Was ist Licht?

Was ist Licht?

Jeder weiß, was es ist, jedoch können nur die wenigsten genau sagen, was es ist, wenn man sie danach fragt. Was ist eigentlich Licht? Woraus besteht es? Welche Eigenschaften hat es? Welche Besonderheiten? Diese und weitere Fragen werde ich im Folgenden Artikel behandeln und beantworten.

Definition von Licht

Zunächst sollten wir erstmal die Hauptfrage genauer beleuchten: Was ist Licht. Der Duden definiert Licht so: „etwas, was die Umgebung hell macht, erleuchtet und dadurch Dinge sichtbar macht; Helligkeit; von einer Lichtquelle ausgehender Schein“

Licht ermöglicht es dem Menschen, Dinge sichtbar zu machen. Es ermöglicht uns Formen sichtbar zu machen oder Farbe wahrzunehmen. Die Farbwahrnehmung wird dadurch ermöglicht, dass die Zapfen im menschlichen Auge die spektrale Zusammensetzung des Lichts wahrnehmen beziehungsweise verarbeiten können und somit an das menschliche Gehirn weitergeben können. Das Licht ist zudem Teil einer elektromagnetischen Strahlung. Die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung sorgt dafür, welche Farbe wir wahrnehmen. Alles, was außerhalb unserer wahrnehmbaren elektromagnetischen Wellen ist, kann von uns nicht verarbeitet und aufgenommen werden. Dieses sog. Lichtspektrum, welches für uns sichtbar ist, ordnet sich von violett nach rot. Alles, mit einer kürzeren Wellenlänge von ca. 380 Nanometer und somit nicht für uns sichtbar, ist Ultraviolett und alles ab ca. 780 nennen wir Infrarot. Infrarotstrahlung hat beispielsweise die Eigenschaft Sachen zu erwärmen, während die UV-Strahlung im Sommer unsere Haut bräunt. Unser sichtbares Licht allerdings hat eine wichtigere Bedeutung für uns Menschen. Das natürliche Licht signalisiert uns, wann Tag und wann Nacht ist und kann zudem unsere Stimmung und damit auch unser Leben beeinflussen.

Woraus besteht Licht?

Die schwingenden Energieteilchen (Quanten genannt) der Lichtwellen werden als sog. Photonen bezeichnet. Photonen wiederum sind jedoch keine Teilchen im eigentlichen Sinne. Ein Photon ist Teilchen und Welle zur gleichen Zeit. Diese Photonen besitzen Energie und bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit. Das Licht kann also als „Strom von Photonen“ definiert werden. Dies hat der Physiker Albert Einstein in seiner Theorie des Lichts bereits im Jahre 1905 erkannt und manifestiert. Die Energie hängt direkt mit der Frequenz des Lichts in Relation. Je größer die Frequenz, desto mehr Energie. Je kleiner die Frequenz, desto kleiner die Menge an Energie.

Welche Eigenschaften hat das Licht?

Die Besonderheiten des Lichts mit seinen Welleneigenschaften dienen als theoretische Grundlage für die geometrische Optik: Wenn ein Lichtstrahl durch eine Linse geht und gebrochen wird, unterliegt er diesen Gesetzen. Das gleiche Prinzip wird z.B. bei einem Bildprozessor als Grundlage für die Auswahl der Optik und die Berechnung der Arbeits- und Bildabstände verwendet und genutzt. Reflexionen auf Oberflächen von Gegenständen unterliegen der geometrischen Optik. Mögliche Auswirkungen der theoretischen Wellenoptik sind Interferenz, Beugung und Polarisation.

Darüber hinaus besitzt das Licht einige Wechselwirkungen mit der Materie. Licht kann beispielsweise reflektiert werden. Bei der Reflexion von Licht wird das einfallende Licht zurückgeworfen.

Wenn eine Ebene äußerst glatt ist, dann spricht man diesbezüglich nicht mehr von einer Reflektion, sondern von einer Spiegelung. Für eine sehr gute Spiegelung wird beim Spiegel eine lichtundurchlässige dunkle Schicht auf der Rückseite des Spiegels verwendet. Bei einem Spiegel wird das gesamte einfallende Licht reflektiert. Für einen ebenen Spiegel gilt zudem das Reflexionsgesetz (Einfallswinkel = Ausfallswinkel). Eine weitere Wechselwirkung ist die Absorption von Licht durch Materie. Bei dieser Wechselwirkung gibt das Licht seine Energie an Materie ab. Man spricht bei diesem bestimmten Fall der Absorption von elektronischer Anregung.

Das Gegenstück von Lichtabsorption ist die spontane Lichtemission, bei welcher die Materie Licht aussendet und dabei an Energie verliert. Bei der Streuung von Licht, einer weiteren Wechselwirkung von Licht, werden die Lichtstrahlen gestreut. Wenn Licht zum Beispiel durch ein Fensterglas verläuft, wird es gestreut. Ein Teil des einfallenden Lichts wird hierbei gebrochen und geht durch die Scheibe. Der Brechungsindex gibt Auskunft darüber, wie stark die Brechung ist. Wenn man im Wasser nach einem Gegenstand greift, ist dieser nicht am erwarteten Platz, sondern ein paar Zentimeter weiter entfernt, dies ist der Brechung des Lichts durch das Wasser geschuldet.

Ein weiterer Teil des gestreuten Lichts ist das reflektierte Licht und der letzte Teil ist das absorbierte Licht. Wasser beispielsweise nimmt Wärme auf, kann als Spiegel fungieren und besitzt auch einen Brechungsindex, welcher hier bei ca. 1,33 liegt. Der Brechungsindex steht in Relation mit dem Brechungsindex von Luft, welcher mit 1 und damit als „norm“ beschrieben ist. Eine der bekanntesten Eigenschaften von Licht ist jedoch die Lichtgeschwindigkeit, welche bei knapp 300 km/s liegt (genau sind es 299. 792. 458 m/s).

Eine erste Annäherung für die Lichtgeschwindigkeit gelang dem dänischen Gelehrten Olaf Römer (1644-1710). Die erste richtige Messung gelang jedoch dem französischen Physiker Fizeau (1819-1896). Leon Foucault (1819-1868), entwickelte Fizeaus Methode weiter und errechnete einen genaueren Nährwert. Albert Abraham Michelson (1852-1931) verfeinerte die vorherige Methode nochmals und bekam anschließend einen noch genaueren Wert.

Die Lichtgeschwindigkeit ist zudem die höchste Geschwindigkeit, in welcher sich Informationen ausbreiten können. Die Vakuumgeschwindigkeit des Lichts ist eine grundlegende natürliche Konstante. Es wird heute auch verwendet, um die 1-m-Einheit zu definieren, welche eine Grundeinheit des internationalen Einheitensystems ist. In der Luft breitet sich das Licht ungefähr mit der Vakuumslichtgeschwindigkeit aus, in anderen Substanzen ist die Lichtgeschwindigkeit geringer.

Wozu benötigen wir das Licht?

Wie schon gesagt benötigen wir das Licht, um sehen zu können, jedoch ist das Licht, vor allem das natürliche Licht, welches wir durch die Sonne bekommen, auch essenziell wichtig für andere Sachen. Pflanzen benötigen beispielsweise das Licht, damit sie Photosynthese betreiben können. Diese Pflanzen sind wiederum äußerst wichtig für den Menschen, da sie den für den Menschen so wichtigen Sauerstoff produzieren. Das Licht beziehungsweise die Sonne sorgen zudem für einen Tag- Nachtrhythmus, welcher sehr wichtig für den Menschen ist. Licht ist zudem auch wichtig für die Synthese von Vitamin D, was wiederum Knochen und Zähne härtet und dem Körper dabei hilft, Kalzium aus Lebensmitteln zu gewinnen. Abgesehen vom natürlichen Licht gibt es heutzutage natürlich auch das künstliche Licht, welches durch Lichter und Lampen erzeugt wird. Das künstliche Licht ermöglicht es uns, in der Nacht Sachen wahrnehmen zu können und ist in vielen Lebenslagen unerlässlich. Das künstliche Licht bringt jedoch für den Menschen auch so einige Nachteile mit sich, wie zum Beispiel die Störung der inneren Uhr.