Was ist Licht?

Im 19. Jahrhundert zeigte sich, dass sichtbares Licht, Wärmestrahlung oder Radiowellen alle demselben Phänomen unterliegen: Sie sind Teil des elektromagnetischen Spektrums.

Licht lässt sich als elektromagnetische Welle definieren. Unser Empfinden für Farbe, Helligkeit und so weiter bezieht sich auf elektromagnetische Wellen, deren Frequenz im sichtbaren Bereich liegt. Wellen anderer Frequenzen haben keine Farbe. Sie werden mit Namen bezeichnet, die vor allem angeben, wozu sie verwendet werden.

Der gesamte Frequenzbereich der elektromagnetischen Wellen heißt elektromagnetisches Spektrum. Eine natürliche, lückenlose Emissionsquelle ist unser Universum.

Das menschliche Auge erfasst davon nur einen winzigen Bereich. Dieser wird als "sichtbares Licht" bezeichnet. Um zu verstehen, woraus sich "sichtbares Licht" zusammensetzt, folgt eine Führung durch das komplette elektromagnetisches Spektrum, beginnend von den langwelligen, schwach energetischen Radiowellen über das sichtbare Licht bis hin zu den ultrakurzen, hochenergetischen Gammastrahlen. Die Werte von Frequenz, Wellenlänge und Energie werden in Zehnerpotenzen angegeben.

Radiowellen

Wellenlänge (cm)	104 - 100
Frequenz (Hz)	103 - 108
Energie (Joule)	10-30 - 10-23

Langwellig, nicht langweilig: Radiowellen entstehen dort, wo Ladungen in elektrischen Leitern zum Schwingen gebracht werden, wie beispielsweise in einer Sendeantenne. 1880 erzeugte Heinrich Hertz erstmals Radiowellen, was die Theorie des Physikers James Clerk Maxwell bestätigte, die besagt, dass elektrische und magnetische Felder sich im Raum als Wellen ausbreiten können. Radiowellen bilden den Teil des elektromagnetischen Spektrums mit den kleinsten Frequenzen (größten Wellenlängen). Beginnend bei den so genannten elektrischen Wellen mit nur einigen Hertz reichen sie bis zu Mittel- und Kurz- und Ultrakurzwellen, mit denen Radioprogramme gesendet werden.

Mikrowellen

Wellenlänge (cm)	100 - 10-3
Frequenz (Hz)	108 - 1010
Energie (Joule)	10-23 - 10-22

Früh entdeckt, spät verwendet: Bereits im Jahre 1886 erzeugte Heinrich Hertz Mikrowellen, aber ihre Anwendung ließ länger auf sich warten, als das bei Radiowellen der Fall gewesen war. Mikrowellen entstehen wie Radiowellen durch Schwingungen von Elektronen in Metallen. Es gab damals noch keine leistungsstarken Quellen für diese Art der Strahlung, deren Wellenlänge zwischen rund 30 Zentimetern und 1 Millimeter liegen kann. Heute werden Mikrowellen in so genannten Klystrons oder Magnetrons erzeugt. Die Anwendungen für Mikrowellen sind vielfältig. Sie reichen vom Satellitenfernsehen über das Radar bis zum Aufwärmen von Fertiggerichten.

Infrarot (IR)

Wellenlänge (cm)	10-3 - 10-6
Frequenz (Hz)	10-10 - 10-14
Energie (Joule)	10-23 - 10-19

Spürbare Wärme: (siehe Inside NIR) Im Jahr 1800 untersuchte der Hobbyastronom Wilhelm Herschel das Spektrum des Sonnenlichts mit einem Thermometer. Er zerlegte mit seinem Prisma das Licht in seine Farben und stellte fest, dass es sich auch jenseits des roten Endes noch erwärmte. Herschel folgerte, dass die Sonne nicht nur sichtbares Licht ausstrahlt, sondern auch noch Strahlung jenseits des Roten. Dieser Bereich trägt die Bezeichnung "Infrarot".

Nahes Infrarot (NIR) umfasst Wellenlängen zwischen 1,4 Millimeter und 750 Nanometern. Wir können sie nicht sehen, wohl aber als Wärme spüren. Infrarotes Licht wird abgegeben, wenn in einem Gegenstand die Atome und Moleküle schwingen. Wärme kann sich über infrarote Strahlung ausbreiten.

Sichtbares Licht (VIS)

Wellenlänge (cm)	10-6
Frequenz (Hz)	10-14
Energie (Joule)	10-19

Kunterbuntes Weiß: Im siebzehnten Jahrhundert ließ der englische Physiker Isaac Newton Sonnenlicht auf ein Prisma fallen. Auf einem Schirm konnte er die Farben des Regenbogens sehen. Seine Folgerung: Das weiße Licht ist aus allen Farben zusammengesetzt. Rotes Licht hat eine Wellenlänge von etwa 750 Nanometern. Violett entspricht etwa 400 Nanometern. Sichtbares Licht wird von Atomen abgegeben, wenn die äußersten Elektronen ihre Bahn um den Kern ändern und dabei Energie verlieren.

Die Abfolge der Farben im elektromanetischen Spektrum ist wie folgt:

Violett	390-430nm
Blau-Violett	460-480nm
Cyan	480-490nm
Grün	490-530nm
Gelb	550-580nm
Orange	590-640nm
Rot	650-800nm

Daher teilt man diesen Bereich auch grob in den blauen Anteil (von 0.4 bis 0.5 µm), den grünen Anteil (von 0.5 bis 0.6 µm) und den roten Anteil (von 0.6 bis 0.7 µm) auf.

Die resultierende Farbe einer vorliegenden Energieverteilung lässt sich über ihren Farbton (Hue), ihre Helligkeit (Luminance) und ihre Sättigung (Saturation) beschreiben. Diese dominierende Wellenlänge bestimmt dabei den Farbton der wahrgenommenen Farbe. Dieser Wellenlängenbereich wird in der Fotografie von elekronischen Sensoren (CCD, CMOS) aufgezeichnet.

Kein Zufall. Oder doch?

Unsere Atmosphäre sorgt dafür, dass die meiste Strahlung von der Sonne gar nicht bis zum Erdboden gelangt. Nur zwei Ausschnitte des elektromagnetischen Spektrums werden nicht herausgefiltert: Ein kleiner Anteil der Radiowellen und - viel wichtiger - der Bereich ums sichtbare Licht. Gerade in jenem Ausschnitt des Spektrums, den wir sehen können, strahlt die Sonne auch fast die Hälfte ihrer Energie ab. Dieses "Lichtfenster" in der Atmosphäre scheint der Grund zu sein, warum wir das Licht sehen können. Unsere Augen haben sich im Laufe von Millionen Jahren so entwickelt, die Strahlung zu sehen, die am meisten vorhanden ist: das Licht. Doch nicht nur die Atmosphäre, auch das Wasser ist zufälligerweise gerade für sichtbares Licht durchsichtig. Nur deshalb können Lichtstrahlen durch unsere Augäpfel, deren Hauptbestandteil Wasser ist, zur Netzhaut gelangen.

Ultraviolette Strahlung (UV)

Wellenlänge (cm)	10-6 - 10-8
Frequenz (Hz)	10-14 - 10-16
Energie (Joule)	10-19 - 10-17

Foto-Anschwärzer: (siehe UV-Fotografie) Der deutsche Physiker Johann Ritter vermutete im Jahre 1800, kurz nach der Entdeckung der infraroten Strahlung, dass das Spektrum auch jenseits des violetten Lichts fortgesetzt werden kann. Ein Jahr später fand er heraus, dass es unsichtbare Strahlen gibt, die Fotoplatten stärker schwärzen als sichtbares Licht. Die ultraviolette (UV) Strahlung war entdeckt. Sie umfasst Wellenlängen zwischen 400 und 10 Nanometern. Wie sichtbares Licht entsteht auch ultraviolette Strahlung, wenn in Atomen die äußersten Elektronen ihre Bahn um den Kern ändern und dabei Energie verlieren.

Röntgenstrahlen (X-Rays)

Wellenlänge (cm)	10-8 - 10-10
Frequenz (Hz)	10-16 - 10-19
Energie (Joule)	10-17 - 10-14

Durchdringende Strahlen: Wilhelm Conrad Röntgen entdeckte im Jahr 1895 zufällig eine neue Art von Strahlen. Er wusste nicht, welcher Natur sie waren und nannte sie X-Strahlen. Das besondere an ihnen war, dass sie Materie durchdringen konnten. So war es möglich Bilder vom Innern des Körpers zu machen. Im deutschen Sprachraum heißen diese Strahlen dem Entdecker zu Ehren Röntgenstrahlen. Erst 1912 bewies Max von Laue, dass es sich um elektromagnetische Wellen ähnlich denen des Lichts handelt. Röntgenstrahlen haben Wellenlängen zwischen 10 Nanometern und 0,01 Nanometern. Sie entstehen, wenn in einem Atom die inneren Elektronen ihre Bahn um den Kern ändern und dabei Energie abgeben oder wenn schnelle Elektronen abrupt gebremst werden.

Gammastrahlen (γ)

Wellenlänge (cm)	10-10 - 10-14
Frequenz (Hz)	10-19 - 10-24
Energie (Joule)	10-14 - 10-10

Produkt der Radioaktivität: Der britische Physiker Ernest Rutherford stellte im Jahr 1902 fest, dass es drei Arten von Strahlen gibt, wenn Atomkerne radioaktiv zerfallen. Er ordnete sie nach ihrer Fähigkeit, in Materie einzudringen, und nannte sie der Reihe nach

α Alpha,
β Beta und
γ Gamma.

Die ersten beiden sind Teilchenstrahlen, die dritte ist elektromagnetische Strahlung. Gammastrahlen bilden das kurzwellige Ende des elektromagnetischen Spektrums. Sie haben die höchsten Frequenzen und die höchsten Energien. Gammastrahlen entstehen bei radioaktiven Vorgängen in Atomkernen und wenn Materie und Antimaterie sich zu reiner Energie verdichten.

Wortbeschreibung Licht:

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Antonym von
Teilwort von
zum Komplex gehörige Teile
Beispiel(e)

Quelle: wortschatz.uni-leipzig.de