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LICHT

Die Beschäftigung mit dem alltäglichen Phänomen des Lichts vermittelt uns ein tieferes Verständnis für den Aufbau und Ablauf elektromagnetischer "Wellen". Eigentlich ist alles LICHT.
Auch atomare FELDER sind nichts anderes als LICHT - elektromagnetische Impulse, gefangen gehalten von anderen Impulsen. Lichtbrechung, Beugung und andere Geheimnisse enträtseln sich anhand eines einfachen Modells.

     Was hat ein Getreidefeld in einem Kapitel über das Licht verloren? Geht hier der Begriff "Allgemeine Feldtheorie" nicht etwas zu weit? Keinesfalls, denn die nachdenkliche Betrachtung eines Getreidefeldes wird uns helfen, einige äußerst wichtige Definitionen über Feldausbreitung und Impulsfortpflanzung im Feld des T.A.O. zu treffen und zu verstehen. Das Dominosteinprinzip wird uns ja inzwischen klar sein, die Impulsweitergabe im T.A.O. erfolgt ja nach diesem Schema - und wir wissen schon, dass sich die "Dominosteine", also die "Körner" des T.A.O. selbst gar nicht von A nach B bewegen, sondern lediglich eine Energie-Weitergabe (besser gesagt eine Energie-Informations-Weitergabe!) erfolgt, so dass von einer Dominostein-Geschwindigkeit keine Rede sein kann, wogegen eine Geschwindigkeit in der Ausbreitung der scheinbaren Welle vorliegt. Es bewegt sich demnach kein DING - und wir werden erkennen, dass es so etwas wie "echte" Bewegung von DINGEN im Universum überhaupt nicht gibt. Das ist auch philosophisch vertretbar, denn das Vorhandensein echter Bewegungen wäre logisch gar nicht einfach zu begründen!

     Das Dominosteinprinzip können wir auf die Halme eines Getreidefeldes übertragen. Auch sie können einander anstoßen und Information übermitteln, ohne sich von der Stelle zu bewegen. Die Struktur des Getreidefeldes ähnelt der Matrix des T.A.O. und wir können uns gut ausmalen, dass wir das Feld wegziehen könnten, wenn der Wind eine Schneise oder einen Wirbel in die Halme bläst - Schneise oder Wirbel blieben an derselben Stelle. Andererseits könnte sich der Wirbel bewegen oder die Schneise weiter wandern - und das Feld ginge nicht mit! Das ist auch das für uns wichtigere Bild, denn das universelle Feld, das T.A.O. bewegt sich ja nicht - und auch  innerhalb seiner Matrix gibt es nur Informations-Bewegungen oder Energie-Übermittlungen - egal, wie man es nennen will. Impulsfelder - so wie der Wirbel im Getreidefeld - können sich komplett im T.A.O. fortpflanzen - und in diesen Impulsfeldern können wiederum Felder vibrieren - und alle diese Felder sind nur über ihre eigenen Wirkungsebenen (wie wir es mit Zahnrad und Schnecke symbolisiert haben) verknüpft. Sie können sich im T.A.O. bewegen, einander durchdringen oder "bekämpfen", interferieren, verstärken und auslöschen... das T.A.O. bleibt dabei stationär wie ein Getreidefeld im Sturm. 

     Ein Proton, das - wie wir bereits wissen - ein Impulsfeld ist, bewegt sich nicht wie ein Ding durch das T.A.O. , sondern es pflanzt sich fort wie ein Wirbel im Getreidefeld! Das ist eine überraschende, ganz unglaubliche Feststellung. Es bedeutet, dass ein geworfener Stein  durch die Matrix pulsiert! Sein Feld vibriert durch die "Körner"; der Stein besteht eigentlich nur als ein Schwingungsbild von Atomanordnungen, und er bewegt dieses Schwingungsbild durch kontinuierliche Induktion neuerlicher Schwingungsbilder weiter, genauso wie eine EM-Welle ihre Felder der Reihe nach weiter induziert... Man könnt fast sagen, der Stein "beamt" sich durch das Feld des Universums - und das gilt für jedes Feld! Auch ein Playboy am Steuer seines Ferrari "beamt" sich auf diese Weise durch die Welt. Und trotz der 220 Stundenkilometer auf der Autobahn... wirklich bewegen tut sich nichts - sondern es pflanzt sich ein Informationsfeld in Gestalt eines Ferrari fort! Auf die gleiche Weise bewegen sich alle Dinge in diesem Universum - vom Atom bis zur Riesengalaxie. Und was sich dabei bewegt, ist nicht nur der sicht- und wahrnehmbare Bereich des Feldes, sondern alles, was das Feld ausmacht; was es um sich herum in Vibration oder Oszillation versetzt - das alles bewegt sich mit! Wir werden sehen, dass diese Erkenntnis ungeheuer wichtig ist und wir in den Kapiteln Trägheit, Schwere und Relativität noch einmal damit konfrontiert werden! (Bitte auch Beitrag "Konstanz und Isotropie des Lichts" beachten!)

     Hier wollen wir uns nur mit dem LICHT beschäftigen. Die übliche Darstellung der EM-Welle am Seitenbeginn zeigt uns zwar gut die rechtwinkelige Verknüpfung der Wirkungsebenen (E-Feld und M-Feld), führt aber auch in die Irre, weil es den Eindruck erweckt, es handle sich um eine Welle von der Art einer Schwingung. Wir kennen aber den Unterschied und wissen, dass die einzelnen Felder durch die Aufeinanderfolge unabhängiger Impulse zustande kommen, was dazu führt, dass sowohl Wellen- als auch Teilchencharakter auftritt.

     Licht ist Botschaft und Kurier in einem. Es wird praktisch von allen Feldern verursacht und auch wieder absorbiert, vorausgesetzt, es fallen Frequenzen zusammen, die zueinander passen. Jedes Atom kann deshalb nur ganz bestimmte Lichtwellen auffangen und deren Energie aufnehmen. Es sind in der Regel stets dieselben Wellenlängen, die es auch selbst erzeugen kann. Häufigster Reaktionspartner des Lichts ist das Elektron, und offenbar hat die Teilchentheorie des Elektrons zur Teilchentheorie des Lichts geführt. Aber das Photon ist eine Fiktion. Wir werden den Photoeffekt (für dessen Entdeckung Einstein den Nobelpreis erhielt) aus unserem Gesichtspunkt ganz anders verstehen.  Die Begriffe Wellenlänge und Frequenz wenden wir bei Licht sinngemäß an, denn der Unterschied zur echten Welle ist bei den meisten Phänomenen eher belanglos und wird nur dort bedeutsam, wo Zusammenhänge der Phasen untereinander zu absurden Ergebnissen führen müssten. Beispielsweise würden lange Wellen schneller laufen als kurze. Demnach ergäbe sich eine Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Farbe, was natürlich nicht der Fall ist.

     Eine Folge von Rundimpulsen können wir uns (statt mit einer Spirale) auch gut versinnbildlichen, wenn wir eine Reihe von Bierdeckeln auf eine Schnur fädeln (Abbildung 48).

Abb.48

     Die Dichte der Bierdeckel kennzeichnet das Charakteristikum des Lichts, die Farbe - oder ob es sich um eine Röntgen-, Gamma- oder Radiowelle handelt. Mit diesem simplen Bierdeckelmodell können wir sehr gut in Gedanken experimentieren. Wir sprechen ja von einem schraubenförmigen Rundstoß, der eine Reihe - sagen wir - scheibenförmiger Felder erzeugt. Der Rundstoß saust ungeheuer schnell um die Fortbewegungsrichtung des Impulses herum. Da die Fortbewegung selbst mit Lichtgeschwindigkeit erfolgt, muss die Rundumbewegung - freilich ebenso eine Scheinbewegung wie die erstere -  sogar wesentlich über der Lichtgeschwindigkeit liegen!

     Für die Spiralen des Lichts gelten, wie wir schon anfangs entdeckten, uneingeschränkt unsere diversen Begegnungsbedingungen. Aus kräftigen Lichtimpulsen (Gammastrahlen) können deshalb "Teilchen" entstehen, wie wir auch schon besprochen haben. Was wir mit unserem Bierdeckelmodell  jetzt verstehen wollen, sind die Phänomene der Beugung und der Brechung.

     Nun ist ja die Lichtgeschwindigkeit keineswegs universell genormt, sondern hängt vom Medium ab, in welchem sich der Impuls ausbreitet. Im Vakuum, in welchem sich nur T.A.O. befindet, wird diese Geschwindigkeit durch die Eigenschaften der Matrix determiniert. Innerhalb von materiellen Medien findet der Impuls an den Feldern der Atome Widerstand und wird langsamer. Gerät der Impuls nur auf der einen Seite auf ein Hindernis, so wird er bloß an dieser Seite gebremst, während der außerhalb des Mediums liegende Impulsbereich seine Geschwindigkeit beibehält. Das Resultat ist eine Veränderung der Impulsrichtung, wie dies die Abbildung 49 demonstriert.

Abb.49   Abb.50  Abb.51

     Licht wird demnach an Kanten oder kleinen Körpern GEBEUGT. Diese Beugung wird umso stärker, je dichter die Bierdeckel aneinander liegen, das heißt, je kürzer die Wellenlänge der Impulsfolge ist. Gleichzeitig treten auch Gangunterschiede auf; die Impulse überlagern einander und sie interferieren. Wir erhalten deshalb ein Interferenzbild auf einem Schirm, mit dem wir gebeugtes Licht auffangen. Die Beugeringe der Abbildung 50 zeigen sehr schön, wie die einzelnen Farben in verschiedenem Ausmaß gebeugt werden.

     Genauso einfach versteht sich die Brechung des Lichts. Gerät eine Impulsfolge schräg in ein bremsendes Medium, so wird wieder nur ein Teil der Bierdeckel gebremst, während der unberührte Teil den gebremsten etwas überholt. Das Licht erfährt deshalb begreiflicherweise wieder eine Richtungsänderung (Abbildung 51). Abermals ist diese Änderung davon abhängig, wie viele Deckel innerhalb einer bestimmten Zeit gebremst werden. Je mehr Deckel dies sind, umso stärker fällt die Brechung aus. Bei rotem Licht liegen die Impulse weiter auseinander als bei violettem, es wird daher schwächer gebrochen als letzteres. Der Grad der Brechung ist auch für jedes Medium charakteristisch. So wie beim Eintritt in das Medium wird das Licht auch beim Austritt aus demselben - aber in entgegen gesetzte Richtung - gebrochen.

     Weshalb Licht in einem Medium langsamer wird, ist einfach zu erklären: Die Felder der Atome schwingen oft gegen die Richtung des Lichtimpulses. Obwohl dieser nach wie vor Lichtgeschwindigkeit hat, wird er ein wenig zurückversetzt. Da kurzwelliges Licht natürlich öfter zurückversetzt wird, lässt ein Prisma die einzelnen Wellenlängen in verschiedenen Richtungen austreten. Das Bild, das wir dadurch erhalten, nennen wir ein SPEKTRUM (Abbildung 52).

  Abb.52 

     Freilich ist auch der umgekehrte Prozess denkbar: Ein Atomfeld, das in dieselbe Richtung wie die Lichtbewegung schwingt, nimmt den Lichtimpuls mit und versetzt ihn ein wenig vor. Man nennt den Vorgang anormale Dispersion. Dabei wird der Brechungsindex für kurzwelliges Licht kleiner als für langwelliges. Einige wenige Substanzen haben diese Eigenschaft; ihr Mitschwingen führt meist zu erhöhter Absorption des Lichts, das einen Teil seiner Energie an die Felder abgibt. Ein typischer Vertreter dieses Verhaltens ist zum Beispiel festes Fuchsin. Ob dieses Schnellerwerden des Lichts innerhalb des Mediums der Speziellen Relativitätstheorie Einsteins widerspricht, ist eine beliebte Prüfungsfrage für Physikstudenten. Das Denkdilemma tritt allerdings nur dann auf, wenn man das Licht als echte Welle sieht, in der die Phasengeschwindigkeit von der Frequenz abhängt. Dieser Zusammenhang besteht nach unserer Anschauung aber nicht immer zwingend. Damit ist das Rätsel allerdings nicht ganz geklärt, weil ja auch der einzelne Lichtimpuls scheinbar Überlichtgeschwindigkeit annimmt. In diesem Fall jedoch handelt es sich um eine Täuschung - die Nichtüberschreitbarkeit der Lichtgeschwindigkeit bleibt  gesichert. Der weitergegebene Impuls ist nämlich ein Sekundärimpuls, den das absorbierende Feld abgibt.

     Immer wenn ein Impuls ein Feld trifft, verschiebt sich ein Teil des Feldes nahezu gleichzeitig wie die Enden eines Stabes, der in Bewegung gerät. Der Effekt ist zwar pro Atom äußerst winzig, summiert sich jedoch durch die Vielzahl der Atome in messbare Bereiche. Im wesentlichen bezeichnet der Physiker Phänomene dieser Art als PHASENSPRUNG.

   Was im Fuchsin weitergegeben wird, ist demnach nicht der eingetretene Impuls; was aus dem Feld des Fuchsins herauskommt, trägt jedoch einen Teil der Botschaft (Farbe!) des ursprünglichen Impulses. Es gibt also offenbar doch etwas, das schneller sein kann als Licht: Information! Prof. Nimtz hat mit anormaler Dispersion immerhin über eine Strecke von rund 11 Zentimetern Mozarts 40. Symphonie übertragen! Die Lichtgeschwindigkeit als Grenzgeschwindigkeit hat dennoch Berechtigung, wie wir noch sehen werden. Aber relative Überlichtgeschwindigkeiten sind möglich.

     Ist die Brechung beim Austritt des Lichts so stark, dass es in das Medium zurückgebrochen wird, so sprechen wir von Totalreflexion (Abbildung 53).

Abb.53 Abb.54

     Hierbei schwingt der Impuls nur zu einem Teil aus dem Medium heraus, wird einseitig schneller und wechselt zur Richtung, in welcher sich wieder ein Bremsmedium befindet. Dieses Übertreten der totalreflektierenden Fläche gleicht dem Tunneleffekt des Elektrons. Prismen dieser Art finden in unseren Feldstechern Verwendung. Sie bringen sozusagen das Licht "um die Ecke". Lichtleitfasern funktionieren ganz ähnlich.

     Die schönen runden Bierdeckel unseres Modells können auch zerbrochen werden, wie dies die Abbildung 54 zeigt. Das auf eine reflektierende Fläche treffende Licht bricht zuerst eine Seite des Deckels ab, kippt dadurch um einen bestimmten Winkel und verliert nun prompt die zweite Hälfte des Rundstoßes. Ergebnis: der Impuls schwingt nur noch auf einer Ebene hin und her. Wir haben einen solchen Impuls bereits als POLARISIERT definiert. Auch beim Durchtritt enger Kristallstrukturen kann der Impuls seine Hälften einbüßen.

     Auch Gamma- und Röntgenstrahlen oder Radiowellen unterliegen gleichen Regeln. Beugung und Brechung gibt es auch bei ihnen, allerdings unter jeweils anderen Bedingungen. Und selbstverständlich können auch Elektronenwellen ähnlich wie Lichtwellen behandelt werden. Brechung, Reflexion und Beugung findet in diesem Fall zumeist in elektrischen oder magnetischen Feldern statt, da Elektronenwellen in der Regel langsamer als Lichtwellen sind. Sie sind ja praktisch "verdichtetes Licht", da sie aus Impulsen zusammengesetzt werden (man erinnere sich an die Abbildungen 10 und 11). Mit Elektronenwellen werden wir uns noch einmal beschäftigen, wenn wir den Photoeffekt näher betrachten und die Frage der Lichtgeschwindigkeit wird uns im Kapitel über die Relativitätstheorie noch genauer beschäftigen. Die Abbildung 55 zeigt uns Beugungsringe, wie sie beim Durchgang eines Elektronenbündels durch einen Kristall entstehen.

  Abb.55