Definition "Licht"
Das sichtbare Licht ist der Bereich der elektromagnetischen Strahlung, der vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann, das sind die elektromagnetischen Wellen im Bereich von etwa 380 bis 780 Nanometer (nm) Wellenlänge.
Physiologie
Die unterschiedliche Empfindlichkeit von Pigment-Molekülen (Blau, Grün-Gelb, Orange-Rot) in verschiedenen Sehzapfenarten und Stäbchen des menschlichen Auges für verschiedene Wellenlängen (V(λ)-Kurve) ist Thema der Fotometrie. Während die Sehzapfen für das Farbsehen verantwortlich sind, registrieren die Sehstäbchen in der Netzhaut mit den Retinal-Molekülen unter Rhodopsin-Abspaltung die Lichtstärke.
Die Farbwirkung des physiologischen Sehens entsteht durch die Absorption einzelner Wellenlängen durch einen Farbstoff. 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).
Das in der Umwelt vorkommende Licht ist eine Mischung unterschiedlicher Wellenlängen. Durch ein Beugungsgitter oder ein Prisma kann man dieses polychromatische (mehrfarbige) Licht in seine monochromatischen (einfarbigen) Bestandteile zerlegen. Jeder dieser monochromatischen Lichtkomponenten entspricht ein spezifischer menschlicher Farbeindruck, die so genannten Spektralfarben oder Regenbogenfarben.
In der Reihenfolge zunehmender Wellenlänge findet man folgende
Spektralfarben
Farbton | Wellenlänge | Wellenfrequenz | Energie pro Photon |
|---|---|---|---|
Violett | 380 - 420 nm | 789 - 714 THz | 3,26 - 2,95 eV |
Blau | 420 - 490 nm | 714 - 612 THz | 2,95 - 2,53 eV |
Grün | 490 - 575 nm | 612 - 522 THz | 2,53 - 2,16 eV |
Gelb | 575 - 585 nm | 522 - 513 THz | 2,16 - 2,12 eV |
Orange | 585 - 650 nm | 513 - 462 THz | 2,12 - 1,91 eV |
Rot | 650 - 750 nm | 462 - 400 THz | 1,91 - 1,65 eV |
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Die Übergänge zwischen Farben sind fließend, der persönliche Farbeindruck einzeln benennbarer abzählbarer Farben ist subjektiv und durch Sprache, Tradition und Denken bedingt. Die in verschiedenen Sprachen (ursprünglich) vorkommenden Wörter für Farben belegen dies.
Die einzelnen Farbbereiche enthalten jeweils verschiedene Farbtöne. So ist der Zwischenbereich zwischen Blau und Grün etwa mit Türkis oder Cyan zu bezeichnen. Andere wahrgenommene Farben (beispielsweise Braun) ergeben sich bei Licht, in dem mehrere Wellenlängen vorkommen (additive Farbmischung) oder durch subtraktive Farbmischung aus gefiltertem weißem Licht.
Elektromagnetische Strahlung jenseits der menschlichen Grenze der Sichtbarkeit mit niedrigerer Wellenlänge als violett wird bis zu einer bestimmten Frequenz als Ultraviolett- oder UV-Strahlung bezeichnet, solche mit größerer Wellenlänge als rot bis zu einer bestimmten Wellenlänge als Infrarotstrahlung. Die Bandbreite des für Tiere sichtbaren Lichts weicht zum Teil erheblich vom menschlichen Sehen ab.
Physik
Eine der Hauptquellen des Lichtes ist die Sonne. Künstliche Lichtquellen sind beispielsweise Glühlampen, Leuchtstoffröhren, Leuchtdioden, Laser und chemisches Licht.
In der Geschichte der Physik wurde Licht teils auf Grund experimenteller Befunde als Wellenerscheinung und teils (auf Grund anderer experimenteller Befunde) als Strom von Teilchen angesehen. Dieser Welle-Teilchen-Dualismus ist durch die Quantenphysik aufgeklärt in dem Sinne, dass Licht beides ist. Das Gleiche gilt auch für jede Teilchenstrahlung.
Die Lichtteilchen (auch „Photonen“ genannt) besitzen keine Ruhemasse und bewegen sich im Vakuum stets mit der Lichtgeschwindigkeit c. Die Lichtgeschwindigkeit spielt eine entscheidende Rolle in der Relativitätstheorie. Sie liefert auch den Proportionalitätsfaktor zwischen der Energie E und der Masse m in der berühmten Einstein-Formel E = m · c².
Des Weiteren ist der Zusammenhang zwischen der Frequenz f und der Energie E des zugehörigen Photons durch das Plancksche Wirkungsquantum h in der Formel E = h · f gegeben.
Nach der Relativitätstheorie unterliegt das Licht generell der Gravitation und wird im Gravitationsfeld gekrümmt bzw. abgelenkt. Es trägt aus gleichem Grund aber auch selbst ein schwaches Gravitationsfeld, das sich z.B. in einem Ringlaser nachweisen lässt. Durch relativistische Effekte läßt sich Licht so auch abbremsen und durch Gravitation beeinflussen.
Wenn Elektronen in einem Atom von einem höheren auf ein niedrigeres Energieniveau springen, wird Licht ausgesendet (bzw. emitiert), dessen Frequenz im sichtbaren (auch Lumineszenz genannt) oder im infraroten Bereich liegt (siehe auch Infrarotstrahlung).
Neben der Farbe bzw. Wellenlänge und Frequenz wird Licht auch durch die Kohärenz, Interferenz und die Polarisation und weitere messbare Parameter charakterisiert.
Vollständig lichtdurchlässige Gegenstände bezeichnet man als durchsichtig bzw. transparent. Begrenzt lichtdurchlässige (nicht transparente) Gegenstände werden auch als „opaque“ oder „opak“ bezeichnet (siehe „Opazität“). Nichtlichtdurchlässigkeit wird auch als undurchsichtig bezeichnet.
Licht bei Dunkelheit
Licht unter freiem Himmel hat bei Dunkelheit eine Hilfsfunktion für die terrestrische Navigation (Fußgänger, Autofahrer), als optisches Signal oder für Schmuck- und Werbezwecke. Es zählt als ein Umweltfaktor zu den Immissionen i.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 (in Deutschland) Maßstäbe zur Beurteilung der (Raum-)Aufhellung und der (psychologischen) Blendung fest gelegt. Besonders störend kann intensiv farbiges oder blinkendes Licht wirken. Zuständig sind bei Beschwerden die Umwelt- bzw. Immissionsschutzbehörden der Länder (Deutschland).
Negative Auswirkungen betreffen die Verkehrssicherheit (Navigation bei 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 Streuung des Lampenlichts in der Atmosphäre des Nachthimmels).