Der optische Welle-Teilchen-Dualismus

Die besondere Herausforderung bei der Behandlung der Wechselwirkung von Licht mit Materie liegt in dem sog. ‚Welle-Teilchen-Dualismus’ der Licht beschreibenden Modelle. In manchen Fällen (Farbe, Beugung, Brechung, etc.) beschreiben wir das sichtbare Licht klassisch als eine Wellenerscheinung des elektromagnetischen Spektrums (Maxwell-Lorentz-Theorie). In anderen Fällen (Intensität, Emission, Absorption, etc.) beschreiben wir das Licht nach Einstein, als aus Energiequanten (Photonen) bestehend. Eine einheitliche Darstellung wäre nur im Rahmen der Quantenmechanik möglich, aber für unsere aktuellen Fragen nicht notwendig!

Im Wellenbild beschreibt die Frequenz f bzw. Wellenlänge λ = /f (c=Lichtgeschwindigkeit) die unterschiedlichen Farben des Spektrums. Multiplizieren wir die Frequenzwerte mit der Planckschen Konstante h, so erhalten wir entsprechende Energiewerte E = ·h, Energiequanten, welche im Teilchenbild zur Definition der Photonen herangezogen werden. Solange die Geschwindigkeit dieser Energiequanten (Photonen) ungleich 0 ist, können sie so behandelt werden als wären sie Teilchen. Die Intensität wird durch den Energiefluss (Anzahl der Photonen) pro Fläche und Zeit definiert. Im Wellenbild führt die Frage nach der Lichtintensität zu Widersprüchen.

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