Kleine Lichtfrage
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Leuchter schrieb:
Gut, das heißt also wenn ich eine Farbe sehe, dann ist das IMMER ein "Bündel" von mehreren Lichtwellen. Irgendwie kann ich mir das schwer vorstellen
Ich hab schon oft Sätze gelesen wie "Blaues Licht hat eine Wellenlänge von ca 500nm" etc. Sind solche Aussagen nicht falsch?Licht mit 500 nm Wellenlänge ist blau. Aber ein blauer Gegenstand hat ein ganzes Spektrum von verschiedenen Frequenzen und nur ein großer Teil davon liegt irgendwo in der Nähe von 500 nm.
Hier findest siehst du das Spektrum einer Natriumdampflampe. Natriumdampflampen leuchten in einem ganz intensiven Orange. So orange, dass man praktisch keine anderen Farben mehr sieht, sie sind eine fast monochromatische Lichtquelle. Und doch siehst du im Spektrum viele andere Farben, viele davon durch Imperfektion der Lampe. Und selbst wenn man reines Natrium im Labor betrachtet, ist es nicht monochromatisch: Das Licht ist eine Mischung aus zwei verschiedenen Orangetönen (und es ist auch noch ein gelber und ein blauer Streifen dabei, aber die gehen total unter)!
Warum ist das so? Ich kann jetzt keinen Kurs in Atomphysik geben, aber es lässt sich voraussagen, dass Atome die Licht aussenden, dies immer auf mehreren unterschiedlichen Frequnzen tun. Wenn man die Atome zu Molekülen zusammenpackt, werden diese Frequenzstreifen sogar noch breiter. Und die (bekannte) Natur besteht nun einmal größtenteils aus Atomen und Molekülen. Für die anderen Arten, Licht zu erzeugen gilt das gleiche, weil es ein konzeptionelles Problem bei der Lichtentstehung ist.
Wie kann man das (weitestgehend) verhindern? Mit einem Laser. Laser sorgen dafür, dass von den vielen unterschiedlichen Lichtfrequenzen, welche ein Atom aussenden kann, nur eine bestimmte ausgesendet wird (Die Photonen sind überdies noch alle in gleicher Phase, aber das ist eine andere Geschichte). Laser sind die monochromatischten Lichtquellen die bekannt sind und sind für alle praktischen Zwecke als monochromatisch anzusehen. Aber selbst der beste Laser hat irgendwo Imperfektionen. Es kann sein, dass sie so klein sind, dass sie praktisch nicht messbar sind, aber man kann zeigen, dass sie in einem realen Laser da sein müssen. In der Natur gibt es im übrigen keine Laser.
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SeppJ schrieb:
Hier findest siehst du das Spektrum einer Natriumdampflampe.
Sicher, dass das das richtige Spektrum ist?
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Leuchter schrieb:
Gut, das heißt also wenn ich eine Farbe sehe, dann ist das IMMER ein "Bündel" von mehreren Lichtwellen. Irgendwie kann ich mir das schwer vorstellen
Ich hab schon oft Sätze gelesen wie "Blaues Licht hat eine Wellenlänge von ca 500nm" etc. Sind solche Aussagen nicht falsch?Das EM-Spektrum ist eben für Wellenlängen von Sinuswellen definiert. Eine Sinuswelle mit λ=500nm wirst du als blaues Licht wahrnehmen. In der Praxis hast du aber keine Quellen für EM-Wellen, die ein perfektes Sinussignal erzeugen und wir schauen ja auch selten direkt die Quellen an, sondern das Licht nachdem es mehrfach reflektiert oder transmittiert wurde. Wenn du mit der Fourieranalyse vertraut bist, wird das ganze verständlicher. Die Fourieranalyse besagt, dass man eine beliebige Funktion (naja nicht ganz beliebig. Aber hinreichend beliebig für unseren Zweck) durch ganz viele Sinusfunktionen darstellen kann. Also stell dir ein beliebiges Signal vor (zB so). Dies kannst du nun in mehrere (je nachdem sogar unendlich viele) Sinusfunktionen aufteilen (so sehe das Spektrum für das Beispiel aus (ξ soll die Frequenz sein und die hängt eben direkt mit der Wellenlänge zusammen)). All die Anteile im sichtbaren Bereich (also Wellenlängen zwischen ungefähr 400nm und 700nm bzw. 430 bis 750 THz) tragen dann Farbinformationen mit sich. Das Auge hat zur Farbwahrnehmung drei Arten von Zellen (Zapfen/Cone genannt), die in einem bestimmten Frequenz-/Wellenlängenbereich (Bandbreite) reagieren. Einmal eben in einem roten, einmal in einem grünen und einmal in einem blauen Bereich (siehe hier). Wenn ein Signal also auf die Zapfen trifft, dann reagieren die jeweiligen Zapfen auf die entsprechenden Sinusanteile in dem Signal.
"Dinge" haben Farben, weil sie mit den EM-Wellen interagieren. Das Licht wird abhängig von der Wellenlänge transmittiert, reflektiert oder absorbiert. Absorption bedeutet, dass die Anteile des Lichts in dem Material umgewandelt werden. Transmission und Reflexion bedeuten, dass der Anteil des Lichts entweder durch das Medium geht oder zurück geworfen wird. Wenn wir also sagen, dass ein Blatt grün ist, dann bedeutet das im Grunde nur, dass das Blatt im sichtbaren Spektrum wie ein Bandpass reflektiert (oder Bandsperre wenn man die Absorption betrachtet), der um λ=550nm das Licht reflektiert und andere Teile des Spektrums absorbiert. "Weiß" bedeutet einfach, dass im ganzen sichtbaren Spektrum reflektiert wird (bzw. je mehr reflektiert wird, desto weißer) und "schwarz", dass im ganzen Spektrum absorbiert wird. Transparenz ist das Resultat von Transmission, also das bestimmte Anteile des Lichts einfach durch ein Material hindurchgehen.
hmm, vielleicht ist mein Text jetzt noch ein bisschen verwirrender für dich. Aber mit Fourieranalyse und Betrachtung im Frequenzbereich lässt sich das ganze relativ gut verstehen imho.
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SeppJ schrieb:
Hier findest siehst du das Spektrum einer Natriumdampflampe. Natriumdampflampen leuchten in einem ganz intensiven Orange. So orange, dass man praktisch keine anderen Farben mehr sieht, sie sind eine fast monochromatische Lichtquelle. Und doch siehst du im Spektrum viele andere Farben, viele davon durch Imperfektion der Lampe.
Das Spektumsbildchen verstehe ich aber irgendwie nur, wenn ich einen Punkt des Spektrums als monochromatisch annehme. Deswegen oben das Orange aus dem Regenbogen.
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SeppJ schrieb:
In der Natur gibt es im übrigen keine Laser.
Jein. Es gibt anstronomische Objekte, die elektromagnetische Strahlung in einer bestimmten Wellenlänge durch stimulierte Emission aussenden, was eben die Eigenschaften eines Lasers sind. Es handelt sich allerdings nicht um sichtbares Licht sondern um Mikrowellen, weshalb man auch von MASERn spricht, aber das Prinzip ist das selbe. Natürlich sind die Maser alles andere als Perfekt, die Unreinheiten sind einiges größer als die von Labor-Lasern.
Dazu kommt, dass Labor-Laser duch die Resonatoren in Phase und kohärent sind.
Man darf jetzt aber nicht sagen dass Astrophysikalische Maser keine echten Laser sind, sondern es ist eher so, dass künstliche Maser spezielle Maser sind und Labor-Laser spezielle künstliche Maser im Sichtbaren Spektrum. (Der Begriff Laser entstand nach dem Begriff Maser, die Dinger hießen zuerst optische Maser)
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Gregor schrieb:
SeppJ schrieb:
Hier findest siehst du das Spektrum einer Natriumdampflampe.
Sicher, dass das das richtige Spektrum ist?
Nein :p
@pumuckl: Das kannte ich nicht. Um welche Objekte handelt es sich?
edit: Ok, hab's rausgefunden: Verschiedene Formen von Gaswolken. Interessant. Hätte ich mir auch denken können, dass Gase daran beteiligt sind, anstatt zuerst an Neutronensterne und galaktische Jets zu denken.
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Erstmal Danke an alle Antworten!
Ich glaube langsam wird mein Lichtverständnis besser.
Ich fasse es noch mal kurz mit meinen Worten zusammen: Reales Licht ist immer eine Überlagerung/Bündelung von mehreren Wellenlängen. Wenn ein Gegenstand jetzt blau ist, dann bedeutet das, dass der Gegenstand vor allem die blauen Wellenlängenanteile reflektiert.
Stimmt das so?
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Leuchter schrieb:
Ich fasse es noch mal kurz mit meinen Worten zusammen: Reales Licht ist immer eine Überlagerung/Bündelung von mehreren Wellenlängen. Wenn ein Gegenstand jetzt blau ist, dann bedeutet das, dass der Gegenstand vor allem die blauen Wellenlängenanteile reflektiert.
Stimmt das so?Nicht unbedingt nur reflektiert, sondern allgemeiner aussenden. Aber ansonsten: Ja.
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Aber das stimmt so nur, weil du ausgerechnet Blau ausgewählt hast
Irgendwer hatte es oben schon erwähnt, wenn du beispielsweise einen gelben Gegenstand (oder einen mit einer beliebigen Farbe, die nicht gerade rot, grün oder blau ist), dann muss eben nicht mehr gelten, dass tatsächlich "gelbe Wellenlängen" überwiegen, sondern es kann auch ein Gegenstand sein, der genau rot und grün reflektiert, was dein Hirn dann wieder zu gelb verwurstet.
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Leuchter schrieb:
Ich fasse es noch mal kurz mit meinen Worten zusammen: Reales Licht ist immer eine Überlagerung/Bündelung von mehreren Wellenlängen.
Nein, da man wirklich einzelne Photonen erzeugen kann, kann Licht auch monochromatisch sein. Monochromatisch heißt hier, die Wellenlänge läßt sich nur im Rahmen der Unschärferelation "exakt" bestimmen. Einzelne Photonen sind immer monochromatisch, da ein Photon nur einen Impuls besitzen kann.
