Physikalischer Hintergrund – Wellenbild und Teilchencharakter des Lichts

Mit der Beugung am Gitter kann man aus der Lage, also aus den Beugungswinkeln, der beobachteten Beugungsmaxima eine der beiden Größen Wellenlänge oder Gitterkonstante schnell bestimmen, sofern die jeweils andere Größe bekannt ist. Spektrometer nutzen dies aus und verwenden meist die intensivste erste Beugungsordnung um Licht zu zerlegen und Spektren aufzunehmen. Fällt weißes Licht auf ein Gitter, z.B. auf eine CD, so wird das Licht in seine Spektralfarben zerlegt und man sieht die unterschiedlichen Farben unter verschiedenen Winkeln. Man kann sich kaum merken, ob sich in einem Medium Frequenz, Farbe oder Wellenlänge des Lichts ändern. In Lehrbüchern werden der sichtbare Spektralbereich und  damit die Farben des Lichts bestimmten Wellenlängen zugeordnet, ohne zu sagen, dass diese Zuordnung nur für Luft bzw. Vakuum gilt. Grün bleibt jedoch für uns grün, auch im Wasser, obwohl dort die Wellenlänge, wie der Versuch zeigen wird, deutlich kleiner wird. Absorbiert das Auge ein Photon so werden die Fotorezeptoren in der Netzhaut wie jeder andere Detektor elektronisch angeregt und Zäpfchen und Gehirn ordnen den unterschiedlichen Anregungsenergien die Farben zu. Die Energie des Photons E=hf ist direkt korreliert mit der Frequenz des Wellenpakets, die für unser Licht im Bereich von einigen hundert THz liegt. Breitet sich nun die Welle im Medium langsamer aus als in Luft so wird sie quasi gestaucht, was im Wellenbild zu einer kleineren Wellenlänge führt.