Beugung von Wellen

Bevor wir uns einigen Experimenten mit Teilchenwellen zuwenden, machen wir einen kurzen Ausflug in die Physik der normalen Wellen. Wie kann man überhaupt zeigen, dass eine Vorgang mit Welleneigenschaft beschrieben werden kann?

Den Effekt der Beugung beobachtet man beim Durchgang von Wellen durch Öffnungen, an Hindernissen und in der Schattenregion dahinter. Durch Beugung ist eine Ausbreitung der Welle hinter Öffnungen und Hindernissen in Richtungen möglich, die nicht der geradlinigen Fortsetzung der Strahlrichtung von der Quelle entsprechen (siehe den Skiläufer im Titelbild).

Beispiel 1
Wasserwellen, die durch einen Spalt hindurchtreten, breiten sich hinter diesem Spalt in allen Richtungen aus. Die Brandung hinter einer Hafenmole breitet sich im Wellenschatten aus.

Beispiel 2
Elektromagnetische Wellen, Radio- und Fernsehempfang mit einer Antenne sind auch möglich, wenn zwischen Sendemast und Empfangsantenne ein Hindernis (z.B. ein Haus) steht. Die Wellen werden hinter einem Haus gebeugt.

Ob Wasser-, Schall-, Materie- oder elektromagnetische Welle: in allen Fällen ist Beugung beobachtbar. In der Schule oder während des Studiums wird am ehesten die Beugung von Licht am Spalt (oder Doppelspalt) und an kleinen Staubkörnern demonstriert; dies ist mit geringem Aufwand möglich.

 

Beim Doppelspaltexperiment tritt eine ebene Welle durch zwei kleine Schlitze einer Blende. Ebene Wellen sind dadurch charakterisiert, dass Wellenmaxima und -minima parallele Linien bilden. Auf der anderen Blendenseite gehen von diesen Schlitzen Kreiswellen aus, die sich gegenseitig durchdringen. Auf dem Schirm in größerem Abstand von der Blende treffen Wellenberg auf Wellenberg, Wellental auf Wellental, oder auch Wellenberg auf Wellental sowie alle dazwischen liegenden Kombinationen aufeinander. Dabei addieren sich "Tal" und "Tal" zu einem noch tieferen Tal, "Berg" und "Berg" zu einem noch höheren Berg, und "Tal" und "Berg" löschen sich einander aus. Diesen Effekt nennt man Interferenz.

Beugung und Interferenz sind also zwei charakteristische Effekte mit denen man die Wellennatur eines Vorgangs nachweisen kann.

Doppelspaltexperiment