Anmeldung im VIS-Online!!!

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1 Anmeldung im VIS-Online!!!
Bitte melden Sie sich unbedingt bis 15.Dezember im VIS-Online für diese Lehrveranstaltung an. Eine Schlussprüfung ist nur nach erfolgter Anmeldung für die Lehrveranstaltung möglich. Anmeldungen in vorhergehenden Jahren können die heurige Anmeldung nicht ersetzen.

2 Einleitung Die Thematik dieser Vorlesung - Licht, Sehen und Farbe - umfasst eine Vielzahl von Phänomenen, für welche spezifische Erklärungs- und Beschreibungsmodelle vorgestellt werden. Leider gibt es keine übergeordnete Disziplin, von der aus der gesamte Stoff unter einem einheitlichen Gesichtspunkt betrachtet werden kann. Hier treten uns auch heute noch die grössten naturwissenschaftlichen und philosophischen Rätsel entgegen und eine endgültige Lösung dieser Fragen zeichnet sich nicht einmal ansatzweise ab. Trotzdem wissen wir schon viel Brauchbares und mit dem Aufkommen des Computers hat der ganze Themenkomplex an praktischer Relevanz stark gewonnen. Für den Lernenden ergibt sich aus der Inhomogenität des Fachgebietes der Vorteil, dass er den Stoff in kleinen, voneinander relativ unabhängigen Portionen aufgeteilt bewältigen kann.

3 Es ist komplizierter als man normalerweise glaubt
Wir sehen nur bedingt etwas, das wir auch mit anderen Mitteln nachweisen können. Betrachten Sie einige Zeit das schwarze Kreuz!

4 Der Farbreiz Licht Uns interessiert hier im Wesentlichen die Auslösung eines Farberlebnisses durch Licht, welches auf das Auge fällt. Gleichwohl sollten wir uns klar machen, dass man Farberlebnisse auch durch mechanische (Schlag auf das Auge), elektrische (Strom im Bereich des Auges), physiologische (Blutüberschuss im Kopfbereich) und als Drogen wirkende chemische Einflüsse induzieren kann. [Siehe Jonnes Müller] Verweis auf Johannes Müller: Spezifische Sinnesempfindungen und die Dissertation Gabriele Schmid.(Notizenfeld) Aus Gabriele Schmid, Inauguraldissertation zur Erlangung des Doktorgrades (Dr. phil.) an der Hochschule der Künste Berlin, Fakultät Erziehungs- und Gesellschaftswissenschaften (1999): Goethes und Helmholtz' Ausführungen zur Subjektivität des Sehens haben gezeigt, daß von einer Übertragung physikalischer Gegebenheiten in Malerei nicht die Rede sein kann. Was wir empfinden und umsetzen können, sind Wirkungen auf unseren Sinnesapparat. Folglich ist jedes Bild (im Verhältnis zu 'realen' physikalischen Gegebenheiten) eine Illusion. Und man kann nicht nur das gemalte Bild als illusionär bezeichnen, sondern jede Empfindung überhaupt. Helmholtz nennt die Nichtübereinstimmung von physikalischen Gegebenheiten und Empfindungen Zeichenhaftigkeit. Das rückt ihn in die Nähe aktueller konstruktivistischer Positionen. Die neuere sinnesphysiologische Forschung ist dabei, das naturalistische Verständnis des Sehens von naturwissenschaftlicher Seite aus zu überwinden, eine Tendenz, die sich nach Gottfried Boehm mit "Gehirnwissenschaft als Geisteswissenschaft"1 umschreiben ließe. Die wesentlichen Konzepte der Neurobiologie und Hirnforschung wurden im letzten Jahrhundert und in den ersten Jahrzehnten dieses Jahrhunderts durch Forscher wie Johannes Müller, Helmholtz, du Bois-Reymond (beide Schüler Müllers), Hering und Fechner entwickelt. Zwar kennen wir heute die chemischen und physikalischen Vorgänge sehr viel detaillierter, doch konzeptionell gab es kaum grundlegende Veränderungen.2 Bereits Johannes Müller hatte es aufgegeben, das Auge als Analogon der Camera obscura zu beschreiben, als er ihm eine spezifische Sinnesenergie zumaß. Müllers Theorie, 1833 in seinem 'Handbuch der Physiologie des Menschen' veröffentlicht, basiert auf der Entdeckung, daß Nerven verschiedener Sinnesorgane physiologisch verschieden sind, d.h. daß spezifische Nerven nur für eine bestimmte Art der Sinneswahrnehmung geeignet sind und sich auf die Art der Sinneswahrnehmung anderer Organe nicht übertragen lassen (?????). "Sie ging schlicht davon aus - und das machte sie zum erkenntnistheoretischen Skandalon - daß eine einzige Ursache ..., je nachdem auf welchen Nerv sie trifft, grundsätzlich verschiedene Empfindungen auslöst. Wenn Elektrizität auf den Sehnerv trifft, produziert sie die Wahrnehmung von Licht, trifft sie auf die Haut, so löst sie die Empfindung aus, man werde berührt."3 Umgekehrt rufen verschiedene Ursachen, wenn sie auf denselben Nerv treffen, die gleiche Empfindung hervor. Jede Einwirkung, die den Sehnerven in Erregung versetzt, kann Lichtempfindungen hervorrufen. Sehnerven können erregt werden von bestimmten elektromagnetischen Schwingungen (die man nur wegen ihrer Wirkung auf das Auge 'Licht' nennt), von mechanischen Einflüssen wie Stoß oder Schlag, von Elektrizität oder auch von chemischen Einflüssen wie Narkotika. Durch all diese Einwirkungen kann "eine Empfindung [hervorgerufen werden], welche derjenigen, die durch äusseres Licht entsteht, so ununterscheidbar ähnlich ist, dass Leute, die das Gesetz dieser Erscheinungen nicht kennen, sehr leicht in den Glauben verfallen, sie hätten eine wirkliche objective Lichterscheinung gesehen. Gabiele Schmid zitiert dazu: 1 Vgl. Boehm, 1997, S. 273. Boehm, Gottfried: 1997 Sehen. Hermeneutische Reflexionen. Zuerst in: Internationale Zeitschrift für Philosophie 1 (1992), S In: Ralf Konersmann (Hrsg.): Kritik des Sehens. Leipzig (Reclam Leipzig) 1997. 2 Vgl. Gerhard Roth: Das Gehirn und seine Wirklichkeit. (Roth, 1994) Roth, Gerhard: 1994 Das Gehirn und seine Wirklichkeit. Kognitive Neurobiologie und ihre philosophischen Konsequenzen. Frankfurt am Main (Suhrkamp) 1994. 3 Crary, 1996, S. 95f. Crary, Jonathan: 1996 Techniken des Betrachters. Sehen und Moderne im 19. Jahrhundert. Dresden-Basel (Verlag der Kunst) 1996. 4 Helmholtz, 1868, S. 267. Helmholtz, Hermann von: 1868 Die neueren Fortschritte in der Theorie des Sehens. Zuerst in: 'Preussische Jahrbücher', In: Hermann von Helmholtz: Vorträge und Reden. Braunschweig (Friedrich Vieweg und Sohn) 1884; Bd. 1, S 5 Crary, 1996, S. 97.

5 Johannes Müller ( ) Johannes Müller gehört zum physiologischen Neukantianismus. Er ist der Begründer der Lehre von den spezifischen Sinnesempfindungen, nach welcher jeder Sinnesnerv in apriorischer, ange-borener Weise auf jeden Reiz immer mit seiner ureigenen Empfindungsqualität reagiert, woraus die vollständige Subjektivität der Sinnesqualitäten (Farbe, Ton usw.) folgt. Diese Theorie der spezifischen Sinnesempfindungen wurde von Helmholtz und Wundt weiter entwickelt.

6 Tabelle der Sinne Literatur:
Karl R. Gegenfurter: Gehirn & Wahrnehmung, 128 Seiten, Broschürt, Fischer Taschenbuch Verlag, ISBN

7 Nicht adäquate Sinnesreizungen
Alessandro Volta ( ) 1792 hat Volta als erster die Wirkung der von Galvani entdeckten "tierischen„ Elektrizität auf menschliche Sinnesorgane untersucht. Als er dabei auf einen Augapfel ein Stanniolblatt legte und in den Mund eine Silbermünze oder -löffel nahm, löste die Berührung beider Metalle eine Lichterscheinung aus (durch den galvanischen Strom im Auge). Seit 1790 berichtet Volta auch über durch Strom hervorgerufene Sinneswahrnehmungen beim Schmecken und Hören.

8 Sterne sehen (SWR4 Rheinland-Pfalz )
Inernet: „Was eine echte Comicfigur sein will, muss schon einiges zu bieten haben. Zum Standardrepertoire gehören die kreisenden Sterne über dem Kopf, falls ihr etwas gewaltsam über den Schädel gezogen wird. Die Fähigkeit, Sterne über dem Kopf schwirren zu lassen, hat Berufskollegen wie beispielsweise Miezekatze Silvester, Donald Duck und Lupo zu wahren Comic-Helden bei Jung und Alt avancieren lassen. Aber wie sieht es eigentlich in der Wirklichkeit aus? Etwa, wenn ein Mensch einen Schlag auf den Kopf bekommt. Sieht er dann auch Sterne? Tatsächlich kann so ein Schlag zumindest Lichtblitze auslösen, die dann vom Betroffenen oft als "Sterne" beschrieben werden. Denn die Sensoren unserer Netzhaut, die eigentlich für das Sehen zuständig sind, sind so empfindlich, dass sie nicht nur auf Lichtreize reagieren können, sondern auch auf Druckschwankungen. Diese Druckschwankungen werden in der Regel von der Gehirnflüssigkeit, dem so genannten "Liquor" abgefangen. Doch wenn der Schlag zu stark ist, kann es durchaus zu Empfindungen wie Lichtblitze, oder - wenn Sie eben möchten - auch zu den "Sternen" kommen. “

9 Sehen ohne äusseren Reiz
Optische Halluzinationen sind Erlebnisse mit Lichtern, Farben, Blitzen, Gestalten, Figuren, Szenen usw. Beängstigend sind die schnell wechselnden Abläufe im Delirium (Alkohol, Rauschdrogen, sonstige Schadstoffe, krankhafte Einflüsse). Hier handelt es sich meist um Käfer, Würmer, Spinnen, Mäuse oder sonstiges Ungeziefer, das sich auf den Kranken bedrohlich zubewegt.

10 KOKS DerStandard: 24. November "Diese verdammten Viecher." Charly kratz wie wild über seine Handrücken. "Da unter der Haut, siehst sie nicht? Die treiben mich zum Wahnsinn." In Letzterem hat der junge Mann mit der speckigen Baseballkappe tragischerweise Recht, er leidet unter Dermatozoenwahn. Wie viele exzessive Kokainkonsu-menten bildet sich Charly ein, dass sich Insekten und Würmer in seinem Körper eingenistet haben.

11 Literatur dazu: Dietmar Czycholl:
Die Phantastischen Gesichtserscheinungen Vom Sehen bei geschlossenen Augen und seiner Erforschung. 2003, 154 Seiten, dt. vwb-verlag ISBN

12 Unmöglichkeit von Farbvorstellungen bei Geburtsblinden
Gemälde einer erblindeten Malerin (Farbempfindung bei Späterblindeten) Geburtsblinde haben überhaupt keine Farbvorstellungen. Genau so können wir uns nicht vorstellen, wie die Farben den Bienen im UV-Bereich erscheinen.

13 Nichtspezifische Sinnesempfindungen
(1) Assoziationen: Geruch eines Weihnachtsgebäcks löst Melodie eines Weihnachtsliedes aus. (2) Synästhesie: z.B. Hörerlebnis löst ein Farberlebnis aus, das Denken an eine Zahl löst ein Farberlebnis aus, Geschmackserlebnis löst eine Tastempfindung aus (die Sauce schmeckt spitzig). Nicht so deutlich, dafür aber sehr häufig: Die Temperaturwirkung der Farben. ./. Literatur dazu: Farben hören, Töne schmecken, Die bizarre Welt der Sinne von Richard E. Cytowic von BYBLOS VERLAG (Taschenbuch – 1995)

14 Farb-Geschmacks-Synaesthesie
Die Weinfarbe löst beim Kenner Geschmacksempfindungen aus. Er ist dann erstaunt, wenn er den Wein - mit verbundenen Augen verkostet – nicht mehr erkennt.

15 Gehör-Farben-Synaesthesie
PM-Magazin Grün entspannt nicht nur die Seele, sondern dämpft auch den Geräuschpegel. Um unsere Ohren und Nerven zu schonen, könnten grün eingefärbte Züge, Schlagbohrer oder Bürogeräte schon bald zum Alltag gehören. Forschungen der TU München haben ergeben, dass Farben die Lautstärkewahrnehmung stark beeinflussen. Autor(in): Wolfgang C. Goede

16 Die Temperaturwirkung der Farben
Gefühl von Kälte Gefühl von Wärme Synaesthesie: Ein Sinnesorgan löst nicht-sinnesspezifische Wahrnehmungen aus.

17 Gute Beleuchtung beim Essen
Van Gogh: Die Kartoffelesser Zwar weniger gemütlich, aber das Essen schmeckt bei guter Beleuchtung wesentlich besser, weil die Farben geschmacklich mitwirken.

18 Van Gogh niederländischer Maler 1853-1890

19 Das Wort „Farbe“ wird für viele grundverschiedene Begriffe verwendet.
Sie denken bei dieser Vorlesung vielleicht nicht an: Farbiger Amerikaner, Farbe bekennen, im Gesicht die Farbe verlieren, farbige Erlebnisse, Farbe des Parteibuches, ... Wir verwenden den Begriff Farbe in zwei Bedeutungen: 1.) Farbempfindung (exakt: Farbvalenz) – ein psychologischer Begriff 2.) Gekaufte Farbe (exakt: Farbmittel) – ein chemisch-physikalischer Materialbegriff

20 Farbe im Bewusstsein und Farbe in der Tube
Wir verwenden heute den Begriff Farbe in zwei grundsätzlich verschiedenen Bedeutungen. Farbe als Bewusstseinsinhalt Farbe als Farbmittel (in der Farbhandlung zu kaufen) Akustisches Analogon: Geräuschempfindung und Geräuschquelle

21 Dementsprechend zwei verschiedene Farbmischungen
additiv multiplikativ Empfindungsmischung Materialmischung

22 DEMOKRIT nach Diogenes Laertius frühes 3. Jh. v. Ch
DEMOKRIT nach Diogenes Laertius frühes 3. Jh. v. Ch. (nicht der Diogenes im Fass) Diogenes Laertius schrieb eine bedeutende Geschichte der Philosophie und kannte die Lehre des Demokrit: „Die Wahrnehmung der Farbe beruht in Wirklichkeit auf einer Täuschung: Den Atomen haben keine Farbe, wir erkennen nur einen subjektiven Farbeindruck aufgrund der Gestalt und Lage der Atome. Die weisse Farbe wird durch glatte Atome, die schwarze durch rauhe hervorgerufen.“ Hier bahnt sich auch eine Auffassung der Farbe als Material an. Aber auch die Farbe als Korpuskelstrahlung wird von Demokrit angenommen. Wir wissen durch die 10 Bücher dieses Diogenes sehr viel über die frühe griechische Philo-sophie. Aber über ihn selbst wissen wir praktisch nichts. Diogenes Laertius: Lives of Eminent Philosophers, Volume 2, Books 6-10 (Loeb Classical Library) Format: Hardcover - 10th printing/1st pub.1925 Pub. Date: November 19

23 Epikur 341-270 v.Ch. der lachende Philosoph
Epikur im zweiten Buche gegen Theophrast leugnet, daß Farben den Körpern innewohnen, und behauptet vielmehr, sie entständen durch gewisse Stellungen und Lagen der Körper gegen das Gesicht; und auf diese Weise könne ein Körper ebenso wenig farblos sein als Farbe haben. „Auch davon abgesehen, weiß ich nicht, wie man sagen könne, dass Körper in der Finsternis auch Farbe hätten.“ Hier bahnt sich also an, dass Farbe ein Bewusstseinsinhalt ist.

24 Anmeldung im VIS-Online!!!
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25 Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832)
Goethe meinte eigentlich die Farb-empfindung (mit Netzhautzuständen verbunden), vermischte aber seinen Farbbegriff immer wieder mit physika-lischen Irrtümern (wobei er über Newton polemisiert). Goethe betrachtete seine Farbenlehre als seine bedeutendste Schöpfung. Er stiftete aber im Wesentlichen nur den Nährboden für dilettantische Pseudofarbwissenschaften. Wenn heute sich jemand im Zusammenhang mit Farben auf Goethe beruft, so sollte er mit ganz besonderer Skepsis betrachtet werden.

26 Farbvalenz – Farbmittel
Dieses Wort wird in der Farbwissenschaft verwendet, wenn man sicherstellen will, dass eine Farbempfindung gemeint ist. Farbmittel Dieses Wort wird in der Farbwissenschaft verwendet, wenn man sicher stellen will, dass nicht eine Farbempfindung, sondern ein farbiges Medium (Material) (Malfarbe) gemeint ist.

27 Farbkoordinaten und Spektren
Farbvalenzen (also Gefühle) werden mit dreidimensionalen Koordinaten beschrieben. Farbmittel (also Materialien) werden durch Absorptions- beziehungsweise Transmissions-Spektren beschrieben. Ebenso werden Materialproben verwendet, um Farbmittel vorzuzeigen. Farbwürfel Reflexionsspektrum eines Stoffes Farbkarte einer Farben-Firma

28 Farbkoordinaten für Farbempfindungen
Hier werden Farbempfindungen durch den Bildschirm induziert angeboten und gezeigt, wie sie durch einen passenden Bildschirm-Farb-Reiz erzeugt werden können.

29 Farbkarten + Farbatlanten für Farbmittel
Die Art des Matrerials (oder die Erzeugerfirma) muss dabei festliegen

30 Pantone Farbatlas für industrielle Farbkennzeichnung

31 Farbempfindung subjektiv oder objektiv?
Wie empfinde ich, wie empfindet der andere? Für mich bekannt Für mich grundsätzlich unbekannt Also: Es gibt keine Objektivierung der Farbempfindung

32 Die Farbe im Bewusstsein und in der Reaktion
1.Man kann in das Bewusstsein eines anderen Individuums grundsätzlich nicht eindringen. Selbst die Beobachtung neuronaler Vorgänge sagt über das Bewusstsein nichts aus. 2.Vom Bewusstsein zu unterscheiden sind die Reaktionen eines Individuums. Das Individuum kann zwar lügen, aber wenig oder mehr trickreiche Versuche können zeigen, ob das Individuum dabei z.B. bei zwei Strahlungsarten gleiche oder unterschiedliche Reaktionen zeigt.

33 Wie sieht Hans das rote Quadrat?
so ? so ? Die Anderen werden es nie wissen.

34 Aber Unterschiede können erfragt werden
Wir können Hans befragen, ob er einen Unterschied erkennt.

35 Siehst Du den Unterschied?

36 Die Farbmetrik (Umgangssprachlich und falsch: Messung der Farbempfindung) ! Die Farbmetrik beschäftigt sich nicht mit Farbempfindungen, sondern mit den Reaktionen des Individuums auf Farbreize!

37 Schwierigkeit bei Unterscheidung durch Namen im Abendland
Antike: „chloros“ „luridus" Heute ? etymologisch „Glut“ Wer nicht mit Worten unterscheidet, dem dürften auch die Bewusstseinsinhalte wenig Unterschiede bieten.

38 Boletus luridus

39 Violett in der Spektrometrie, im Druck und in der Umgangssprache
In der Spektrometrie wird die kurzwelligste Strahlung, welche noch sichtbar ist, als Violett bezeichnet. Im Farbdruck wird dasjenige Blau, welches gerade die ersten Zeichen einer Rotbeimischung zeigt, als Violett bezeichnet. Im Internet findet man bei der Bild-Such nach „Violett“, fasst nur ein dunk-leres Rosa. Spektrometrie Druck Pop-Sprache

40 Violetter Rötel-Ritterling Lepista nuda

41 Lila im Druck und im Internet

42 Die Farbe Magenta = Fuchsia
Die Farbnamen Fuchsia und Magenta wurden in der Vergangenheit selten gebraucht und daher wurde diese Far-be mit den Namen Pink, Lila, Violett, Rosa bezeichnet.

43 Frauen sind im Violettbereich unterscheidungsfreudig

44 Blau in Japan „aoi“ : herkömmlich keine Unterschiede bei den dargestellten Far-ben. Die moderne japanische Kultur aber unterschei-det diese Farben. "siro" : weiss, "kuro" : schwarz, "ao" : blau, "aka" : rot, "ki" : gelb, "cha" : braun, "midori„ : grün, "momo" : rosa, "murasaki" : magenta

45 Unterscheidungsfähigkeiten bezüglich Wahrnehmung und Sprache sind kulturbedingt
Graupenschlag Pulver Nassschnee Pressschnee Matsch Papp Marmor Firn Harsch Sulz Schwimmschnee

46 Sind Weiss und Schwarz Farben?
Newton identifizierte „Weissheit'' mit Helligkeit. Helmholtz (1860) untersucht die Hellig-keit getrennt von den Farbwahrnehmungen; er betrachtet auch Schwarz als eine Empfindung (und nicht als die Abwesenheit einer Empfindung). Heute sind für uns ohne Frage auch Weiss und Schwarz Farben.

47 Was ist Licht? Man kann zwar das Verhalten von Licht immer besser mathematisch beschreiben, aber seine Natur wird immer rätselhafter. ? Beim Armin Assinger würde ich die Antwort „Licht ist elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen zwischen 380 und 780 nm.“ wählen.

48 Farbiges Licht Als elektromagnetische Strahlung hat Licht objektiv keine Farbe. Während ich ein rotes Kleid sehe (weil Licht eines bestimmten Wellenlängengemisches auf mein Auge trifft), kann ein Rotgrün-Farbenblinder das Kleid kaum vom Hintergrund unterscheiden. Das liebe Rindvieh (auch der gefürchtete Stier) hingegen sieht überhaupt nur hell-dunkel und kann überhaupt keine Farben differenzieren!!! Es ist aber trotzdem sinnvoll und praktisch, das Wellenlängengemisch, welches vom Kleid auf mein Auge fällt, als rotes Licht zu bezeichnen.

49 UV, IR, Rönthgenlicht Man spricht zwar gelegentlich von ultraviolettem, infrarotem und Rönthgen-Licht, sollte aber die Worte Licht, leuchten, Beleuchtung, ... nur im Zusammenhang mit sichtbarer elektromagnetischer Strahlung verwenden.

50 Sir Isaac Newton (1643 - 1727) Nahm an, dass es sich beim Licht
um eine Teilchenstrahlung handelt.

51 Elektrische und magnetische Kräfte
Bernstein Magnet Um 600 v. Chr: Der griechische Philosoph und Mathematiker Thales von Milet entdeckt, dass Bernstein eine elektische Ladung erhält, wenn man ihn reibt. 624 v.Chr.: Erste bekannte Aufzeichnung über Magnetsteine durch Thales von Milet.

52 Thales von Milet 624 bis 546 v. Chr.
Milet liegt etwa 80 km südlich der heutigen Stadt Izmir. Die Stadt gilt als Geburtsstätte des rationalen Denkens und der Philosophie im antiken Griechenland.

53 Hans Christian Orsted (1777-1851)
1820: Der dänische Physiker Hans Christian Orsted entdeckt die Verbindung zwischen Elektrizität und Magnetismus, indem er beobachtete, dass ein stromdurchflossener Leiter eine Magnetnadel ablenken kann.

54 Michael Faraday ( ) 1831: Der englische Physiker und Chemiker Michael Faraday entdeckt, dass man mit Magnetismus Elektrizität erzeugen kann.

55 Maxwell Clark (1831-1879) Maxwell-Gleichungen
Von 1861 bis 1864 beschrieb James Clerk Maxwell alle damals bekannten elektromagnetischen Phänomenen mit einem einzigen Satz von Formeln. Diese zeigen, wie sich elektromagnetische Felder bilden und zeitlich entwickeln, darunter fällt auch das Phänomen elektromagnetischer Wellen wie Licht und Radiowellen.

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57 Elektromagnetische Wellen

58 Gebräuchliche Längeneinheiten bei Licht
1 nm (Nanometer) = 1mm (Millimykron) = 10 Ao (Angström) = = 10-9 m = 10-6 mm = 10-3 mm (Mikrometer) Z.B. blaues Licht mit Wellenlänge l = 444,44 nm = 444,44 mm = 4444,4 Ao und orangerotes Licht mit der Wellenlänge l = 645,16 nm = 645,16 mm = 6451,6 Ao 1 mykron = 1/1000 mm = 10-6 m, Vorsilbe mikro: 10-6

59 Mass -Vorsilben

60 Wellenausbreitung Jedes Photon ist polarisiert, das heißt die beiden Schwingungs-Ebenen liegen fest. Beim polarisierten Licht haben alle Photonen dieselben entsprechenden Schwingungseben. Bei nicht polarisiertem Licht hat jedes Photon seine eigenen Schwingungsebenen.

61 Lichtgeschwindigkeit
James Bradley wählt 1728 eine andere astronomische Methode, in dem er die scheinbare Abweichung eines Fixsternortes am Himmel vom realen Ort bestimmte, der durch die Bewegung der Erde hervorgerufen wird. Aus der Winkeldifferenz und der Erdgeschwindigkeit bestimmte er die Lichtgeschwindigkeit zu ungefähr km/s. Damit kam er dem heute gültigen Wert schon mit einer Genauigkeit von ca. 99% nahe. Fizeau Armand Hippolyte Louis % zu wenig Olaf Römer 1676 c = km/s Genau: m/s heute aber c = 1, was letztlich auf Poincare zurückgeht.

62 Lichtgeschwindigkeit heute eine Konvention von Henri Poincare

63 Elektromagnetische Strahlung
=Rönthgenstrahlung

64 Kugelwellen Kugelwellen, weit weg vom Zentrum oder in einem kleinen Ausschnitt betrachtet, ergeben angenähert eine ebene Wellenfront

65 Ebene Wellenfronten

66 Konstruktive Interferenz

67 Destruktive Interferenz

68 Interferenz von Wellen
Wellenberge und Wellentäler der zwei Quellen können sich gegenseitig stärken oder auslöschen

69 Christian Huygens (1629 - 1695) Die Erfinder der Differential-
und Integralrechnung : Christian Huygens ( ) Gottfried Leibnitz ( ) Sir Isaac Newton (1643 – 1727)

70 Huygensche Elementarwellen
Die Graphik zeigt reale Wellen, die Elementarwellen sind aber nur gedacht und differentiell klein. Sie dürfen nicht mit den Photonen verwechselt werden. Jeder Punkt der Wellenfront wird als Zentrum der Erregung einer Elementarwelle angesehen.

71 Wellenfronten Die Radien der Kreise nehmen um den gleichen Betrag zu. Die Einhüllenden sind die Wellenfronten. Eine Wellenfront entsteht durch Integration (Überlagerung) über die Elementarwellen.

72 Augustin Fresnel ( ) Er brachte die Huygensche Wellenlehre des Lichtes zur Vollendung. Damit war Newtons Teilchentheorie vorerst obsolet. Erwin Schrödinger konnte die Fresnelsche Wellengleichung direkt für Materiewellen übernehmen. Erst mit der Quantentheorie zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts (Planck, Einstein) wurde klar, dass das Licht auch Teilcheneigenschaften hat. Erwin Schrödinger

73 Joseph von Fraunhofer (1787-1826)
Seine Forschungen waren für die Wellen- optik ebenfalls grundlegend. Weiters entdeckte er im Sonnenspektrum dunkle Linien, welche er als Absorp-tionslinien interpretieren konnte. Somit war er auch für die Astrophysik äusserst wichtig.

74 Emission und Absorption

75 Beugung am Spalt

76 Thomas Young (1773-1829) engl. Arzt, Physiker ,
Naturphilosoph und Ägyptologe Sein Doppelspaltversuch beweist die Wellennatur des Lichtes

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78 Doppelspalt

79 Breiter Spalt – Beugung an einer Kante

80 Beugungsordnung Wellenlänge
Rot wird am stärksten gebeugt Analogon: Tiefe Töne hört man um die Ecke

81 Doppelspaltversuch von Young
ergibt ein charakteristisches Beugungsmuster

82 Beugung am Gitter

83 Beugungsgitter Hat man genügend viele Schlit-ze, so werden bei der ersten Ordnung die verschiedenen Far-ben sehr gut getrennt und man kann daher ein Beugungsgitter als Spektrometer verwenden. Beugungsgitter haben zwischen 70 Linien/mm (für IR) und bis zu 1800 Linien/mm (für UV) eingeritzt.

84 Das Farbenspiel der CD‘s
stammt von der Beugung an einem gerilltem Spiegel (=Beugungsspiegel)

85 Snel van Royen (Snellius)
Leiden † Leiden 30. Oktober 1626.

86 Brechung (Erklärung mittels Huygenscher Elementarwellen)
optisch dicht = geringe Lichtgeschwindigkeit = grosser Brechungsindex > 1 Der Lichtstrahl wird in Richtung des Lotes gebrochen, wenn er ins optisch dichtere Medium = (kleinere Geschwindigkeit der Ausbreitung) eintritt.

87 Umkehrbarkeit des Lichtweges bei der Brechung
Lot n > n‘

88 Brechung an der Wasseroberfläche
so ist so erscheint der Gegenstand

89 Brechung im Alltag

90 Linsen

91 Linsentypen Konvex ist der Buckel von der Hex‘, konkav ist der Rücken vom Herrn Graf.

92 Vergleich von Beugung und Brechung 1
Rot wird stark gebeugt Rot wird schwach gebrochen Beugungsgitter Brechungsprisma

93 Vergleich von Beugung und Brechung 2
Die Brechung basiert auf der unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeit für verschiedene Wellenlängen im brechenden Medium. Die Beugung hängt nur von der geometrischen Form der Beugungsöffnung und der Wellenlänge ab. Sowohl Brechung als auch Beugung können zur spektralen Zerlegung von Strahlung verwendet werden. Dabei hat die Beugung gegenüber der Brechung den Vorteil, dass schon alleine aus der Geometrie der Anordung für die spektrale Zerlegung auf die Wellenlängen der zerlegten Strahlung geschlossen werden kann. Die Brechung kommt aber bei optischen Instrumenten mit Linsen und Prismen (auch bei der Brille) im Allgemeinen stärker zum Tragen als die Beugung.

94 Beugung MAUER Hört die tiefen Töne des Traktors,
aber nicht die hohen Töne des Pfeifers.

95 Beugung am Gitter Dient zur spektralen Zerlegung von Licht

96 Reflexion (Erklärung mittels Huygenscher Elementarwellen)
Lot Reflexion (Erklärung mittels Huygenscher Elementarwellen)

97 Spiegel

98 Umkehrbarkeit des Lichtweges beim Spiegel

99 Satellitenspiegel für EM-Wellen

100 Das Prisma - Dispersion
Die Brechung hängt von der Wel-lenlänge ab (und vom Material des Prismas). Dadurch findet eine Auf-fächerung des weissen Lichtes statt (Dispersion). Rot wird weniger ge-brochen als Blau.

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102 Geometrie des Regenbogens
Wassertropfen Auge des Beobachters liegt am roten aber nicht am blauen Kegelmantel Auge des Beobachters liegt am roten aber nicht am blauen Kegelmantel Wassertropfen Auge des Beobachters liegt am blauen aber nicht am roten Kegelmantel Wassertropfen Auge des Beobachters bildet die Spitze des Kegels mit Achse zur Sonne, auf dem die roten Strahlen liegen, welche in das Auge des Beobachters treffen und den roten Teil des Regenbogens formen.

103 Physik des Regenbogens

104 Das Blau des Himmels John Tyndall, 1820-1893 Lord Rayleigh, 1842-1920
Albert Eistein, 1859 1871 1911 Streuung von Licht an Teilchen kurze Wellenlängen werden stärker gestreut, daher das Himmelblau Streuung an Luftmolekülen, welche als Dipole wirken

105 Himmelblau und Morgenröte

106 Polarisiertes Licht nicht eben zirkular polarisiert
Die Pfeile zeigen die Schwingungsebene des elektrischen Feldes.

107 Welle? Teilchen?

108 Führte 1900 die Quantenphysik ein, um Strahlungsphänomene mathematisch
Max Planck ( ) Führte 1900 die Quantenphysik ein, um Strahlungsphänomene mathematisch beschreiben zu können.

109 Friedrich Hasenöhrl (1874 - 1915)
Masse = Energie (ohne Verwendung der Relativitätstheorie) 1904 Juli: Veröffentlichung der Abhandlung "Zur Theorie der Strahlung in bewegten Körpern". F. Hasenöhrl, Ann. Phys., Band 15, Seite , (1904); 16, 589 (1905) 1905: Einstein E=m.c2 (Heute Definition: c=1, also Masse = Energie)

110 Wellen-Teilchen Dualismus
Wellennatur globale Verhaltensweise Teilchennatur lokale Verhaltensweise Kalium

111 Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894)
Pioniere Wilhelm Hallwachs ( ) Der äußere photoelektrische Effekt wurde 1887 von Heinrich Hertz und Wilhelm Hallwachs beobachtet. Manche Metalle geben einen elektrischen Strom ab, wenn ihre Oberfläche durch Licht bestrahlt wird. Theorien der klassischen Physik konnten die Eigenschaften des Effektes nicht erklären. Albert Einstein zeigte 1905, dass eine Beschreibung des Lichts durch die Planckschen Lichtquanten, heute Photonen genannt, den Effekt gut erklären kann und gab damit der Quantenphysik einen wichtigen Impuls (dafür 1921 Nobelpreis für Physik). Die spätere Entwicklung der Quantenphysik lehnte er aber aus grundsätzlichen weltanschaulichen Vorurteilen heraus ab („Gott würfelt nicht“) und brachte sich dadurch ins wissenschaftliche Aussen-seiterdasein. Es ist aber gut möglich, dass er dabei einen erkenntnistheoretisch besseren Weg gefordert hat. Albert Einstein ( ) Heinrich Rudolf Hertz ( )

112 Logische Unvereinbarkeit
Doppelspaltversuch zeigt, dass ein Photon räumlich ausgedehnt ist. Photoelektrischer Effekt zeigt, dass ein Photon punktförmig (räumlich nicht ausgedehnt) ist. Logische Unvereinbarkeit

113 Grenzen der Wellen-Teilchen Schau Levi Leblond-Vergleich
Kann die logische Unvereinbarkeit auch nicht auflösen.

114 Energie und Wellenlänge des Photons
E = h . n n = c / l h = 6,626x10-34 J.sec c = m / sec E .... Energie in J (oule) l .... Wellenlänge in m (eter) n .... Frequenz in H (ert) z = sec -1 h .... Plancksches Wirkungsquant l gross, E und n klein l klein, E und n gross

115 Starke – schwache rote Strahlung
Energie der Photonen: e = h.n