Licht

Hier fängt die Einfachheit an

"... es ward Licht."

Licht ist ein sehr winziger Ausschnitt aus einem sehr umfangreichen Spektrum.

physiologisch:

a) das Merkmal aller Wahrnehmungen und Empfindungen, die dem Sehorgan eigentümlich sind und durch das Sehorgan vermittelt werden,
b) zur Erregung des Sehorgans geeignete Strahlung, auf die der Gesichtssinn mit dem Auge als Strahlungsempfänger anspricht. Das Auge empfängt durch Licht einen Reiz, der einen Helligkeitseindruck und im allgemeinen auch einen Farbeindruck hervorruft.

pysikalisch: Die sichtbare Strahlung im Bereich zwischen 380 und 780 nm. Dies entspricht Frequenzen von etwa 789 THz bis 385 THz.

Als Licht wird jeder Wellenvorgang der als Folge von Zustandsänderungen in Atomen oder Molekülen verstanden welcher in Folge der Veränderung des Energieinhaltes — also die innere Energie der Atome oder Moleküle verringert — entsteht. Die Energiemenge ΔE, um die sich hierbei die innere Energie der Atome oder Moleküle ändert, findet sich dann als (emittierte) Strahlungsenergie der Frequenzen γ = ΔE/h wieder.
Bei der Absorption von Licht durch Atome oder Moleküle wird die absorbierte Strahlungsenergie zur Vergrößerung des Energieinhalts der Atome bzw. Moleküle verwandt.

Während die Interferenz- und Beugungserscheinungen des Lichtes zeigen, daß diese Erklärung des Lichtes es als einen elektromagnetischen Wellenvorgang zu beschreiben ausreicht, gibt es optische Vorgänge, z. B. den Photoeffekt, das Fluoreszenzlicht (Stokesche Regel des Fluoreszenzlichtes), die scharfe kurzwellige Grenze der kontinuierlichen Röntgenbremsstrahlung, den Compton-Effekt usw., die sich entweder nur oder doch besonders einfach und überzeugend erklären lassen, wenn man annimmt, daß das Licht eine quantenhafte Struktur besitzt, daß es sich also bei dem Licht um Lichtquanten oder Photonen handelt.

Dualismus von Welle und Teilchen

→ Welle-Teilchen-Dualismus

Ausdrucksweise dafür, daß man nach der experimentell bestätigten Auffassung der modernen Physik jedem Elementarteilchen eine Welle und jeder Welle ein Elementarteilchen zuordnen kann, und zwar derart, daß man die physikalischen Erscheinungen sowohl auf Grund der Wellenvorstellung als auch (mit gleicher Berechtigung) auf Grund der Teilchenvorstellung sowohl theoretisch als auch physikalisch anschaulich erklären kann.
So kann man jeder (ebenen) Welle der Frequenz ν ein Teilchen z. B. der Lichtwelle das Photon, der Energie E = h f zuordnen. Ebenso kann man in der Elektronenoptik jedem Elektron eine (ebene, inhomogene) Welle der Frequenz und der Wellenlänge mit

wobei v die Geschwindigkeit des Teilchens, c die Lichtgeschwindigkeit, ferner : m die Masse, m₀ die Ruhemasse des Teilchens ist.

Geschichtliches

Christiaan Huygens (1629-1695) gilt als Begründer der Wellenoptik, konnte seine Annahmen allerdings nicht experimentell beweisen. Sein huygenssches Prinzip wird heute noch unverändert angewendet.

vergl. Lichttheorien

Licht in der Biologie

Sinnesreiz

Augapfel und Sehnerv beim Menschen (Darstellung eines horizontalen Querschnitts des linken Auges von oben)

Das Licht, das ins menschliche Auge fällt, wird durch den Brechapparat (bestehend aus Hornhaut, vorderer und hinterer Augenkammer, Linse und Glaskörper) auf die Netzhaut projiziert. Dort entsteht ein reelles, auf dem Kopf stehendes Bild (vergleichbar dem Vorgang in einer Fotokamera). Dadurch werden die in der Netzhaut befindlichen Photorezeptoren (= Lichtsinneszellen) gereizt, die den Reiz in ein elektrisches Signal wandeln. Dieses Signal wird über den Sehnerv, in den die einzelnen Nervenstränge der Netzhaut münden, zum Gehirn geleitet. Dort werden die auf dem Kopf stehenden Bilder unserer Umwelt dann in Echtzeit „gerade gerückt.“

Lichtintensität wird als Helligkeit empfunden. Das Auge kann sich durch verschiedene Mechanismen an die – viele Zehnerpotenzen umfassenden – Intensitäten anpassen (siehe Adaption). Die empfundene Helligkeit hängt dabei mit der tatsächlichen Intensität über das Weber-Fechner-Gesetz zusammen.

Die spektrale Zusammensetzung des Lichtreizes wird als Farbe wahrgenommen, wobei das menschliche Auge Licht mit Wellenlängen zwischen ca. 380 nm und 750 nm erfassen kann. Trennt man weißes Licht (durch ein Prisma) auf, so erscheinen die Wellenlängen als Farben des Regenbogens.

Ökofaktor

Licht stellt für Pflanzen – neben der Verfügbarkeit von Wasser – den wichtigsten Ökofaktor dar, weil es Energie für die Photosynthese liefert. Die von den Chlorophyll-Molekülen in den Chloroplasten absorbierte Lichtenergie wird genutzt, um Wassermoleküle zu spalten (Photolyse) und so Reduktionsmittel für die Photosynthese herzustellen. Diese werden in einem zweiten Schritt verwendet, um Kohlenstoffdioxid schrittweise schließlich zu Glucose zu reduzieren, woraus unter anderem Stärke aufgebaut wird. Der bei der Fotolyse anfallende Sauerstoff wird als Reststoff an die Atmosphäre abgegeben. Die Summenreaktionsgleichung der Photosynthese lautet:

$\mathrm {6\;CO_{2}+6\;H_{2}O\quad \xrightarrow {h\nu } \;C_{6}H_{12}O_{6}+6\;O_{2}}$

Den Aufbau von organischen Verbindungen aus Kohlenstoffdioxid bezeichnet man als Kohlenstoffdioxid-Assimilation. Organismen, die mithilfe von Licht dazu in der Lage sind, nennt man photo-autotroph. Neben den Gefäßpflanzen gehören auch Moose, Algen und einige Bakterien dazu, beispielsweise Cyanobakterien und Purpurbakterien. Alle heterotrophen Organismen sind von dieser Assimilation abhängig, weil sie ihren Energiebedarf nur aus organischen Verbindungen, die sie mit der Nahrung aufnehmen müssen, decken können.

siehe auch:
α-Centauri:

Was ist Licht? in der Videothek ARD-alpha (verfügbar bis: 05.08. 2027)