In der Serie “Fragen zur Astronomie” geht es heute mal wieder um das Licht. Eine Frage bekomme ich dazu sehr oft zu hören: Was passiert eigentlich mit dem ganzen Licht? Wohin verschwindet das Licht, wenn man den Lichtschalter ausmacht? Wieso wird es dann dunkel? Das Licht ist doch da – warum verschwindet es immer wieder? Kann es sich nicht einfach irgendwo “ansammeln”, wo es dann immer heller wird?
Licht ist ein faszinierendes Phänomen (nicht umsonst ist 2015 das Internationale Jahr des Lichts). Nicht nur für die Astronomen, sondern für alle. Und vor allem ist Licht auch ein sehr komplexes Phänomen, bei dem wir uns oft schwer tun, es richtig zu verstehen.
Wenn wir eine Lampe einschalten, wird es hell. So weit, so gut. Aus der Lampe kommt Licht und erhellt den Raum. Aber wieso wird es wieder dunkel, wenn man die Lampe ausschaltet? Wo ist das ganze Licht, das zuvor den Raum hell gemacht, hingegangen?
Die Lampe machts hell… (Erste elektrische Straßenbeleuchtung in Berlin, 1884, Carl Saltzmann)
Man darf zuerst einmal nicht den Fehler machen, sich Licht als etwas vorzustellen, das in der Lampe drin steckt und dort irgendwie “hinaus” gelassen wird. Eine Lampe ist kein Behälter für Licht, sondern etwas, das Licht erzeugt und zwar nur, wenn man ausreichend Energie (in dem Fall ist das elektrischer Strom) hineinsteckt. Dann werden Photonen, also “Lichtteilchen” oder Lichtwellen ausgesandt. Man kann sich das Licht als Welle oder als Teilchen vorstellen; ganz wie man möchte. Das Licht breitet sich auf jeden Fall in alle Richtungen aus und das natürlich mit Lichtgeschwindigkeit.
Was nun passiert, hängt davon ab, wo sich die Lichtquelle befindet. Die Wohnzimmerlampe steht normalerweise in einem abgeschlossenen Raum in dem sich Möbel und andere Dinge befinden. Und vor allem auch Luft! Die sehen wir zwar nicht, sie ist aber trotzdem da und besteht – so wie alles andere auch – aus Atomen. Das Licht wird nun auf all die Atome treffen: auf die Sauerstoff- und Stickstoffatome der Luft, auf die Atome in den Wänden, den Bücherschränken, der Zimmerdecke oder des Bodens. Hier können zwei Dinge passieren: Entweder wird das Licht dort reflektiert oder es wird absorbiert. Wird es reflektiert, dann setzt es seinen Weg in eine andere Richtung fort, wo es erneut reflektiert oder dann auch absorbiert wird. Bei der Absorption trifft das Licht auf die Elektronen, die die äußere Hülle der Atome darstellen. Die Energie die im Licht steckt (und die über den elektrischen Strom dort hinein gekommen ist) kann nun von den Elektronen aufgenommen werden. Das Elektron wird seine Bewegung um den Atomkern herum dadurch verändern; es wird “angeregt”. Dieser Zustand hält aber nicht ewig, denn die Elektronen wollen wieder zurück in ihren Normalzustand. Das tun sie auch irgendwann und geben die durch das Licht aufgenommene Energie wieder ab und tun das in Form von Wärme.
Das Licht aus der Lampe verschwindet also nicht spurlos, sondern erwärmt die Dinge auf die es trifft. Es wird in Wärme umgewandelt. Die ist auch nichts anderes als Licht, nur eben mit einer Wellenlänge, die wir nicht mit unseren Augen nicht sehen können. Darum wird es dunkel, wenn wir das Licht ausschalten (und es würde nicht dunkel werden, wenn wir den Raum mit einer Wärmekamera betrachten könnten).
Im Weltall allerdings sehen die Dinge anders aus. Da gibt es keine Wohnzimmerschränke und auch keine Luft. Da herrscht ein Vakuum und das Licht kann seinen Weg ungehindert von irgendwelchen Atomen fortsetzen. Licht, das von einem Stern abgestrahlt wird, kann sich im Prinzip wirklich beliebig lang ausbreiten. Natürlich wird die Intensität des Lichts immer geringer werden. So ein Stern schickt seine Lichtteilchen in alle Richtungen aus und je weiter weg wir sind, desto weniger davon kommen genau in unserer Blickrichtung an (würden wir direkt vorm Stern stehen, so daß er unser ganzes Blickfeld ausfüllt, würden enstprechend viele Lichtteilchen ankommen und es wäre enorm hell). Das Licht selbst ist aber immer noch genau so “hell” wie zuvor (es wird unterwegs nicht “alt” oder etwas in der Art). Wir können in großer Entfernung einfach nur weniger Lichtteilchen sehen und deswegen sind ferne Objekte nicht so hell. Aber wenn man mit Teleskopen lang genug in die gleiche Richtung blickt und so möglichst viele Lichtteilchen einsammeln kann, kann man auch sehr weit entfernte Objekte sichtbar machen.
Das Licht dieser Galaxie war mehr als 13 Milliarden Jahren bis zu uns unterwegs (Bild: NASA, ESA, V. Tilvi (Texas A&M University), S. Finkelstein (University of Texas, Austin), and C. Papovich (Texas A&M University))
So können wir Galaxien sehen, deren Licht mehr als 10 Milliarden Jahre durchs Universum unterwegs war, bis es schließlich dann auf die Detektoren in unseren Teleskopen getroffen ist und von den Atomen dort absorbiert wurde. Natürlich gibt es auch im Weltall Licht, das unterwegs auf Materie trifft. Auf andere Sterne, Galaxien oder Planeten oder auf irgendwelche Staub- oder Gasteilchen, die sich dann doch ab und zu mal zwischen den Himmelskörpern im ansonsten leeren All finden.
Es wäre praktisch, wenn man Licht wirklich “sammeln” und aufheben könnte. Aber das geht leider nur indirekt – in dem man zum Beispiel Licht über Solarpanele “sammelt”, in Energie umwandelt und diese Energie später nutzt, um neues Licht zu erzeugen. In unserer normalen Welt, die voller Atome ist, hält das Licht aber leider nicht lange durch. Früher oder später wird es von der Materie absorbiert – und dann wird es dunkel!
Mehr Antworten findet ihr auf der Übersichtsseite zu den Fragen, wo ihr selbst auch Fragen stellen könnt.
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