Farbe und Licht

Licht ist eine Form von Energie. Ernegie lässt sich physikalisch als elektro­magnetische Welle beschreiben. Elektro­magnetische Wellen breiten sich mit Licht­geschwindig­keit aus, also mit etwa 300.000 km pro Sekunde. Elektro­magnetische Wellen unter­scheiden sich durch die Anzahl der Wellenberge pro Sekunde; das ist ihre Frequenz. Lichtwellen haben eine Frequenz zwischen ca. 400 und 800 Billionen Hertz (Terahertz, THz). Umgelegt auf die dabei zurück­gelegten 300 000 Kilometer, ergibt sich für den Abstand zweier benachbarter Wellenberge eine Wellenlänge von 375 bis 750 Milliardstel Meter (Nanometer, nm). Es ist üblich, Lichtwellen nach ihrer Wellenlänge zu unter­scheiden. Kurzwelliges Licht erscheint violett, langwelliges Licht rot; dazwischen erstreckt sich das Spektrum der Regenbogen­farben. Eine mittlere Wellenlänge von ca. 550 nm ergibt z. B. grünes Licht. Isaac Newton (1642–1726) hat das Spektrum des Lichts in sieben Farb-Abschnitte unterteilt: (blau‑)violett, indigo, blau, grün, gelb, gelbrot, rot; das sind die sogenannten sieben Farben des Regenbogens. Newton war es auch, der herausfand, dass weißes Licht aus farbigem Licht ver­schiedener Wellenlängen zusammen­gesetzt ist.

Licht mit einer einzigen festen Wellenlänge kommt in der Natur nicht vor, es kann nur künstlich mit einem Laser erzeugt werden. Man spricht dann von „mono­chromem“, also streng einfarbigem Licht. In der Natur kommt Licht immer als Mischung von Wellen ver­schiedener Längen daher. Wenn sie nahezu gleichmäßig auf das ganze Spektrum verteilt sind, entsteht der Eindruck von weißem Licht. Wenn sich die elektro­magnetischen Wellen bei einer bestimmten Wellenlänge mehr oder weniger stark häufen, dann entsteht der Eindruck von einem Farbstich oder Farbton der ent­sprechenden Spektral­farbe.

Ein Farbstich von ungefähr weißem Licht wird in Grad Kelvin (K) angegeben. Wenn Eisen bis zur Weißglut erhitzt wird, strahlt es weißes Licht mit einer leichten Häufung von immer kürzeren Wellenlängen aus. Eine ent­sprechende Lichtfärbung wird analog zur Temperatur des Eisens als Farb­temperatur bezeichnet. Kerzenlicht hat eine Farb­temperatur von ca. 1500 K, eine Glühlampe oder eine warm-weiße Leuchtstoff­lampe von ca. 3000 K, eine neutral-weiße Leuchtstoff­lampe von ca. 4500 K und mittleres Sonnenlicht oder eine kalt-weiße Leuchtstoff­lampe von ca. 5500 K. Es klingt paradox, aber es entspricht dem menschlichen Seh-Empfinden: Wenn die tatsächliche Temperatur von glühendem Eisen steigt, wird die Farb­temperatur des aus­gestrahlten Lichts als immer kälter empfunden.

Genau genommen kann nur Licht eine Farbe haben, aber man schreibt auch nicht-leuchtenden Objekten Farben zu. Wenn wir z. B. einen Gegenstand als rot bezeichnen, dann meinen wir damit, dass er rote Lichtwellen zum großen Teil reflektiert, Licht anderer Wellenlängen dagegen mehr oder weniger stark „ab­sorbiert“, d. h. in sich aufnimmt und als Enerige speichert. Das zurück­geworfene, überwiegend rote Licht lässt den Gegenstand rot erscheinen. Bei Pflanzen werden vor allem die Grünanteile des Lichts reflektiert und die anderen Lichtwellen weitgehend absorbiert; die Pflanze speichert deren Energie chemisch über das Blattgrün (Chloro­phyll). Ähnlich verhält es sich mit buntem Glas und anderen trans­parenten Stoffen: Wenn Licht durch sie fällt, werden bestimmte Wellenlängen nahezu vollständig durch­gelassen, andere dagegen absorbiert.

Wenn Licht­strahlen gemischter Wellenlängen durch ein Glas-Prisma oder einen anderen trans­parenten Körper größerer Dichte hindurch­gehen, kann es zur sogenannten Licht­brechung kommen: Die farbigen Anteile des Lichts werden je nach Wellenlänge in ver­schiedenen Winkeln ausgeworfen. Auf diese Weise kann weißes Licht in seine Spektral­farben zerlegt werden. In der Natur bewirkt dieser Effekt einen Regenbogen, wenn Sonnen­strahlen durch Wasser­tropfen hindurch­gehen.

Bei farbigem Licht treten bestimmte Wellenlängen vermehrt auf. Wenn sich ver­schieden­farbiges Licht mischt, können sich seine Wellen an mehreren Stellen des Spektrums häufen, oder es kann eine neue Häufung im Zwischen­bereich entstehen. Insgesamt addiert sich die Energie; man spricht von einer additiven Farb­mischung. Wenn zum Beispiel rotes und grünes Licht gemischt werden, dann entsteht helleres gelbliches Licht. Auch bei farbigen Oberflächen von Objekten kann es eine Farbmischung geben, z. B. dann, wenn weißes Papier mit einem Gemisch aus Farben bemalt wird. In dem Fall werden gemeinsam alle Wellenlängen des Lichts absorbiert, die von den einzelen Farben des Gemischs absorbiert werden. Auf diese Weise vermindert sich die Energie des reflek­tierten Lichts; man spricht von einer subtraktiven Farb­mischung. Wenn zum Beispiel rote und grüne Farbe gemischt werden, dann reflektiert die Mischung nur noch wenig Licht, die Oberfläche erscheint graubraun.

ZUM FARBGLOBUS!