Titel: Ein neuer Nachweis für die Analogie der sichtbaren und elektrischen Strahlung.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1904, Band 319 (S. 267–269)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj319/ar319076

Ein neuer Nachweis für die Analogie der sichtbaren und elektrischen Strahlung.

Für die von Hertz bereits im Jahre 1888 nachgewiesene Erscheinung, dass elektrische Schwingungen, welche an der Luft auf Gitter aus Metalldrähten senkrecht auffallen, in zwei Komponenten zerlegt werden, von denen die eine, den Drähten parallele Schwingung reflektiert, die dazu senkrechte hingegen ungeschwächt durchgelassen wird, fand sich bisher auf dem Gebiete der sichtbaren Strahlung kein Analogon.

Die Bestrebungen, diese als Gitterpolarisation bezeichnete Erscheinung, auch dort aufzusuchen, mussten jedoch insolange vergeblich bleiben, als man versuchte, hierfür Drahtgitter zu verwenden, da die feinsten überhaupt herstellbaren Gitter aus 0,01 mm Draht mit gleichen Zwischenräumen gegenüber den in Betracht kommenden Wellenlängen, die rund ein Zwanzigstel des Zwischenraumes betragen, noch viel zu gross waren. Allerdings konnten auch hier durch du Bois und Rubens Polarisationserscheinungen festgestellt werden, doch lieferten diese keine direkte Bestätigung der Theorie, da im sichtbaren Spektrum durch die Gitter gerade diejenige Komponente stärker hindurchging, welche nach der elektromagnetischen Lichttheorie hätte abgeschwächt sein sollen.

Der Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen auf diesem Gebiete musste demnach auf anderem Wege gefunden werden. Hierfür boten die von Kundt im Jahre 1886 gemachten Beobachtungen einen Anhaltspunkt. Kundt stellte sich auf Glasplatten, welche wagerecht im Abstand von wenigen Millimetern unter einem dünnen Metalldraht lagen, der im luftverdünnten Raume als Kathode diente, durch Zerstäuben des Drahtes dünne Metallspiegel her, die im allgemeinen die Gestalt eines ausserordentlich flachen Kegels besassen. Bei Untersuchung der Metallschicht in nahezu parallelem Lichte, zwischen zwei gekreuzten Nikols, fand er nicht nur, dass die Metallplatte das Gesichtsfeld erhellte, sondern er beobachtete auch gleichzeitig ein dunkles Kreuz, dessen Arme den Polarisationsebenen parallel lagen, wobei sich die Durchkreuzungsstelle immer genau an der Spitze der konischen Metallschicht befand. Diese Erscheinung wurde von Kundt als Doppelbrechung gedeutet, wenn er auch die Schwierigkeit, wie eine solche in einem sonst isotropen Materiale entstehen sollte, klar erkannte und auch aussprach.

Nach Prof. Dr. Ferdinand Braun in Strassburg liesse sich jedoch eine ungezwungene Erklärung für die Kundtsche Beobachtung dann finden, wenn man annehmen könnte, dass die radial orientierten Metallteilchen des Spiegels, welche zwar unter dem Mikroskop wie eine homogene Schicht erscheinen, sich dennoch wie Hertzsche Gitter verhalten. Trifft dies zu, so ist zu erwarten, dass die parallel zu den Polarisatorschwingungen1) gelegenen Metallstäbchen das Licht reflektieren, wofür sich der Beweis darin finden müsste, dass sich auch ohne Gegenwart eines Analysators, ein dunkler Streifen vorfindet, welcher den Drehungen des Polisators folgt.

Diese Erwägungen führten den genannten Forscher2) dazu, die Kundtschen Beobachtungen als Ausgangspunkt seiner weiteren von Erfolg gekrönten Untersuchungen zu wählen.

Vorerst wurden die noch vorhandenen Präparate von Kundt und Dessau einer Untersuchung unterzogen, welche jedoch ebensowenig wie die Herstellung neuer Präparate zu einem positiven Ergebnisse führten. Auch die durch Zerstäubung von im Vakuum glühend gemachten Palladiumdrähten hergestellten Metallspiegel, erwiesen sich für den angestrebten Zweck als nicht entsprechend.

Nach diesen Misserfolgen wurde versucht, ob nicht Metallbeschläge, wie sie erhalten werden, wenn man eine kräftige Flaschenentladung durch einen dünnen Metalldraht sendet, ein geeigneteres Untersuchungsmaterial liefern würden. Diese Zerstäubung geschieht in einfacher Weise dadurch, dass man einen dünnen Metalldraht über eine Glasplatte spannt, dessen Enden mit etwas aufgetropftem Siegellack festkittet, sodann den Draht an zwei Stellen mit an ihrer Unterfläche ebenen Gewichten, die als Elektroden dienen, belastet und dann durch denselben Entladungen von sieben bis zwanzig parallel geschalteten Flaschen hindurchgehen lässt. Der verwendete Draht soll nicht über 0.06 mm stark sein. In der Regel genügte für die Zerstäubung ein einziger Entladungsschlag. Sobald die Funkenstrecke durchschlagen wurde, erschien ein helles Licht über dem ganzen Draht und wird demnach von Braun vermutet, dass der Draht zuerst an einer Stelle durchbrochen wird und von hier aus ein Gleitfunke den Draht bis an die Enden der Elektroden zerstäubt. Wurde der Draht mit einer zweiten, einfach darauf gelegten Glasplatte bedeckt, so konnte man auf diese Weise feine Zerstäubungen bis zu mehreren cm Abstand von der Drahtachse erhalten.

Für die optische Untersuchung wurde ein Seibertsches Mikroskop benützt, bei welchem sich unterhalb des Objektivtisches der feststehende Polarisator befand, welcher ein schwach konvergentes Licht auf die Platte warf. Der Objektivtisch konnte genau zentriert werden und war dann gut zentrisch drehbar. Zwischen Objektiv und Kollimatorlinse konnte ein Nikol, gegen den Polarisator gekreuzt, von aussen eingeschoben werden.

Eine einwandfreie Untersuchung war nur in dem zentrierten Teil des Objektes möglich und musste das Gesichtsfeld gleichmässig hell sein. Für die meisten Zwecke eignete sich am besten diffuses Tageslicht, doch konnte als Ersatz dafür auch das von einem weissen Papierschirme rückgeworfene Licht eines Auerbrenners verwendet werden, wiewohl es für feinere Nuancierungen nicht ausreichte. Bei künstlichem Lichte durfte der Mikroskopspiegel von keinem direkten Lichte getroffen werden und musste in allen Fällen der ganze obere Teil des Objekttisches und das Auge vor Beleuchtung geschützt sein.

Bei der fast ausschliesslich verwendeten 28 fachen linearen Vergrösserung zeigte der zerstäubte Draht annähernd folgendes Bild: In der Achse, wo der Draht |268| auflag, war ein heller Strich, rechts und links davon ein schmales Metallband, von welchem senkrecht zum Drahte feine aber noch durchsichtige, sich allmählich verjüngende Metallstreifen in der Form sehr spitzer gleichschenkliger Dreiecke ausgingen, über welche hinaus sich noch sehr dünne breite Metallstaubbeschläge ausbreiteten. Für die Untersuchung wurde der zentrale Teil, in welchem sich bei Silber Flecken von wunderschöner Färbung befanden, ausser Betracht gelassen, da es sich vorzugsweise um jene Stellen handelte, wo die dichteren, in diffusem Lichte noch ziemlich dunklen Streifen, in den feinen kaum merklich absorbierenden Metallstaub ausliefen.

Bei Absuchung dieser von einem zerstäubten Silberdraht herstammenden Stellen gelang es Prof. Braun, wenn er die Streifen abwechselnd parallel und senkrecht zur Schwingungsrichtung des Polarisators drehte, Stellen aufzufinden, welche für die zu den Strichen parallel auffallenden Lichtschwingungen dunkler und bei Drehung um 90° heller erschienen. Diese Erscheinung trat viel deutlicher auf, wenn zwei solcher Stellen mit ihren Metallfäden, die Streifenrichtung gekreuzt aufeinandergelegt wurden, da dann immer die jeweils den Polarisatorschwingungen parallelen Streifen deutlicher wurden.

Die Auffindung passender Untersuchungsstellen wurde wesentlich erleichtert, wenn ein Analysatornikol eingeschoben wurde. Bei Drehung des Präparates in der Weise, dass die Streifenrichtung einen Winkel von 45° mit den gekreuzten Polarisationsebenen bildete, konnte immer eine Anzahl Büschel gefunden werden, welche hell auf dunklem Grunde erschienen und bei Drehung um ± 45° verschwanden. Wurde von diesen eine gut ausgesprochene, nicht zu kleine Stelle ausgesucht, dann auf dem Schnittpunkt des Fadenkreuzes geschoben und nur im Lichte des Polarisators beobachtet, so erschien diese Stelle bei diffusem Tageslicht immer, wenn auch schwach, doch unverkennbar dunkler in Parallelstellung als senkrecht dazu.

Verschiedene Abänderungen der Versuche ergaben kein besseres Ergebnis, bestätigten aber die Richtigkeit der Beobachtung. Auch die Verwendung von Golddrähten im Durchmesser von 0,1 und 0,6 mm zur Herstellung der Metallniederschläge führten nicht weiter. Erst als Platindrähte von 0,04 mm Durchmesser zerstäubt wurden, trat die Erscheinung so stark auf, dass jeder Zweifel beseitigt war. Der Versuch mit diesen Drähten gelang immer.

Die Untersuchung wurde stets in der Weise durchgeführt, dass vorher mittels der gekreuzten Nikols eine passend erscheinende Stelle aufgesucht, diese sodann in die Achse des Mikroskopes geschoben, sodann der Analysator entfernt und nur im Lichte des Polarisators beobachtet wurde. Es fand sich hierbei, dass die Stellen mit gut ausgesprochener Aufhellung intensiv dunkel (sammetschwarz) gefärbt waren, wenn ihre Strichrichtung senkrecht zur Polarisationsebene und relativ hell (etwa schwach zimmtbraun), wenn sie der Polarisationsebene parallel lag.

Im Sinne der elektromagnetischen Lichttheorie besagt dies, dass die Streifen wenig Licht durchlassen, wenn sie parallel dem elektrischen Vektor liegen, viel dagegen, wenn sie senkrecht zu demselben gestellt sind.

Auch bei den besten Präparaten war das den Streifen parallel liegende Licht nicht völlig ausgelöscht. Es setzen sich daher beide Komponenten, wenn sie, wie dies bei Platin der Fall zu sein scheint, ohne Phasendifferenz hindurchgehen, wieder zu einer linearen Schwingung zusammen. Diese wird jedoch, je nach der Dichte der Streifen verschiedenes Azimuth haben. Es liess sich dies am besten beobachten, wenn der Analysator ausdem Rohre entfernt und durch einen drehbaren Okularnikol ersetzt wurde. Bei Kreuzung desselben gegen den Polarisator (die Streifen im Azimuth 45°) und folgende Drehung um kleine Winkelbeträge, wurde das Wandern einer dunklen Stelle über die Nadeln hinweg deutlich bemerkt.

Wiewohl das angegebene Verhalten die Regel ist, kamen doch Fälle vor, welche nicht in Uebereinstimmung zu sein schienen. Die Ursachen hieran dürften jedoch gewissen von der Zerstäubung herrührenden Unregelmässigkeiten zuzuschreiben sein, welche von Knickungen im Draht oder schlechtem Aufliegen des Drahtes stammten.

Alle Versuche, die Zerstäubung unter Anwendung verschiedener Hilfsmittel zu verbessern, führten zu keinem besseren Ergebnis. Ebensowenig war durch Bedecken mit Wasser, Schwefelkohlenstoff oder Methylenjodid eine Aenderung mit Sicherheit zu erkennen, oder ein Einfluss der Farbe (roten oder blauen Glases) zu beobachten. Scheinbare Aenderungen liessen sich auf geänderte Lichtintensität zurückführen und konnten auch durch eingeschobenes berusstes Glas hervorgerufen werden.

Eine Struktur, welche die Erscheinungen erklären könnte, liess sich auch bei Beobachtung mit 100 bis 150 facher Vergrösserung nicht mit Sicherheit nachweisen. Während gewöhnliches Tageslicht gar keine Differenzierungen bemerken liess, wurden bei Verwendung direkten Auerlichtes feine Streifungen, welche auch beim Drehen ihre Helligkeit änderten, beobachtet, da sich dazwischen aber auch Felder ohne erkennbare Struktur vorfanden, welche fast gleichmässig heller und dunkler wurden und nicht anzunehmen war, dass diese Helligkeitsänderungen durch die sichtbaren Streifen bedingt wurde, war dieser Beobachtung wenig Bedeutung beizumessen.

Die Untersuchung eines derartigen Präparates durch Dr. H. Siedentopf der Firma Karl Zeiss in Jena mit noch stärkeren Vergrösserungen ergab bei der homogenen Immersion von 2 mm und der Apertur 1 . 3 folgendes Bild: Eine Anzahl von ohne Regelmässigkeit verteilter Körnchen, zwischen welchen sich ein nicht mehr auflösbares gleichmässig helles Feld befand, welches die charakteristischen Erscheinungen der Gitterpolarisation und scheinbaren Doppelbrechung noch sehr scharf erkennen liess.

Durch diese Versuche erscheint nun die vollkommen optische Analogie zu den Hertzschen Gittern festgestellt. Das Interesse an diesen Erscheinungen ist jedoch nicht auf den Nachweis des optischen Analogons zum elektrischen beschränkt, sondern sie haben auch ein selbständiges optisches Interesse. So liegen bereits Beobachtungen auf mineralogischem Gebiete vor, welche nunmehr unter einem anderen Gesichtspunkte erscheinen werden. Eine Beobachtung von Lasoulx an Würfeln von Chlorsilber, welche in einer Richtung gepresst wurden, lässt sich möglicherweise auf entstehende Silberlamellen zurückführen, da nach Beobachtungen von Myers und Braun in Brom-, Jod- und Chlorsilber unter Druck eine Zersetzung auftritt.

Es liessen sich auch einige praktische Anwendungen finden. Gelänge es beispielsweise, sehr dünne Plättchen einer hochmolekularen Goldverbindung so zu zerstören, dass nur die Goldmoleküle und zwar wesentlich an ihrem Orte erhalten bleiben, so müsste hieraus ein Metallgitter resultieren, aus dessen optischen Verhalten an der Hand einer durchgeführten elektromagnetischen Gittertheorie ein Schluss auf den Abstand der Metallteilchen gezogen werden könnte. Diesbezüglich unternommene Versuche liessen aber bis jetzt noch keine sicheren Schlüsse zu.

Braun scheint jedoch auf anderem Gebiete etwas weiter gelangt zu sein. Ambronn hat beobachtet, dass dünne Schnitte aus Koniferenholz oder aus den Sehnen |269| von Mäuseschwänzen, die mit zweiprozentiger Goldchloridlösung getränkt und nach dem Trocknen dem Sonnenlichte ausgesetzt wurden, sehr hübschem Dichroismus zeigten. Zur Erklärung dieser Erscheinung nahm er an, dass das eingelagerte Metall für sich oder in Verbindung mit der Grundsubstanz, zu einem anisotropen Gebilde wurde.

Würde jedoch angenommen, dass sich hier Gitter aus metallischem Golde im Gewebe gebildet haben und diese die beschriebene Erscheinung hervorrufen, so liesse sich umgekehrt, aus den Polarisationserscheinungen, ein Schluss auf eine gitterartige Molekularstruktur ziehen, deren Auflösung selbst mit den stärksten Mikroskopen nicht mehr möglich wäre.

Um dies nachzuweisen, wiederholte Braun die Ambronnschen Versuche mit Spähnen der gewöhnlichen Holzwolle und fand, obwohl die Spähne noch zu dick waren, die Ambronnschen Angaben bestätigt.

An solchen Fasern, welche nach vorherigem Trocknen in einem Glasrohre erhitzt wurden, welches in siedendes Quecksilber eintauchte und durch welches ein Strom von gereinigter und getrockneter Kohlensäure hindurchging, wurde nach Fertigstellen des Präparates Folgendes beobachtet:

1. Zwischen gekreuzten Nikols erschienen die im mittleren Azimuthe gedrehten Streifen an dünnen Stellen hell mit prachtvollem Rubinrot. Die Hauptmasse wurde aber dunkel, wenn ihre Fasern parallel oder senkrecht zu den Schwingungen des Polarisators standen.

2. Auch ohne Analysator konnte an einzelnen Fasern die beschriebene Gitterwirkung, wenn auch schwach, so doch deutlich beobachtet werden.

3. Bei Drehen des Präparates unter Anwendung derselben Anordnung, wie unter 2, zeigte sich, dass die Zeichnungen für gewisse Stellen undeutlich wurden und bisweilen fast ganz verschwanden, bei einer Drehung um 90° aus dieser Lage heraus jedoch wieder deutlich und dunkel hervortraten, wobei die ausgezeichneten Lagen zumeist nahezu parallel oder senkrecht zur einfallenden Schwingungsebene waren.

Nach der vorstehenden Auffassung verraten sich damit feine Gitterstrukturen, welche teils pararallel, teils senkrecht zur Faserrichtung verlaufen,

Aschenbestandteile konnten nicht die Ursache dieser Erscheinung sein, da zur Prüfung daraufhin, die Spähne vorher mit verschiedenen diese lösenden Chemikalien behandelt wurden und trotzdem kein geändertes Bild zu beobachten war.

Da anzunehmen ist, dass organische Goldverbindungen bei der Temperatur des siedenden Quecksilbers zerstört werden, ist der Schluss berechtigt, dass Gold unter diesen Verhältnissen als Gitterbildner wirkt. Uebernimmt es, wie wahrscheinlich, auch in anderen Fällen die gleicheRolle, so wird die Deutung von Bildern im polarisierten Lichte vielfach eine andere werden.

Die Gitterpolarisation tritt wahrscheinlich erst bei Abständen, die kleiner als eine halbe Wellenlänge sind, und zwar in der Weise ein, dass die den Gitterstäben parallel schwingende Komponente stärker reflektiert wird. Schliesst man nach der Analogie der elektrischen Gitter, so soll die Gitterpolarisation mit zunehmender Feinheit des Gitters wachsen, einen Maximalwert erreichen und dann in der Weise rasch abnehmen, dass beide durchgelassene Komponenten gegen Null konvergieren, in welchem Falle man wahrscheinlich schon in der Nähe molekularer Dimensionen ist.

Es würde sich dann folgende praktische Beobachtungsregel ergeben. Zeigt ein Goldpräparat bis zu den Grenzen der mikroskopischen Leistung keine Struktur, aber Gitterpolarisation, so darf auf eine submikroskopische Gitterstruktur geschlossen werden, deren Fasern parallel den stärker ausgelöschten Schwingungen liegen.

Eine Kontrolle gegen wirkliche Doppelbrechung liegt darin, dass die Farbe durch Drehung des Analysators nicht in die Komplimentäre umspringt.

Die gekreuzten Nikols spielen dann eine andere Rolle als man seither annahm. Der Analysator würde dann durch eine Vorrichtung ersetzbar sein, welche die beiden durch das Gitter gespaltenen Komponenten zwei getrennten Gesichtsfeldern zuführt und sie dort nebeneinander legt. Eine solche Anordnung wäre für die Entscheidung, ob wahre Doppelbrechung oder Gitterpolarisation vorliegt, von Wichtigkeit, vermöchte jedoch die gekreuzten Nikols in bezug auf Empfindlichkeit und Bequemlichkeit nicht zu übertreffen, weil man bei letzteren zu enormen auffallenden Lichtstärken übergehen kann.

Nach Prof. Braun sind die vorstehend beschriebenen Versuche nur die ersten Anfänge mit noch nicht vollkommen ausgebildeten Methoden und die gezogenen Schlüsse einer Gleichung mit zwei unbekannten ähnlich. Es treten eben immer noch Nebenbedingungen hinzu, welche die Lösungsmöglichkeiten einschränken. Wiewohl sich der ganze Kreis der Beweise erst allmählich schliessen lässt, hat sich aber das bisher Beobachtete in einer widerspruchslosen Weise derart ineinandergefügt, dass am positiven Endergebnisse nicht gezweifelt werden darf.

Tatsächlich erscheint mit vorstehendem jedoch der Beweis für das Auftreten der Gitterpolarisation auch auf dem Gebiete der sichtbaren Strahlung voll erbracht zu sein und muss daher dem verdienten Forscher, nicht nur für die geistreiche Art und Weise, sowie die Gewissenhaftigkeit bei Durchführung der Versuche, sondern auch für den Scharfsinn, mit welchem die erwähnten Schlüsse gezogen wurden, die vollste Anerkennung gezollt werden.

A. Prasch.

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Wenn hier der Einfachheit halber von Schwingungen des Lichtes gesprochen wird, so ist darunter der Fresnelsche Vektor zu verstehen, welcher senkrecht zur Polarisationsebene liegt und dem elektrischen Vektor der elektromagnetischen Theorie entspricht.

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Der Hertzsche Gitterversuch im Gebiete der elektrischen Strahlung von Prof. Ferdinand Braun in Strassburg. Sitzungsbericht der Kgl. preussischen Akademie der Wissenschaften vom 21. Januar 1904.

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