Wie Licht funktioniert

Als Maxwell das Konzept der elektromagnetischen Wellen einführte, passte alles zusammen. Die Wissenschaftler konnten nun ein vollständiges Arbeitsmodell des Lichts entwickeln, das Begriffe und Konzepte wie Wellenlänge und Frequenz verwendet und auf der Struktur und Funktion von Wellen basiert. Diesem Modell zufolge gibt es Lichtwellen in vielen Größen. Die Größe einer Welle wird als ihre Wellenlänge gemessen, d. h. als der Abstand zwischen zwei korrespondierenden Punkten auf aufeinanderfolgenden Wellen, normalerweise von Spitze zu Spitze oder von Tal zu Tal. Die Wellenlängen des Lichts, das wir sehen können, liegen zwischen 400 und 700 Nanometern (oder Milliardstel Metern). Aber die gesamte Bandbreite der Wellenlängen, die in der Definition der elektromagnetischen Strahlung enthalten ist, reicht von 0,1 Nanometern, wie bei Gammastrahlen, bis zu Zentimetern und Metern, wie bei Radiowellen.

Lichtwellen gibt es auch in vielen Frequenzen. Die Frequenz ist die Anzahl der Wellen, die einen Punkt im Raum während eines Zeitintervalls, normalerweise eine Sekunde, passieren. Wir messen sie in Einheiten von Zyklen (Wellen) pro Sekunde, oder Hertz. Die Frequenz des sichtbaren Lichts wird als Farbe bezeichnet und reicht von 430 Billionen Hertz, die als Rot wahrgenommen werden, bis 750 Billionen Hertz, die als Violett wahrgenommen werden. Auch hier reicht der gesamte Frequenzbereich über den sichtbaren Teil hinaus, von weniger als 3 Milliarden Hertz, wie bei Radiowellen, bis zu mehr als 3 Milliarden Milliarden Hertz (3 x 1019), wie bei Gammastrahlen.

Die Energiemenge einer Lichtwelle steht in proportionalem Verhältnis zu ihrer Frequenz: Licht mit hoher Frequenz hat eine hohe Energie, Licht mit niedriger Frequenz hat eine niedrige Energie. Gammastrahlen haben also die meiste Energie (was sie für den Menschen so gefährlich macht), und Radiowellen haben die wenigste. Vom sichtbaren Licht hat violettes Licht die meiste Energie und rotes Licht die geringste. Der gesamte Bereich der Frequenzen und Energien, der in der nebenstehenden Abbildung dargestellt ist, wird als elektromagnetisches Spektrum bezeichnet. Beachten Sie, dass die Abbildung nicht maßstabsgetreu ist und dass das sichtbare Licht nur ein Tausendstel Prozent des Spektrums ausmacht.

Damit könnte die Diskussion beendet sein, wenn Albert Einstein die sich beschleunigenden Lichtwellen nicht einfach so stehen lassen würde. Seine Arbeit zu Beginn des 20. Jahrhunderts ließ die alte Idee wieder aufleben, dass Licht vielleicht doch ein Teilchen ist.