Warum verläuft Licht auf der Erde geradelinig?
Also, die Physik besagt, dass Licht sich in einem homogenen Medium wie z.B. Luft, geradelinig ausbreitet.
Aber wieso ist das so, müsste Licht sich nicht biegen weil es auf Sauerstoffmoleküle trifft, oder interagiert es mit Molekülen in der Luft einfach nicht? Licht interagiert doch, zumindest meinem Verständnis nach, mit Masse.
7 Antworten
Licht interagiert mit Masse via Gravitation bzw. Raumkrümmung, aber der Effekt ist so gering, daß er selten eine Rolle spielt.
Licht interagiert jedoch stark mit Ladungen (es ist ja elektromagnetische Strahlung), also gibt es eine Wechselwirkung mit Atomen und Molekülen, weil die aus elektrisch geladenen Teilchen bestehen: Die Elektronen in den Hüllen der Atome bzw. Moleküle beeinflussen das Licht.
In einem homogenen Medium, also einem, das in alle Richtungen gleich aussieht, kann es aber unmöglich zu einer Richtungsänderung kommen. Der Bereich ist einfach durch Widerspruch zu zeigen: Nimm an, es gäbe irgendein Argument, daß sich sich in der Luft nach links krümme. Dann müßte dasselbe Argument aber auch behaupten, daß Licht nach rechts gekrümmt würde, weil die Luft ja homogen ist und daher keinen Unterschied zwischen links und rechts machen kann. Das ist aber Unsinn, daher kann es ein solches Argument nicht geben.
Allerdings tut ein Medium mit dem Licht zweierlei: Erstens setzt es die Lichtgeschwindigkeit herab (Brechzahl). Zweitens streut es das Licht, und zwar gleichmäßig in alle Richtungen. Ein Lichtstrahl, der durch die Atmosphäre geht, wird also immer schwächer, weil an jedem Punkt ein kleiner Anteil des Lichts in alle Richtungen abgelenkt wird (bei Zigarettenrauch oder feinem Staub kann man das ganz gut sehen, obwohl der Effekt dort im Detail anders funktioniert als bei den viel kleineren Luftmolekülen). Dieses Streulicht sehen wir als Himmelsblau: Lichtstrahlen, die über unsere Köpfe drüberziehen und die wir in einem Vakuum daher nicht sehen würden, erzeugen Streulicht, das dann doch unsere Augen erreicht.
Der Effekt ist sehr klein — über alltägliche Entfernungen ist er kaum zu bemerken, aber die Atmosphäre ist ja viele Kilometer dick, daher wird ein ernsthafter Anteil des Sonnenlichts auf seinem Weg durch die Atmosphäre weggestreut (ca. ¼ oder ⅓, wenn ich mich recht erinnere).
Gegen das, was ich im dritten Abschnitt gesagt habe, könntest Du einen scharfsinnigen Einwand vorbringen: Die Atmosphäre ist ja nicht wirklich homogen, weil sie nahe der Erdoberfläche dichter ist als in größerer Höhe, deshalb sollte eine Ablenkung der Lichtstrahlen in vertikale Richtung möglich sein. Und das stimmt auch: Wenn die Sonne am Horizont steht, also der Weg durch die Atmosphäre besonders lang ist, dann wird das Licht nicht nur durch Streuung geschwächt (abends kann man in die Sonne blicken, was man zur Mittagszeit tunlichst unterlassen sollte), sondern auch um einen kleinen Winkel von ca. ½° abgelenkt; das entspricht zufälligerweise ungefähr dem Sonnendurchmesser. Wenn Du also siehst, daß die Sonne mit ihrer Unterseite den Horizont berührt, dann ist sie in Wirklichkeit bereits unter dem Horizont verschwunden. Aus demselben Grund wirkt sie in Horizontnähe auch immer ein bißchen eiförmig bzw. eingedellt: Ihre untere Seite wird durch die Ablenkung der Lichtstrahlen stärker verzerrt als die obere.
Alles klar, vielen dank! Das war tatsächlich ziemlich hilfreich
Das tut es nicht. Licht nimmt immer den Weg des geringsten Widerstandes um die maximale Geschwindigkeit zu erreichen. Die Abweichung von einer geraden Bahn ist allerdings nur sehr gering, daher erscheint es so, als sei sie gerade. Im Wasser zum Beispiel, kann man das sogar deutlich sehen. Luft ist eben ein sehr schwachses Medium.
Es ist weitaus komplizierter als das, aber wenn dich interessiert, was genau dahintersteht, dann empfehle ich dir die Vorlesungen von Leonard Susskind zur klassischen Physik. https://www.youtube.com/playlist?list=PL6i60qoDQhQGaGbbg-4aSwXJvxOqO6o5e
Es geht gleich in den ersten Vorlesungen darum.
Licht wird in der Atmosphäre wellenlängenabhängig gestreut. So entsteht der blaue Himmel.
Würde Licht auf der Erde ausschließlich geradlinig verlaufen, dann gäb's keinen roten Himmel und keine Regenbögen.
Radiowellen werden gebeugt. Für sichtbares Licht ist die Wellenlänge zu klein, so dass keine Beugung auftritt. Blaues Licht wird immerhin eher gestreut als rotes. Deshalb sehen wir den Himmel blau und die untergehende Sonne rot.
Danke, also verstehe ich das richtig: Licht interagiert nicht mit Sauerstoffmolekülen? Oder doch, aber so schwach dass die Beugung sehr gering ist?