Sichtbare

Licht ist der Bereich der elektromagnetischen Strahlung, der vom menschlichen Augewahrgenommen werden kann. Das sind die elektromagnetischen Wellenim Bereich von etwa 380-780 Nanometer (nm) Wellenlänge.

Physiologie

Die unterschiedliche Empfindlichkeit von Pigment-Molekülen (Blau, Grün-Gelb, Orange-Rot) in verschiedenen Sehzapfenartenund Stäbchendes menschlichen Auges für verschiedene Wellenlängen (V(?)-Kurve) ist Thema der Fotometrie. Während die Sehzapfen für Farbsehenverantwortlich sind, registrieren die Sehstäbchen in der Netzhautmit den Retinal-Molekülen unter Rhodopsin-Abspaltung bei Photonen-Absorption die Lichtstärke.

Die Farbwirkung des physiologischenSehens entsteht durch die Absorptioneinzelner Wellenlängen durch einen organischen oder anorganischen Farbstoff, oder durch die Beugung des weißen Lichtes an einem Kristallgitter. Werden bestimmte Wellenlängen absorbiert, entsteht aus den verbliebenen Wellenlängen der Farbeindruck(Komplementärfarbe). Ein grünes Blatt absorbiert demnach nicht im Wellenlängenbereich "grün" sondern im komplementären bereich "rot" (680 nm) und "blau" (430 nm). Siehe hierzu Chlorophyll.

Das in der Umwelt vorkommende Licht ist eine Mischung unterschiedlicher Wellenlängen. Durch ein Beugungsgitteroder ein Prismakann man dieses polychromatischeLicht in monochromatischesLicht (Licht einer Wellenlänge) zerlegen. Jeder dieser monochromatischen Lichtkomponentenentspricht ein spezifischer menschlicher Farbeindruck, die so genannten Spektralfarbenoder Regenbogenfarben. In der Reihenfolge zunehmender Wellenlängefindet man:

Die Übergänge zwischen Farben sind fließend, der persönliche Farbeindruck einzeln benennbarer abzählbarer Farben ist subjektiv und durch Sprache, Tradition sowie Denken bedingt. Die in verschiedenen Sprachen (ursprünglich) vorkommenden Wörter für Farben belegen dies.

Die einzelnen Farbbereicheenthalten jeweils verschiedene Farbtöne. So ist der Zwischenbereich zwischen Blau und Grün etwa mit Türkis oder Cyanzu bezeichnen. Andere wahrgenommene Farben (beispielsweise Braun) ergeben sich bei Licht, in dem mehrere Wellenlängen vorkommen (additive Farbmischung) oder durch subtraktive Farbmischungaus gefiltertemweißem Licht.

Elektromagnetische Strahlung jenseits der menschlichen Grenze der Sichtbarkeit mit höherer Frequenz bzw. niedrigerer Wellenlänge als violett wird bis zu einer bestimmten Frequenz als Ultraviolett-oder UV-Strahlungbezeichnet; solche mit niedrigerer Frequenz bzw. höherer Wellenlänge als rot bis zu einer bestimmten Wellenlänge als Infrarotstrahlung. Die Bandbreite des sichtbaren Lichts bei Tieren weicht zum Teil erheblich vom menschlichen Sehen ab.

Physik

Eine der Hauptquellendes Lichtes ist die Sonne. Künstliche Lichtquellen sind beispielsweise Glühlampen, Leuchtstoffröhren, Leuchtdioden, Laserund chemisches Licht.

Licht wird im erklärenden Modell als Welle beschrieben oder alternativ als Strom mit Teilchencharakter. Dieser Welle-Teilchen-Dualismusdes Lichtes entzieht sich einer geschlossen anschaulichen Interpretation, ist aber im Rahmen der Quantenphysikmathematisch präzise beschreibbar. Lichtteilchen werden als Photonenbezeichnet. Sie besitzen keine Ruhemasseund bewegen sich im Vakuumstets mit Lichtgeschwindigkeit.

Der Zusammenhang zwischen dieser Grenzgeschwindigkeit im Vakuum und seinem Energieniveau ist durch die Masse definiert, nach der berühmten Einstein-Formel

E = m · c²

der Zusammenhang zwischen der Wellenlänge und der Lichtenergie, durch das Planksche Wirkungsquantum, das gleichsam für den Korpuskularcharakter des Lichtes steht

E = h · ?

Aufgrund der Massekorrelation unterliegt das Licht generell der Gravitationund wird im Gravitatonsfeld, bzw. im Raum gekrümmt. Es trägt aus gleichem Grund aber auch selbst ein schwaches Gravitationsfeld, das sich z.B. in einem Ringlasernachweisen lässt. Durch relativistische Effekte läßt sich Licht so auch abbremsen und durch Gravitation beeinflussen.

Wenn Elektronenvon einem höheren Energieniveau auf ein niedrigeres Energieniveau im Atom springen, werden Photonen emittiert, diese können vom Menschen als Licht wahrgenommen werden (Lumineszenz). Meist wird die Energie beim Rückfallen auf das niedrigere Niveau allerdings als Bewegungsenergie oder thermische Energie (Infrarotstrahlung) abgegeben. Bei den AutotrophenOrganismen wird der freiwerdende Energiebetrag in chemischen Verbindungen gebunden (siehe Fotosynthese).

Bei organischen Farbstoffen können die delokalsierten Pi-Elektronensystemedurch Frequenzen im sichtbaren Bereich auf ein höheres Niveau gehoben werden. Dadurch werden je nach Molekülbestimmte Wellenlängen absorbiert.

Bei anorganischen Farbstoffen werden Elektronen aus den d-Orbitaleneines Atoms in energetisch höher gelegene d-Orbitale angeregt (Ligandenfeldtheorie) oder sie wechseln ihre Position zwischen Zentralion und Ligandinnerhalb eines Komplexes (Charge-Transfer-Komplexe). Siehe auch: Komplexchemie.

Neben der Wellenlängebeziehungsweise Farbe ist Licht noch durch die Kohärenz, Interferenzund die Polarisationund weitere messbare Parameter charakterisiert.

Vollständig lichtdurchlässige Gegenstände bezeichnet man als durchsichtig (transparent). Begrenzt lichtdurchlässige (nicht transparente) Gegenstände werden auch als "opaque" oder "opak" bezeichnet. Der Grad der Lichtdurchlässigkeitist dann der Grad der "Opazität". Nichtlichtdurchlässigkeit wird auch als undurchsichtig bezeichnet.

Licht in der Gesellschaft

Licht ist, wie Feuer, eines der bedeutendsten Phänomene für primitive Kulturen. Künstlich erzeugtes Licht aus Lampenwird allgemein eingesetzt. Es ermöglicht dem Menschen ein angenehmes und sicheres Leben auch bei terrestrischer Dunkelheit (Nacht) und in gedeckten Räumen (Höhlen, Gebäude). Technisch wird die Funktionsgruppe, die Licht erzeugt, als Lampe bezeichnet. Der Halter für die Lampe bildet mit dieser eine Leuchte. Licht und Leuchte sind auch Synonyme für Intelligenz(beachte Lichtblick) und lässt seine Bedeutung für die Sozialisation von Individuen in der Gruppe erkennen. Ein Mangel an Intelligenz wird mit geistiger Dunkelheitgleichgesetzt.

Licht unter freiem Himmel

Licht unter freiem Himmel hat bei Dunkelheiteine Hilfsfunktion für die terrestrische Navigation(Fußgänger, Autofahrer), als optisches Signaloder für Schmuck- und Werbezwecke. Es zählt als ein Umweltfaktorzu den Immissioneni.S. des Bundesimmissionsschutzgesetzes (BImSchG) (Deutschland). Lichtimmissionen von Beleuchtungsanlagen können das Wohn- und Schlafbedürfnis von Menschen und Tieren erheblich stören und auch technische Prozesse behindern. Entsprechend sind in der sog. "Licht-Richtlinie" der Länder(Deutschland) Maßstäbe zur Beurteilung der (Raum-)Aufhellung und der (psychologischen) Blendungfest gelegt. Besonders störend kann intensiv farbiges oder blinkendes Licht wirken. Zuständig sind bei Beschwerden die Umwelt- bzw. Immissionsschutzbehördender Länder (Deutschland). Negative Auswirkungen betreffen die Verkehrssicherheit(Navigationbei Nacht, physiologische Blendung z. B. durch falsch eingestellte Autoscheinwerfer oder durch Flächenbeleuchtungen neben Straßen). Einflüsse auf die Tierwelt (z. B. Anziehen nachtaktiver Insekten, Störung des Vogelflugs bei Zugvögeln) und die allgemeine Aufhellung der Atmosphäre(Lichtverschmutzung, z. B. unmögliche astronomische Beobachtung infolge Streuungdes Lampenlichts in der Atmosphäre des Nachthimmels).

Nachweis

Licht kann am einfachsten mit dem Augenachgewiesen werden, oder mit verschiedenen Instrumenten durch optische Detektoren, wie fotografischem Filmoder mit speziellen Strahlungsdetektorenoder Sensorenoder mittelbar durch chemische oder biologische Prozesse wie die Photosyntheseoder die Photolyseoder durch physikalische Vorgännge, wie Fluoreszenzoder Photo-Lumineszenz. Sensoren enthalten meist Halbleiterdetektoren, welche Licht in elektrische Spannung umwandeln. Komplexe Sensoren (line arrays / Zeilensensorenund matrix arrays / Flächensensoren), die auch in Scannernund Digitalkamerasals Aufnahmeelement dienen.

Größen und Einheiten

• Photon
• Lichtgeschwindigkeit
• Lichtstrom(Lumen)
• Lichtmenge(Lumensekunde)
• Lichtstärke(Candela)
• Leuchtdichte(Candela/m²)
• Beleuchtungsstärke(Lux)
• Lichtdruck (Optik)(Newtonsekunde)
• Lichtfarbe(Kelvin)
• Lichtjahr (Lj/ly)

Siehe auch

• Reflexion (Physik), Brechung (Physik), Absorption (Physik), Polarisation, Welle (Physik), Elektromagnetische Welle
• Lichtquelle(offenes Licht; grünes Licht geben, die Hintergrundbeleuchtung flackerte)
• Polychromatisches Licht
• Diffuses Licht
• Natürliches Licht
• Polarisiertes Licht
• Licht am Tag
• Marfa-Lichter, ungewöhnliche Lichterscheinungen
• Nordlicht
• Erstes Licht, Astronomie
• Tscherenkow-Licht
• Tageslicht
• Glanzlicht
• Lichtfarbe
• Lichtsignal
• Fördergemeinschaft Gutes Licht
• Mehr Licht

Literatur

• Albert Einstein: Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt. in: Annalen der Physik 1905, S. 132-148 (Mit diesem Beitrag begründete Einstein den Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts).
• Klaus Hentschel: Einstein und die Lichtquantenhypothese. in: Naturwissenschaftliche Rundschau. 58.2005, 6, S. 311-319. ISSN 0028-1050
• Thomas Walther, Herbert Walther: Was ist Licht? Von der klassischen Optik zu Quantenoptik. C.H.Beck, München 1999. ISBN 3-406-44722-8
• Sidney Perkowitz: Eine kurze Geschichte des Lichts. Die Erforschung eines Mysteriums. Aus dem Amerikanischen übersetzt von Hainer Kober. Deutscher Taschenbuch Verlag, München 1998. ISBN 3-423-33020-1(amerik. Originalausgabe New York 1996, ISBN 0-8050-3211-8)

Weblinks

• Nachweise zum Thema Licht
• Infoline-Lichtplanung(Online-Lexikon mit Basiswissen, Beispielen, Terminen, Adressen, etc.)
• Modellvorstellungen von Licht(Universität Ulm)
• Real Video(Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):
  • Was war der Äther?
  • Wird Licht müde?
  • Was ist Licht?ar:???

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