Was ist Licht? Das elektromagnetische Spektrum

Was ist Licht

Regenbogen © bogdan ionescu/Shutterstock.com

Licht bedeutet für uns in erster Linie Helligkeit; es war schon unser ganzes Leben da und wird daher oft als selbstverständlich betrachtet. Dabei ist Licht eines der rätselhaftesten und faszinierendsten Phänomene im Universum. Wir bezeichnen mit dem Begriff den für unsere Augen sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung, welche unserer Wahrnehmung größtenteils verborgen bleibt. Weitere Spektralbereiche sind beispielsweise ultraviolettes und infrarotes Licht, Röntgenstrahlen und Radiowellen. Licht und andere elektromagnetische Wellen entstehen durch sich verändernde Energieniveaus von Atomkerne umkreisenden Elektronen, wobei in der Regel auch Wärme entsteht.

Licht: Sichtbare elektromagnetische Strahlung

Das sichtbare elektromagnetische Spektrum (Licht) umfasst die Frequenzbereiche, in denen die elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen von 400 bis 700 Nanometer liegen. Dabei wandelt das Licht seine Farbe von lila über blau, grün, gelb und orange und rot bis weiß. Im als weiß wahrgenommenen Sonnenlicht sind Lichtstrahlen aller Wellenlängen enthalten; dieses Phänomen lässt sich bei einem Regenbogen beobachten. Auch mit einem durchsichtigen Prisma (geometrischer Körper mit parallele Seitenkanten und einer vieleckigen Grundfläche) kann man weißes Licht in die verschiedenen Farbtöne aufspalten. Unser Auge hat Rezeptoren für rotes, grünes und blaues Licht.

Kürzere Wellenlängen als das sichtbare Licht haben ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und Höhenstrahlung. Langwelliger sind die Infrarotstrahlung, die Terahertz-Strahlung, die Mikrowellen (z. B. Radar), die Radiowellen (UKW bis LW (Langwelle)) und die darüber liegenden hoch-, mittel- und niederfrequenten Wechselströme. Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Frequenz. Doch was sind elektromagnetische Wellen überhaupt?

Elektromagnetische Wellen

Die elektromagnetische Wechselwirkung ist eine der vier bekannten Grundkräfte der Physik, ebenso wie die Gravitation sowie die schwache und die starke Wechselwirkung in Atomen. Elektrizität und Magnetismus treten oft im Verbund auf: Immer wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, entsteht um diesen herum ein Magnetfeld.

Elektromagnetische Wellen benötigen kein Medium, um sich auszubreiten: Daher kann das Licht ferner Sterne auch durch das Vakuum zwischen den Galaxien zu uns gelangen, ebenso wie elektromagnetische Wellen anderer Frequenzen. Ohne störenden Einfluss von Materie breiten sich alle elektromagnetischen Wellen mit Lichtgeschwindigkeit fort.

Licht: Allgegenwärtig und geheimnisvoll

Licht hat viele faszinierende Eigenschaften. Es kann sich in verschiedenartigen Messungen entweder wie eine klassische Welle oder wie ein klassisches Teilchen verhalten bzw. als solches beobachtet werden. Die Entdeckung dieses scheinbaren Widerspruchs hat zur Entwicklung der Quantenphysik beigetragen: In kleinsten Maßstäben der Wirklichkeit, im sog. Mikrokosmos, herrschen andere Gesetze als in der Größenordnung unserer Wahrnehmungsrealität.

Eine ebenfalls kaum fassbare, aber noch wesentlich anschaulichere Eigenschaft betrifft die Geschwindigkeit des Lichts: In einer Sekunde legt es knapp 300.000 Kilometer zurück! Das Licht dient als Entfernungsmesser in den unendlichen Weiten des Universums: Die sonnennächsten Sterne sind mehrere Lichtjahre entfernt, also ein Vielfaches von der Strecke, die Licht in einem Jahr zurücklegt. Nach der Einsteinschen Relativitätstheorie kann sich im Universum keine Masse mit einer noch größeren Geschwindigkeit bewegen. Eine weitere Aussage der epochemachenden Theorie ist, dass Masse und Energie äquivalent sind: In der weltberühmten Formel E=mc² steht die Konstante c für die Lichtgeschwindigkeit. In Worten ausgedrückt liest sich die Formel wie folgt: Energie=Masse x Lichtgeschwindigkeit².

Mit der Physik des Lichts beschäftigen sich ganze Wissenschaftszweige, denn nach wie vor gibt das Phänomen viele Rätsel auf; an dieser Stelle kann also lediglich ein einleitender Überblick gegeben werden. Hinter allen komplexen physikalischen Phänomenen steckt so komplizierte Mathematik, dass diese ohne jahrelanges Studium nicht mehr verstanden werden kann.