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Das Banner der Rhetos-Website: zwei griechische Denker betrachten ein physikalisches Universum um sie herum.

Einzelspaltexperiment (Kerze)

Low budget

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Basiswissen｜ Die Grundidee des Einzelspaltexperiments mit Kerzenlicht｜ Material für das Einzelspaltexperiment mit Kerzenlicht｜ Durchführung des Einzelspaltexperiments mit Kerzenlicht｜ Phänomen I: ein helles Lichtband｜ Phänomen II: Interferenz｜ Phänomen III: Farbeffekte (Dispersion)｜ Ultimativ simpel I: Finger statt Stifte｜ Ultimativ simpel II: mit Wimpern｜ Das Einzelspaltexperiment mit Laserlicht｜ Das Babinetsche Prinzip und das Einzelhaarexperiment｜ Zitate｜ Fußnoten


Basiswissen


Licht, etwa von einem Laser geht durch einen dünnen Spalt (z. B. von Schieblehre). In etwa 2 bis 3 Meter Entfernung kann man gut ein makroskopisches Beugungsmuster erkennen. Neben dieser Variante mit Laserlicht gibt es auch noch eine zweite low-budget Variante, für die normales Kerzenlicht genügt.



Bildbeschreibung und Urheberrecht
Ein Teelicht A brennt auf einem Tisch. Zwei Bleistifte B sind in einen (hier nicht sichtbaren) Schraubstock eingespannt. Zwischen den Bleistiften ist ein kleiner Spalt von deutlich weniger als einem Millimeter Breite. Der Spalt ist gut 64 Zentimeter von der Kerze entfernt. Eine Webcam C wird direkt an den Spalt gehalten. Auf dem Monitor D eines PCs wird das Bild angezeigt. Das mit der Webcam gemacht Bild E ist oben rechts eingefügt.☛


Die Grundidee des Einzelspaltexperiments mit Kerzenlicht


Die Kernidee ist, dass sich Licht nach dem Durchgang durch einen dünnen Spalt nach dem Spalt auszuweiten scheint. Das heißt, das Licht bewegt sich nach dem Spalt in Bereiche, in die es bei einer nur geradlinigen Ausbreitung nicht gelangen könnte . Diesen Effekt nennt man Beugung [6]. Beugung tritt oft in Zusammenhänge mit dünnen Öffnungen auf [3]. Zusätzlich treten bei Beugungseffekten auch geometrisch verblüffend symmetrische Muster der sogenannten Interferenz [4] sowie regenbogenartige Farbeffekte auf [5]. Der zugrundeliegende Effekt heißt 👉 Beugung

Material für das Einzelspaltexperiment mit Kerzenlicht


Das Einzelspaltexperiment mit der Kerze ist der denkbar einfachste Versuch, mit dem man die sogenannte Beugung von Licht sichtbar machen kann. Man benötigt lediglich folgende Materialien:


Durchführung des Einzelspaltexperiments mit Kerzenlicht


Man hält die zwei Bleistifte so in einer Hand, dass sie eine Art sehr spitzes V bilden. In der Hand sollen sich die beiden Bleistifte berühren. Darüber laufen sie etwas auseinander. Die Lücke zwischen den Bleistiften nennen wir hier den Spalt. Mit der zweiten Hand können wir jetzt die beiden oberen Enden der Bleistifte wahlweise näher zusammen schieben oder wieder voneinander entfernen. Dadurch können wir die Breite des Spalts bequem verändern. Wo der Spalt dann weniger als einen Millimeter breit ist blicken wir mit den Augen hindurch. Dazu kann man den erzeugten Spalt direkt vor ein Auge halten. Wenn die Bleistifte das Auge fast oder tatsächlich berühren ist es gut. Nun blicken wir durch diesen Spalt auf eine etwa in Armeslänge (40 cm bis 1 m sind z. B. gut) entfernt brennende Kerze. Wenn man etwas mit der Breite des Spalts spielt wird man irgendwann verblüffende Phänomene des Lichts beobachten.

Phänomen I: ein helles Lichtband


  • Man macht den Spalt zunächst so breit, dass man die Flamme der Kerze bequem und natürlich sieht.
  • Dann macht man den Spalt langsam immer schmaler, Richtung einen Millimeter und weniger.
  • Man beobachtet dann, wie aus der Flamme ein heller Lichtstreifen auszutreten scheint.
  • Dieser Streifen Licht ist immer senkrecht (90-Grad-Winkel) zu den Bleistiften ausgerichtet.
  • Je dünner der Spalt ist, desto länger werden die Streifen.
  • Im Extremfall eines sehr dünnen Spalts, sieht man nichts mehr von der Flamme sondern nur noch den hellen Streifen von links nach rechts.
  • Man sieht Licht aus einer Richtung kommen, wo eigentlich die Bleistifte den Weg zur Kerze versperren oder wo die Kerze überhaupt nicht steht.
  • Das Licht erreicht also Bereiche, die nach der reinen Strahlenoptik nicht erreicht werden dürften [2].
  • Dass Licht in Bereiche eindringt, die nach einer strikten Strahlenoptik nur Schatten zeigen dürften nennt man 👉 Beugung

Phänomen II: Interferenz


  • Ist der Spalt schmal genug, sieht man beidseits der Flamme Muster aus hellen und dunklen Streifen.
  • Diese Muster liegen immer in dem oben beschriebenen Lichtband.
  • Macht man den Spalt schmaler, weitetet sich das Muster weiter weg von der Flamme aus, man zieht es sozusagen auseinander.
  • Macht man den Spalt breiter, staucht man das Muster hin zur Flamme, die hellen und dunklen Bereiche rücken enger aufeinander zu.

Phänomen III: Farbeffekte (Dispersion)


  • Bei einem sehr engen Spalt treten lebhafte Farbeffekte auf.
  • Aber nicht alle Experimentatoren haben Farbeffekte wahrgenommen.
  • Man muss dazu wohl mit verschiedenen Spaltbreiten und Blickrichtungen auf die Kerze spielen.

Ultimativ simpel I: Finger statt Stifte


Der große Vorteil des oben beschriebenen Experimentes mit Kerzenlicht ist, dass man sehr wenig Material braucht. Der berühmte Physiker Richard Feynman (1918 bis 1988) schlug eine Variante mit den Finger vor.


ZITAT:

Richard Feynman: "Man suche ein kleines helles Licht, sagen wir eine Klarglasbirne in einer weit entfernten Straßenlaterne [...] Dann halte man zwei Finger vor ein Auge, um so durch den Spalt zu gucken, und drücke das Licht sehr langsam zu Null. Man wird beobachten, dass das Bild des Lichtes, welches vorher ein kleinerer Punkt war, ganz gedehnt wird und sich sogar zu einer langen Linie streckt. Der Grund ist, dass die Finger sehr dicht zusammen sind und dass das Licht, welches entlang einer geraden Linie kommen sollte, über einen Winkelbereich verteilt wird, so dass es, wenn es in das Auge gelangt, aus verschiedenen Richtungen hereinkommt." [9]


Und es gibt Interferenz:


ZITAT:

Richard Feynman: "Und wenn man sehr sorgfältig ist, wird man außerdem auch Seitenmaxima, nämlich eine Schar von Streifen entlang der Kanten bemerken. Die ganze Erscheinung ist außerdem farbig." [9]


Goethes Farbenlehre
Bei diesem Zitat würde sich Johann Wolfgang von Goethe (1749 bis 1832) sehr freuen, wenn er denn noch lebte. Goethe sah sich selbst als einen großen Naturforscher und Physiker. Tatsächlich hat er über Jahrzehnte viel Scharfsinn und Zeit auf seine durchaus beachtenswerte Farbenlehre verwendet. Auch wenn Goethe von der etablierten Hochschulphysik als Physiker niemals sonderlich ernst genommen wurde, gab es doch einige herausragende Physiker, die seiner Farbenlehre durchaus Respekt zollten. Eine von Goethes Kernaussagen war, dass die Farben nicht durch eine Aufspaltung von weißem Licht entstehen. Das war, so Goethe, eine große Irrlehre von Isaac Newton (1642 bis 1727), den er immer wieder mit ungezügelter Bissigkeit angriff. Goethe zufolge entstehen die Farben immer erst aus einem Zusammenspiel von Licht und Finsternis. Goethe hätte sicherlich auch das Einzelspaltexperiment in dieser Weise gedeutet. Siehe mehr zu diesem Nebenthema im Artikel über 👉 Goethes Farbenlehre

Und auch eine alte Erkenntnis aus antiken Zeiten, die etwa mit viel Mühe von dem arabischen Gelehrten Alhazen (965 bis 1040) "bewiesen" worden war, gerät ins Wanken:


ZITAT:

Richard Feynman: Das ist eine "Demonstration, dass das Licht sich nicht immer in geraden Linien ausbreitet […]" [9]


Das ist ein wunderbares Beispiel dafür, wie der tiefe Zauber und ein tiefes Geheimnis in den alltäglichsten Dingen sich zeigen kann. Man muss seine Beobachtungen nur mit dem angelernten Wissen aus Schule, Studium, Büchern oder Filmen abgleichen und hat bald ein Bündel neuer Fragen. Experimente mit möglichst einfachen Mitteln zu machen ist eine der Kerngedanken einer 👉 Lernwerkstatt

Ultimativ simpel II: mit Wimpern


Betrachtet man eine Kerze in einem nicht zu hellen Raum, zum Beispiel aus etwa vier Metern Entfernung und kneift man dann die Augen zusammen, so wird man dann auch gut das Interferenzmuster wie oben beschrieben erkennen können. Wahrscheinlich aber ist die Beugung hier nicht auf einen einzelnen Spalt zurückzuführen sondern auf die mehr oder minder regelmäßig angeordneten Wimpern. Diese ergeben dann vielleicht eine Art Beugungsgitter. Dass der Wechsel von hellen und dunklen Streifen (wenn man ihn denn erblickt) nicht einfach nur der Schatten der Wimpern ist, kann man leicht einsehen, wenn man den Kopf beim blinzelnden Blick auf die Kerze von links nach rechts schwenkt. Das Muster bleibt an der alten Stelle. Wie gesagt, die Wimpern sind hier vermutlich ein 👉 Beugungsgitter

Das Einzelspaltexperiment mit Laserlicht


Ein großer Nachteil des oben beschriebenen Experimentes ist, dass man die Effekte nicht gemeinsam betrachten kann. Niemand kann anderen Leuten zeigen, was man gerade sieht [6]. Eine Abhilfe ist es, das Experiment mit einem Laserpointer durchzuführen. Man schickt einen Laserstrahl durch einen dünnen Spalt und lässt das Licht in einigen Dezimetern oder wenigen Metern Entfernung auf eine Wand fallen. Dort kann man dann gemeinsam und gleichzeitig die Ausbreitung des Lichtflecks sowie Interferenz, nicht aber die bunten Effekte der Dispersion beobachten. Siehe dazu die Anleitung 👉 Einzelspaltexperiment (Laser)

Das Babinetsche Prinzip und das Einzelhaarexperiment


Einzelspaltexperimente sind schon für das 17. Jahrhundert nachgewiesen [1]. Eine Alternative war es, dass man keinen dünnen Spalt erzeugt sondern einen dünnen Gegenstand (Haar, Draht, Faden) in den Weg des Lichtes bringt. So führte Isaac Newton (1642 bis 1729) eine Art Einzelspaltversuch mit dünnen Stiften durch [2]. Für ein praktisches Beispiel siehe unter 👉 Einzelhaarexperiment

Zitate


Das oben beschriebene Einzelspaltexperiment mit zwei Bleistiften gehört zum klassischen Repertoire vieler Wissenschaftsmuseen und physikalischer Praktika. Es kann auf unterschiedliche Weisen gedeutet werden.

In einer Beschreibung des Technorama aus Winterthur in der Schweiz wird der Versuch als Beleg für die Welleneigenschaften von Licht angesehen:


ZITAT:

"You can easily demonstrate diffraction using a candle or a small bright flashlight bulb and a slit made with two pencils. The diffraction pattern—the pattern of dark and light created when light bends around an edge or edges—shows that light has wavelike properties." [7]


Auch die kanadische Queens University aus Ontario deutet das Phänomen im Sinne einer Welle. So wie eine Wasserwelle nach dem Durchgang durch einen engen Spalt, etwa einen Eingang in eine Unterwasserhöhle, dann kreisförmig in alle möglichen Richtungen weiterläuft, verhält sich auch das Licht:


ZITAT:

Classical wave description: "By only allowing light to pass through a narrow slit, we are creating a ‘point source’. The light from this source then moves outwards from the point in a circle, causing the light to spread out." [8]


Doch die Queens University bringt noch eine zweite Deutung ins Spiel: die Heisenbergschsche Unschärferelation. Hier wechselt man in Teilchenmodell von Licht (quantum particle description) und ordnet dem Teilchen einen Ort und einen Impuls (momentum) zu:


ZITAT:

Quantum Particle description: "By forcing the light to pass through a thin slit, we are forcing it into a very precise position. This introduces some uncertainty to the momentum, causing it to spread out in many directions!" [8]


Fußnoten


  • [1] 1665: Ein Einzelspaltexperiment, mit der Sonne als Lichtquelle, durchgeführt in einem abgedunkelten Raum, ist auf Latein und unter dem Titel "Experimentum secundum" ausführlich und mit einer Skizze beschrieben in: Francesco Maria Grimaldi: Physicomathesis de lumine, coloribus, et iride, aliisque annexis, Bologna 1665. Dort die Seite 9 in der Ausgabe von 1665.
  • [2] Isaac Newton: Opticks. Kapitel: The Third Book of Opticks Part I. 1730. Der Schatten eines dünnen Stabes in einem Sonnenstrahl in einem abgedunkeltem Raum ist dort beschrieben ab Seite 317: "Grimaldo has inform'd us, that if a beam of the Sun's Light be let into a dark Room through a very small hole, the Shadows of things in this Light will be larger than they ought to be if the Rays went on by the Bodies in straight Lines, and that these Shadows have three parallel Fringes, Bands or Ranks of colour'd Light adjacent to them. But if the Hole be enlarged the Fringes grow broad and run into one another, so that they cannot be distinguish'd." Es folgt dann eine ausführliche Beschreibung des Versuches. Siehe auch 👉 Newtons Lichtbeugung
  • [3] 1854, Beugung definiert als Lichteffekte an dünnen Öffnungen: "Beugung des Lichts, auch Inflexion oder Diffraction des Lichts, nennt man das eigenthümliche Verhalten des Lichts beim Durchgang durch enge Oeffnungen." In: Herders Conversations-Lexikon. Freiburg im Breisgau 1854, Band 1, S. 518-519. Online: http://www.zeno.org/nid/20003233715
  • [4] 1911, mit Interferenz verbunden: "Beugung, Diffraktion oder Inflexion des Lichts, eine mit Interferenz (s.d.) verbundene Ablenkung des Lichts aus der geraden Fortpflanzungsrichtung, entsteht, wenn Licht durch einen schmalen Spalt geht, durch die seitliche Ausbreitung und Interferenz der durch den Spalt dringenden Ätherwellen" In: Brockhaus' Kleines Konversations-Lexikon, fünfte Auflage, Band 1. Leipzig 1911., S. 197. Online: http://www.zeno.org/nid/20000955167
  • [5] 1857, Beugung mit Farbeffekten verbunden: "Wenn man ferner durch einen schmalen Spalt nach einem leuchtenden Punkte blickt, so sieht man neben dem direct gesehenen hellen Streifen nach beiden Seiten im Schattenraume noch eine große Zahl farbiger Streifen." In: Pierer's Universal-Lexikon, Band 2. Altenburg 1857, S. 697. Dies Farbeffekte gehören zum größeren Bereich der 👉 Dispersion
  • [6] Beugung als umgebogene Lichtstrahlen: "B. der Lichtstrahlen (Inflexio od. Diffractio luminis), die Eigenschaft der Lichtstrahlen, sich nicht nur in gerader Richtung, sondern auch nach beliebigen anderen Richtungen hin fortzupflanzen." In: Pierer's Universal-Lexikon, Band 2. Altenburg 1857, S. 697. Siehe auch 👉 Beugung
  • [7] Exploratorium (Technorama) Diffraction Experiment – Anleitung: Lichtquelle (Kerze oder Mini-Maglite), zwei Bleistifte mit schmaler Lücke formen und durch diese Lücke ein Beugungsmuster beobachten. Technorama. Swiss Science Centre. Winterthur. Abgerufen am 25. Februar 2026. Online: https://explorer.technorama.ch/en/experiment/diffraction
  • [9] Richard Feynman: Feynman Lectures. Band 1, Kapitel 26: „Optik: Das Prinzip der kürzesten Zeit. Siehe auch 👉 Feynman Lectures


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