Licht, Wellenlänge und Farbe
Licht ist ein physikalisches Phänomen
mit vielen Facetten. Es breitet sich mit unvorstellbar hoher
Geschwindigkeit aus und transportiert Energie – auch durch völlig
leeren Raum. Licht kann „durchsichtige" Materie durchdringen, dabei
von seinem geraden Weg abgelenkt, diffus oder gerichtet reflektiert,
absorbiert und in seiner „Farbe" verändert werden. Licht hat
Generationen von Physikern beschäftigt und Astronomen die
Geheimnisse des Weltalls in Entfernungen verraten, die weit
außerhalb unserer Reichweite und Vorstellungskraft liegen. Licht ist
das Medium, mit dem wir uns „ein Bild machen".
Das Wesen des Lichts ist so komplex,
dass wir zwei verschiedene physikalische Modelle brauchen, um uns
seine teilweise widersprüchlich erscheinenden Eigenschaften zu
erklären: Licht kann sich verhalten, als bestünde es aus winzigen
durch den Raum flitzenden Kügelchen („Photonen"), die beim Aufprall
auf Materie Wirkungen wie den „Photoeffekt" hervorrufen, auf dem die
Funktionsweise des Belichtungsmessers beruht. In anderen Situationen
jedoch verhält sich Licht wie eine sich kugelförmig im Raum
ausbreitende Wellenerscheinung, die aus ineinander verwobenen,
rechtwinklig zueinander schwingenden elektrischen und magnetischen
Feldern besteht. Die Zahl dieser Schwingungen pro Sekunde
(Größenordnung um 600.000.000.000.000) ist ebenso unvorstellbar wie
die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts (knapp 300.000 km pro
Sekunde). Dagegen können wir uns die Wellenlänge dieser Schwingungen
schon eher vorstellen: ca. 380 nm bis 750 nm (Nanometer) oder rund
1/2000 Millimeter. Verschiedene Wellenlängen nehmen wir als
verschiedene Farben wahr, die kürzesten als Violett, dann Blau,
Grün, Gelb, Orange, Rot und die längsten als Purpurrot. Und weißes
Licht ist nichts anderes als eine Mischung aller dieser Farben in
dem Verhältnis, wie es die Sonne ausstrahlt.
Weitere physikalische
Hintergründe
Reflexionseigenschaften definieren die Objektfarbe
Ein von Licht getroffener Gegenstand
kann das Licht (fast) vollständig, teilweise oder (fast) gar nicht
reflektieren. Reflektiert er alle Wellenlängen bzw. Farben
gleichmäßig und annähernd vollständig, erscheint uns der Gegenstand
weiß. Reflektiert er sie gleichmäßig, aber nur teilweise, so
erscheint uns der Gegenstand bei weißem Licht grau, und wenn er
(fast) nichts reflektiert, sehen wir ihn schwarz. Die meisten
Gegenstände aber reflektieren nicht alle Farben gleich, sondern
manche stärker und andere weniger oder gar nicht. Dann erscheint uns
die Oberfläche des Gegenstandes nicht mehr weiß oder grau, sondern
farbig, normalerweise in einer „Mischfarbe".
Additive und subtraktive Farbmischung
Das in seine Farbbestandteile
aufgefächerte weiße Licht nennt man sein Spektrum; in der Natur
können wir es im Regenbogen sehen. Die Regenbogenfarben sind reine
Farben, denn jede ist durch eine bestimmte Wellenlänge
charakterisierbar. Dagegen muss ein beispielsweise grüner Gegenstand
nicht unbedingt nur das Grün einer Wellenlänge oder eines engen
Wellenlängenbereichs reflektieren. Er könnte auch Purpur absorbieren
und die übrigen Spektralfarben mehr oder weniger stark reflektieren.
Dieses Farbengemisch empfinden wir ebenfalls als Grün. Wenn wir
diesem Mischfarben-Grün das fehlende Purpur wieder hinzufügen, sehen
wir erneut Weiß. Wir bezeichnen solche gegensätzliche Farben, die
einander zu Weiß ergänzen, als Komplementärfarben. Andere Beispiele
sind Gelb/Blau oder Rot/Cyan.
Wenn farbiges Licht so zu farbigem
Licht addiert wird, handelt es sich um „additive Farbmischung". Das
ist beispielsweise der Fall, wenn ein rot und ein grün leuchtender
Scheinwerfer eine Bühne beleuchten und wir dort, wo das Licht beider
zusammenfällt, gelbes Licht als Summenfarbe sehen.
Wenn wir aber
Farbstoffe miteinander mischen oder Farben übereinander malen oder
drucken, geschieht etwas anderes: Jeder Farbstoff absorbiert den zu
seiner Eigenfarbe komplementären Anteil, nimmt also vom weißen Licht
etwas weg, so dass weniger Licht reflektiert wird als von jeder
Farbe allein. Diese Farbmischungsart heißt deshalb „subtraktiv".
Mischen wir wieder Rot und Grün, aber auf diese Art zum Beispiel mit
Wasserfarben „subtraktiv", wird die Mischung nicht wie bei den
Scheinwerfern heller als jede Einzelfarbe und gelb, sondern dunkler
und bräunlichschwarz.
Die Wirkung von Farbfiltern
Ein farbiges Filterglas absorbiert
vom einfallenden (weißen) Licht einen gewissen Anteil seiner
Komplementärfarbe und lässt den Rest hindurchtreten. Ein
fotografisches Gelbfilter beispielsweise schluckt einen Teil des
blauen Lichts und lässt den Rest, der eine Mischung aller anderen
Farben ist, gelblich wirken. Es gibt für gewisse technische
Anwendungen aber auch „strenge" Gelbfilter (Bandpassfilter), die
nicht nur einen Teil des blauen Lichts, sondern alles außer Gelb
absorbieren. Fällt bei einem fotografischen Gelbfilter für
Schwarzweißaufnahmen statt weißen Lichts farbiges Licht durch das
Filterglas, wird aus dem bunten Gemisch ein Teil von dessen blauem
Anteil, sofern vorhanden, absorbiert und der Helligkeitseindruck
somit verändert. Durch ein Gelbfilter fotografiert, wird der blaue
Himmel deutlich dunkler, grünes Laub und Gras mit geringem
Blauanteil verändern sich kaum in ihrem Grauwert, gelbe oder
orangefarbene Blüten ohne Blauanteil können keine Helligkeit
verlieren und wirken daher relativ zu den anderen, in dunkleres Grau
umgesetzten Farben aufgehellt.
Ein Filter vor dem Objektiv reduziert
deshalb je nach seiner Dichte die Gesamthelligkeit, was bei der
TTL-Belichtungsmessung moderner Kameras aber automatisch
berücksichtigt und korrigiert wird.
Fortsetzung:
Filtertechnologie
