Die Welt der Farben

Die Farbwahrnehmung, wie überhaupt der Sehvorgang, war für die Menschen lange Zeit rätselhaft. Der Grieche Plato beispielsweise war der Meinung, das Licht bestünde aus geraden Linien, die vom Auge ausgehen, bis sie auf einen Gegenstand treffen, den das Auge dann sieht. Euklid stimmte dieser Ansicht bei und behauptete, das Licht könne sich nicht vom Gegenstand zum Auge bewegen, denn wenn das der Fall wäre, »würden wir nicht, wie es so oft geschieht, eine Nadel auf dem Boden übersehen«. Aristoteles widerlegte diese Auffassung mit der Frage, warum man dann nicht im Dunkeln sehen könne. Allmählich wurde klar, dass die Gegenstände Licht ins Auge werfen und dadurch gesehen werden. Die Farbwahrnehmung blieb aber nach wie vor ungeklärt. Erst als Newtons bahnbrechende Experimente zeigten, dass das Sonnenlicht aus farbigem Licht zusammengesetzt ist, war es möglich, die Farbwahrnehmung zu erklären.

Ein undurchsichtiger Körper erscheint farbig, wenn er nur einige Spektralbereiche reflektiert. Die reflektierten Lichtanteile setzen sich im Auge zu einer Mischfarbe zusammen, in der uns der Körper erscheint. Reflektiert ein Körper kein Licht, so erscheint er schwarz. Man kann sich davon leicht überzeugen, wenn man farbiges Papier in ein Spektrum bringt. Rotes Papier reflektiert vorwiegend das rote Licht des Spektrums und erscheint in den übrigen Spektralbereichen fast schwarz. Grünes Papier wiederum reflektiert hauptsächlich das grüne Licht des Spektrums usw.

Ein Körper, der alle Spektralbereiche gleich gut reflektiert, erscheint im weißen Licht grau, im roten Licht rötlich und im blauen Licht bläulich.

Farbänderungen, die durch den Wechsel des Tageslichtes entstehen, werden uns nicht bewußt. So erscheint uns z. B. die Farbe der Haut im roten Licht der untergehenden Sonne keineswegs rötlich. Erst bei sehr starkem Wechsel der Beleuchtung (Neonlicht!) werden Farbänderungen bemerkbar. Dieses Beispiel zeigt, dass die Farbwahrnehmung in mehreren Stufen abläuft. Das Auge liefert das »Rohmaterial«, die Farbempfindung selbst kommt aber erst im Gehirn zustande.

Die eben beschriebene »Farbkonstanz« erleichtert es dem Menschen, sich auf der Welt zurechtzufinden. Weil sie nur den Tageslichtschwankungen Rechnung trägt, bei starkem Wechsel der Beleuchtung aber nicht mehr auftritt, ist die Farbkonstanz wahrscheinlich eine Folge der Evolution.

Ein durchsichtiger Körper erscheint farbig, wenn er nur einige Spektralbereiche durchtreten läßt. Die durchgelassenen Lichtanteile setzen sich im Auge zu einer Mischfarbe zusammen, in der nun der Körper erscheint. Läßt ein Körper kein Licht hindurchtreten, so ist er undurchsichtig.

Man kann dies leicht beweisen, wenn man farbige Gläser oder farbige Flüssigkeiten mit weißem Licht durchstrahlt und das austretende Licht mit einem Prisma in die Spektralfarben zerlegt. Man wird dann sehen, dass verschiedene Spektralfarben fehlen oder zumindest stark geschwächt sind.

Eine Glasplatte, auf der man eine Schicht roter Tinte eintrocknen ließ, ist ein gutes Beispiel. Beleuchtet man die Glasplatte mit weißem Licht, so erscheint sie im durchfallenden Licht rot und im reflektierten Licht grün. Eine dünne Goldfolie wiederum erscheint im durchfallenden Licht grün und im reflektierten Licht rötlich-gelb. Ganz allgemein läßt sich sagen, dass ein Teil des auffallenden Lichtes an der Körperoberfläche reflektiert und ein Teil im Körper absorbiert wird. Der Rest wird durchgelassen.

Ein Farbfilter ist eine Glas- oder Kunststoffplatte, die nur einen engen Spektralbereich durchtreten läßt. So kennt man beispielsweise Rot-, Gelb-, Grün- und Blaufilter. Eine farbige Glasplatte dagegen läßt im allgemeinen mehrere Spektralfarben hindurchtreten und erscheint in der Mischfarbe. Sie ist als Farbfilter unbrauchbar, obwohl sie im weißen Licht genauso aussehen kann wie ein Farbfilter.

Schickt man Licht durch ein leeres, völlig staubfreies Glasrohr, so erscheint das Rohr von der Seite her gesehen absolut schwarz, denn kein Mensch hat je einen Lichtstrahl von der Seite gesehen! Bläst man aber etwas Tabakrauch in das Rohr, so zeichnet sich der Lichtkegel klar und scharf vom dunklen Hintergrund ab. An den vielen wirbelnden Staubkörnchen und Rauchteilchen wird das Licht nämlich zur Seite gelenkt. Es wird gestreut, wie man sagt, und gelangt so in unser Auge.

Diesem Effekt verdanken wir auch das Tageslicht. Die zahlreichen Luftteilchen streuen das Licht der Sonne so, dass es von allen Richtungen her zur Erde fällt. Besäße die Erde keine Atmosphäre, so wäre der Himmel schwarz. Dies tritt auch tatsächlich ab etwa 16 000 m Höhe ein. Von da ab ist die Atmosphäre so dünn, dass man ihre streuende Wirkung vernachlässigen kann. Hier ist der Himmel immer dunkel, und die Sterne sind zu jeder Tages- und Nachtzeit sichtbar. Es hat sich gezeigt, dass blaues Licht stärker gestreut wird als rotes Licht.

Auch Staub kann das Sonnenlicht streuen. Im Jahre 1883 beispielsweise beobachtete man außergewöhnlich schöne Sonnenauf- und -Untergänge. Damals schwebte nämlich viele Monate lang der feine vulkanische Staub in der Atmosphäre, der vom gewaltigen Ausbruch des Krakatau bei Java im Indischen Ozean herrührte.

Auch im Wasser wird das Licht gestreut. Newton berichtet von einer Beobachtung, die Edmund Halley bei seinem Tauchversuch gemacht hatte, als er mit seiner »Tauchkugel« mehrere Meter unter Wasser war. Die Oberseite von Halleys Hand, die durch ein Fenster vom Sonnenlicht direkt beschienen wurde, war rötlich. Die Unterseite dagegen, die vom Licht beleuchtet war, welches an den tieferen Wasserschichten gestreut wurde, sah grünlich aus.

Rotes Licht wird weniger stark gestreut als blaues Licht. Daher erscheint die untergehende Sonne in rotem Licht.

Links:

• LeiFi-Physik
• Himmelsblau
• Welt der Physik

Ein Regenbogen ist nur sichtbar, wenn es bei Sonnenschein regnet und der Beobachter mit dem Rücken zur Sonne steht. Der Regenbogen entsteht durch Brechung und Reflexion des Sonnenlichtes an den fallenden Regentropfen. Fällt ein Lichtbündel von der Sonne auf die kugelförmigen Regentropfen, so verläuft der Strahlengang in den Tropfen vorwiegend so, wie er in den Abbildungen gezeichnet ist. Dies hat Rene Descartes berechnet und mit wassergefüllten Flaschen experimentell bewiesen.

Links:

• Psychologische Wirkung der Farben (BR α)
• Die Macht der Farben (BR α)
• Dei Macht der Farben (Video, BR α)