Lichtgeschwindigkeit
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Lorentzkraft

Lichtbrechung Unzweifelhaft ist, dass die Wellenlänge bzw, die Frequenz des Lichts bei einer Lichtbrechung ungeändert bleibt, sonst würde der berühmte Löffel im Wasserglas oberhalb des Wassers in Luft eine andere Farbe als darunter im Wasser zeigen. Zur Erklärung der Lichtbrechung, also der Richtungsänderung des Lichts beim Übergang von einem Medium in ein anderes Medium, bleibt also nur die Unterschiedlichkeit der Geschwindigkeit des Lichts in unterschiedlichen Medien - im Einklang mit den Maxwellgleichungen. Für die unterschiedlichen Geschwindigkeiten sorgen die in diesen Gleichungen vorhandenen ortsabhängigen Materialkonstanten der beteiligten Medien. Die Lichtbrechung liefert dabei nebenbei einen schönen Beweis dafür, dass die Geschwindigkeit des Lichts zwar für die Lichtbrechung verantwortlich ist aber mit der Energie E der Photonen, die sich aus E = h*Frequenz ergibt,, unmitttelbar nichts zu tun hat, da die Farben des Lichts bei der Brechung erhalten bleiben ebenso wie die Temperaturen der Brechungsmedien. Meiner Tochter Bettina verdanke ich den Hinweis, dass Photonen nicht punktförmig sein können, sondern aus Wellenpaketen bestehen, weil ein aus punktförmigen Photonen bestehendes Licht keine Brechung zeigen dürfte. Man kann dies mit einer Truppe marschierender Soldaten vergleichen, die eine schräg verlaufende Grenze zwischen einem gut und einem schlecht begehbaren Boden überschreiten. Es gibt dann einen Zeitraum, in dem nicht alle nebenander in einer sogenannten Rotte marschierender Soldaten einen Boden gleicher Art unter ihren Füßen haben. Das führt dazu, dass jene Soldaten der Rotte schneller vorankommen, die auf dem besser begehbaren Boden marschieren als ihre Kameraden. Die Rotte knickt also über der Grenze zwischen den unterschiedlichen Böden ein und hat schließlich nach Verlassen der Bodengrenze vollständig eine neue Marschrichtung eingenommen. Ein einzelner Soldat - also im Vergleich ein punktförmiges Photon - würde dagegen seine Marschrichtung auf einer solchen Grenze nicht ändern. Die Lichtbrechung liefert somit einen weiteren Beweis dafür, dass das Photonenbild nur eine für gewisse Fragen zulässige vereinfachte Behandlungsweise für das von den Maxwellgleichungen in befriedigender Weise beschriebene elektromagnetische Feld darstellt. Verbindet ein Laserstrahl zwei Punkte, von denen der eine Punkt in einem optischen Medium und der andere Punkt in einem anderen Medium liegt, so üerschreitet er die Grenze der beiden Medien stets an jener Stelle x, die für die schnellste Verbindung der beiden Punkte sorgt. (Fermat'sches Prinzip), was jedoch nur ein interessanter Zufall sein dürfe, da der Lichtstrahl sich kaum erst nach Prüfung der Alternativen für diesen Weg entscheidet Beim Comptoneffekt vergrößert sich die Zeit, die zwischen der Ankunft von zwei benachbarten Wellenbergen des Lichts an der "Wand" des getroffenen Elektrons vergeht, d.h. die Wellenlänge der Welle vergrößert sich und die Frequenz verringert sich. Ein hübscher Versuch wäre der folgende: Man montiert auf den Rand einer kreisrunden und um ihren Mittelpunkt drehbaren Scheibe viele Spiegel, deren Flächen parallel zur Achse der Scheibe verlaufen und einen einstellbaren Winkel gegenüber dem Radius der Scheibe haben. Damit sieht die Scheibe dann aus wie das Mühlrrad einer Wassermühle - nur dass hier statt Wasser Licht auf ihre Flügel strömt. Versetzt man die Scheibe in sehr schnelle Umdrehung, so sollte das reflektierte Licht eine Rotverschiebung erfahren, wenn die Spiegel sich in Richtung des ankommenden Lichts mit hoher Geschwindigkeit bewegen und eine Blauverschiebung, wenn sich die Flügel dem Licht entgegen. bewegen. Der Energiesatz wird dabei nicht verletzt, da der Antrieb der Scheibe beliebig viel Energie aufnehmen oder abgeben kann.