• vom 09.01.2015, 12:20 Uhr

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Update: 09.01.2015, 13:27 Uhr

Jahr des Lichts

Wenn die Augen wellenreiten




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Von Christian Pinter

  • Die UNO hat 2015 zum "Jahr des Lichts" erkoren. Grund genug, sich über die vielfältigen und elementaren physikalischen Eigenschaften dieses für uns Menschen wichtigsten "Informanten" Klarheit zu verschaffen.

Jeglichem Farbeindruck liegt ein physikalisches Prinzip zugrunde: Die Streuung des Sonnenlichts färbt die Teilchen der Luft - und schenkt uns so das Blau des Himmels. - © Foto: Pinter

Jeglichem Farbeindruck liegt ein physikalisches Prinzip zugrunde: Die Streuung des Sonnenlichts färbt die Teilchen der Luft - und schenkt uns so das Blau des Himmels. © Foto: Pinter

Geht es nach der Unesco, der UN-Organisation für Bildung, Wissenschaft und Kultur, so dreht sich heuer alles ums Licht. Unter anderem soll dessen Schlüsselrolle als Quell des Lebens beleuchtet werden. Tatsächlich bräche die Nahrungskette zusammen, müssten Pflanzen auf die Photosynthese verzichten. Außerdem ist Licht der wichtigste Informant des Menschen. Nichts sonst erzählt so beredt von der Umwelt.

Wellenberg - Wellental
Physiker bezeichnen oft das gesamte elektromagnetische Spek-trum als "Licht". Die elektromagnetische Welle darf man sich als periodische Abfolge von Wellenbergen und Wellentälern vorstellen, nicht unähnlich dem Seil beim Schnurspringen. Während sich die Schwingung nun mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, wird ein Wellenberg nach dem anderen auf Reisen geschickt: Der räumliche Abstand dieser "Berge" definiert die Wellenlänge, deren Anzahl pro Sekunde ergibt die Frequenz in Hertz (Hz).

Information

Jahr des Lichts
Heuer begehen die Vereinten Nationen das "Internationale Jahr des Lichts". Die Unesco koordiniert das UN-Jahr zusammen mit Partnern wie der Europäischen Physikalischen Gesellschaft.
Themen des UN-Jahres sind unter anderem Lichtverschmutzung und das Sparen von Licht oder die Entwicklung von günstigen energieeffizienten Lichtquellen für Entwicklungsländer.


Funktechnisch genutzt werden etwa die Längstwellen, die unter 30.000 Hertz schwingen. Mit einer Wellenlänge von 10 km und mehr dringen sie bis zu den abgetauchten U-Booten im Ozean vor. Jene Zeitzeichensender, die den funkgesteuerten Wecker synchronisieren, setzen auf die Langwelle. Rundfunksender großer Reichweite nützen die daran anschließenden Mittel- oder Kurzwellen. Die Ultrakurzwelle überbrückt mit ihren rund 100 Millionen Hz zwar nur kurze Distanzen, schenkt uns dafür aber HiFi-Phänomene.

Die Mikrowellen im Herd, beim Radar und beim WLAN schwingen Milliardenmal pro Sekunde. Eine noch höhere Frequenz erreicht das Infrarot (IR). Als Wärmestrahlung geht es uns "unter die Haut". Auch die TV-Fernbedienung arbeitet damit.

Je kürzer die Wellenlänge, desto energiereicher die Strahlung: Das ultraviolette Licht (UV) bräunt nicht nur, es bricht Moleküle auf. So kann es zur Desinfektion dienen, aber auch Augenlinsen trüben oder Hautkrebs verursachen. Die Röntgenstrahlung durchdringt Materie: ihr Einsatzgebiet reicht von der Mammografie bis hin zur Prüfung von Schweißnähten. Die Gammastrahlung tötete vor allem in Hiroshima und Nagasaki Menschen in großer Zahl. Ihre Wellenlänge ist klein wie ein Atom.

Ein winziger Abschnitt
Im engeren Sinn versteht man unter "Licht" den fast vernachlässigbar winzigen Abschnitt zwischen IR und UV. Nur er ist dem menschlichen Sehsinn zugänglich. Langwelliges Licht mutet uns dunkelrot an, kurzwelliges violett. Dazwischen nehmen wir Orange, Gelb, Grün oder Blau wahr.

Thermische Strahler funken, sehr salopp gesagt, auf allen Wellenlängen gleichzeitig. Das Maximum der Energieabgabe hängt jedoch von ihrer Temperatur ab. Extrem kalter kosmischer Staub sendet Radiowellen aus. Mit seinen knapp 37 Grad Celsius ist der Mensch im IR-Bereich aktiv, zur Freude einschlägiger Bewegungsmelder. Selbst die traditionelle Glühbirne strahlt vor allem im Infrarot-Bereich: Ihr Glühfaden verwandelt den größten Teil der elektrischen Energie in Wärme.

Die Oberfläche unserer Sonne ist rund 5500 Grad C heiß. Sie gibt das Gros ihrer Strahlung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums ab. Noch heißere Sterne wie der Rigel oder die Bellatrix im Wintersternbild Orion sind mit 12.000 bzw. 22.000 Grad C deutlich hitziger: Sie leuchten primär in UV. Von der Strahlung extrem heißer Gasmassen im Umkreis von Schwarzen Löchern würde man sogar geröntgt.

Anders verhalten sich nicht-thermische Strahler. Ein erhitztes Gas geringer Dichte, wie es etwa in Neonröhren steckt, sendet nur Licht bestimmter Wellenlängen aus. Bricht man das Licht mit einem Glasprisma auf, verraten sich die chemischen Elemente im Gas anhand ihrer jeweils charakteristischen Spektrallinien.

Gegenstände erscheinen uns farbig, da ihre Stoffe bestimmte Wellenlängen verschlucken. Die anderen gelangen in unser Auge. Blätter sind z.B. grün, weil das pflanzliche Chlorophyll bei der Photosynthese den blauen und den roten Lichtanteil absorbiert. Manche Materialien verwandeln kurzwelliges Licht, teils auch UV, in langwelligeres: Diese Fluoreszenz erklärt die grellen "Neonfarben" von Textmarkern oder Sicherheitswesten.

Spiegeltricks
Bei der Spiegelung an äußerst glatten Oberflächen folgt das Licht dem Reflexionsgesetz: Ein- und Ausfallswinkel sind gleich groß. Stellt man zwei Spiegel in exakt rechtem Winkel zusammen, wird der Lichtstrahl doppelt reflektiert. Wir erblicken uns in einem solchen Duo ausnahmsweise so, wie uns andere Menschen sehen - also nicht spiegelverkehrt.

Legt man noch einen dritten Spiegel darunter, wird jeder Lichtstrahl verlässlich zu seiner Quelle zurückgeschickt. Die Apollo-As-tronauten hinterließen solche Spiegel auf dem Mond. Seither gibt die Laufzeit eines hochgeschossenen Laserstrahls die Monddistanz mit unglaublicher Exaktheit preis. Auf Erden nützt man solche Retroreflektoren u.a. bei Fahrzeugrückstrahlern oder Verkehrsschildern. Schleift man Spiegel nicht plan, sondern sphärisch, bündeln sie das Licht und vergrößern. Solche Hohlspiegel sind das Herzstück von mächtigen Teleskopen. Zum Schminken oder Rasieren dienen Exemplare minderer Qualität. Mitunter spiegelt sich der Mond vergrößert im Fenster eines Nachbarhauses. Offenbar wölbt sich die Mitte der Scheibe dann ein klein wenig von uns weg, damit sich auch "Frau Luna" schminken kann.

Die Streuung des Lichts färbt die untergehende Sonne, wie hier am Kahlenberg, golden.

Die Streuung des Lichts färbt die untergehende Sonne, wie hier am Kahlenberg, golden.© Foto: Pinter Die Streuung des Lichts färbt die untergehende Sonne, wie hier am Kahlenberg, golden.© Foto: Pinter

Beugungsgitter verwandelt weißes Licht in ein buntes Spektralband.

Beugungsgitter verwandelt weißes Licht in ein buntes Spektralband.© Foto: Pinter Beugungsgitter verwandelt weißes Licht in ein buntes Spektralband.© Foto: Pinter

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Copyright © Wiener Zeitung Online 2018
Dokument erstellt am 2015-01-08 17:47:14
Letzte Änderung am 2015-01-09 13:27:38


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