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Freistetters Formelwelt: Die Physik von Lichtschwertern

Wenn sich Licht nicht ungehindert ausbreiten kann, sind überraschend viele Dinge möglich. Und es braucht einiges an Mathematik, um all das zu beschreiben.
Florian Freistetter

Das unscheinbare Wort »Streuung« beschreibt in der Physik eine erstaunliche Vielzahl an Phänomenen. Ganz allgemein geht es dabei darum, wie sich die Bahn eines Objekts durch eine Wechselwirkung mit einem anderen verändert. Im Speziellen meint man damit meistens die Ablenkung von Licht an Teilchen – aber selbst in diesem Fall hat man es noch mit zahlreichen unterschiedlichen Vorgängen zu tun.

»Warum ist der Himmel blau?«, ist eine klassische Kinderfrage. Die nicht ganz kindgerechte Antwort lautet: »Weil die Rayleigh-Streuung umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge ist und blaues Licht wegen seiner im Vergleich zum roten Licht kleineren Wellenlänge viel stärker an den Molekülen der Atmosphäre gestreut wird.« Es geht hier um den Spezialfall von Licht, das an Teilchen gestreut wird, deren Durchmesser klein ist im Vergleich zur Wellenlänge.

Wird Licht an größeren Partikeln gestreut, dann hat man es mit »Mie-Streuung« zu tun, deren Effekt man zum Beispiel beobachten kann, wenn Sonnenlicht durch Nebel oder Staub strahlt. Treffen elektromagnetische Wellen auf Teilchen wie Elektronen, spricht man von »Thomson- oder Compton-Streuung«. Es gibt jede Menge Möglichkeiten, wie Licht streuen kann – dazu zählt auch die Wechselwirkung mit anderem Licht …

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