Lichtbrechung: Einführung

Schau mal! Ich kann Licht biegen! Denkst du, ich bin doof? Ich weiß, dass Licht immer in geraden Bahnen läuft. Schalte das Licht aus und siehe selbst!

Flasche Wasser Taschenlampe Schau was passiert, wenn ich ein Loch in die Flasche mache. Der Wasserstrom ist wie ein Kabel, das Licht transportiert. Das Licht biegt sich! Boah! Gebogenes Licht!

Aber ist das nicht eigentlich unmöglich? Stimmt! Wie Philipp schon sagt: Licht bewegt sich immer entlang einer geraden Linie. Und dennoch funktioniert das Experiment – das Licht folgt dem Wasserstrom und biegt sich. Warum?

Gehen wir nochmal zum Anfang zurück... Licht bewegt sich in einer geraden Linie, wirklich sehr schnell. Im leeren Raum – im Vakuum – ist Licht mit fast dreihunderttausend Kilometern pro Sekunde unterwegs. Bewegt sich Licht jedoch durch ein transparentes Material anstelle eines Vakuums, ist es langsamer. Durch Luft bewegt sich Licht fast so schnell wie in einem Vakuum.

Durch Glas oder Wasser bewegt sich ein Lichtstrahl indes viel langsamer. Diese Fähigkeit, sich mit verschiedenen Tempos durch verschiedene Medien zu bewegen, versetzt Licht in die Lage, Richtungen zu ändern, wenn es von einem Medium in ein anderes wechselt. Eine veränderte Geschwindigkeit bewirkt eine Richtungsänderung? Das klingt seltsamer, als es tatsächlich ist. Schau mal: Hier ist ein Auto auf dem Weg zum Strand.

Die Reifen haben eine gute Bodenhaftung auf dem Asphalt, das Auto fährt schnell. Fährt das Auto jedoch auf dem Sand, rutschen die Reifen und das Auto wird langsamer. Schau genau hin: Sobald das Auto vom Asphalt aus diagonal auf den Sand trifft,... ...sind die linken Räder, oben auf dem Bildschirm, immer noch auf dem Asphalt, während die rechten Räder schon im Sand fahren. Die Autoräder, die noch auf dem Asphalt sind, fahren nun etwas schneller als die Räder auf der anderen Seite. Und was passiert, wenn sich eine Seite schneller bewegt als die andere?

Das Auto dreht sich! Jetzt sind alle vier Räder auf dem Sand, und das fährt Auto geradeaus, nur langsamer als zuvor. Stell dir nun vor, dass der Asphalt Luft ist, in der sich Licht fast so schnell bewegt wie im Vakuum. Der Sand ist indes Glas, in dem sich Licht langsamer bewegt. Und das Auto ist ein Lichtstrahl.

Tritt der Lichtstrahl in das Glas ein, verlangsamt er sich zunächst nur auf einer Seite und ändert somit seine Richtung. Verlässt der Lichtstrahl das Glas und tritt wieder in die Luft ein, geschieht das Gleiche wieder, nur umgekehrt. Zunächst tritt nur eine Seite des Lichtstrahls in die Luft ein und beschleunigt vor der anderen Seite. Nun bewegt sich der Strahl in die gleiche Richtung wie beim Eintritt ins Glas. Verändert Licht seine Richtung auf diese Weise, sprechen wir von gebrochenem Licht.

Wie stark der Lichtstrahl genau gebrochen wird, hängt von dem Verhältnis zwischen dem Tempo des Lichts in den beiden Materialien ab.