Physik für Jedermann – Teil 4: Was ist Licht?

Heute in der Serie “Physik für Jedermann” möchte ich mich dem Thema “Was ist Licht” widmen.

Vor ein paar Tagen habe ich in einem anderen Artikel versucht zu erklären, warum das Gras grün ist. Dort wurde am Ende kurz auf die Eigenschaft des Lichtes eingangen.

Jetzt fragen wir uns aber, was ist Licht wirklich?

Allgemeine Definition:

Als Licht bezeichnen wir im Allgemeinen den für uns sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung, was einer Wellenlänge von ca. 380-750nm (Nanometer =10^-9m) entspricht.

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Wellenlängenbereiche der Spektralfarben

Farbton	Wellenlänge	Wellenfrequenz	Energie pro Photon
Violett	380 – 420 nm	789,5 – 714,5 THz	3,26 – 2,955 eV
Blau	420 – 490 nm	714,5 – 612,5 THz	<2,95 – 2,535 eV
Grün	490 – 575 nm	612,5 – 522,5 THz	2,53 – 2,165 eV
Gelb	575 – 585 nm	522,5 – 513,5 THz	2,16 – 2,125 eV
Orange	585 – 650 nm	513,5 – 462,5 THz	2,12 – 1,915 eV
Rot	650 – 750 nm	462,5 – 400,5 THz	1,91 – 1,655 eV

(Quelle: wikipedia.de)

Jede Farbe besitzt also eine eigene Wellenlänge.

Die Sonne, die unser Hauptquelle für Licht ist, weist das ganze Spektrum kontinuierlich vom kurzwelligen Violett über Blau, Grün, Orange bis zum langwelligen Rot auf.

Außerhalb diesem sichtbaren Spektrum, gibt es natürlich auch noch Strahlung, z.B. Gamma-, Röntgen-, UV- und Infrarotstrahlen.

Welle-Teilchen Dualismus

Nun stellt sich die Frage, ist Licht eine Welle oder ein Teilchen?

Durch pyhsikalische Experimente kann man zeigen, wie zum Beispiel dem Doppelspaltexperiment, dass das Licht Welleneigenschaften besitzt. Aber man kann auch z.B. mit dem Compton-Effekt zeigen, dass Licht vermutlich aus Teilchen besteht.

Was nun, fragt man sich ist jetzt richtig. Das haben sich auch lange Zeit die Physiker gefragt.

Erst durch die Quantenpyhsik konnte dieser Welle-Teilchen Dualismus in dem Sinne geklärt werden, dass Licht Wellen- und Teilcheneigenschaft besitzt.

Lichtgeschwindigkeit

Wenn man es mit dem Auge auch nicht erkennen kann, auch Licht braucht eine gewisse Zeit um von A nach B zukommen.

1850 gelang es dem französiche Pyhsiker Leon Foucault erstmals die Lichtgeschwindigkeit relativ genau zu messen.

Er benutzte dazu die sogenannte Drehspiegelmethode. Er bekam 2,98 x 10^{^^8} m/s heraus, was für die damalige Zeit ein sehr guter Wert war.

Heutzutage ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auf 2,99792458 x 10^8 m/s festgelegt. Es wird auch nicht mehr versucht sie genauer zu messen, sondern nimmt diesen Wert als Definition.

Vielmehr versucht man heutzutage den Meter und die Sekunde so genau wie möglich zu messen. Man forscht gerade an neuen Atomuhren, mit denen es möglich sein soll, sogar die Verschiebung von Naturkonstanten zu messen.

Licht ist damit die höchste Geschwindigkeit die wir kennen. Licht braucht gerade mal 1,3 Sekunden um von der Erde zum Mond zu gelangen. Von der Sonne braucht es schon 8,3 Minuten, aber es sind ja auch 150 Millionen km Entfernung die man zurücklegen muss.

Wir sehen also immer nur, wie die Sonne vor 8,3 Minuten aussah.

Wenn ein Stern, der Lichtjahre (Lichtjahr = Strecke die das Licht in einem Jahr zurücklegt) entfernt ist, explodiert bekommen wir es erst Jahre später mit.

Licht in Materie

In Materie breitet sich Licht nicht so schnell aus wie im Vakuum. Dies kommt daher, dass Licht mit Atomen wechselwirkt und sich somit langsamer fortbewegt.

In Luft ist Licht allerdings nur ca. 0,029% langsamer als im Vakuum.

In Wasser macht es schon viel mehr aus. Dort ist Licht “nur” noch ca. 2,25 x 10^8 m/s und in Glas sogar “nur” noch 1,6 x 10^8 m/s schnell.

Die Lichtgeschwindigkeit kann man mithilfe eines Mikrowellenherds und Schokolade oder Käse auch selbst bestimmen. Versuchen sie es doch mal.

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Haben Sie schon alles gewusst?

Was würden Sie gerne noch ergänzen?