Licht
Licht ist der sichtbare Bereich der elektromagnetischen_Strahlung von etwa 380 bis 780 Nanometer (nm) Wellenlänge (entsprechend einer Frequenz von etwa 789 bis herab zu 385 THz). Gelegentlich steht der Begriff Licht auch für das gesamte elektromagnetische_Wellenspektrum.
Wissenschaft
Physiologie
Die unterschiedliche Empfindlichkeit von Pigment-Molekülen (Blau, Grün-Gelb, Orange-Rot) in verschiedenen Sehzapfenarten und Stäbchen des menschlichen Auges für verschiedene Wellenlängen (V(?)-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). Siehe hierzu Chlorophyll.
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:
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 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
Die Hauptquelle des Lichtes auf der Erde ist die Sonne. Künstliche Lichtquellen sind beispielsweise Flammen, Glühlampen, Leuchtstoffröhren, Leuchtdioden, Laser und chemisches Licht.
Aus physikalischen Experimenten - wie dem Youngschen Doppelspaltexperiment - folgt zum einen, dass Licht Welleneigenschaften besitzt. Zum anderen folgt aus Experimenten wie z. B. dem Compton-Effekt der Teilchencharakter des Lichtes. Dieser Welle-Teilchen-Dualismus ist durch die Quantenphysik aufgeklärt in dem Sinne, dass Licht sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften besitzt.
Max Born versuchte diesen scheinbaren Widerspruch zu klären, in dem er die "Welle" als stochastisches Führungsfeld annahm und interpretierte, dass die Amplitude der Welle an einem bestimmten Ort der Wahrscheinlichkeit entspricht, ein Teilchen an diesem Ort zu finden.
Die Lichtteilchen (auch ?Photonen? genannt) besitzen im Teilchenmodell keine Ruhemasse und bewegen sich im Vakuum, unabhängig vom Bewegungszustand des Betrachters (siehe_Michelson-Morley-Experiment), 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 Gleichung von Einstein E_=_m_·_c². Ein 1 g Masse entspricht einer Energie von ca. 25 Mio. kWh.
siehe auch: Landau/Rumer "Was ist die Relativitätstheorie?" Moskau, 1963
Des Weiteren ist der Zusammenhang zwischen der Frequenz f der Welle im Wellenmodell und der Energie E des zugehörigen Photons im Teilchenmodell durch das Plancksche_Wirkungsquantum h in der Gleichung E = h · f gegeben.
Nach der Relativitätstheorie hat das Licht zwar keine Ruhemasse, aber aufgrund seiner Energie eine Masse, die es transportiert. Demnach wird Licht im Gravitationsfeld abgelenkt. Es trägt aus dem gleichen Grund auch selbst ein schwaches Gravitationsfeld, das sich z. B. in einem Ringlaser nachweisen lässt.
Wenn Elektronen in einem Atom von einem höheren auf ein niedrigeres Energieniveau springen, werden elektromagnetische Wellen emittiert. Wird sichtbares Licht emittiert, so spricht man von Lumineszenz.
Neben der Farbe bzw. Wellenlänge und der zugehörigen Frequenz wird Licht auch durch die Eigenschaften Kohärenz und Polarisation 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.
Biophysik
Bei den autotrophen Organismen wird der freiwerdende Energiebetrag in chemischen Verbindungen gebunden (siehe Photosynthese).
Chemie
Bei organischen Farbstoffen können delokalisierte_?-Elektronen durch Frequenzen im sichtbaren Bereich auf ein höheres Niveau gehoben werden. Dadurch werden je nach Molekül bestimmte Wellenlängen absorbiert.
Bei anorganischen Farbstoffen können auch Elektronen aus den d-Orbitalen eines Atoms in energetisch höher gelegene d-Orbitale angeregt werden (siehe Ligandenfeldtheorie). Des Weiteren können diese Farbstoffe ihre Position zwischen Zentralion und Ligand innerhalb eines Komplexes wechseln (siehe auch Charge-Transfer-Komplexe und Komplexchemie).
Größen und Einheiten
* Die Lichtgeschwindigkeit (c) ist unabhängig von der Bewegung der Quelle oder des Beobachters und sinkt in Medien gegenüber der Vakuumlichtgeschwindigkeit ab. Sie beträgt im Vakuum 299.792.458 Meter pro Sekunde .
*Die Lichtfarbe ist von der Wellenlänge des Lichtes abhängig. Diese wiederum ist umgekehrt proportional zur Quantenenergie der Lichtquanten.
*Die Polarisation des Lichtes beschreibt die Orientierung der elektrischen bzw. magnetischen Feldvektoren des Lichtes im Raum. Das flach an dielektrischen Flächen reflektierte Licht sowie das Licht des blauen Himmels ist teilweise linear polarisiert, während das Licht von Glühlampen und der Sonne keine Vorzugsrichtung der Polarisation aufweist. Linear und zirkular polarisiertes Licht spielen in der Optik und Lasertechnik eine große Rolle.
Lichtstrom (Lumen)
Lichtmenge (Lumensekunde)
Lichtstärke (Candela)
Leuchtdichte (Candela/m²)
Beleuchtungsstärke (Lux)
* Der Lichtdruck (Newtonsekunde) ist die physikalische Kraftwirkung des Lichtes auf Teilchen oder Gegenstände und spielt aufgrund seines geringen Betrages nur in der Schwerelosigkeit eine merkliche Rolle.
* Die Farbtemperatur (Kelvin) ist die der Temperatur eines schwarzen Strahlers zugeordnete Lichtfarbe einer Lichtquelle, um diese hinsichtlich ihres Farbeindruckes zu klassifizieren.
* Das Lichtjahr (Lj, ly) ist eine in der Astronomie verwendete Längeneinheit, welche die während eines Jahres vom Licht zurückgelegte Strecke angibt.
Licht in der Gesellschaft
Licht ist, wie Feuer, eines der bedeutendsten Phänomene für alle Kulturen. Künstlich erzeugtes Licht aus Lampen ermöglicht dem Menschen heutzutage 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 oder Leuchtmittel bezeichnet. Der Halter für die Lampe bildet mit dieser eine Leuchte. ?Licht? und ?Leuchte? werden auch als Symbole für Intelligenz verwendet (vgl. Lichtblick, Aufklärung). Ein Mangel an Intelligenz wird auch als ?geistige Dunkelheit? oder ?Umnachtung? bezeichnet. Religiös steht das Licht in der Selbstbezeichunung Jesu_Christi für die Erlösung des Menschen aus dem Dunkel der Gottesferne. In der biblischen Schöpfungsgeschichte ist das Licht das erste Werk Gottes.
Licht aus Sicht des Gesetzgebers
Licht 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 festgelegt. 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, die z. B. astronomische Beobachtungen infolge Streuung des Lampenlichts in der Atmosphäre des Nachthimmels) behindert.
Nachweis
Licht kann am Einfachsten mit dem Auge nachgewiesen werden, dem entsprechend spielt das Auge nach wie vor eine wichtige Rolle bei der direkten Beobachtung von Vorgängen, bei denen Licht eine Rolle spielt. Wesentlich leistungsfähiger (Auflösung, Empfindlichkeit, Spektralbereich) als das menschliche Auge ist das mancher Tiere.
Fotografischer Film spielte bei der Erforschung der Natur des Lichtes eine große Rolle: Man konnte durch lange Belichtung geringste Lichtintensitäten von fernen Sternen und deren Spektren dokumentieren.
Fotografische Schichten können für verschiedene Bereiche des Spektrums sensibilisiert werden.
Optische Strahlungsdetektoren nutzen meist den äußeren (Fotozelle, Vidicon, Restlichtverstärker, Photomultiplier) und inneren (Halbleiterdetektoren wie Fotodiode, Fototransistor, Fotowiderstand) Photoelektrischen Effekt.
Komplexe Sensoren (line arrays / Zeilensensoren und matrix arrays / Flächensensoren), die auch in Scannern und Digitalkameras als Aufnahmeelement dienen, arbeiten ebenfalls mit Halbleiterdetektoren.
Farbsensoren arbeiten mit mehreren, hinter verschiedenen Filtern liegenden Fotodetektoren.
Die Fluoreszenz und die Photo-Lumineszenz dienen vor allem dem Nachweis von Infrarot und Ultraviolett, indem das erzeugte sichtbare Licht ausgewertet wird.
Licht lässt sich auch durch seine thermische Wirkung nachweisen. Auf diesem Prinzip beruhen die vorrangig zur Demonstration und Dekoration dienenden Lichtmühlen sowie thermische Leistungsmesser für Laserstrahlen großer Leistung.
Siehe auch
* Physikalische Beschreibung
*Reflexion (Physik)
*Brechung (Physik)
*Absorption (Physik)
*Polarisation
*Welle (Physik)
*Elektromagnetische Welle
*Polychromatisches Licht
*Diffuses Licht
*Natürliches Licht
*Polarisiertes Licht
*Lichtfarbe
*Lichtsignal
* Objekte
*Lichtquelle
*Marfa-Lichter, ungewöhnliche Lichterscheinungen
*Tscherenkow-Licht
*Erstes Licht, Astronomie
*Sonnenlicht
*Polarlicht
*Glanzlicht
*Andere Bedeutungen
*Licht am Tag
*Mehr Licht
*Fördergemeinschaft Gutes 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,
Juri B. Rumer: Was ist die Relativitätstheorie? Moskau 1963 bzw. Teubner Verlagsgesellschaft, Leipzig 1981
Weblinks
• Nachweise zum Thema Licht
• Infoline-Lichtplanung (Online-Lexikon mit Basiswissen, Beispielen, Terminen, Adressen, etc.)
• Modellvorstellungen von Licht (Universität Ulm)
• Erste Voraussage der Lichtablenkung anhand der Newtonschen Korpuskeltheorie
Video
Aus der Fernsehsendung Real Video: [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=040204.rm Was war der Äther?]
Real Video: [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=020317.rm Wird Licht müde?]
Real Video: [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=021208.rm Was ist Licht?]
kn:?????mg:Fahazavana
nov:Lume
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