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Licht

»Licht« ist ein Phänomen, welches wir in der Natur vielfältig beobachten können. Eine Definition des Begriffs erscheint genauso schwierig wie eine Definition vom Begriff Farbe, weil Licht in seinem Wesen nicht „fassbar“ ist.

Licht wird durch den Filter des Auges und dem Gehirn wahrgenommen. Licht ohne eine Fläche, auf die es auftrifft und durch Reflexion wieder abgestrahlt wird, können wir nicht sehen. Besonders gut nehmen wir es jedoch war, wenn Licht in Verbindung mit Schatten auftritt. Licht und Schatten wurde von vielen Malern zur Darstellung von besonderen Stimmungen und Situationen eingesetzt.

Das Licht als Symbol für den Gegensatz zur Finsternis steht meist in Verbindung mit einer Erleuchtung oder einer neuen Erkenntnis. Oft wird Licht als Symbol für Nicht-Materielles (Geist, Gott, Lebensglück) verwendet.

Die folgende Darstellung vom Licht als physikalisches Phänomen soll zeigen, wie schwierig es ist, Licht naturwissenschaftlich und begrifflich zu erfassen:

Erhitzt man ein Metallstück, beginnt es nach einiger Zeit zu glühen. Bei diesem Vorgang wird Wärmeenergie in Licht umgewandelt. Je heißer das Metallstück ist, umso höher ist auch die Lichtausbeute (siehe Tabelle). Führt man den Metallatomen Wärmeenergie zu, werden die Atome in einen angeregten Zustand versetzt, wobei sie Licht aussenden. Licht kann durch folgende Vorgänge gewonnen werden:

1. durch Verbrennungen aus chemischer Energie (z. B. Flamme),

2. durch Umwandlung aus elektrischer Energie (z. B. Glühlampe),

3. durch Umwandlungen von Atomkernen (z. B. in der Sonne).

In der Sonne verschmelzen die Kerne von Wasserstoffatomen zu Heliumkernen. Dabei werden riesige Energiebeträge erzeugt, die als Wärme oder Licht in das Weltall abstrahlen. Die Oberflächentemperatur der Sonne beträgt mehr als 6000°C. Auf den Erdball trifft allein eine Wärmestrahlung von etwa 175 Milliarden Megawatt (MW).

Bereits im Jahre 1690 ordnete der niederländische Physiker Christiaan Huygens dem Licht - in Anlehnung an die Schallwellen - eine Wellennatur zu. Im 19. Jahrhundert untermauerten die Theorien des Physikers James Clerk Maxwell die Annahme, dass sich Licht als elektromagnetische Welle fortbewegt.

Die meisten elektromagnetischen Wellen wie Radiowellen oder die Röntgenstrahlung sind für unser Auge nicht sichtbar. Die Wellen unterscheiden sich in ihrer Wellenlänge: Rundfunkwellen können mehrere hundert Meter lang sein, während die kosmische Höhenstrahlung Wellenlängen im kaum vorstellbaren Bereich von Millionstel Nanometer (1 nm = 1 Milliardstel Meter) besitzt. Die Wellenlänge des für uns sichtbaren Lichts liegt zwischen 770 nm und 400 nm und wird als optisches Spektrum bezeichnet.

Der Londoner Arzt Thomas Young erkannte im Jahre 1817, dass sich Lichtwellen nicht wie die Schallwellen als longitudinale Schwingungen, sondern transversal fortbewegen. Transversale Wellen schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Das Auge besitzt auf der Netzhaut drei verschiedene Farbsinneszellen (rot, grün, blau). Werden diese gleichzeitig angeregt, erhält man den Farbeindruck Weiß. Weißes Licht kann als Mischung von mehreren elektromagnetischen Wellen aus dem optischen Spektrum bezeichnet werden. Die „Additive Farbmischung" erbringt einen experimentellen Beweis: Weißes Licht wird durch das Mischen von mehreren farbigen Lichtquellen erzeugt.

Albert Einstein hat darauf hingewiesen, dass Licht auch eine andere Gestaltform annehmen kann. Er behauptete im Jahre 1905, dass Licht neben seiner Wellennatur auch Teilchencharakter besitzen muss, da es beim Auftreffen auf eine Metallplatte Elektronen aus der Platte herausschlagen kann. Er bezeichnete die „Lichtteilchen" als Photonen. Der beschriebene Effekt wird als photoelektrischer Effekt bezeichnet und ist die technische Grundlage für die photovoltaische Gewinnung von Strom aus Sonnenlicht.

Die Eigenschaft des Lichts, sich sowohl wie eine Welle als auch wie ein Teilchen verhalten zu können, ist eines der merkwürdigsten Phänomene in der Natur überhaupt. Für dieses Phänomen des „Sowohl-als-auch“ prägte Niels Bohr den Begriff der Komplementarität. Ganz entscheidend dabei ist die Anordnung des Aufbaus für die Versuche, um Eigenschaften über das Licht herauszubekommen. Ein Versuchsaufbau beweist die Wellennatur des Lichts, ein anderer Aufbau jedoch seine Teilchennatur. Seit dieser Feststellung nimmt man an, dass die Objekte der Natur nicht eindeutig festgelegt sind, sondern dass der Mensch selbst zu einem Stück weit entscheiden kann, wie die Natur ist. Manche Philosophen gehen noch wesentlich weiter und behaupten, dass die Natur (und alles was in ihr lebt und entsteht) ein reines Gedankengebäude des Menschen sei. Sie würde erst dann zu existieren beginnen, wenn sie der Mensch „erdenkt“. Diese philosophische Richtung nennt man Konstruktivismus. Die komplementäre Eigenschaft des Lichts, seine „Doppelnatur“, ist ein Hinweis darauf, dass die Theorien des Konstruktivismus ernst genommen werden müssen.

In den vergangenen Jahrhunderten war sich die Wissenschaft nie einig, ob Licht ein Teilchenstrom oder eine Wellenerscheinung ist. Isaac Newton, einer der bedeutendsten Physiker aller Zeiten, hielt es aufgrund seiner Experimente für einen Teilchenstrom, und die meisten Wissenschaftler schlossen sich dieser Meinung an. Es gab beim Licht jedoch Erscheinungen, die nur bei Wellen auftreten: Interferenz und Beugung. Dies veranlasste Newtons Zeitgenossen Christiaan Huygens, Licht als Welle aufzufassen. Um 1900 ließ die Entdeckung des so genannten Photoeffekts wieder auf Teilchen schließen; sie wurden Photonen genannt. Übrigens: Für die Erklärung des Photoeffekts erhielt Albert Einstein 1921 seinen Nobelpreis, nicht für die von ihm entwickelte Relativitätstheorie.

siehe auch:
- Dispersion
- Farbechtheit
- Farben
- Laser
- Lichtbrechung
- Optisches Spektrum
- Reflexion
- Sonnenkollektor
- Treibhauseffekt
- UV-Strahlung