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Wie entstehen Farben? – Teil 1: Grundlagen des Lichts

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Vorgestern Abend habe ich mir die Frage gestellt: Wie entstehen Farben? Also wenn ich jetzt aus dem Fenster sehe, hab ich ein paar grüne Baumwipfel vor mir. Aber wie kommt es, dass die grüne Farbe „entsteht“?

Natürlich gebe ich mich nicht einfach mit der Antwort zufrieden, das Teile des Lichts absorbiert werden und andere reflektiert. Deshalb will ich es genauer wissen. Das werde ich nicht mit einem Beitrag erledigen, denn eine Lösung habe ich noch nicht. Aber ein paar Grundlagen kann ich ja schon mal zusammentragen.

Farbspektrum, Elektromagnetisches Spektrum
Das sichtbare Farbspektrum ist nur ein kleiner Ausschnitt

Was ist Licht?

Dazu tauchen wir etwas in den Bereich der Physik ab. Bei Licht handelt es sich um elektromagnetische Strahlung. Bestimmt habt ihr schon mal was von Photonen gehört? Richtig, das sind die „Lichtteilchen“. (Fast) masselos fliegen sie durchs Universum, natürlich mit Lichtgeschwindigkeit. Ein Photon darf aber auch eine Welle sein, das besagt der Welle-Teilchen-Dualismus. Genau aus diesem Grund ordnen wir dem Licht eine Frequenz bzw. Wellenlänge zu. Das Photon als solches kann von der extrem langwelligen Radiostrahlung bis sehr kurzwelligen Gammastrahlung reichen. Aber in den Bereich des sichtbaren Lichts fällt nur der Bereich zwischen 380 und 780 Nanometern Wellenlänge.

Was kann Licht?

Um einfach zu veranschaulichen, was Licht alles kann, brauchen wir 4 Gegenstände: die Sonne, eine Glasscheibe, ein schwarzes T-Shirt und einen Spiegel. Halten wir die Glasscheibe zwischen uns und die Sonne, verändert sich nichts. Das Licht passiert problemlos die Scheibe, das wäre die sogenannte Transmission. Halten wir das T-Shirt vor die Sonne, sehen wir die Sonne nicht mehr. Das T-Shirt absorbiert das Licht.

Das dem so ist, lässt sich schnell nachweisen. Nach einer gewissen Zeit wird das T-Shirt auf der Seite, wo die Sonne drauf scheint warm. Wir erinnern uns an die Teilchen / Wellen des Lichts. Diese treffen jetzt auf die Atome des T-Shirts und regen sie an, stärker zu schwingen und genau das nehmen wir als Wärme war. Wenn wir den Spiegel vor die Sonne halten – die spiegelnde Seite zur Sonne – sehen wir auch keine Sonne, aber der Spiegel wird auch nicht warm. Ein ganz klarer Fall von Reflexion.

Additive Farbsynthese
Additive Farbsynthese

Und wie entstehen nun Farben? Werfen wir dazu einen Blick auf das Bild oben. So funktioniert das Entstehen von Farben im Computer. Mischt man rot, grün und blau entsteht weiß. Diesen Prozess nennt man auch additive Farbsynthese. Ähnlich funktioniert es auch mit dem Licht. Dort ergeben alle Wellenlängen zusammengenommen weißes Licht.

Denken wir wieder an unser Eingangsbeispiel mit den grünen Blättern der Bäume. Wie kommt also das Grün zustande? Halten wir das Blatt gegen die Sonne ist es ja auch grün, d.h. ein kleiner Teil der Wellen wandert durch das Blatt hindurch. Haben wir die Sonne im Rücken und schauen auf das Blatt ist es immer noch grün, das Blatt reflektiert den grünen Anteil des Lichts. Und ich möchte jetzt tief in das Blatt eindringen und verstehen, was auf atomarer Ebene passiert, damit wir genau das schöne Grün des Blattes sehen.

Ich hoffe, dass ich ein bisschen klarstellen konnte, worauf ich hinaus will. Wovon ist es also abhängig, dass Lichtwellen bei einem grünen Blatt reflektiert werden und die blauen (d.h. kurzwelligeren) sowie die gelben bis roten (langwelligeren) Anteile absorbiert werden.

Bildquelle:

  1. Von Horst Frank / Phrood / Anony – Horst Frank, Jailbird and Phrood, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3726606
  2. Von Quark67 – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=818982

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