Licht als Welle

Es gibt nur wenige Situationen im Alltag, in denen du die Wellennatur des Lichts bemerken kannst. Ein Beispiel ist das färbige Schillern einer CD im weißen Licht (F8). Wie kommt es zustande? Die Information auf einer CD ist in Form von Pits gespeichert, die in die Oberfläche eingepresst oder eingebrannt werden (folgende Abb.). Hindernisse, die sich wie die CD-Oberfläche aus vielen Spalten zusammensetzen, nennt man optische Gitter. Die Beugungseffekte sind ganz ähnlich wie bei einem Doppelspalt: Es entstehen viele helle Streifen.

Pits und Spurabstand bei einer CD (bei einer DVD ist der Spurabstand sogar nur 0,75 pm) im Vergleich mit der Wellenlänge des Lichts.

Der Spurabstand der Pits liegt in der Größenordnung der Lichtwellenlänge. Daher wird das einfallende Licht stark gebeugt. Beugung und Interferenz hängen aber von der Wellenlänge des Lichts ab (siehe folgende Abb.). Bestimmte Farben löschen sich daher durch destruktive Interferenz auch nur an bestimmten Stellen aus. Das weiße Licht wird somit in seine einzelnen Komponenten zerlegt.

Beugungsmuster und Interferenzeffekte hängen bei gleichem Gitterabstand von der Wellenlänge ab. Die Wellenlänge von rotem Licht ist etwa doppelt so groß wie die von blauem. Die Interferenzmuster sind bei blauem Licht wesentlich enger.

Warum ist die Lichtbeugung im Alltag nicht zu bemerken? Anders gefragt: Warum kannst du um die Ecke hören, aber nicht um die Ecke sehen (F9)? Das liegt an der extrem kurzen Wellenlänge des Lichts. An einer Ecke wird nur jener Wellenteil gebeugt, der in der Größenordnung der Wellenlänge liegt (folgende Abb. rechts). Der Rest läuft geradlinig weiter.

Eine Welle läuft gegen eine Kante. Es wird nur der Teil der Welle gebeugt, dessen Abstand zum Hindernis innerhalb der Wellenlänge liegt. Bei Schall beträgt der abgelenkte Bereich einige Dezimeter, bei Licht aber nur einige Millionstel Meter.

Die Wellenlänge von Luftschall liegt im Bereich von einigen Dezimetern, die von Licht aber im Bereich von Millionstel Metern. Wenn eine Schallwelle an einer Ecke vorbeiläuft, wird sie bis einige Dezimeter vom Hindernis entfernt abgelenkt. Es läuft somit genug Schall ums Eck, um jemand dahinter hören zu können. Bei einer Lichtwelle beträgt der abgelenkte Wellenteil aber größenordnungsmäßig nur etwa 1/1000 mm. Das ist viel zu wenig, um es im Alltag zu bemerken. Auch bei Löchern ist es ähnlich. Diese sind ja quasi „Doppelkanten„. Im Vergleich mit der Wellenlänge sind Löcher meist so groß, dass das Licht praktisch geradlinig weitergeht.