QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie (German Edition)

Versuchsbedingungen einmal genauer an, so zeigt sich, daß es eher eine Ausnahme darstellt, wenn von 100 Photonen 8 in A eintreffen. Bei einigen Glasscheiben zählen wir 15 oder 16 Photonen in A – also doppelt soviel wie wir erwartet haben! Bei anderen Glasscheiben erhalten wir durchweg nur 1 oder 2; bei wieder anderen erzielen wir eine partielle Reflexion von 10 Prozent; und noch andere eliminieren die teilweise Reflexion ganz und gar! Was aber mag hinter diesen verrückten Ergebnissen stecken? Bei genauer Untersuchung der verschiedenen Glasscheiben stellen wir fest, daß es einzig eine Frage der Scheibendicke sein kann, denn was Qualität oder Gleichförmigkeit angeht, besteht kein Unterschied.
    Als nächstes werden wir den Gedanken, die Menge des von zwei Grenzflächen reflektierten Lichts könne von der Dicke des Glases abhängen, anhand einer Reihe von Experimenten überprüfen. Beginnen wir mit einem möglichst dünnen Glas, das wir beim nächsten Versuch durch ein etwas dickeres ersetzen und so fort. Dabei wollen wir jedesmal zählen, wie viele Photonen auf den Photo-Multiplier in A auftreffen, wenn 100 Photonen die Lichtquelle verlassen. Wenn wir diesen Prozeß etliche Dutzend Male wiederholt haben, schauen wir uns einmal die Ergebnisse an.
    Bei der dünnstmöglichen Glasscheibe klickt der Photo-Multiplier in A so gut wie nie, gelegentlich einmal. Bei der nächst stärkeren liegt der Prozentsatz des reflektierten Lichts höher näher bei den erwarteten 8 Prozent. Nach einigen weiteren Steigerungen klettert die Zahl der in A gezählten Photonen über die 8-Prozent-Marke. Bei zunehmend dickeren Glasscheiben erreicht die an Vorder- und Rückseite reflektierte Lichtmenge ein Maximum von 16 Prozent, um dann über 8 Prozent wieder auf Null zurückzufallen. Bei einer bestimmten Glasdicke gibt es überhaupt keine Reflexion. (Nun erklären Sie das einmal mit Löchern!)
    Fahren wir nun fort, immer noch etwas dickere Glasscheiben zu nehmen, steigt die partielle Reflexion wieder bis auf 16 Prozent an und fällt auf Null ab – ein Zyklus, der sich unaufhörlich wiederholt (vgl. Abb. 5). Newton, der diese Oszillationen entdeckte, führte ein Experiment durch, dessen korrekte Deutung mindestens 34 000 solcher Zyklen voraussetzte! Heute können wir mit Hilfe von Lasern (die ein sehr reines monochromatisches Licht erzeugen) diesen Zyklus über 100 000 000 Wiederholungen verfolgen – was einem mehr als 50 Meter starken Glasblock entspricht.
    Wie sich mithin zeigt, ist unsere Vorhersage von 8 Prozent (da der tatsächliche Anteil einem regelmäßigen Schema folgend von Null bis 16 Prozent variiert) als Mittelwert aufzufassen, der aber nur zweimal bei jedem Zyklus exakt zutrifft – wie eine stehengebliebene Uhr nur zweimal am Tag die richtige Zeit angibt.
    Wie läßt sich dieser sonderbare Aspekt der partiellen Reflexion, ihre Abhängigkeit von der Dicke des Glases, erklären? Wie kann die obere Grenzfläche 4 Prozent des Lichts reflektieren (wie unser erstes Experiment bestätigte), wenn sich die Reflexion dadurch, daß wir im richtigen Abstand eine zweite Grenzfläche darunter schieben, irgendwie »abschalten« läßt? Und wenn wir mit dieser zweiten Grenzfläche auch nur ein bißchen tiefer hinuntergehen, können wir die Reflexion bis hinauf zu 16 Prozent »verstärken«! Kann es sein, daß die untere Grenzfläche irgendeinen Einfluß auf die Fähigkeit der oberen, Licht zu reflektieren, ausübt? Und was passiert, wenn wir eine dritte Grenzfläche einschieben?

     
    Die Einschiebung einer dritten Grenzfläche sowie jeder beliebigen Anzahl weiterer Trennflächen verändert die partielle Reflexion von Fall zu Fall erneut. So jagen wir mit dieser Theorie durch eine Grenzfläche nach der anderen, geplagt von der Frage, ob wir nun endlich die letzte erreicht haben. Und diese Mühe sollte sich ein Photon machen, um zu »entscheiden«, ob es gleich an der obersten Grenzfläche zurückprallen will?
    Newton fielen ein paar recht kluge Dinge zu diesem Problem ein 2 , aber wie er am Ende selbst bemerkte, hatte er doch keine befriedigende Theorie aufgestellt.
    Viele Jahre nach Newton wurde mit der Wellentheorie 3 eine vollauf befriedigende Erklärung für die partielle Reflexion des Lichts an zwei Grenzflächen gefunden, aber als man Experimente mit sehr schwachem Licht durchführte und es durch Photoelektronen-Vervielfacher schickte, brach die Wellentheorie in sich zusammen: Obwohl das Licht immer schwächer wurde,