Farben in der Physik: Licht und Farbmischung

Sichtbares Licht kann verschiedene Farbanteile enthalten. Diese Anteile lösen unterschiedliche Farbeindrücke aus. Wenn im Alltag von „rotem Licht“ gesprochen wird, ist damit gemeint: Licht, das bei uns den Farbeindruck Rot hervorruft.

Auf der Netzhaut liegen lichtempfindliche Sinneszellen. Stäbchen helfen beim Sehen in der Dämmerung. Zapfen ermöglichen das Farbsehen. Menschen besitzen drei Arten von Zapfen; jede reagiert auf einen anderen Bereich des Lichts, und die Bereiche überlappen sich. Das Gehirn vergleicht ihre Signale. So entsteht der Farbeindruck.

Magenta zeigt besonders deutlich, dass Farbe eine Wahrnehmung ist: Werden Zapfen für den roten und den blauen Bereich gleichzeitig stark angeregt, entsteht der Eindruck Magenta. Im Spektrum eines Prismas gibt es jedoch keine einzelne Spektralfarbe Magenta.

Ein nicht selbst leuchtender Gegenstand ist sichtbar, weil Licht auf ihn fällt und wenigstens teilweise in dein Auge reflektiert wird. Reflexion bedeutet hier, dass Licht von der Oberfläche zurückgeworfen wird. Absorption bedeutet, dass die Oberfläche Lichtanteile aufnimmt. Eine Lichtquelle beleuchtet den Gegenstand. Die Oberfläche absorbiert einige Anteile und reflektiert andere. Das reflektierte Licht trifft auf die Netzhaut. Auge und Gehirn erzeugen daraus den Farbeindruck.

Ein ideal weißer Körper reflektiert die sichtbaren Lichtanteile ungefähr gleichmäßig. Ein schwarzer Körper reflektiert kaum Licht. In völliger Dunkelheit sind beide nicht zu erkennen, weil kein Licht vorhanden ist, das sie in dein Auge reflektieren könnten.

Die Körperfarbe kann sich unter farbiger Beleuchtung verändern. Ein roter Gegenstand wirkt im vereinfachten Modell unter blauem Licht sehr dunkel: Das Licht enthält keinen roten Anteil, den die Oberfläche gut reflektieren könnte. Weißes Papier nimmt dagegen ungefähr die Farbe des Beleuchtungslichts an.

Bei der additiven Farbmischung überlagert sich Licht. Ihre Grundfarben sind Rot, Grün und Blau, kurz RGB. Je mehr geeignetes Licht zusammenkommt, desto heller kann der Eindruck werden. Die Lichtanteile werden nicht in neue Wellenlängen umgewandelt. Sie treffen gemeinsam ins Auge.

Malfarben, Druckfarben und Farbfilter senden normalerweise kein eigenes Licht aus. Sie absorbieren Teile des einfallenden Lichts. Bei der subtraktiven Farbmischung nimmt jede zusätzliche ideale Druckfarbe weitere Lichtanteile weg. Das idealisierte CMY-Modell verwendet Cyan, Magenta und Gelb. Reale Druckfarben ergeben zusammen meist kein tiefes Schwarz; Drucker ergänzen daher schwarze Farbe. Beim normalen Druck bleibt die Papierfläche für Weiß frei.

Das traditionelle Malfarbenmodell im Kunstunterricht verwendet Rot, Gelb und Blau. Damit lassen sich etwa Orange, Grün und Violett mischen. Für den physikalischen Farbdruck ist CMY das passendere Modell. Bei der subtraktiven Mischung bestimmen die verbleibenden reflektierten Anteile den Farbeindruck.

Weißes Licht kann viele sichtbare Spektralanteile enthalten. Trifft es auf ein Prisma, wird es beim Eintritt und beim Austritt gebrochen. Brechung ist die Richtungsänderung von Licht beim Übergang zwischen unterschiedlichen optischen Medien. Die Spektralanteile werden unterschiedlich stark abgelenkt. Dadurch wird das weiße Licht räumlich aufgefächert. Auf einem Schirm erscheint ein farbiges Band: das Spektrum. Rotes Licht wird dabei schwächer, violettes Licht stärker abgelenkt.

Ein Regenbogen beruht ebenfalls auf der unterschiedlichen Ablenkung der Spektralanteile. Sonnenlicht wird beim Eintritt in Regentropfen gebrochen, an deren Rückseite reflektiert und beim Austritt erneut gebrochen. Viele Tropfen lenken dabei unterschiedliche Spektralanteile aus passenden Richtungen in dein Auge. Deshalb siehst du beim Hauptregenbogen Rot außen und Violett innen.

Damit du einen Regenbogen beobachten kannst, müssen Sonnenlicht und Regentropfen gleichzeitig vorhanden sein. Du stehst dabei zwischen Sonne und Regen; die Sonne befindet sich hinter dir. Schaue niemals direkt in die Sonne. Ihre große Helligkeit kann die Netzhaut schädigen.