Wellenmodell des Lichts einfach erklärt

Im Wellenmodell breitet sich Licht räumlich aus und besitzt Eigenschaften wie Frequenz, Wellenlänge und Amplitude. Es handelt sich jedoch nicht um eine Wasser- oder Schallwelle, sondern um eine elektromagnetische Welle.

Dabei ändern sich die Stärken eines elektrischen und eines magnetischen Feldes periodisch. Die beiden Schwingungsrichtungen stehen senkrecht zueinander und außerdem senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Bei monochromatischem Licht kennzeichnet die Frequenz seine Farbe. Die Wellenlänge hängt zusätzlich von der Ausbreitungsgeschwindigkeit im jeweiligen Stoff ab. Darum ist die Frequenz die eindeutigere Kennzeichnung für dieses Licht.

Bei vergleichbaren Lichtwellen im gleichen Stoff bedeutet eine größere Feldamplitude eine größere Intensität. Die Intensität gibt an, wie viel Energie pro Zeit und Fläche übertragen wird.

Eine Wellenfront verbindet Punkte, die sich im gleichen Schwingungszustand befinden. Lichtstrahlen stehen senkrecht auf solchen Wellenfronten. Dadurch lassen sich Wellen- und Strahlenmodell miteinander verbinden. Das Prinzip hilft auch bei Reflexion, Brechung und Beugung. Es beschreibt nicht einzelne Lichtteilchen auf festen Bahnen, sondern die Weiterentwicklung einer gesamten Wellenfront.

Trifft Licht auf eine enge Öffnung oder eine Kante, breitet es sich auch in Bereiche aus, die nach einer rein geradlinigen Strahlvorstellung im Schatten liegen müssten. Diese Erscheinung heißt Beugung.

Nach dem huygensschen Prinzip werden die Punkte der Wellenfront in der Öffnung zu Ausgangspunkten neuer Elementarwellen. Hinter der Öffnung breiten sich diese Wellen nicht nur geradeaus, sondern auch seitlich aus.

Sind Öffnungen und Gegenstände sehr viel größer als die Lichtwellenlänge, fällt die Beugung oft kaum auf. Dann ist das Strahlenmodell eine gute Näherung.

Treffen mehrere Wellen an einem Ort zusammen, überlagern sich ihre Schwingungen. Diese Überlagerung heißt Interferenz.

Für ein stabiles Interferenzmuster müssen die beteiligten Wellen kohärent sein. Das bedeutet: Ihre Phasenbeziehung bleibt konstant. Die Phase beschreibt, an welcher Stelle ihres Schwingungsablaufs sich eine Welle gerade befindet.

Trifft ein Wellenberg auf einen Wellenberg, verstärken sich die Wellen. Es entsteht konstruktive Interferenz. Trifft ein Wellenberg auf ein Wellental, schwächen sich die Wellen ab. Nur bei gleich großen entgegengesetzten Auslenkungen löschen sie sich vollständig aus. Das heißt destruktive Interferenz.

Bei nicht kohärenten Wellen bleibt die Phasenbeziehung nicht fest. Verstärkungen und Abschwächungen wechseln dann so, dass kein stabiles Interferenzmuster sichtbar bleibt. Das ist von der bloßen Addition beobachteter Intensitäten zu unterscheiden.

Ein Modell bildet ausgewählte Eigenschaften der Wirklichkeit ab. Das Wellenmodell erklärt Beugung, Interferenz und Polarisation sowie Ausbreitung, Reflexion und Brechung.

Das Strahlenmodell ist eine einfache Näherung, wenn Öffnungen und Gegenstände sehr viel größer als die Lichtwellenlänge sind und Beugung wenig auffällt. Seine Strahlen stehen senkrecht auf den Wellenfronten.

Ein klassisches Korpuskelbild kann geradlinige Ausbreitung und Reflexion veranschaulichen, aber keine Beugungs- und Interferenzmuster. Für die quantenhafte Wechselwirkung von Licht und Materie brauchst du das moderne Photonenmodell. Ein Photon ist keine klassische kleine Kugel auf fester Bahn.