Lichtstreuung

Physik

Basiswissen

Wird ein Lichtteilchen von einem Atom absorbiert (geschluckt) und gibt das Atom anschließend ein neues Lichtteilchen in einer dann zufälligen und neuen Richtung ab, so spricht man von einer Streuung des Lichts^[6]. Sind sehr viele Atome an der Streuung beteiligt entstehen daraus die Phänomene Reflexion^[1], Brechung^[2] und Reflexion^[3]. Die Streuung von Sonnenlicht in der Atmosphäre der Erde ist der Grund für den blauen Himmel^[5].

Fußnoten

[1] Streuung schließt Reflexion mit ein: "As a matter of fact, to the authors knowledge, there is no consolidated concern in the literature about the nature of the RIS as a scatterer or as a mirror. In fact, although most works seem to use both terms interchangeably, the conventional view has been through their characterization as scatterers." RIS steht für reconfigurable intelligent surfaces. In: J. C. B. Garcia, A. Sibille and M. Kamoun, "Reconfigurable Intelligent Surfaces: Bridging the Gap Between Scattering and Reflection," in IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 38, no. 11, pp. 2538-2547, Nov. 2020, doi: 10.1109/JSAC.2020.3007037.

[2] Streuung schließt Brechung (refraction) mit ein: "Refraction occurs when a large number of dipoles scatter coherently. Each individual dipole scatters light in response to the incident radiation in (almost) all directions, but when you have a large collection of scatterers, each one scattering in many directions, you have to sum the contributions of each one in order to arrive at the total field. Each contribution interferes with every other contribution. hen you do this at an abrupt interface, the result is reflection and refraction (and cancellation of the incident light, ala the Ewald-Oseen thm). So the main difference is that scattering generally refers to small scatterers (having a size on the order of the wavelength), and refraction requires a large number of scatterers, and a clean interface." In: StackExchange. Physics. 4. April 2016. Online: https://physics.stackexchange.com/questions/247342/difference-between-scattering-and-refraction

[3] Streuung schließt Beugung (diffraction) mit ein: "diffraction is the spreading of waves but demonstrates that all diffraction patterns are the result of scattering." In: Matthew J. Berg, Christopher M. Sorensen: A review and reassessment of diffraction, scattering, and shadows in electrodynamics. In: Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. Volume 210, May 2018, Pages 225-239. Online: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022407317308191

[4] Dass alle optischen Phänomene (und viele weitere) letztendlich mit einer einheitlichen Theorie mit Streuung als einem fundamentalen Prozess beschriebenen werden können ist die Kernaussage der sogenannten Quantenelektrodynamik: Richard Feynman: QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie. Piper Verlag. 1. Auflage 1992. ISBN: 3-492-21562-9. Siehe auch QED (Feynman) ↗

[5] Lilienfeld, Pedro. (2004). A Blue Sky History. Optics and Photonics News. 15. 32-39. 10.1364/OPN.15.6.000032. Eine historische Betrachtung (auf Englisch).

[6] Der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman (1918 bis 1988) beschränkte die Streuung auf die Wechselwirkung eines Photons mit einem Elektron: "Wenden wir uns einem […] Prozeß zu, der mit einem Photon und einem Elektron beginnt und mit einem Photon und einem Elektron endet. Zum einen kann dieser Prozeß folgendermaßen ablaufen: Ein Photon wird von einem Elektron absorbiert, das Elektron setzt seinen Weg noch ein Stück fort, und emittiert dann ein neues Photon. Dieser Vorgang ist uns als Streuung des Lichts bekannt." In: Richard Feynman: QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie. Piper Verlag. 1. Auflage 1992. ISBN: 3-492-21562-9. Dort die Seite 114. Siehe auch QED (Feynman) ↗