Frage von atoemlein, 58

Wird die empfundene Lichtfarbe durch die Frequenz oder durch die Wellenlänge oder durch beides "definiert"?

Hintergrund der Frage (ich habe da eine fehlende neuronale Verknüpfung...):

Meist hört man, diese oder jene Lichtfarbe habe diese oder jene Wellenlänge. Man könnte ebensogut Frequenz sagen. Zumindest wenn das Ausbreitungsmedium bekannt ist.

Aber wenn ich z.B. einen grünen Laserstrahl durch leicht trübes Wasser schicke, ist der Strahl im Wasser immer noch grün, obwohl im Wasser die Ausbreitungsgeschwindigkeit kleiner ist und somit auch die Wellenlänge kleiner ist.

Bei kleinerer Wellenlänge müsste sich die Lichtfarbe Richtung blau verschieben. Tut sie aber von aussen gesehen nicht, natürlich deshalb, weil ich auch den Strahl im Wasser durch die Luft betrachte, das Licht auf dem Weg zum Auge also wieder die alte Geschwindigkeit und Wellenlänge hat.

Aber wie wäre es im Wasser? Wenn ich den Lichtstrahl im Wasser beobachten würde, was würde ich denn sehen? Das Grün wegen der gleichen Frequenz oder etwas Richtung blau wegen der kleineren Wellenlänge?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 46

Wird die empfundene Lichtfarbe durch die Frequenz oder durch die Wellenlänge oder durch beides "definiert"?

Weder noch, im strengen Sinne. Einen - indirekten - Einfluss hat die Frequenz natürlich schon. Direkt wirkt sie sich auf die Wahrscheinlichkeit eines Lichtquants aus, in eine bestimmten »Schublade« zu kommen, sprich, von einem bestimmten Sehzellentyp absorbieren zu werden.

Dies wiederum hat direkten Einfluss auf den Farbeindruck, aber der hängt von verschiedenen Umständen wie der Umgebungsbeleuchtung zusätzlich ab. Es gibt verblüffende Farbillusionen, bei denen sogar neutral-graue Gegenstände farbig erscheinen können, nämlich mal dunkelbraun bzw. rötlich und mal dunkelblau, zwar gedeckt, aber dennoch farbig.

Das Phänomen schimpft sich Farbkonstanz, und was einerseits spektakuläre Illusionen hervorruft, sorgt andererseits im Alltag dafür, dass wir Dinge auch anhand der Farbe in verschiedenen Beleuchtungssituationen wiedererkennen.    

Aber wenn ich z.B. einen grünen Laserstrahl durch leicht trübes Wasser schicke, ist der Strahl im Wasser immer noch grün, obwohl im Wasser die Ausbreitungsgeschwindigkeit kleiner ist und somit auch die Wellenlänge kleiner ist.

Das wiederum heißt nix. Du siehst das Licht ja erst, wenn es Deinen Glaskörper durchlaufen hat, egal, ob es vorher in Wasser oder in Luft war. Ob ein anderes Medium einen anderen Farbeindruck hervorrufen würde, könntest Du nur überprüfen, indem Du den Glaskörper entfernst, ohne die Netzhaut zu beschädigen, was ich für unmöglich oder zumindest für sehr schwierig halte. Es gibt weniger invasive und gefährliche Methoden, den Farbeindruck zu manipulieren, siehe oben.

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 24

Nach dem Huygensschen Prinzip ändert sich die Frequenz nie, wenn eine Welle von einem in ein anderes Medium übergeht. Die Wellenlänge passt sich entsprechend der Ausbreitungsgeschwindigkeit automatisch an.
Der Farbton wird letztlich von der Frequenz bestimmt.

Abgesehen davon, erzeugt die selbe Frequenz nicht automatisch den selben Farbeindruck. Das Gehirn verarbeitet die Signale und berechnet daraus ein neues Bild, wobei die Umgebung der betrachteten Farbe mit eingerechnet wird. Das sieht man deutlich an optischen Spielereien, wo man z.B, raten soll, welche Graufläche heller ist...obwohl am Ende beide die gleiche Graustufe haben.

Kommentar von ThomasJNewton ,

Das Auge ist aber schon Teil des Gehirns, jedenfalls bei uns ontogenetisch.

Antwort
von ThomasJNewton, 25

Letztlich ist die Frequenz die Konstante.
Die Wellenlänge ist nur vielfach praktischer in der Benutzung, weil sie ja bei Beugung, Interferenz u.v.a. ausschlaggebend ist.

Letzlich ist auch die Historie des Lichts, also die verschiedenen Wellenlängen in verschiedenen Medien, völlig uninteressant, weil es ja immer am selben Ort wirkt, in deinen Lichtsinneszellen.
Und damit immer die Wellenlänge hat, die sich durch deren Brechungsindex ergibt.

Expertenantwort
von TomRichter, Community-Experte für Physik, 48

Eindeutig: Das Grün wegen der gleichen Frequenz

Ein Lichtquant dieses Lichtstrahls hat genau die richtige Energie, um den Farbstoff in Deinen grünempfindlichen Zellen anzuregen.

Daran ändert sich nichts, wenn das Licht beim Wechsel des Mediums seine Wellenlänge wechselt, die Energie hängt von der Frequenz ab, nicht von der Wellenlänge.

Ausführlicher hier:

https://www.gutefrage.net/frage/bestimmt-die-wellenlaenge-von-licht-die-farbe-de...

Antwort
von JTKirk2000, 36

Da die Wellenlänge durch die Frequenz in Anbetracht der Konstante der Lichtgeschwindigkeit eindeutig bestimmt werden kann und ebenso auch umgekehrt, ist es doch irgendwie witzlos, bestimmen zu wollen, ob eine Lichtfarbe anhand ihrer Frequenz oder ihrer Wellenlänge definiert wird. Alle vier (Lichtfarbe, Frequenz, Wellenlänge, Lichtgeschwindigkeit) sind gleichermaßen eindeutig definiert, insbesondere da die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist.

Kommentar von gfntom ,
"da die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist."

Das ist so natürlich falsch.

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (normalerweise mit co benannt) ist konstant.

Ansonsten hängt sie vom Medium ab, welches das Licht durchquert - genau darauf zielt die Frage von atoemlein ab und das erklärt er in der Fragestellung auch deutlich!

Kommentar von JTKirk2000 ,

Egal ob im Vakuum oder nicht, solange Photonen zwischen Atomen unterwegs sind, sind sie in einer Art Vakuum und daher mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum unterwegs. Langsamer werden sie nur dadurch, dass sie mit Elektronen interagieren, ihre Energie also an Elektronen abgeben, die dann ein höheres Energieniveau einnehmen, dann auf ein geringeres Energieniveau zurückfallen und ihre Energie in Form von Photonen wieder abgeben. Eben dieser Prozess der Energieübertragung zwischen Photonen und Elektronen und umgekehrt ist das, was in optisch dichteren Medien die Lichtgeschwindigkeit offenbar verringert, aber im Prinzip gilt immer die konstante Lichtgeschwindigkeit und daher ist letztere konstant.

Antwort
von BurkeUndCo, 16

Da gibt es physikalisch eigentlich keine Unterscheidung.

Für die Absorption des Lichtteilchens durch die Nervenzellen in Deinem Auge, muss dieses Photon eine bestimmte Energiemenge besitzen.

Durch diese Energiemenge ist die Frequenz des Lichts bestimmt. Und damit bei der bekannten Lichtgeschwindigkeit die Wellenlänge.

Im Wasser mit einer anderen Lichtgeschwindigkeit verändert sich dann zwar die Wellenlänge, aber spätestens dann wenn das Licht bei Dir im Auge detektiert wird, muss es wieder die richtige Energie (Frequenz) besitzen.

Antwort
von lil98i, 32

Ich glaube du würdest grün sehen..zwar klingt deine Erläuterung sehr logisch ...aber ich gehe ziemlich oft tauchen ubd hatte das nie dass sich die Farben Unterwasser verändert haben ( es war nur alles etwas verschwommen -mehr nicht )

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