Lichttheorien: Newton vs. Huygens und die Lichtgesetze

Newtons Korpuskeltheorie

Diese Theorie wurde von Isaac Newton (1642–1726) begründet. Demnach besteht Licht aus winzigen Materieteilchen, die mit hoher Geschwindigkeit in gerader Linie von leuchtenden Körpern emittiert werden. Die Ausbreitungsrichtung dieser Teilchen wird als Lichtstrahl bezeichnet. Newtons Theorie basiert auf folgenden Punkten:

• Geradlinige Fortpflanzung: Licht bewegt sich geradlinig, da sich die Teilchen mit hoher Geschwindigkeit fortbewegen.
• Reflexion: Wenn Licht auf einen Spiegel trifft, wird es reflektiert. Newton erklärte dieses Phänomen damit, dass die Lichtteilchen vollkommen elastisch sind und somit den Gesetzen des elastischen Stoßes unterliegen.
• Brechung: Die Tatsache, dass sich die Lichtgeschwindigkeit in Medien unterschiedlicher Dichte ändert, ist mit der Teilchentheorie schwer zu erklären. Newton nahm jedoch an, dass die Grenzfläche zweier Medien unterschiedlicher Brechzahl einen Zug auf die Lichtteilchen ausübt, wodurch sich die Normalkomponente der Geschwindigkeit ändert, während die Tangentialkomponente unverändert bleibt.

Die Wellentheorie von Christiaan Huygens

Der niederländische Physiker C. Huygens entwickelte die Idee, dass Licht als mechanische Welle verbreitet wird. Damit sich Licht im Vakuum ausbreiten kann, postulierte er ein Medium von großer Elastizität, das alles durchdringt: den sogenannten Äther. Die Lichtenergie ist hierbei nicht in Teilchen konzentriert, sondern verteilt sich in der Wellenfront, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung steht. Die Wellentheorie erklärt Lichtphänomene durch eine geometrische Konstruktion, das Huygenssche Prinzip. Nach dieser Theorie reist Licht in weniger dichten Medien schneller. Dennoch geriet Huygens' Theorie aufgrund der hohen Autorität Newtons für ein Jahrhundert in Vergessenheit.

Gesetze der Reflexion

Wenn Licht auf einen Gegenstand trifft, wird es je nach Beschaffenheit der Oberfläche unterschiedlich stark reflektiert.

• Erstes Gesetz: Der einfallende Strahl (I), das Lot (n) und der reflektierte Strahl (R) liegen in der gleichen Ebene.
• Zweites Gesetz: Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel (i = r).

Gesetze der Brechung

Brechung ist das Phänomen, bei dem ein Lichtstrahl abgelenkt wird, wenn er zwei transparente Medien unterschiedlicher Dichte durchquert.

• Erstes Gesetz: Der einfallende Strahl, der gebrochene Strahl und das Lot liegen in der gleichen Ebene.
• Zweites Gesetz: Das Verhältnis zwischen dem Sinus des Einfallswinkels und dem Sinus des Brechungswinkels ist eine Konstante – der sogenannte Brechungsindex – des zweiten Mediums bezogen auf das erste.