Licht

Das Licht im Gemälde scheint von der links oben, hinter dem Betrachter stehenden Sonne zu kommen. Und auch dafür, dass wir die Farben des Bildes überhaupt sehen können, ist Licht verantwortlich. Doch was ist Licht eigentlich?
Licht ist eine elektromagnetische Strahlung. Sie besteht aus elektrischen und magnetischen Feldern, die ineinander greifen und sich durch die gegenseitige Beeinflussung wie Wellen ausbreiten. Die Wellenlänge dieser Strahlung geht von ca. 10-15 m, das ist der Bereich der Gammastrahlen, bis zu ca. 107 m, der Bereich der Radiowellen. Das sichtbare Licht zwischen 4*10-7 und 8*10-7 m macht also nur einen kleinen Teil des elektromagnetischen Spektrums aus.
Wenn die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung wesentlich kleiner als die im Strahlengang befindlichen Objekte ist, breitet sich Licht nach den Gesetzen der geometrischen Optik aus, d.h. die Welleneffekte können vernachlässigt werden. Ist die Wellenlänge jedoch vergleichbar mit oder größer als das dargestellte Objekt, so gelten die Gesetze der Wellenoptik, es kommt zu Beugung und Streuung, typischen Welleneigenschaften. James Clerk Maxwell fasste die Gleichungen des Elektromagnetismus 1864 zu den nach ihm benannten Maxwell-Gleichungen zusammen, erklärte damit die Ausbreitung und untermauerte die Wellennatur des Lichtes.
Das ist aber nur die halbe Wahrheit: Im Jahre 1905 deutete Albert Einstein den Photoelektrischen Effekt richtig, der dem Licht eindeutig auch Eigenschaften von Teilchen nachweist. Auch der Compton-Effekt beweist die Teilchennatur des Lichtes: Wie bei einem Zusammenstoß von Billardkugeln gibt ein einfallendes Lichtteilchen, ein Quant, einen Teil seiner Energie an ein Elektron ab und beide ändern die Richtung.
Ist Licht nun eine Welle oder ein Teilchen? Die Antwort auf diese Frage liefert die Quantentheorie und lautet: Die Frage ist unzulässig, d.h. falsch gestellt. Es gilt der Welle-Teilchen-Dualismus: jedes Teilchen hat auch Welleneigenschaften und jede Welle hat auch Teilcheneigenschaften. Beobachtbar ist das im mikroskopischen Maßstab, Atome, Atomkerne und Moleküle sind wesentlich an der Entstehung von Licht beteiligt.
Die Quantentheorie ist eins der zentralen Ausbildungs- und Forschungsgebiete der Physik.