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Wie kommt Farbe zustande?

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Wir sehen Farben, wenn Lichtquellen Licht überwiegend oder ausschließlich in bestimmten Wellenlängenbereichen aussenden. Beispiele: Feuerwerksraketen, Gasentladungsröhren wie sie für die Lichtreklame verwendet werden, oder der Bildschirm (Kathodenstrahlröhre) eines Computers. Hiervon handeln die Abschnitte Feuer und Glut und Atomare Linienspektren.
 
Wir sehen Farben, wenn das Licht, das von irgendwoher (meist von der Oberfläche eines Körpers) in unser Auge gelangt, sich in der Zusammensetzung von dem der Lichtquelle unterscheidet. Dies kann geschehen,
wenn ein Teil des Lichtes absorbiert (= verschluckt) wird und nur der Rest ins Auge gelangt (das ist die gewöhnlichste Ursache von Farbe und wird in den Kapiteln Farbstoffe und Kristalle, Mineralien und Pigmente behandelt),
oder wenn das Licht, das ja im allgemeinen ein Gemisch aus Strahlung verschiedener Wellenlängen ist, wellenlängenabhängig aufgespalten wird, z.B. in verschiedene Richtungen reflektiert wie beim Regenbogen (davon handeln die Abschnitte Streuung, Beugung und Interferenz und Brechung und Dispersion)
Wir sehen Farben, wenn die Netzhaut (z.B. durch längeres Augenreiben) "inadäquat" gereizt wird oder wenn sie sich nach einer starken Reizung (z.B. Blendung durch zu helles Licht) wieder erholt. Auch Reizung der Partien des Gehirns, die für das Sehen zuständig sind, kann zu scheinbarer Farbwahrnehmung führen, etwa bei Migräne, oder flackernd abwechselndes Hell–Dunkel (Intermittenzeffekte, Benhamscher Kreisel). Diese physiologisch bedingten Sinnestäuschungen sollen hier nur erwähnt, aber zunächst nicht weiter untersucht werden.
 
Alle Farberscheinungen lassen sich einer der genannten Kategorien zuordnen. Man kann diese nach den zugrundeliegenden physikalischen Prozessen noch weiter unterteilen und erhält dann einige Dutzend von Möglichkeiten, die gesondert zu besprechen sind.

In den folgenden Abschnitten sollen die physikalischen Grundlagen behandelt werden. Das ist in manchen Fällen ganz einfach – aber gerade die am häufigsten gesehenen Farben sind nicht leicht zu verstehen, wenn man sich nicht mit Erklärungen der Art "die grüne Farbe kommt von dem in den Blättern enthaltenen Farbstoff Chlorophyll" zufriedengibt. Warum ist Chlorophyll grün? Weil es kurzwelliges (blaues) und langwelliges (rotes) Licht absorbiert, Licht mittlerer Wellenlängen (grün) aber nicht. Und warum ist das so? Kann man von einer Substanz, wenn man nur die chemische Strukturformel kennt, sagen, ob sie ein Farbstoff ist und welche Farbe sie hat?
Im Gegensatz zu den Farberscheinungen, die bei Beugung, Brechung und Interferenz von Licht auftreten und in den späteren Abschnitten behandelt werden, ist das nichts, was man schnell mal am Computer ausprobieren kann (wenn es überhaupt möglich ist) und liegt weit außerhalb der Reichweite dieser Seiten. Selbst für qualitative Erklärungen benötigt man das Rüstzeug der modernen Physik, die Quantentheorie. Die entsprechenden Kapitel über Farbstoffe und über Pigmente können daher keine leichte Lektüre sein, sollen dem interessierten Leser trotzdem nicht vorenthalten werden.

Übersicht:

> Einleitung und Grundlagen (auch als pdf-Version mit weniger Bildern).
Wellen sind Teilchen und Teilchen sind Wellen, Schrödingers Katze
> Atomare Spektren (Linienspektren)
> Feuer, Glut, der Schwarze Körper  
> Farbstoffe
> Farbige Mineralien und Kristalle, Metalle und Pigmente
> Wasser
> Lumineszenz: kaltes Leuchten
> Streuung Himmelblau und roter Sonnenuntergang, Luftperspektive
> Beugung und Interferenz
Dünne Schichten (Seifenblasen, Öl auf nasser Straße); Doppelbrechung und Polarisation
Vielstrahlinterferenz, Schillerfarben
> Brechung und Dispersion: Regenbogen, Zirkumzenitalbogen, Nebensonnen u.s.w.
> Die Farben von Pflanzen und Tieren
> Zufallsbeobachtungen von optischen Erscheinungen
Kaleidoskop Calcit
Bunte Interferenzfarben an Spinnennetzen
> Computing colours
Was ist neu?
Farben sehen, messen und wiedergeben
Kleine Farbenlehre, Farbmetrik, Farbe für den Bildschirm ...
Sachregister


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