnetische
Wellen werden im Gegensatz zu Wasser- oder Schallwellen nicht durch schwingende
Teilchen gebildet, sondern entstehen durch sich ausbreitende elektrische und magnetische
Felder. Sie können sich damit auch im Vakuum ausbreiten. Im Zusammenhang mit Licht waren
diese Wellen aus zwei Gründen interessant:
ETH-Leitprogramm Physik
Strom aus Licht