Skalarwellen und die rauhe Wirklichkeit der Experimente

von Gerhard W. Bruhn, Fachbereich Mathematik der TU Darmstadt

Skalarwellen sind nach Meinung ihrer Erfinder T. Bearden [1] und K. Meyl [2] longitudinale elektromagnetische Wellen. Wir wollen im folgenden auf bekannte Experimente eingehen, welche über die Möglichkeit derartiger Wellen entscheiden.

Im 18. bis hinein ins 19. Jahrhundert war bis zur Entdeckung der Polarisation von Licht keineswegs klar, ob Licht wie Schall longitudinal schwingt. Seit den Experimenten von Augustin Fresnel (1788-1828) aber weiß man, dass Licht in zueinander senkrecht polarisierte Komponenten zerlegbar ist, was bei Longitudinalwellen nicht möglich wäre.

Fresnel führte zahlreiche Experimente mit polarisiertem Licht durch. Er wies als erster nach, dass zwei in zueinander senkrechten Ebenen polarisierte Lichtstrahlen in Luft keinerlei Interferenzeffekte zeigen. Aus diesem Experiment leitete er ab, dass die Wellenbewegung des Lichtes transversal ohne longitudinalen Anteil verläuft. Denn während in zueinander senkrechten Ebenen transversal schwingende Lichtstrahlen sich nicht beeinflussen  können, müssten Phasenverschiebungen bei Vorhandensein von longitudinalen Anteilen der beiden Strahlen zu deutlichen Interferenzerscheinungen führen. Diese werden aber nicht beobachtet.

Zu dem gleichen Ergebnis führt auch der Fresnelsche Spiegel-Versuch [4]: Von einem ebenen Glasspiegel 1 wird Licht, das unter dem Winkel αp = 56,5° gegen das Spiegel-Lot einfällt, zu einem Glasspiegel 2 reflektiert, der so geneigt ist, dass auch hier der Einfallwinkel αp beträgt. Dreht man nun den Spiegel 2 um den Lichtstrahl 1-2, so zeigt sich, dass bei dem austretenden Strahl Auslöschung auftritt, wenn die Ebenen durch die Drehachse und ein- bzw. austretenden  Strahl  auf  einander  senkrecht sind.

 Bei Vorhandensein einer Longitudinalkomponente im einfallenden Licht müsste dagegen diese Komponente beide Spiegel passieren können, also dürfte keine Auslöschung auftreten. Die Auslöschung beweist somit das Fehlen einer Longitudinalkomponente bei Licht.

Licht schwingt rein transversal.

 Es sei hier auch daran erinnert, dass der Polarisationswinkel αp aus dem experimentell sehr gut bestätigten Brewsterschen Gesetz

tan αp = n  (n = Brechungsindex des reflektierenden Materials)

 bestimmt werden kann, das in dieser Form nur für rein transversal schwingendes Licht herleitbar ist.

 Gegen 1830 kamen dann M. Faradays (1791-1867) bahnbrechende Experimente zum Induktionsgesetz. Sein Freund J.C. Maxwell (1831 - 1879) übersetzte die damals bekannten experimentellen Befunde in die Sprache der Mathematik. Er konnte auf Grund dieser "Maxwellschen Gleichungen" voraussagen, dass es transversale elektromagnetischen Wellen geben müsste, aber longitudinale EM-Wellen (wie bei Fresnels Lichtversuchen) unmöglich sind. Auf Grund der experiment-basierten Maxwellschen Gleichungen entwickelte Maxwell seine elektromagnetische Lichttheorie, welche Licht als elektromagnetische Welle in das Spektrum aller elektromagnetischen Schwingungen einordnete.

Maxwells Voraussagen wurden von Heinrich Hertz (1857-1894) dann wieder experimentell bestätigt, auch hinsichtlich der Schwingungsrichtung, die mit Hilfe des Empfangsdipols ermittelt werden konnte.

Transversal!

Und das kann man heute noch auf vielen Dächern an der Orientierung der UKW- und TV-Dipole sehen oder bei einem beliebigen Antennentechniker erfragen: Die Dipole werden - sofern keine reflektierenden Wände in der Nähe sind - transversal zur Richtung zum (weit entfernten) Sender ausgerichtet, weil dies die beste Empfangsamplitude liefert. Bei Vorhandensein einer longitudinalen Komponente müsste man den Dipol entsprechend schräg (genau gesagt parallel zur Schwingungsrichtung des E-Feldes) stellen, um das Optimum zu erhalten.

 

Literatur

[1]      T. Bearden: ANNOTATED GLOSSARY

http://www.cheniere.org/techpapers/Annotated%20Glossary.htm

[2]      K. Meyl: Schriften auf der Homepage:

http://www.k-meyl.de/Aufsatze/aufsatze.html

[3]      M. Baselt: Die Natur des Lichts / Fresnel:

http://members.aol.com/mblicht1/fresnel.htm

[4]      Chr. Gerthsen: Physik / Abschnitt Wellenoptik