1.

Einleitung

Licht, im physikalischen Sinn eine Form der elektromagnetischen Strahlung.

Licht besteht aus extrem schnellen Schwingungen eines elektromagnetischen Feldes in einem bestimmten Frequenzbereich. Bei sichtbarem Licht entstehen verschiedene Farben durch verschiedene Frequenzen. Sie reichen von etwa 4×10¹⁴ Schwingungen pro Sekunde für rotes Licht bis ungefähr 7,5×10¹⁴ Schwingungen pro Sekunde für blaues Licht. Die Wellenlängen für das sichtbare Spektrum reichen von ungefähr 40 millionstel Zentimeter (Violett) bis zu 75 millionstel Zentimeter (Rot). Höhere Frequenzen, denen kürzere Wellenlängen entsprechen, umfassen die ultraviolette Strahlung, und noch höhere Frequenzen findet man bei der Röntgenstrahlung. Niedrigere Frequenzen (also größere Wellenlängen) werden als infrarote Strahlung bezeichnet. Noch kleinere Frequenzen sind charakteristisch für Radiowellen (siehe Funk).

Im allgemeinen Sinn versteht man unter Licht die Form von Strahlung, die man mit dem bloßen Auge wahrnehmen kann – also sichtbares Licht.

Sonnenlicht wird z. B. von grünen Pflanzen für die Photosynthese benutzt. Licht übt auch eine wichtige Wirkung auf viele Chemikalien aus. Einige Chemikalien, die Silber enthalten, färben sich in der Gegenwart von anderen Chemikalien dunkel, wenn sie Licht ausgesetzt werden. Diesen Vorgang nutzt man beispielsweise in der Photographie.

2.

Wesen des Lichtes

Licht wird von einer Quelle in Form von Strahlen abgegeben und breitet sich auf seinem Weg immer weiter aus, wobei die Leuchtstärke pro Flächeneinheit mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt. Wenn Licht auf einen Körper trifft, wird es entweder absorbiert oder reflektiert. Nach der Reflexion an einer rauen Oberfläche wird das Licht in alle Richtungen gestreut. Einige Frequenzen werden stärker reflektiert als andere, was den Körpern ihre charakteristische Farbe verleiht. Weiße Oberflächen reflektieren alle Wellenlängen des Lichtes gleichermaßen, und schwarze Oberflächen absorbieren das Licht fast vollständig. Abbildende Reflexion erfordert hingegen eine sehr glatte Oberfläche wie z. B. einen Spiegel.

Das Wesen des Lichtes zu bestimmen war immer ein grundlegendes Problem der Physik gewesen. Isaac Newton beschrieb Licht als ein Aussenden von Teilchen. Im Gegensatz dazu entwickelte Christiaan Huygens die Theorie, dass sich Licht in Form einer Welle ausbreitet. Heute ist bekannt, dass Licht – wie jede andere elektromagnetische Strahlung auch – einen Doppelcharakter besitzt (Dualismus des Lichtes; Wellen- und Korpuskelmodell). Siehe auch Quantentheorie

Bei einigen Experimenten verhält sich Licht wie eine Reihe von Teilchen und bei anderen Experimenten wie eine Welle. In den Situationen, in denen es sich in Wellenform bewegt, schwingt es im rechten Winkel zur Ausbreitungsrichtung. Daher kann Licht in zwei zueinander senkrechten Ebenen polarisiert werden (siehe Optik).

3.

Geschwindigkeit

Die Lichtgeschwindigkeit wurde erstmals in einem Laborversuch von dem französischen Physiker Armand Hippolyte Fizeau gemessen (um 1850). Auch frühere astronomische Beobachtungen hatten ungefähr die richtige Geschwindigkeit ermitteln lassen (z. B. Ole Römer, 1676). Heute ist die Lichtgeschwindigkeit sehr genau mit 299 792 458 Metern pro Sekunde im Vakuum bekannt. Man verwendet sie, um große Entfernungen anhand der Zeit zu messen, die ein Lichtimpuls oder Radiowellen für den Weg zu einem Ziel und zurück benötigen. Dies ist z. B. auch das Prinzip, nach dem Radar und Sonar funktionieren. Genaue Kenntnisse der Lichtgeschwindigkeit und der Wellenlänge von Licht erlauben auch genaue Messungen von Längen. Daher wird der Meter heute auch als die Länge des Weges definiert, den Licht im Vakuum in einer Zeit von 1/299 792 458 Sekunde zurücklegt.

1.

Verringerung der Lichtgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit des Lichtes ändert sich beim Durchgang durch optisch dichtere Medien (z. B. Wasser oder Glas). Durchschnittlich beträgt sie in Luft 3 Prozent weniger als im Vakuum, im Wasser ist sie um 25 Prozent geringer und in Glas um 33 Prozent.

Wissenschaftlern gelang es 1998 erstmals mit Hilfe eines so genannten Bose-Einstein-Kondensats die Geschwindigkeit des Lichtes auf 60 Kilometer pro Stunde zu drosseln. Anfang 2000 war es britischen Forschern sogar möglich, die Geschwindigkeit noch weiter auf 1,6 Kilometer pro Stunde zu reduzieren.

Unabhängig voneinander gelang es zwei amerikanischen Forscherteams im Januar 2001, das Licht eines Lasers in einem Medium zu stoppen und anschließend wieder freizusetzen. Die Charakteristik des Lichtstrahls, also die darin enthaltene Information, blieb dabei erhalten. Beide Teams sendeten einen Laserstrahl genau definierter Frequenz in einen Versuchsbehälter mit Alkalimetallgas. Normalerweise wird Laserlicht von den Alkaliatomen absorbiert, d. h. die Energie der Laserpulse geht auf die Atome über. Um das zu verhindern, schickten die Forscher einen zweiten Kontrollstrahl in einem etwas versetzten Winkel durch das Medium. Die Frequenz dieses Kontrollstrahls war nur geringfügig höher als die des ersten Strahls. Durch diesen Vorgang – elektromagnetisch induzierte Transparenz – gelang es den Forschern, das Gas für den ersten Strahl transparent zu machen.

Beim eigentlichen Versuch schalteten die Forscher den Kontrollstrahl ab, wodurch der erste Laserstrahl schlagartig zum Stillstand kam. Nach einer Millisekunde schalteten die Physiker den Kontrollstrahl wieder an. Der erste Strahl wurde reaktiviert und verließ den Gascontainer mit der Charakteristik, die er auch vor der Abschaltung besaß, so als hätte er nie stillgestanden. Die Physiker erklärten dies folgendermaßen: Es fand nach der Abschaltung keine wirkliche Absorption statt, vielmehr blieben Energie und im Strahl enthaltene Information in den Atomen gespeichert. Das Versuchsergebnis wurde bereits 1999 von dem deutschen Physiker Michael Fleischhauer (Universität Kaiserslautern) theoretisch vorhergesagt.

Siehe auch elektrische Beleuchtung; Interferenz; Interferometer; Laser