Was ist Licht?

Newton nahm an, dass Licht aus kleinsten Partikeln, den "Korpuskeln" besteht, und so wurde es bis ins 18. Jahrhundert hinein gelehrt. Bis um 1800 Thomas Young bei seinen Experimenten, in denen er Licht durch einen schmalen Doppelspalt schickte, fand, dass die dabei beobachteten Interferenzerscheinungen nur erklärt werden konnten, wenn man annahm, dass Licht sich wie eine Welle ausbreitet.

1864 formulierte dann James Clerk Maxwell seine berühmten Gleichungen zum Elektromagnetismus, die für elektromagnetische Wellen eine Aus­breitungsgeschwindigkeit voraussagten, die mit der damals schon bekannten Lichtgeschwindigkeit übereinstimmte: also handelt es sich beim Licht auch um eine elektromagnetische Welle!

Doch Überraschung! 1905 legte Albert Einstein seine Arbeit über den "Photoelektrischen Effekt" vor, welcher nur unter der Annahme erklärt werden kann, dass Licht aus kleinsten Partikeln besteht, den "Lichtquanten" oder "Photonen"; für diese Arbeit erhielt er später den Nobelpreis, und nicht für seine im gleichen Jahr ausgearbeitete Relativitätstheorie (hier eine gut verständliche Erklärung des Photoelektrischen Effekts: naklar.at).

Ist nun das Licht eine Welle oder besteht es aus Teilchen?

Wieder ist die Antwort: sowohl als auch (oder weder noch, solange man kein Experi­ment durchführt, in dem es entweder als Teilchen oder als Welle in Erscheinung tritt).

Bestimmte Eigenschaften oder "Verhaltensweisen" des Lichts kann man sich nur erklären, wenn man annimmt, dass Licht eine Welle ist (z.B. Beugung und Interferenz); andere Eigenschaften nur, wenn man annimmt, dass Licht aus Teilchen besteht, ähnlich kleinen Kügelchen oder Geschossen (z.B. den Compton-Effekt oder den Photoelek­trischen Effekt).

Zum Wellenbild

Bei Wasser- oder Schallwellen sind es die einzelnen Moleküle, die - ausgelöst durch einen Stoss (eine sogenannte "Störung") - elastisch schwingen und dabei ihre Energie auf die benachbarten Moleküle übertragen. Die einzelnen Moleküle bewegen sich dabei kaum in Fortpflanzungsrichtung der Welle, sondern nur auf und ab, wie man schön beobachten kann, wenn man ein Stück Kork auf eine Wasserwelle setzt: es "tanzt" dann auf der Welle auf und ab, bleibt aber mehr oder weniger auf der Stelle.

Wasser- oder Schallwellen bestehen also aus schwin­genden Molekülen, beim Licht hingegen verhält es sich anders: es sind nicht einzelne "Lichtmoleküle", die schwingen, sondern sich abwechselnd gegenseitig erzeugende elektrische und magnetische Felder - es ist also eine elektromagnetische Welle, die sich ausbreitet.

(So kann Licht sich auch im Vakuum ausbreiten, während andere Wellen ein Medium oder einen "Träger" benötigen, beim Wasser eben Wassermoleküle oder beim Schall Luftmoleküle, weshalb man z.B. auf dem Mond, da er keine Atmosphäre besitzt, auch keine Töne hören kann.)

Beugung und Interferenz

Bei der Beugung ist nur eine Welle beteiligt, die sich nach dem Durchgang durch einen Spalt umso mehr auffächert, je schmaler der Spalt ist: es entsteht ein Beugungsmuster.

Auch beim Doppelspaltexperiment hinterlassen die Elektronen oder Photonen - wenn nur eines der Spalten offen ist - ein Beugungsmuster, das nur der Einfachheit halber (und um es nicht mit dem Interfe­renzmuster zu verwechseln) oft nur als "Streifen" bezeichnet wird.

schönes Beugungsmuster an einem Damm
im Meer

      Zwei Wasserwellen überlagern sich

Bei Interferenz hingegen sind zwei oder mehrere Wellen beteiligt, die sich überlagern und so das charkteristische Muster erzeugen.