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Beugung des Lichts.
lenstückes a c (Fig. 2), welches, von der Öffnung im Fensterladen A B kommend, den Spalt ausfüllt, befinden sich in gleichem Schwingungszustand. Jeder derselben ist wieder als Ursprung einer Welle anzusehen, welche sich um ihn hinter dem Spalt nach allen Seiten ausbreitet (Huygenssches Prinzip, s. Wellenbewegung), oder als Ausgangspunkt von Strahlen, die nach allen Richtungen von ihm ausstrahlen. Die seitliche Ausbreitung des Lichts, welche man auf dem Schirm wahrnimmt, erklärt sich also unmittelbar aus dem Wesen der Wellenbewegung. Diejenigen unter diesen Strahlen (a m, c n), welche die Fortsetzung der einfallenden Strahlen (xa, x'c) bilden, befinden sich wie diese in gleichen Schwingungszuständen; sie werden daher auf dem entfernten Schirm, wo sie alle gleichzeitig mit ihren Wellenbergen oder gleichzeitig mit ihren Wellenthälern zusammentreffen, sich gegenseitig in ihrer Wirkung unterstützen und die erhöhte Lichtstärke in der Mitte des Beugungsbildes erzeugen. Betrachten wir dagegen das gebeugte Strahlenbündel aa' cc', welches nach einem seitlich gelegenen Punkte des entfernten Schirms hinzielt, so haben die Strahlen desselben (man kann sie, weil dieser Punkt im Verhältnis zu der geringen Breite des Spaltes sehr weit entfernt ist, als unter sich nahezu parallel ansehen) von dem Wellenstück ac bis zum Schirmpunkt verschiedene Wege zurückzulegen und können daher dort nicht mit gleichen Schwingungszuständen anlangen. Zieht man von c aus die Linie cd' senkrecht zum Strahl aa', so ist ad' die Strecke, um welche der Randstrahl aa' hinter dem Randstrahl cc' zurückbleibt. Beträgt nun dieser "Gangunterschied" ad' eine ganze Wellenlänge, so ist der mittlere Strahl bb' des Bündels gegen den Strahl cc' um eine halbe Wellenlänge bd verzögert; er erzeugt daher in dem Schirmpunkt ein Wellenthal, wenn dieser einen Wellenberg erzeugt, und umgekehrt. Diese beiden Strahlen befinden sich also vermöge ihres Gangunterschieds von einer halben Wellenlänge in gerade entgegengesetzten Bewegungszuständen und heben ihre Wirkung gegenseitig auf; überhaupt läßt sich zu jedem Strahl, welcher der Hälfte bc des Bündels angehört, in der andern Hälfte ab ein entsprechender Strahl finden, der gegen jenen um eine halbe Wellenlänge zurück ist. Die Strahlen dieses Bündels vernichten sich also paarweise, und an der Stelle des Schirms, wo dieses Bündel hintrifft, muß Dunkelheit herrschen. Beträgt für ein noch schrägeres Strahlenbündel, welches nach einem noch weiter seitwärts gelegenen Punkte des Schirms hingeht, der Gangunterschied der Randstrahlen zwei ganze Wellenlängen, so kann man das Bündel in zwei Hälften ab und bc geteilt denken, deren Randstrahlen je um eine ganze Wellenlänge verschieden sind, und welche daher jede für sich verschwinden. Sofort schließend, erkennt man, daß dunkle Streifen an allen jenen Stellen des Schirms auftreten, für welche der Gangunterschied der Randstrahlen einer Anzahl von ganzen Wellenlängen gleich ist. An den dazwischenliegenden Stellen aber, für welche der Unterschied der Randstrahlen ein andrer ist, werden sich die Strahlen nicht vollständig auslöschen können; zwischen den dunkeln Streifen erscheinen daher helle Rechtecke, deren Lichtstärke nach außenhin freilich rasch abnimmt. Nehmen wir statt des roten ein grünes Glas, so erhalten wir statt der roten grüne Rechtecke, welche aber schmäler und näher zusammengerückt sind als die roten, und bei Anwendung eines blauen Glases rücken die Streifen noch näher aneinander. Nun ist aber klar, daß, je kürzer die Wellenlänge ist, desto geringer die Neigung der gebeugten Strahlen zu sein braucht, um den für den gleichvielten Streifen notwendigen Gangunterschied hervorzubringen. Daß die schwarzen Streifen beim blauen Lichte der Mitte des Beugungsbildes näher sind als beim grünen und bei diesem näher als beim roten, beweist demnach, daß die Wellenlänge des blauen Lichts kleiner ist als die des grünen und die Wellenlänge des grünen kleiner als die des roten Lichts. Den einfachen Farben des Spektrums entspricht also nach der Reihenfolge vom Rot bis zum Violett eine immer kleinere Wellenlänge. Lassen wir daher weißes Licht, das aus allen diesen Farben zusammengesetzt ist, durch die Öffnung des Fensterladens eintreten, so werden die seitlichen Rechtecke und die dunkeln Streifen für die verschiedenen Farben nicht mehr zusammenfallen, und wir erblicken auf dem Schirm zu beiden Seiten der weißen Mitte eine Reihe von vielfarbigen Bändern, welche durch lichtschwächere ebenfalls gefärbte Streifen voneinander getrennt sind. Macht man den Spalt nach und nach weiter, so werden die nämlichen Gangunterschiede bei immer kleinern Neigungen der gebeugten Strahlen eintreten, die Streifen rücken immer enger zusammen, bis sie endlich so fein werden, daß sie der Wahrnehmung verschwinden. Man muß daher, um Beugungserscheinungen wahrzunehmen, stets sehr enge Öffnungen anwenden; die Bilder, welche man wahrnimmt, sind je nach der Form der Öffnung mannigfach gestaltet und häufig von bewundernswerter Zierlichkeit. Betrachtet man z. B. durch eine rautenförmige Öffnung das glänzende Sonnenbildchen auf einem polierten Metallknopf, so erblickt man ein aus Rauten, welche in den Regenbogenfarben erglänzen, zusammengesetztes schiefes Kreuz. Ist die Öffnung kreisrund, so sieht man ein von mehreren farbigen Ringen umgebenes Lichtscheibchen. Durch eine dreieckige Öffnung erblickt man einen sechsstrahligen Stern, in dessen Winkeln viele kleine Lichtbildchen flimmern. Wendet man zwei oder mehrere Öffnungen von gleicher Form und Größe an, so erscheinen die vorigen Gestalten vielfach durchschnitten und in noch kleinere Lichtbilder abgeteilt. Wie verwickelt und zusammengesetzt aber diese Bilder auch erscheinen mögen, aus der Wellenlehre vermag man sie ebenso zuverlässig vorherzusagen wie die Bewegung der Himmelskörper aus der Gravitationstheorie.
Die prachtvollsten aller Beugungserscheinungen werden jedoch durch die Gitter hervorgebracht; so nennt man eine zahlreiche Reihe paralleler schmaler Spalte, welche man erzeugt, indem man entweder feine Drähte in einem Rähmchen in gleichen Abständen nebeneinander spannt (Drahtgitter), oder auf einer berußten Glasplatte mit der Teilmaschine feine parallele Streifen zieht (Rußgitter), oder endlich die Striche mit einem Diamanten auf eine Glasplatte ritzt (Glasgitter). Fällt auf ein solches Gitter ienfaches ^[richtig: einfaches] Licht, z. B. rotes, welches vorher durch einen Spalt gegangen ist, so wird eine hinter dem Gitter aufgestellte Sammellinse die geradeswegs durch seine
^[Abb.: Fig. 2. Erklärung der Beugung.]
