Naturwissenschaftliche Rundschau. 



"Wöchentliche Berichte 



über die 



Fortschritte auf dem Gesamtgebiete der Naturwissenschaften. 



XXII. Jahrg. 



19. Dezember 1907. 



Nr. 51. 



Das Licht und die Struktur der Materie. 



Von Prof. H. A. Lorentz (Leiden). 

 Keile, gehalten am 7. April 1907 bei der Eröffnung des elften 

 niederländischen naturwissenschaftlichen und medizinischen Kou- 



gresses (Natuur- en Geneeskundig Congres) zu Leiden. 

 (Schluß.) 



Der interessanteste Fall ist derjenige der Atmo- 

 sphäre. Wird vollkommen reine Luft, in der nicht 

 das kleinste Staubteilehen oder Wassertröpfchen 

 schwebt, allein wegen der molekularen Struktur nach 

 Art eines feinen Nebels undurchsichtig werden ? 

 Rayleigh bat durch eine Berechnung die Frage 

 beantwortet, und ich kann Ihnen seinen Gedanken- 

 gang, einigermaßen nach modernen Auffassungen 

 modifiziert, in wenig Worten angeben. Von dem 

 Einfluß eines aus Molekülen zusammengesetzten Kör- 

 pers auf ein Lichtbündel geben wir uns Rechenschaft, 

 indem wir uns vorstellen , daß in jedem Molekül, 

 selbst in jedem Atom, noch viel kleinere Teilchen 

 vorhanden sind, die durch das Licht zum Mitschwin- 

 gen gebracht werden. Ich muß hinzufügen, daß die 

 Kräfte, die in einem Lichtstrahl wirksam sind, elek- 

 trischer Natur sind, und daß wir daher, um zu be- 

 greifen, daß die Lichtscbwingungen diese kleinen 

 Teilchen in Bewegung setzen können, ihnen elek- 

 trische Ladungen zuschreiben. Es sind die Elek- 

 tronen, mit denen wir es gegenwärtig so viel zu tun 

 haben. 



Nach dem Huyghens sehen Prinzip wird jedes 

 Elektron, sobald es zum Mitschwingen gekommen ist, 

 selbst der Mittelpunkt neuer Lichtwellen, und hierin 

 liegt die Ursache der Zerstreuung, von der wir 

 sprechen. 



Wieviel diese nun beträgt, hängt nicht so sehr 

 von den Dimensionen der Moleküle und ihren Massen 

 ab, als vielmehr von dem, was sich innerhalb jedes 

 Moleküls abspielt, und hiervon kann man sich eine 

 Vorstellung machen, wenn man das Brechungsver- 

 mögen des Körpers mißt, das seinerseits durch den 

 Grad des Mitschwingens bestimmt wird. Kennt 

 man den Brechungsindex, die Wellenlänge und die 

 Zahl der Moleküle pro Kubikzentimeter, so kann man 

 berechnen, wieviel von dem einfallenden Licht nach 

 allen Seiten zerstreut wird, und wieweit ein Licht- 

 bündel, das sich eine gewisse Strecke fortpflanzt, 

 geschwächt wird. Für gelbes Licht und für Luft 

 gewöhnlicher Dichte findet man, mit Hilfe dessen, 

 was wir über die Anzahl Moleküle wissen, daß die 

 Stärke eines Lichtbündels nach dem Durchlaufen von 



ungefähr 100 km auf die Hälfte gesunken ist. Inner- 

 halb der Entfernungen, in denen wir gewöhnlich 

 sehen, kann also reine Luft wohl durchsichtig ge- 

 nannt werden, aber auf größere Entfernungen hin, 

 wie sie in der Atmosphäre wirklich vorkommen, ist 

 die Zerstreuung des Lichtes durchaus nicht zu ver- 

 nachlässigen. Die Strahlen eines Sternes im Zenit 

 würden nach der Berechnung, die ich Ihnen skizzierte, 

 wenn sie die Erdoberfläche erreichen, ungefähr 6 °/ 

 ihrer Intensität verloren haben. Wir können dies 

 mit dem Ergebnis vergleichen, das man aus der Be- 

 obachtung der Lichtstärke bei verschiedenen Höhen 

 eines Himmelskörpers abgeleitet hat; man hat daraus 

 auf eine Abnahme von ungefähr 20 °/ geschlossen. 



Ein Beweis für die molekulare Struktur der 

 Luft ist hiermit nicht geliefert, da man immer die 

 Zerstreuung des Lichtes schwebenden Staubteilchen 

 würde zuschreiben können. Wir müssen damit zu- 

 frieden sein, daß die Beobachtungen der Molekular- 

 theorie nicht widersprechen. Unser Ergebnis, daß 

 wir den dritten Teil der wahrgenommenen Zer- 

 streuung den Luftmolekülen selbst zuschreiben dürfen, 

 ist vielleicht so befriedigend , wie es erwartet werden 

 konnte. 



Ich muß noch darauf hinweisen, daß nach der 

 Theorie von Rayleigh die Zerstreuung, die, sei es 

 durch die Luftmoleküle selbst, sei es durch kleine 

 schwebende Teilchen, erzeugt wird, um so mehr be- 

 tragen muß, je kleiner die Wellenlänge ist. In der 

 stärkeren Zerstreuung der blauen Strahlen dürfen 

 wir die Ursache für die blaue Farbe des Himmels 

 sehen, und nach Rayleigh würde also auch, wenn 

 die Luft vollkommen rein wäre, der Himmel uns blau, 

 sei es denn auch sehr dunkel, erscheinen. Wir 

 würden Luft noch wirklich sehen, und zwar würde 

 die Sichtbarkeit darauf beruhen, daß sie aus Mole- 

 külen zusammengesetzt ist. In der Tat folgt aus 

 der Formel, mit Hilfe deren die angeführten Zahlen 

 gefunden worden sind, daß die Zerstreuung bei einem 

 gegebenen Brechungsindex um so kleiner ist, je 

 näher die Moleküle bei einander liegen, je „feinkör- 

 niger" also das Medium ist; in einem vollkommen 

 homogenen und kontinuierlichen Medium würde die 

 Zerstreuung ganz fortfallen. 



So, wie die Luft nach unserer Auffassung nun 

 einmal ist, muß sie in Abständen von einigen tau- 

 send Kilometern wie ein dichter Nebel wirken, und 

 es würde traurig aussehen, wenn sie sich von der 



