Mario Sedlak
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Wassertropfen zerlegen weißes Licht in die Farben des Regenbogens.

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Die Sonne strahlt alle Farben aus.

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Quelle: Wikipedia, Quark67

Mischung durch Überlagerung von Lichtquellen

Physik des Farbsehens

Physikalisch sind Farben relativ leicht zu verstehen: Licht ist eine elektromagnetische Welle. Diese kann verschiedene Wellenlängen haben. Es können sich beliebig viele Lichtwellen mit beliebigen Wellenlängen überlagern.

Für das menschliche Auge ist nur Licht mit einer Wellenlänge zwischen ca. 380 und 780 nm (abhängig von der Stärke) sichtbar. Die Wellenlänge wird als Farbe wahrgenommen. Das sind die reinen Farben des Regenbogens:

Wellenlänge
    Rot ca. 630–780 nm
    Orange ca. 590–630 nm
    Gelb ca. 560–590 nm
    Grün ca. 490–560 nm
    Blau ca. 430–490 nm
    Violett ca. 380–430 nm

Dass wir gelbes Licht als deutlich verschieden von blauem und grünem erleben, ist ein Geschenk der Natur. Physikalisch gibt es diesen qualitativen Sprung nicht, sondern ein stufenloses Kontinuum wie z. B. bei der Helligkeit. Alle Wellenlängen sind möglich. Daher gibt es theoretisch unendlich viele Farben.

Mischfarben

Weißes Licht gibt es physikalisch nicht. Diese Farbe nehmen wir vielmehr wahr, wenn alle Regenbogenfarben in ungefähr gleichem Ausmaß enthalten sind. Da der Mensch drei verschiedene Farbrezeptoren (sog. Zapfen) auf der Netzhaut im Auge hat, genügen bereits die drei "Grundfarben" Rot, Grün und Blau, um den Eindruck von weißem Licht zu erzeugen. Lebewesen mit zwei oder vier verschiedenen Farbrezeptoren kennen zwei bzw. vier "Grundfarben". Physikalisch gibt es keine "Grundfarben". Licht verschiedener Wellenlängen ist physikalisch nie gleichwertig. Ein Gemisch verschiedener Wellenlängen ist physikalisch nur dann gleich einem anderen, wenn bei jeder Wellenlänge die Intensität gleich wie bei dem anderen ist. Das kann mit einem Spektrometer festgestellt werden.

Die Farbrezeptoren sprechen nicht nur genau auf Rot, Grün und Blau an, sondern auch auf im Regenbogen benachbarte Farben. Deswegen können wir auch die Farbe Gelb sehen, obwohl wir keinen Rezeptor für gelbes Licht haben. Gelbes Licht reizt sowohl die roten als auch die grünen Rezeptoren. Deswegen ist es leicht einsichtig, dass die Mischung von rotem und grünem Licht als gelbes Licht wahrgenommen wird. Oder auch als oranges, wenn nur wenig grünes Licht und viel rotes Licht vorhanden ist. Blaues und grünes ergibt blaugrünes (türkises) Licht. Das ist aber weniger überraschend.

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Lila Mohnblumen

Interessant wird es, wenn rotes und blaues Licht gemischt wird. Ich dachte lange, dass daraus die Farbe Violett entsteht. Es heißt ja immer wieder, dass alle Farben aus den Grundfarben zusammengemischt werden können. Überraschenderweise ist das falsch! Was man sieht, wenn sich blaues und rotes Licht überlagern, schaut zwar so ähnlich wie Violett aus, ist aber nicht dasselbe. Rotes Licht reizt immer auch unseren grünen Rezeptor; reines Violett aber nicht. Deswegen kann reines Violett nicht aus den Grundfarben Rot, Grün und Blau erhalten werden. Die Mischung aus Rot und Blau erzeugt eine eigene Farbe, die Lila, Purpur oder Magenta genannt wird und von Violett zu unterscheiden ist – was ich lange nicht wusste.

Lila ist der einzige Farbeindruck, der physikalisch nicht durch eine einzige Wellenlänge beschrieben werden kann. Wird zu zwei Grundfarben noch die dritte gemischt, verblasst die wahrgenommene Farbe. Aus Lila wird beispielsweise Rosa. Es entsteht kein neuer Farbeindruck.

Tiere, die mehr als drei Arten von Farbrezeptoren besitzen, können hingegen mehr "Farben" sehen, z. B. auch Ultraviolett oder Infrarot. Wenn sie im sichtbaren Licht zusätzliche Rezeptoren besitzen, heißt das physikalisch, dass für sie mehr Wellenlängengemische unterscheidbar sind. Wo wir z. B. Gelb sehen, könnten sie eine "Mischfarbe" aus Grün und Rot sehen, die sich von Gelb genauso unterscheidet wie für uns Lila von Violett.

Braun ist immer eine dunkle Farbe in der Nähe eines helleren Hintergrundes. Nur deswegen scheint es keine braunen Scheinwerfer zu geben.[1]

Keine eindeutigen Grundfarben

Richtig kompliziert wird es bei der technischen Aufzeichnung und Wiedergabe von Farben. Das liegt daran, dass man die drei Farbrezeptoren im Auge nicht getrennt reizen kann. Bei jeder Farbe werden mindestens zwei angeregt. Das heißt: Egal, welche Farben man als Grundfarben nimmt, man kann nie alle Farbeindrücke exakt wiedergeben. Insbesondere die reinen, satten Farben des Regenbogens sind nicht alle erreichbar. Deswegen gibt es verschiedene, kompromissbehaftete Systeme von Grundfarben anstatt ein eindeutiges Spektrum von Wellenlängen wie in der Physik.

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Irrtümer über das Farbsehen

Quellen

[1] Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: Vorlesungen über Physik. Band 1: Hauptsächlich Mechanik, Strahlung, Wärme. München: Oldenburg, 1987 (amerik. Original 1963), S. 482