Die meisten von uns betrachten unsere Fähigkeit, zu erkennen und zu sehen, als selbstverständlich. Doch sichtbares Licht ist keine Selbstverständlichkeit! Wenn Du keinen schweren Augenfehler hast, z.B. Farbblindheit, welche Dein Sehvermögen stört, hast Du wahrscheinlich noch nicht viel darüber nachgedacht, warum die Farben, die wir sehen, uns so erscheinen, wie sie aussehen, und warum wir nicht in der Lage sind, andere Wellenlängen des Lichts zu sehen. Wir wissen es einfach, wenn wir rot sehen oder wenn wir blau sehen und dieses Wissen (oder besser gesagt, die Fähigkeit, alle Farben des Spektrums zu sehen und zu unterscheiden) fühlt sich für uns natürlich an.
Wenn Du neugierig geworden bist, was genau sichtbares Licht ist und warum wir bestimmte Farben sehen können, dann lies diesen Artikel weiter, da er Dich durch einige grundlegende Kenntnisse über sichtbares Licht und sein Spektrum führt und vor allem danach strebt, die große Frage zu klären – warum sehen wir bestimmte Wellenlängen von Licht?
Was ist sichtbares Licht?
Sichtbares Licht, auch als sichtbares Spektrum bezeichnet, ist der Teil des elektromagnetischen Spektrums, der mit dem menschlichen Auge erfasst werden kann. Um zu verstehen, wie unsere Augen verschiedene Farben erkennen und warum unsere Sicht auf diesen speziellen Spektralteil beschränkt ist, sollten wir diesem Wissen über die Physik, das Du wahrscheinlich entweder in der Grundschule oder in der weiterführenden Schullaufbahn gelernt hast, ein wenig auffrischen.
Unser Sehvermögen und die Farben, die wir sehen können, sind jedoch einzigartig für uns. Tiere haben eine andere Sichtweise, und wenn wir von „sichtbarem Licht“ sprechen, sprechen wir von Licht, das nur für das menschliche Auge sichtbar ist. Hunde und Vögel zum Beispiel sehen völlig unterschiedliche Wellenlängen, was bedeutet, dass die Farben, die sie sehen, bei weitem nicht die gleichen sind die wir erkennen. Aber das bedeutet nicht, dass ihre Sicht „falsch“ oder „fehlerhaft“ ist. Es bedeutet nur, dass sie verschiedene Augenmechanismen haben, die in der Lage sind, bestimmte Wellenlängen zu sehen.
Elektromagnetische Wellen und Frequenzen
Das Licht verhält sich wie eine Welle und daher müssen wir, indem wir Licht und verschiedene Farben beschreiben, über Wellenlänge und Frequenz sprechen. Wellenlänge ist der Abstand zwischen zwei Spitzen der Welle und unser Augenmechanismus wird so eingestellt, dass nur ein bestimmter Wellenlängenbereich sichtbar ist. Wenn wir über „sichtbares Licht“ sprechen, sprechen wir von einem bestimmten Teil des elektromagnetischen Bereichs, der sich zwischen 390 und 750 nm (0,39 und 0,75 µm) befindet. Unsere Augen sind in der Lage, nur diesen Teil zu erkennen. Zweifellos gibt es andere Farben und Frequenzen wie Infrarot- und Ultraviolettlicht, aber unsere „Empfänger“ sind einfach nicht dazu da, diese Wellenlängen zu erkennen.
Was die Erkennung bestimmter Farben betrifft, so müssen wir über unterschiedliche Wellenlängen jeder Farbe im sichtbaren Lichtspektrum sprechen, da jede Farbe des Lichts von der Frequenz der Welle abhängt. Das sichtbare Spektrum ist stets das gleiche wie bei einem Regenbogen; die Reihenfolge der Farben im sichtbaren Lichtspektrum ist rot, orange, gelb, grün, blau, indigo und violett. Wenn wir ein Objekt in einer bestimmten Farbe sehen, sehen wir es nicht zum Beispiel rot, weil es rot ist, aber wir sehen es rot, weil das Objekt den Rest der Farben absorbiert und die Wellenlängen der Farbe rot reflektiert. Schwarz und Weiß sind jedoch Ausnahmen, da Weiß eine Kombination aller Farben ist, während Schwarz bedeutet, dass alle Farben des sichtbaren Lichtspektrums absorbiert wurden.
Durchschnittliche Wellenlängen verschiedener Farben
(Quelle: http://nasa.gov)
- Rot: 650-800 nm
- Orange: 640-590 nm
- Gelb: 550-580 nm
- Grün: 490-530 nm
- Blau: 460-480 nm
- Indigo: 440-450 nm
- Violet: 390-430 nm
Warum sehen wir Licht?
Wenn wir die Gründe für unsere Fähigkeit, sichtbares Licht zu sehen, diskutieren, können wir über zwei wichtige Dinge sprechen:
- Die Physiologie des menschlichen Auges
- Die evolutionäre Entwicklung des Menschen als eigenständige Tierart
Ersteres lässt sich recht einfach erklären, da Medizin und Anatomie heute viel darüber wissen, wie genau unser Körper und verschiedene Teile davon funktionieren. Die Mechanismen unserer Augen und unseres Sehvermögens erklären, warum wir nur den jeweiligen Teil des elektromagnetischen Spektrums sehen und nicht mehr. Die anatomische Erklärung liegt in den konischen Zellen in unseren Augen. Unterschiedliche Wellenlängen stimulieren die Rezeptoren in unseren Augen unterschiedlich, z.B. gelblich-grünes Licht stimuliert L- und M-Zapfen stark, während rotes Licht hauptsächlich L-Zapfen stimuliert. Kegelzellen können wie folgt unterteilt werden:
| Typ | Name | Bereich |
| S | β | 400–500 nm |
| M | γ | 450–630 nm |
| L | ρ | 500–700 nm |
Da wir drei verschiedene Photorezeptoren haben, sind wir Trichromaten. Unsere Trichromie bestimmt, welchen Teil des Spektrums des elektromagnetischen Feldes wir sehen können. Die meisten Tiere sind jedoch Dichromaten (sie haben nur zwei Photorezeptoren), aber die Sicht einiger Tiere ist komplexer, da sie Tetrachromaten sind und ihre Rezeptoren in der Lage sind, einen größeren Teil des elektromagnetischen Lichtspektrums zu „empfangen“. Ein gutes Beispiel für die Tetrachromie in der Tierwelt sind Goldfische und der Zebrafink.
Gründe für die unterschiedliche Wahrnehmung von sichtbarem Licht
Nun, während die anatomischen Gründe recht einfach erklärt werden können, ist der evolutionäre Fall von WARUM wir uns entwickelt haben, um die einzelnen Farben zu sehen, viel komplizierter und kann keine solide, universelle Antwort liefern. Die Meinungen sind vielfältig.
Eine Theorie behauptet, dass sich unsere Augen im Wasser entwickelt haben und das ist der Hauptgrund, warum wir den vergleichsweise schmalen Abschnitt von ~400nm – ~750nm als sichtbares Licht sehen. Eine andere deutet darauf hin, dass sich der Mensch als tagaktives Tier entwickelt hat, die unter hellen Lichtverhältnissen lebten und daher ihr Auge nur die Farben angepasst hat, die für unser Überleben notwendig waren. Zum Beispiel haben Tiere, die in der Nacht zur Jagd gehen, andere Anpassungen vorgenommen; ihr Sehvermögen unterscheidet sich leicht von unserem. Ihre Augen sind viel empfindlicher und einige haben sich sogar weiterentwickelt, um im UV-Spektrum zu sehen. Es ist wahrscheinlich, dass unser Gehirn einfach überwältigt wäre, wenn wir ALLE Farben des elektromagnetischen Spektrums sehen könnten. Es wäre unnötiger Input für unser Gehirn, und einfach weil wir überleben können, indem wir genau diesen Teil des gesamten Spektrums sehen, hat sich unser Gehirn nicht entwickelt, um nach mehr zu „greifen“. Vögel und Bienen zum Beispiel sehen andere Wellenlängen, die für unsere Augen nicht sichtbar sind, weil sich diese anderen Wellenlängen als nützlich für sie erwiesen haben.