Physik III, Optik
Physik III, Optik
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• Die wirkliche Welt<br />
Bisher haben wir Licht nur in Medien mit räumlich konstantem Brechungsindex betrachtet<br />
oder Grenzflächen zwischen solchen Medien. Die Welt ist natürlich voll von<br />
verschiedenen optischen Medien. Beim Übergang zwischen den Medien macht der<br />
Brechungsindex Sprünge aber auch innerhalb eines Medium kann der Brechungsindex<br />
fluktuieren. Dichteschwankungen in Gasen, Einschlüsse oder Störungen des Kristallgitters<br />
in Festkörpern, Gemische von Flüssigkeiten wie z.B. Öl und Wasser sind selber<br />
schon bereits physikalische Idealisierungen all dessen, was uns umgibt und durch die<br />
Wechselwirkung mit Licht sichtbar wird. Regenbogen, Nebel, Dunst, Farbe und Glanz<br />
von Oberflächen etc. sind nur einige Beispiele. Dazu kommt die Abhängigkeit des<br />
Brechungsindex von der Richtung des Feldes, die aus der dem Brechungsindex zugrundeliegenden<br />
dielektrischen Funktion einen komplexwertigen Tensor macht. Dieser<br />
komplexwertige, dielektrische Tensor ε(ω,~r, t) der wirklichen Welt enthält letztlich<br />
alle optischen Phänomen, vom Kinofilm bis zum Sonnenuntergang. Ihn wenigstens in<br />
winzigen Ausschnitten zu untersuchen ist Gegenstand der klassischen <strong>Optik</strong>.<br />
5.4 Photonen<br />
Licht kann man sich als eine Ansammlung von Teilchen vorstellen, den Photonen. Diese<br />
Teilchen sind punktförmig und haben keine Masse. Sie tragen aber sowohl Energie als auch<br />
Impuls und Drehimpuls. Jede der drei Eigenschaften sind mit einer bestimmten Welleneigenschaft<br />
verbunden.<br />
• de Broglie-Beziehungen<br />
Die Energie des Photons ist proportional zur Kreisfrequenz und der Impuls proportional<br />
zum Wellenvektor.<br />
ε = ~ω<br />
~p = ~ ~ k.<br />
Die Proportionalitätskonstante ist das so gennante Plancksche Wirkungsquantum,<br />
~ =1.05457266 × 10 −34 J s .<br />
Die sind die berühmten de Broglie-Beziehungen (sprich Brolie). Sie verknüpfen die<br />
charakteristischen Eigenschaften von Wellen mit den charakteristischen Eigenschaften<br />
von Teilchen. Die de Broglie-Beziehungen wurden zunächst auf Elektronen bezogen,<br />
die dadurch überraschenderweise mit neuartigen, noch unbekannten Materiewellen in<br />
Verbindung gebracht werden konnten. In der <strong>Optik</strong> waren die Wellen zuerst da. Sie<br />
kann man durch die de Broglie Beziehungen mit neuartigen Teilchen in Verbindung<br />
bringen, den Photonen.<br />
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