Licht als Informationsträger

Das Licht, wie wir alle wissen, ist ein sehr wichtiges Mittel zur Erforschung des Universums. Die Farbe des Lichts, die wir sehen, liefert uns wichtige Daten. Von Anfang an können wir die Dinge, die wir sehen, anhand ihrer Farben unterscheiden.
Die Diskussion über den Ursprung und die Struktur des Lichts hat Philosophen seit Beginn der Geschichte beschäftigt. Jeder der frühen Philosophen schrieb seine Meinung über die Natur des Lichts. Erst im 17. Jahrhundert brachte die Entwicklung der modernen Wissenschaft die Diskussion dieses Themas auf eine moderne Weise mit einer mathematischen Theorie.
Wir wissen, dass Dinge in Teilchen (Materie besteht aus diesen) und in Wellen (Segler und Musiker wissen das gut...) vorkommen, daher müssen wir verstehen, ob das Licht aus Teilchen oder Wellen besteht.
Isaac Newton sagte aufgrund der Existenz von Strahlen und ihrer geradlinigen Wege, dass Licht aus verschiedenen Materieteilchen besteht (je eines für jede Farbe), die von der Materie ausgesendet werden. Die Brechung wird dann durch die Kräfte erklärt, die auf die Lichtteilchen während ihres Übergangs durch die Trennfläche zweier Medien wirken.
Im Gegensatz dazu schrieb Christiaan Huygens in seinem Traitè de la Lumiére (Abhandlung über das Licht), dass Licht aus Wellen besteht, die in einer sehr dünnen und speziellen Materie namens Äther laufen, die das gesamte Universum durchdringt. Der Äther ist ein elastisches Medium, das aus sehr leichten Materieteilchen besteht. Diese Idee ermöglichte ihm, die Eigenschaften des Lichts (Brechung, Interferenz, Beugung, Farben) auf eine sehr ähnliche Weise wie die bekannten Eigenschaften des Schalls zu erklären. So wie wir aus
verschiedenen Wellenlängen der Störung in Luft/Wasser/Flüssigkeit verschiedene Töne erhalten, haben wir aus den verschiedenen Wellenlängen der Störung im Äther die verschiedenen Farben, die wir sehen können.
Der Erfolg der Wellentheorie von Huygens bei der Erklärung führte dazu, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft seine Theorie annahm und die Korpuskulartheorie des Lichts beiseitelegte.
Die Entwicklung der Untersuchung elektrischer und magnetischer Phänomene führte James Clerk Maxwell dazu, zu verstehen, dass Licht ein elektrisches und magnetisches Phänomen ist. Das Licht ist in seiner Sicht eine Welle, die durch den Raum getragen wird von jener dünnen Substanz namens Äther.
Anfang des 20. Jahrhunderts stellten die Physiker fest, dass das Licht manchmal mit der Materie auf kontinuierliche Weise wie eine Welle, aber auch auf diskrete Weise wie ein Teilchen oder als Paket bzw. Quanten von Energie interagiert. Der photoelektrische Effekt, der Compton-Effekt und die Schwarzkörperstrahlung sind einige dieser Phänomene. Die Erklärung dieser Effekte stammt aus der Entwicklung der Quantenmechanik.
Die Entdeckung des LASER-Effekts (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ist eine weitere Konsequenz der Quantenmechanik, die vielleicht die erfolgreichste physikalische Theorie ist.
Diese Studie soll das Interesse an einem Thema fördern, das sich gut für einen multidisziplinären Ansatz im Bereich STEM eignet, durch die Entdeckung der Grundlagen der Lasertechnologie und die Neugier auf ein Thema steigern, dessen Forschung an der Spitze der Wissenschaft steht und wichtige Auswirkungen auf alle Bereiche des modernen Lebens hat, einschließlich Wohlbefinden und Gesundheit durch Diagnostik und chirurgische Anwendungen.

Die Erforschung der Erzeugung und Nutzung von Lasertechnologie wird durch die Augmented-Reality-Übung „Lasertechnologie und medizinische Anwendungen“ verbessert, die mit Delightex Studio – Spaces (Marker) entwickelt wurde. Diese AR-Erfahrung führt die Schüler durch fünf interaktive Szenen: Drei-Niveau-Atomsysteme mit Populationsinversion, stimulierte Emission und Photonenverstärkung, optisches Kavitätsdesign mit Spiegeln und medizinische Laseranwendungen (CO2, Argon, Nd:YAG). Sechs integrierte Quizze bieten sofortiges Feedback, sodass die Schüler unsichtbare Quantenprozesse visualisieren und die Verbindung zwischen Atomphysik und klinischer Praxis herstellen können.