Was ist Licht?

Das Prisma zerlegt einen Lichtstrahl in seine verschiedenen Farben. Warum Licht an Oberflächen von Glas oder Wasser gebrochen wird, lässt sich mit der Vorstellung von Licht als einem Strahl erklären. Nicht erklären kann man damit aber, warum der Strahl in verschiedene Farben aufgefächert wird. Um das zu verstehen, muss man sich vorstellen, dass Licht unterschiedlicher Farben unterschiedliche Wellenlängen hat. Um optische Effekte zu verstehen, greifen Wissenschaftler auf das jeweils passende Modell zurück: Möchten sie erklären, wie eine Solarzelle funktioniert, können sie das am besten mit der Vorstellung von Licht als Teilchen. Möchten sie ein neues Fernrohr konstruieren, nehmen sie bei den dafür nötigen Berechnungen an, das Licht sei ein Strahl.Bild: wikimedia.org / CC BY-SA 3.0

(hp) Licht ist eine Strahlung. Licht ist eine Welle. Licht besteht aus Teilchen. Zugegeben: Drei unterschiedliche Antworten auf nur eine einzige Frage – das ist ein wenig verwirrend. Möchte man aber alle Eigenschaften des Lichts erklären, stellt man sich am besten vor, Licht sei tatsächlich zur gleichen Zeit Strahlung, Welle und Teilchen.

 

 

Licht ist Strahlung

Schon die einfache Beob­achtung, dass ein Gegenstand einen Schatten wirft, wenn er von einer starken Lichtquelle angestrahlt wird, legt die Annahme nahe, dass Licht sich in Strahlen ausbreitet.
Auch wie ein Spiegel funktioniert oder warum sich das Licht an Oberflächen von Wasser oder Glas bricht, kann man leicht erklären, wenn man annimmt, dass sich das Licht als Strahl geradlinig durch den Raum bewegt.
Auch viele weitere optische Effekte wie das Vergrößern von Dingen unter einer Lupe und sogar wie unser Auge funktioniert, lassen sich anhand von Lichtstrahlen erklären.

Leider stößt unsere Vorstellung von Licht als Strahl schnell an eine Grenze. Etwa wenn wir beobachten, wie Licht in einem Prisma gebrochen und in einzelne Farben zerlegt wird: Denn mit der Vorstellung von Licht als Strahl können wir nicht seine verschiedenen Farben erklären.

Licht ist Welle

Ganz ähnlich wie sich Wellen auf einem Teich ausbreiten, wenn ihr einen Stein hineinwerft, breitet sich auch das Licht in Wellen aus. Den Abstand zwischen zwei Wellenbergen oder auch zwei Wellentälern bezeichnet man als die „Wellenlänge“.

Vereinfacht gesagt, hängt die Farbe des Lichtes von seiner Wellenlänge ab. Diese Wellenlänge ist bei Licht im Vergleich zu Wellen auf einem Teich natürlich sehr klein: Sie beträgt bei Licht nur wenige Hundertmillionstel Millimeter (Millionstelmillimeter nennt man Nanometer).

Je kürzer die Wellenlänge, umso energiereicher ist das Licht: Das Licht der blau-weiß brennenden Flamme eines Schweißbrenners hat eine Wellenlänge von 450 bis 500 Nanometern.
Die viel kühlere, orange-rot brennende Kerzenflamme hingegen sendet Licht mit einer Wellenlänge von etwa 550 bis 600 Nanometern aus.
Erst mit dieser Vorstellung von Licht als Welle und Strahl zugleich, können wir uns erklären, wie ein Prisma einen Lichtstrahl brechen und in Licht verschiedener Wellenlängen zerlegen kann.


Darüber hinaus gibt es aber auch Effekte, die wir mit bloßem Auge nicht beobachten können, die aber auch durch Licht hervorgerufen werden. Das wohl bekannteste Beispiel eines solchen Effektes sind die Solarzellen, wie sie auf vielen Dächern zu sehen sind und zur Erzeugung von elektrischem Strom dienen.

Wie aus Licht Strom wird, kann man allerdings nur erklären, wenn man annimmt, dass das Licht kein Strahl und auch keine Welle ist, sondern aus kleinen Teilchen, den sogenannten Photonen besteht.
Denn um elektrischen Strom zu erzeugen, müssen – vereinfacht erklärt – Elektronen aus den Atomen der Solarzelle herausgeschlagen werden. Dazu braucht es für jeweils jedes einzelne Elektron eine ganz bestimmte, ganz genau bemessene Menge an Energie. Und nur ein einzelnes Photon ist in der Lage, diese genau bemessene Menge Energie auf jeweils ein einzelnes Elektron zu übertragen.