Techniklexikon

Undulationstheorie

Schwingungen und Wellen, Wellentheorie des Lichts, führt im Gegensatz zur Emissions- bzw. Korpuskulartheorie das Licht auf einen Wellenvorgang zurück.

Die Newtonsche Korpuskulartheorie (Newton) betrachtet Licht als unendlich feinen, von der Lichtquelle emittierten Stoff. Mit ihr lassen sich geradlinige Ausbreitung und Reflexion von Licht beschreiben und Farben werden auf unterschiedliche Grösse der Lichtteilchen zurückgeführt. Hingegen bereitet mit diesem Modell die Erklärung der teilweisen Reflexion und Brechung an Grenzflächen oder gar der Beugung äusserste Schwierigkeiten.

Die Undulationstheorie wurde etwa zur selben Zeit von Christian Huygens entwickelt, setzte sich jedoch vermutlich auf Grund ihrer Unanschaulichkeit sowie der grösseren Autorität Newtons lange Zeit nicht durch. Mit ihr lässt sich jedoch nicht nur die Reflexion und Brechung, sondern auch Interferenz und Beugung erklären, indem gemäss dem Huygensschen Prinzip jeder Punkt des Wellenfeldes als Erregerzentrum einer neuen, sich kugelförmig ausbreitenden Welle angesehen wird. Verschiedene Farben werden unterschiedlichen Frequenzen zugeordnet. Fresnel erklärte schliesslich die Polarisation des Lichts, indem er von transversalen Schwingungen ausging.

Während zunächst angenommen wurde, die Schwingungen des Lichts breiteten sich in einem Medium, dem Äther, aus, führte Maxwell 1861 Licht auf transversale elektromagnetische Wellen zurück, die den Maxwell-Gleichungen genügen und sich ohne Medium ausbreiten können. Auch die Lichtgeschwindigkeit liess sich aus diesen Gleichungen ableiten.

Zur Erklärung des Photoeffekts und des Compton-Effekts musste die Undulationstheorie mit Hilfe von Elementen aus der Korpuskulartheorie erweitert werden. Nach der von Einstein entwickelten Photonenhypothese werden von der Lichtquelle in schneller Folge sehr kleine, korpuskulare Teilchen, die Lichtquanten oder Photonen, ausgesandt, deren Energie  mit der wellenoptischen Frequenz  der Strahlung über die Gleichung  in Zusammenhang stehen (: Plancksches Wirkungsquantum).

Durch diese Erweiterung wird die Wellentheorie des Lichts nur partiell ausser Kraft gesetzt: Licht erscheint je nach den vorliegenden Bedingungen entweder als Welle oder als Korpuskel – beides sind nur gleichberechtigte Modellvorstellungen. Die Wellentheorie beherrscht die Erscheinungen der Lichtausbreitung, die Korpuskeltheorie die der unmittelbaren Wechselwirkung mit Materie, d.h. der Absorption und Emission. Dieser Welle-Teilchen-Dualismus ist nicht nur dem Licht, sondern auch der übrigen Materie eigen. Er wird durch die Vereinigung beider Vorstellungen in einer Quantenfeldtheorie integriert.