Warum ist hochfrequentes Licht für Menschen (Erbgut und Gene, Zellen) schädlich und niederfrequentes Licht weniger?

4 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Lichtwellen mit 10^-9 werden für den Organismus gefährlich…

Ich habe mal „m Länge“ als Ergänzung vorgeschlagen, ich vermute, das meist Du. Allerdings sind solche Wellen schon extrem kurz. Schon Wellen mit weit über 300 mal größerer Wellenlänge können Schäden verursachen, nämlich den Sonnenbrand und längerfristig Schäden bis hin zum Melanom.

Der Grund liegt freilich nicht in der kurzen Wellenlänge und der entsprechend hohen Frequenz selbst, sondern um ihre Photonenenergie.

Die Erkenntnis, dass Licht aus elektromagnetischen Wellen besteht, setzte sich im Laufe des 19. Jahrhunderts durch, vor allem durch James Clerk Maxwell und Heinrich Hertz.

Solche elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Frequenz entstehen aber auch spontan in einem evakuierten Hohlraum, der von Wänden mit einer festen Temperatur T begrenzt wird. Man kann sagen, die Strahlung hat selbst die Temperatur T und steht mit den Wänden im Gleichgewicht.

Allerdings widerspricht die reale Verteilung der Strahlung über die Frequenzen (die wir auch annähernd bei glühenden Körpern wiederfinden) der Vorstellung, dass Energie kontinuierlich aufgenommen oder abggeben werde.

Daraus schloss 1900 Max Planck, dass die Wände wohl die Eigenschaft haben, Licht einer Frequenz f nur in Energieportionen (Energiequanten, Photonen) zu h·f aufnehmen oder abgeben zu können, wobei h eine Konstante ist, die heute seinen Namen trägt: Planck'sches Wirkungsquantum.

Diese „Quantenhypothese“ gilt heute als Beginn der Quantentheorie, welche die Physik revolutioniert hat und Vieles (z.B. die gesamte Chemie) überhaupt erst physikalisch erklärbar machte.

Dass die Eigenschaft, quantisiert zu sein, eine Eigenschaft des Lichts selbst ist, glaubte Albert Einstein. Er griff Plancks Quantenhypothese auf, um zu erklären, wieso der Photoelektrische Effekt nur von Licht ab einer bestimmten Frequenz ausgelöst wird.

Dabei wird Metall in einer evakuierten Röhre mit Licht bestrahlt und gibt dabei Elektronen ab. Den dadurch erzeugten Strom kann man messen.

Ist die Frequenz zu niedrig, passiert nichts, egal, wie hell man das Licht macht. Modellhaft kann man das anhand eines relativ schweren Fußballs nachvollziehen, der in einer Kuhle liegt. Ein anderthalbjähriger Steppke kann hunderte, tausende Male dagegentreten, wodurch der Ball zwar in Bewegung gerät, aber nicht aus der Kuhle fliegt. Tritt einmal ein erwachsener Fußballer dagegen, fliegt er raus, auch wenn die gesamte Energie kleiner ist als die, die der Steppke insgesamt verballert hat.

Das Photon ist der einzelne Tritt, und auf dessen Energie kommt es an.

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Auch aus der Hülle eines Atoms kann hochfrequente Strahlung Elektronen herauskicken (ionisierende Strahlung), und wenn dies Atom in unserer DNS verbaut ist, löst dies u.U. unkontrolierbare Kaskaden von chemischen Reaktionen aus, es verändert  sich jedenfalls etwas, und dies meistens nicht zum Vorteil. Die DNS kann zerbrechen und dazu führen, dass die Zelle einfach abstirbt, sie kann aber auch quasi umprogrammiert werden, was im schlimmsten Fall bösartig veränderte Zellen schafft.

Wenn die Strahlung tief genug eindringen oder gar, wie Röntgenstrahlung (Wellenlängen unter 10⁻⁸m) den Körper durchdringen kann, so kann dies auch im Inneren des Körpers geschehen. Deshalb röntgt man heute nicht mehr so lustig drauf los, wie man dies früher getan hat, sondern tut dies nur noch, wenn es notwendig ist.

Die höchstfrequenten elektromagnetischen Wellen heißen Gammastrahlung.  sie kommen meist aus instabilen Atomkernen, die entweder in andere Atomkerne zerfallen oder nach einem solchen Zerfall noch angeregt sind. Sie treten besonders deutlich als einzelne Photonen in Erscheinung, etwa, wenn man sie mit einem Geiger-Müller-Zählrohr detektiert.

Ihre Energie ist so hoch, weil der Kern so klein und die elektromagnetischen Kräfte dadurch so stark sind.Zudem herrscht dort noch die Starke Wechselwirkung, die nur über sehr kurze Distanz wirkt, dort aber viel stärker ist als die elektromagnetische Wechselwirkung.

Energie an sich ist nicht immer das, was Schaden anrichtet. um dies zu tun, muss sie auch absorbiert werden. Ein Gammaquant hat jedoch genügend Energie, um einiges davon über Stroßprozesse an Elektronen abzugeben und Atome und Moleküle zu ionisieren.

Es liegt an der transportierten Energiemenge und der Eindringtiefe in den menschlichen Körper.

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Ah, Danke. Dann steht die Lichtwelle und die Energie im verhältnis zueinander und daraus bestimmt sich die Eindringtiefe (unabhängig von unterschiedlichen körperregionen, knochen, etc) ?

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@Fivel123

So einfach kannst du es dir nicht machen, aber normales (sichtbares) Licht dringt kaum in deinen Körper ein, während das höherfrequente UV Licht schon Zellschäden verursachen kann und die noch höher energetischen Röntgenstrahlen durchdringen sogar dein komplettes Gewebe.

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Es kommt darauf an wieviel Energie in die Zellen eingekoppelt wird.

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