Kann mir jemand erklären, warum Licht nicht durch einen parallelen Glasträger in ein Spektrum zerlegt wird, sondern nur durch ein Prisma?

Wenn Sie sich vorstellen, dass sich die beiden parallelen Glasseiten gegenseitig aufheben, sind Sie ziemlich nah dran. Der erste Aufprall (niedrige bis hohe Indizes) streut tatsächlich Frequenzen, wenn das Licht schräg einfällt, aber die Ausgänge (hohe bis niedrige) heben diesen Effekt größtenteils auf. Es kann tatsächlich einige kleine Resteffekte geben, die zu kleinen Farbsäumen führen.

Das Prisma funktioniert besser, da die entgegengesetzt abgewinkelten Seiten die Dispersionseffekte verstärken, anstatt sie aufzuheben.

Hier sind die Ergebnisse einiger weiterer Analysen und Experimente.

Ein Teil der Antwort darauf, warum Farbeffekte so schwer zu finden sind, wenn Licht durch flache Glasplatten fällt, scheint im Auge des Betrachters zu liegen ... buchstäblich!

Hier ist der Knüller: Abgewinkeltes Licht, das in eine flache Platte eintritt, sollte zunächst seine Winkel nach Farbe auffächern, während es sich innerhalb der Platte befindet. Aufgrund der Symmetrie kehren diese leicht aufgefächerten farbigen Lichtstrahlen jedoch auf ihre ursprünglichen Bahnen zurück, wenn sie die zweite Oberfläche erreichen und wieder austreten. Die neuen Strahlen zeigen also im Wesentlichen keinen Richtungsunterschied zu ihren Pfaden im ursprünglichen Strahl, sind aber nicht sehr geringfügig in Regenbogenreihenfolge voneinander beabstandet. Bei einer typischen Glasplatte würde dieser Abstand selten mehr als einen Millimeter betragen, und bei den meisten Gläsern würde er viel weniger betragen.

Stellen Sie sich nun einen Lichtpunkt auf der einen Seite des Glases und ein menschliches Auge auf der anderen Seite vor. Ordnen Sie beide so an, dass die Linie dazwischen in einem spitzen Winkel zur Oberfläche des Glases steht. Betrachten wir den Strahl, der vom Punkt zur Mitte Ihrer Pupille geht. Ihr Auge fokussiert dieses parallele weiße Licht wie erwartet als einen einzigen Punkt auf der Netzhaut. Aber wenn die abgewinkelte Glasplatte eingesetzt wird, wird derselbe Lichtstrahl auf eine winzige Distanz gestreut, normalerweise viel weniger als einen Millimeter. Jeder farbige Strahl in diesem Bündel bleibt jedoch parallel zum ursprünglichen Pfad.

Dieses kleine Submillimeter-Bündel tritt dann in die Pupille des Auges ein und trägt so ziemlich das gleiche Licht wie zuvor, alles parallel. Was macht dein Auge damit? Es bildet das gleiche weiße Punktbild wie zuvor, da sich das Licht vollständig parallel ausbreitet. Denken Sie zum Beispiel an rotes und blaues Licht, das auf gegenüberliegende Seiten einer Lupe fällt: Beide enden in der Nähe der Mitte. Natürlich wird es eine gewisse chromatische Aberration geben, aber es stellt sich heraus, dass Wirbeltieraugen sehr, sehr gut darin sind, diese Form der chromatischen Aberration auf Bildebene zu eliminieren.

Das Fazit lautet: Solange die Platte nicht zu dick ist, fällt die physikalische Trennung der chromatischen Komponenten in die Größe der menschlichen Augenpupille, und das Bild erscheint weiß – farbfrei und ziemlich genau wie die Original, mit nur etwas mehr Unschärfe.

Das führt auch zu einer experimentellen Vorhersage, die ich noch nicht ausprobiert habe: Hält man sich eine Lochblende vors Auge, während man auf der anderen Seite einer abgewinkelten Glasscheibe ein Lochblendenlicht beobachtet, kann man vielleicht einen kurzen farbigen Strich erkennen anstelle eines weißen Punktes. Ich kann es nicht garantieren, aber es ist wahrscheinlich genug, dass es interessant wäre, es zu versuchen.

Nun zum letzten Teil der Analyse: Was ist, wenn das Glas so enorm dick ist, dass die getrennten Bestandteile nicht auf einmal vom menschlichen Auge erfasst werden können?

Sollte das nicht zu einigen sichtbaren Farbeffekten führen, wie z. B. blauen und roten Streifen auf beiden Seiten eines weißen Lichtpunkts? Insbesondere sollte für einen weißen Punkt oder ein weißes Licht ein blauer Rand auf der vom Betrachter weg abgewinkelten Seite und ein roter Rand auf der dem Betrachter näher liegenden Seite des Glases erscheinen. Für eine schwarze Linie auf hellem Hintergrund wäre dies umgekehrt, mit dem Rot auf der Glas-ist-ferneren Kante der schwarzen Linie (da dies die nähere Kante des helleren Teils ist) und Blau auf dem Glas-ist-näher Rand der schwarzen Linie. (Warum das so ist, kann man sich mit einfachen Ausbreitungsdiagrammen ausrechnen.)

Aber da der chromatische Raumform-Trenneffekt selbst für ein ziemlich dickes Stück Glas gering sein wird, wo können Sie etwas finden, das dick genug ist, um solche Streifen zu zeigen?

Fischliebhaber haben praktischerweise eine Lösung parat: Sie heißen Aquarien! Die Kombination von Glas und Wasser ergibt eine ziemlich gute Annäherung an ein sehr dickes Stück Glas mit anständiger chromatischer Dispersion.

Aber funktioniert es wirklich?

Wenn Sie wie ich derzeit kein Aquarium haben, finden Sie hier ein praktisches Online-Bild eines durchsichtigen Aquariums , das rechts scharf abgewinkelt ist. Auf der anderen Seite des Tanks befinden sich sowohl vertikale helle Lichter von Vorhangfalten (in der Nähe der rechten Seite) als auch vertikale dunkle Linien von einem Bilderrahmen (links). Wenn Sie das Bild vergrößern, sehen Sie blaue Fransen an den rechten Seiten der Vorhangfalten. Keiner der Effekte ist intensiv, aber beide sind definitiv in diesem Bild.

Wer zufällig ein Aquarium hat, sollte es natürlich selbst ausprobieren, denn gutes direktes Experiment schlägt immer Theorie, wenn sie anderer Meinung ist! Schauen Sie nicht direkt in ein Licht, da moderne LED-Leuchten sehr hell sind und niemals direkt betrachtet werden sollten. Legen Sie stattdessen einen dünnen vertikalen Streifen aus weißem Papier auf einen schwarzen Hintergrund und beleuchten Sie diesen mit einem hellen Licht, das vom Betrachter weg zeigt. Sie können auch versuchen, ein kleines Loch in Aluminiumfolie vor Ihr Auge zu halten, um eventuell sichtbare Farbsäume zu verstärken.

Und damit ... Ich denke, ich werde dem hier eine Pause gönnen. Weitere Diskussionen, insbesondere aktuelle Ergebnisse von Experimentatoren mit echten Aquarien, wären jedoch großartig!

Wichtig ist, ein Material zu verwenden, bei dem unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Brechungsindizes haben, sonst funktioniert das Ganze nicht. Glas hat eine kleine Farbabhängigkeit vom Brechungsindex.

Wenn Sie Licht in einem Winkel durch zwei parallele Ebenen leiten, ist der Austrittswinkel immer gleich dem Einfallswinkel. Was auch immer in der ersten Ebene gebrochen wird, geschieht auch umgekehrt in der zweiten Ebene. Dies bedeutet, dass alle Farben, die in einem bestimmten Winkel einfallen, auch im selben Winkel wieder austreten und Sie keine Farbtrennung haben.

Selbst für parallele Ebenen erhalten Sie eine leichte Verschiebung von rotem Licht zu blauem Licht, da im Inneren der Winkel für rotes Licht und blaues Licht unterschiedlich ist. Aber da der Winkel beim Herauskommen derselbe ist, können Sie den Unterschied nicht verstärken, indem Sie weiter weggehen – Rot und Blau reisen für immer zusammen.

In einem Prisma sorgen die beiden abgewinkelten Oberflächen nur dafür, dass die Winkeltrennung der verschiedenen Wellenlängen ungleich Null ist. Das Licht wird zweimal in zwei verschiedenen Winkeln gebrochen, so dass das austretende rote Licht einen anderen Winkel als das austretende blaue Licht hat und sie sich mit zunehmender Entfernung immer weiter voneinander trennen. Wenn Sie also weit genug wegschauen, sehen Sie monochromatisches Licht in einem festen Winkel.

Der Hauptpunkt von Newtons Experiment besteht nur darin zu zeigen, dass weißes Licht alle Farben enthält, weil Sie ein Verfahren haben, um die Farben zu trennen (ein Prisma), aber dieses Verfahren kann niemals rückwärts funktionieren – Sie können nicht mit getrenntem rotem Licht beginnen durch ein Prisma und erhalten weißes Licht. Weißes Licht hat also rotes Licht als Bestandteil, aber nicht umgekehrt.

In Polarisationsexperimenten ist dies nicht wahr - Sie können eine vertikale Polarisation als aus überlagerten geneigten Polarisationen zusammengesetzt betrachten und auch umgekehrt durch Rotationsinvarianz.

Die Verwendung von Laser- oder LED-Quellen funktioniert nicht, da es sich um eine einzelne Wellenlänge handelt. LED-Lampen verfügen möglicherweise über eine Nachemissionsverarbeitung, um die Farbwahrnehmung anzupassen, dies ist jedoch begrenzt und hängt im Wesentlichen vom Auge / Gehirn ab, um „weißes“ Licht zu „erzeugen“. die meisten Wellenlängen fehlen. Sie benötigen eine Vollspektrumquelle oder in der Nähe davon.