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Licht als Phänomen


1905 veröffentlichte Albert Einstein innerhalb kurzer Zeitabstände fünf Arbeiten. In der dritten Abhandlung versieht er das Licht mit Teilchencharakter. Dadurch wird zu einem der Begründer der Quantenmechanik, die Vorgänge im Innern der Atome betrachtet.


Lenard hatte den photoelektrischen Effekt untersucht. Bei der Bestrahlung bestimmter Metalle durch Licht, lösen sich von der Metalloberfläche Elektronen. Man nahm an, dass mit steigender Lichtintensität die Elektronen umso heftiger davonflogen. Diese Hypothese bestätigte sich aber nicht.
Wenn man das Licht aus noch so großer Entfernung auffallen läßt, werden die Elektronen immer mit derselben Geschwindigkeit ausgesandt. Die Anzahl der Elektronen hingegen sinkt.
Wenn man aber die Frequenz des Lichtes verändert, nimmt auch die Geschwindigkeit der Elektronen andere Beträge an. (Bei hochfrequentem violetten Licht steigt die Geschwindigkeit der Elekronen.)
Die damals verbreitete Ansicht, Licht hätte Wellencharakter, konnte das nicht erklären.
David Chotjewitz beschreibt das Problem in seinem Buch "Abenteuer des Denkens" bildhaft. Er stellt den wellenförmigen Lichtstrahl als Windmaschine dar. Blätter am Baum verkörpern in seinem Modell die Elektronen, wobei alle Blätter gleich beweglich sind. Wird die Windmaschine aktiviert, bewegen sich nicht alle Blätter, die vom Wind getroffen werden, obwohl den Blättern vorher gleiche Eigenschaften gegeben waren. Die Geschwindigkeit der Blätter müsste jedoch gleich sein. Das Wellenmodell erklärt die Beobachtungen des Experimentes folglich nicht. Einstein versah das Licht mit Teilchencharakter, es besteht demnach aus "Lichtquanten", also kleinsten Portionen. Hierbei greift der Physiker auf Max Plancks Arbeit über die Quanten zurück. Die Lichttteilchen er Photonen. Photonen hochfrequenten Lichts enthalten mehr Energie, wodurch die Geschwindkeitszunahme erklärt wird. Bei Photonen einer kleineren Freqenz trifft das Gegenteil zu.
Ersetzt man die Windmaschine nun durch kleine Bälle, leuchten die Beobachtungen des realen Experiments ein. Die Bälle treffen die Blätter und reißen sie sofort mit sich. Je mehr Bälle, umso mehr Elektronen werden freigesetzt.
Einstein konnte Thomas Young , der bewiesen hatte, dass Licht aus Wellen besteht, nicht widerlegen. Heute geht man davon aus, dass Licht eine Doppelnatur innewohnt. Einstein nahm das Paradox als solches an. Ein Experimentalphysiker aus Amerika versuchte etwa ein Jahrzehnt, Beweise gegen Einsteins Theorie zu finden. Alle seine Versuche bestätigten sie aber.
Für diese Arbeit erhielt Einstein 1921 den Nobelpreis.


Der Michelson-Morley-Versuch hatte die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum gezeigt. Wie konnte das möglich sein? Einstein akzeptierte angesichts der Experimente, dass Licht sich nun einmal mit gleichbleibender Geschwindigkeit ausbreitet.
Nach Newtons Bewegungsgesetzen müßte es theoretisch möglich sein, dachte Albert in seinen letzten Kindertagen, einen Beobachter auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Dann würde diese Person das Licht als etwas Stehenbleibendes und Unbewegtes empfinden, das Licht wäre also ein zeitunabhängiges Wellenfeld - was in den damaligen physikalischen Erkenntnissen (Maxwells Gleichungen nämlich) nicht enthalten war. Eine Uhr, die sich mit der Lichtgeschwindigkeit bewegt, bliebe stehen: für Albert schien das paradox. Die Antwort auf die Frage, ob man einen Lichtstrahl einholen kann, hat er sich selbst beantwortet: Man kann einen Lichtstrahl nicht einholen. Lesen Sie den folgenden Satz sehr genau. Egal, wie schnell man sich bewegt, die Lichtgeschwindigkeit beträgt immer 300.000 km/h. Das heißt, wenn wir uns mit eben dieser Lichtgeschwindigkeit bewegen würden, wäre das so, als ob wir stillstehen, und der Lichtstrahl erschiene uns noch immer als eine unfassbar schnelle Sache von 300.000 km/h.


Experimentell wurde die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit bestätigt: sie beträgt rund 2,99792 * 10^8 ms^-1. Welche Bedeutung sie für des Relativitätsprinzip hat, lesen Sie unter "Zickzackkurs zum Jungbrunnen" .



Ansonsten geht es hier zurück zur Übersicht des wissenschaftlichen Erkenntnisweges.

 

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