R
Grundschule Mathematik I Mathematik II Physik Chemie Wissen
Kurze Worte Worte nach Alter Terme Rechner
Mathfeed Physfeed Philfeed
Das Lexikon Die Mission Die Autoren Copyright Impressum
☰


Partielle Reflexion


Physik


Grundidee


Trifft Licht auf eine Glasplatte, etwa ein Fenster, so wird ein Teil des Lichtes reflektiert, prallt also sozusagen an dem Glas ab. Ein anderer Teil des Lichtes jedoch geht durch die Glasplatte hindurch, wobei das Licht auch seie Richtung ändern kann (Brechung). Die Tatsache dass ein Teil des Lichtes reflektiert wird, umschreibt man mit dem Wort partielle Reflexion. Dieses Phänomen kann man nicht mehr mit der klassischen Physik erklären. Man braucht dazu die Quantenphysik.

Verschiedene Arten von Reflexion


Trifft Licht auf einen größeren Körper aus Materie, so kann man verschiedene Fälle unterscheiden, je nachdem was mit dem Licht passiert.


Partielle Reflexion: ein einfacher Versuch


Bei einer partiellen Reflexion wird nur ein Teil des Lichts reflektiert. Der Rest dringt tiefer in das Glas ein oder geht ganz durch das Glas hindurch. Man kann diese partielle Reflexion von Licht mit einem einfachen Versuch leicht selbst beobachten: man mache bei Dunkelheit oder trübem Wetter in einem Zimmer mit einem Fenster innen eine Lampe an (eine Kerze geht auch). Blickt man von innen aus auf die Fensterscheibe, wird man dort ein Spiegelbild der Lampe. Geht man nach außen, und blickt man von außen nach innen in den Raum, wird man das Licht ebenfalls sehen. Für das Bild innen musste ein Teil des Lichts reflektiert worden sein. Für das Bild, das man von außen sieht, musste ein Teil des Lichts ganz durch das Fensterglas hindurchgehen. Wenn etwas nur teilweise passiert, nennt man den Vorgang auch partiell ↗

Partielle Reflexion: die 100 Millionen Zyklen


Das Rätselhafte an der partiellen Reflexion geht aber noch tiefer. Man stelle sich einen Lichtstrahl vor der mit einem Einfallswinkel von zum Beispiel 20° auf eine dünne, ebene Glasplatte treffe[5]. Dem sogenannten Reflexionsgesetz zufolge wird der Strahl unter demselben Winkel von der Oberfläche reflektiert, also auch mit 20°. Der Strahl trifft also recht steil auf die Glasfläche auf und geht dann nach der Reflexion auch wieder recht steil von der Fläche weg. In den Weg des reflektierten Strahls baue man jetzt gedanklich einen Photonendetektor ein, ein Gerät also, dass zum Beispiel jedes Mal klickt, wenn ein Photon darauf trifft[6]. Angenommen man beginne das Experiment und stelle mit Hilfe des Detektors fest, dass gut 16 % der ausgesandten Photonen vom Glas reflektiert werden. Dann macht man die Glasplatte etwas dicker. Jetzt werden zum Beispiel nur noch 12 % der Photonen reflektiert. Man macht die Glasplatte langsam immer dicker und stellt dann fest, dass der Anteil der reflektierten Photonen bis auf 4 % zurückgeht. Macht man das Glas dann aber weiter dicker steigt der Anteil der reflektierten Photonen langsam wieder auf 16 % an, um bei einer noch weiteren Verdickung wieder bis auf 4 % abzufallen. Der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman (1918 bis 1988) beschreibt das Experiment ausführlich[1, Seite 27 bis 47]: der Zyklus, so Feynman, wiederhole sich gut 100 Millionen Mal "ohne jedes Anzeichen einer Abschwächung[1, Seite 33]". Feynman spricht in diesem Zusammenhang von Interferenz[7].

Die Strahlentheorie der Optik versagt


Warum, so kann man fragen, gehen ein Teil der Photonen (Lichtteilchen) durch das Glas hindurch während andere daran abprallen und nach dem Gesetz Ausfallswinkel gleich Einfallswinkel reflektiert werden? Man könnte annehmen, dass das Licht an sich auf geraden Bahnen fliegt und es dann Löcher im Glas gibt, die das Licht durchlassen. Zwischen den Löchern könnte es kleine Klümpchen geben, an denen das Licht abprallt. Doch wenn man solche anschaulich ansprechenden Thesen weiter entwickelt, stößt man letztendlich immer auf unüberwindbare Probleme: keine "vernünftige" oder anschauliche Theorie kann das Phänomen erklären[2]. Die Idee von geraden Flugbahnen, den Strahlen von Licht bezeichnet führt zur praktisch nützlichen aber letztendlich überforderten Strahlenoptik ↗

Fußnoten




Eine Lichtquelle A sendet einen Strahl aus, den man sich aus zwei Teilen A und B vorstellen kann. Von einer Glasplatte D wird ein Teil des Strahls E reflektiert und von einem Detektor F gemessen. Ein anderer Teil G des Strahl geht durch die Glasplatte hindurch und erreicht den Detektor H. Gunter Heim