Die Newtonschen und Fresnelschen Beugungsexperimente
Die Weiterführung der Newtonschen Beugungsexperimente
Beugung von Licht an Spalt und Hindernis
Interferenz-Winkelbedingung, Beugung und
Abbildung
Beugungen hintereinander folgend und mit
Zwischenabbildung
Frequenzminderung nach der Beugung
Innere und äußere Beugungsstreifen von
Kreisöffnungen
Überlagerung von Interferenz und Beugung
Beugungsexperimente mit inhomogener
Beleuchtung
Experimente mit polarisiertem Licht mit
Spalt und Doppelspalt
Der Untergrund von Beugungsfiguren
Versuch der Deutung der Newtonschen
Beugungsexperimente
Folgerungen aus den Newtonschen
Beugungsexperimenten für Photonen
Folgerungen für die Struktur des
Elektrons aus der des Photons
Das thermisch bedingte elektromagnetische
Feld
Beugung und Lichtemission von
Elektronen
Energiestufen der Elektronen im
magnetischen Eigenfeld
Faradays elektro-tonische Zustände
Nahfeldoptik mit Berücksichtigung der
Newtonschen Beugungsexperimente
Die Berücksichtigung der magnetischen
Momente in der Quantentheorie
englisch
Frequenzminderung des Lichtes nach der Beugung
Laserlicht fiel auf einen engen Spalt und trat dann in eine Lummer-Gehrcke Platte ein. Deren Interferenzstreifenzeigten eine Verbreiterung zum Ort des Lichtes niedriger Frequenzen, es trat also keine gesamte Linienverschiebung zum niederfrequenten Licht ein. Dies war nachweisbar bei Spaltweiten unter 0,01 mm, bei höheren Ordnungen auch bei einigen 0,001 mm. Je kleiner die Spaltweite, je höher die Ordnung und je höher die Frequenz des Lichtes, je stärker wurde die Verbreiterung zu niedrigeren Frequenzen. Smekal sagte die Frequenzminderung bei der Beugung voraus.
Abb. 1. Experimentelle Anordnung. L - He-Ne oder Argon- Laser; f1, f2 - Linsen zur Strahlungsaufweitung, S Präzisionsspalt mit maximaler Weite 0,3 mm.; e - Entfernung; L-G - Lummer-Gehrcke Platte, 0 -Objektiv Tessar 1 : 4,5, f' = 13,5 cm; P - einäugige Spiegelreflexkamera.
Abb. 2. Photometerkurven der ersten beiden linken Linien der LummerGehrcke Platte, beleuchtet mit dem He-Ne Laser 188 mit den Spaltweiten 0,2, 0,02, 0,01 und 0,005 mm bei e = 0,2 m. Es sind die Mitten der nullten Ordnungen bei variierter Spaltweite untersucht, die optischen Durchlässigkeiten der Negative in Abhängigkeit vorn Bildort sind in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Die gestrichelten Linien der Spaltweiten 0,02 und 0,005 mm sind nur dort gezeichnet, wo sie von den durchgezogenen Kurven bei 0.2 oder 0,01 mm abweichen. Die innere Linie ist in der Höhe normiert gezeichnet. Strichpunktiert ist die Symmetrielinie der Aufnahme der Lummer-Gehrcke Platte dargestellt.
Abb. 3. Wie Abb. 2, nur e = 1,2 m.
Abb. 4. Die Ordnungen 0 bis 4 der Beugungsfiguren. Gezeichnet ist die linke innerste Linie der Photometerkurven der Lummer-Gehrke Platte bei der Spaltweite 0,25 mm der Ordnungen 0 bis 4. Der Pfeil am Fuß der Kurven soll auf die Verbreiterungen bei höheren Ordnungen hinweisen. Die Höhe der Linien ist normiert gezeichnet.
Abb. 5. Photometerkurven der beiden ersten Streifen der Lummer-Gehrcke Platte. Es wurde wie in Abb. 2 die nullte Ordnung bei variierter Spaltweite untersucht, Ein Argon-Laser ILA 120 beleuchtete mit der blaugrünen Einstellung den Spalt, im Unterschied zum He-Ne Laser liefert der Argonlaser Doppellinien. Es ist die optische Durchlässigkeit dar Negative in willkürlichen Einheiten in Abhängigkeit vom Bildort aufgetragen. Sonst wie Abb. 2.
Abb. 6. Photometerkurven der Negative, die mit Beugungsstreifen von verschieden Ordnungen bei konstanter Spaltweite mit dem Argonlaser autgenommen wurden. Es sind jeweils nur die linken ersten Doppelstreifen dargestellt, die bei einer Spaltweite von 0,025 mm gewonnen wurden. Es sind die 0. bis 4. Ordnung analysiert, wobei die inneren Maxima auf die gleiche Höhne normiert gezeichnet sind.
Diskussion
Bei Kenntnis des Compton Effektes ist die Rotverschiebung des Lichtes bei der Beu-gung nicht verwunderlich. Wer allerdings eine Rotverschiebung der gesamten Linie erwartet hatte, wie Hubble [5] im Licht außergalaktischer Nebel beobachtete, der wird enttäuscht sein. Man könnte dies vergleichen beim Compton-Effekt, wenn man über den gesamten Winkelbe-reich summiert, dann erhält man auch nur eine Verbreiterung nach der niederfrequenzen Seite. Dies wäre hier zu vergleichen mit der Summierung über die Spaltweite.
Dazu ist zu beachten, was schon Newton [2] III Beobachtung 5 festgestellt hatte und Nieke [6] und [ 7] bestätigte, daß gebeugtes Licht nicht vorn gesamten Spalt kommt, sondern nur aus der näheren Umgebung jeder Kante (<0,1 mm). Bei Spaltweiten kleiner als 0,1 mm überlappen sich die beiden Gebiete aus denen gebeugtes Licht kommt. Die Ermittelung der Spaltweite Null ist nicht eindeutig. Stellt man die Spaltweite Null ein, wenn im Auflicht eine Bewegung der Spaltbacken bei Spalterweiterung wahrzunehmen ist, so stellt man bei Beobachtung im Durchlicht die erste Lichtwahnehmung bei Werten zwischen 0,001 bis 0,002 mm fest. Also die Angabe jeder Spaltweite ist mit dieser Ungenauigkeit verknüpft.
Smekal [7] schrieb in der Arbeit, in der er auch den Raman-Effekt voraussagte: ,,Es hat den Anschein, als ob mit jeder beliebigen Richtungsänderung eines Lichtstrahles Vorgänge von ganz ähnlicher Beschaffenheit verknüpft sein würden, wie die oben beschriebenen ,Translationsquantenübergänge'. Die formale Anwendung der Einsteinschen Impulsfolgerung ergäbe dann grundsätzlich eine Frequenzänderung bzw. -erniedrigung des Lichtes bei jedem Reflexions-, Brechungs- und Beugungsvorganges, eine Konsequenz, aus welche in etwas spezieller Weise bereits W. Duane [8] unabhängig von den oben behandelten Fragen aufmerksam gemacht hat. Eine genauere Prüfung zeigt, daß die dadurch bedingte Abweichungen von der klassischen Wellentheorie unter den günstigsten experimentellen Umständen interferometrisch sogar bequem meßbar gemacht werden können müßten. Bis zur Verwirklichung derartiger Zukunftshoffnungen, welche in mancherlei Hinsicht geeignet wären, das Dogma von der Unentbehrlichkeit wellentheoretischer Überlegungen in der Optik der Reflexion und Interferenz zu zerstören, ist aber vielleicht ein noch sehr weiter Weg."
Raman mußte Stunden oder Tage lang seine Aufnahmen belichten. Mit Laserlicht sind heute Sekunden oder Minuten ausreichend. So ist es auch keine Schwierigkeit mit Laserlicht die Frequenzminderung des Lichtes bei der Beugung nachzuweisen.
Die notwendige Frequenzänderung Δf vom ersten zum zweiten Streifen der verwendeten Lummer-Gehrcke Platten, also das Dispersionsgebiet, ergibt sich etwa zu Δf/ f ~ 4 10-5 (1) die maximale Verschiebung beträgt aber nur einen Bruchteil davon.
Literaturverzeichnis
[1] H. Nieke, Newtons Beugungsexperimente und ihre Weiterführung. Arbeit 4.[2] I. Newton, Opticks or a Treatises of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light. London 1704; Opera que exstant omnis, Tom IV, London 1782; Reprint, Bruxelles 1966; Optik II + III. Übers. W. Abendroth, Ostwald's Klassiker Nr. 97, Engelmann, Leipzig, 1898; Neuauflage Bd. 96/97 Vieweg,Braunschnweig 1983; Optique, Trad. J. P. Marat 1787; Bourgois, Paris 1966.
[3] A Fresnel, Oeuvre Complétes I. Paris 1866. Abhandlungen über die Beugung des Lichtes. Ostwalds Klassiker Nr. 215, Engelmann Leipzig 1926.
[4] Wie [1], Arbeit 5.
[5] E.Hubbel, The realm of nebula. YaIe Univ. London 1936; Das Reich der Nebel. Vieweg, Braunschweig 1938.
[6] Wie [1], Arbeit 2
[7] Wie [1], Arbeit 3.
[8] A. Smekal, Naturwiss. 11 (1923) 973.
[9] W.Duane, Proc. Acad. Amer. 9 (1923) 158.
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