How Light Travels – 3D Artistry

Die Grundlagen

Es werde Licht!

Lektion 2: Die Lichtgeschwindigkeit

In dieser Lektion erfahren Sie, was Licht ist, woher es kommt und warum es ein Spektrum bildet, wenn es einem Prisma ausgesetzt wird.

Was bewegt Licht?

Wir alle wissen, dass sich Licht bewegt, aber es hat keine winzigen Füßchen. Was also bewegt es? Wenn man bedenkt, wie schnell das Sonnenlicht zur Erde reist, fragt man sich, wie es sich überhaupt bewegt. Dass es das Universum mit 300.000 Kilometern pro Sekunde durchquert, ist eines der wahren Mysterien der Wissenschaft, denn für uns ist es einfach da, immer. Jeden Tag. Licht fühlt sich nicht so an, als wäre es unterwegs. Es fühlt sich an, als wäre es schon immer da gewesen. Und Sonnenschein tut gut! Er macht uns glücklich. Wir vermissen ihn, wenn er weg ist, und freuen uns, wenn er wiederkommt. Das ist nicht nur eine subjektive Einschätzung. Dafür gibt es einen wissenschaftlichen Grund: Licht beeinflusst unsere Stimmung.

Um zu verstehen, wie es diese himmlischen Wunder vollbringt, stellen wir uns ein Mikroskop vor, mit dem wir Licht aus der Nähe betrachten könnten. Man könnte leicht annehmen, dass Licht, nur weil es sich nur geradlinig ausbreiten kann, gerade ist, wie ein Stück trockene Spaghetti. Doch wir irren uns. Obwohl sich Licht geradlinig ausbreitet, ähnelt es äußerlich eher einer Ramen-Nudel als einem Stück trockener Spaghetti. Es ist wellig. Lichtwellen vibrieren. Und diese Vibration bewirkt, dass ein Lichtstrahl von seiner Quelle wegstrahlt. Denken Sie an eine Stimmgabel. Die Gabel ist die Quelle der Vibration. Sie können sie nicht vibrieren sehen, weil sie sich schneller hin und her bewegt, als das Auge sehen kann. Aber Sie können sie definitiv hören und vibrieren fühlen. Jede Biegung in dieser Ramen-Nudel Ist Die Vibration … das Hin und Her der Stimmgabel. Aber was verursacht die Knicke? Die Knicke werden durch ein elektromagnetisches (EM) Feld erzeugt.

Elektromagnetische (EM) Felder

Elektromagnetische Felder werden durch die Rotation großer Planetenkörper wie der Erde oder der Sonne erzeugt. Der geschmolzene Erdkern rotiert, während sich die Erde dreht, und die dabei entstehende Reibung erzeugt das Magnetfeld der Erde. Wer schon einmal das Nordlicht gesehen hat, hat das Magnetfeld der Erde in Aktion gesehen. Dieses Magnetfeld sorgt dafür, dass das Nordlicht in Wellen über den Himmel huscht. Elektrisch geladene Teilchen werden von der Sonne ausgestoßen, wenn sie diese schrecklichen, beängstigenden Sonnenfurze verursacht … technisch „solare Massenauswürfe“ oder „Sonneneruptionen“ genannt. Die ganz großen Teilchen interagieren mit der die Erde umgebenden Magnetosphäre und erzeugen so dieses spektakuläre Lichtspiel. Elektrizität und Magnetismus wirken aber auch zusammen und erzeugen das, was wir als „Farbe“ wahrnehmen.

Ich weiß…wen interessiert das? Nun, wenn Sie versuchen, Farbe zu verstehen, dann tun Sie das, denn die Hin- und Herschwingung, wenn diese beiden Felder aneinander ziehen, nimmt die physikalische Form einer „Welle“ an. Wellen Sind Die Schwingung. Das ist es, was von der Quelle nach außen strahlt, sei es eine Stimmgabel oder eine Sonne. Die Wellen sorgen für die Bewegung des Lichts. Die Geschwindigkeit dieser Hin- und Herschwingung bewirkt die hohe Lichtgeschwindigkeit. Und das ist das Coole daran: Die stetige Schwingung dieser Welle und ihre Schwingungsgeschwindigkeit bewirken, dass das Sonnenlicht, das für unser bloßes Auge golden oder weiß erscheint, die Farben des Spektrums annimmt.

Aber wie macht das elektromagnetische Feld das? EM-Felder sind eigentlich zwei verschiedene Einheiten: elektrische und magnetische Felder. Elektrische Felder erzeugen magnetische Felder, und magnetische Felder erzeugen elektrische Felder. Ihre Beziehung zueinander ist identisch mit der Beziehung, die wir zu Bäumen haben. Der Baum atmet den Sauerstoff aus, den wir atmen. Im Gegenzug atmen wir das Kohlendioxid aus, das der Baum atmet. Jeder von uns braucht das, was der andere hat, um zu existieren.

Schwingung

Dieses Hin und Her zwischen Bäumen und Menschen ähnelt dem symbiotischen Hin und Her zwischen elektrischen und magnetischen Feldern. Sie befinden sich in einem nie endenden Kreislauf der Hin- und Herbewegung, der sogenannten „Schwingung“. Dieses ständige Hin und Her treibt die Wellen in Vorwärtsbewegung. Die Geschwindigkeit dieses Hin und Hers führt dazu, dass sich die Wellen extrem schnell bewegen. Wie bei einer Stimmgabel ist die Schwingung zu schnell, als dass unser bloßes Auge sie wahrnehmen könnte. Doch wie die Wassertropfen in der Luft, die in der Natur Regenbögen erzeugen, bewirkt das Glas eines Prismas dasselbe. Wenn das Licht durch das Glas fällt, werden die Lichtwellen in die anatomischen Teile zerlegt, die wir „FarbeWarum haben diese Bänder unterschiedliche Farben? Die kurze Antwort lautet: Nicht alle Wellen sind gleich. Die ausführlichere Antwort ist Thema unserer nächsten Lektion: „Wellendynamik“.

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Licht mag wie ein stilles, statisches Element der Natur erscheinen, doch nichts könnte ferner von der Wahrheit sein. Licht bewegt sich ständig und sehr schnell. Wo es nicht durchdringen kann, prallt es ab und bewegt sich weiter.

Wie sich Licht bewegt