Die Farben.

Wie wir Schallwellen von verschiedener Geschwindigkeit als verschiedene Töne empfinden, so empfinden wir Lichtwellen von verschiedener Geschwindigkeit als Farben. Die am schnellsten schwingenden Lichtwellen erscheinen uns als violette Strahlen, die am langsamsten schwingenden als rothe Strahlen. Die Schnelligkeit der Schwingungen, auf welchen das Licht beruht, ist aber eine bei weitem größere, als die Schnelligkeit der Schallschwingungen. Während der tiefste hörbare Ton etwa 8, der höchste 24000 Doppel-Schwingungen (oder 16 resp. 48000 einfachen Schwingungen) in der Secunde entspricht, wird das rothe Licht durch Schwingungen erzeugt, deren 450 Billionen in der Secunde erfolgen, das violette Licht sogar durch 800 Billionen Schwingungen in der Secunde.Wegen der verschiedenen Schwingungsgeschwindigkeit müssen daher auch die verschiedenfarbigen Lichtstrahlen verschieden gebrochen werden. Die rascher schwingenden, also die violetten Strahlen müssen beim Durchgange durch brechende Mittel mehr abgelenkt werden, als die langsamer schwingenden, also die rothen Strahlen. Deswegen kann das weiße Sonnenlicht, welches alle verschiedenfarbigen Strahlen gemischt enthält, durch Brechung in seine einzelnen Farben zerlegt werden.

Fig. 94.

391. Warumsehen wir ein prachtvolles buntes Farbenbild, wenn die Sonne durch ein Glas Wasser hindurchscheint, oder noch besser, wenn wir das Sonnenlicht durch ein dreiseitiges Glasprisma hindurchgehen lassen, besonders in einem dunkeln Zimmer, in welches nur wenige Sonnenstrahlen durch eine kleine Oeffnung eintreten können?

Weildie Sonnenstrahlen beim Durchgange durch das Wasser oder durch das Glasprisma gebrochen und zwar, wenn die Kante des Prisma's nach unten gekehrt ist, nach oben abgelenkt werden, zugleich aber, da sie verschieden brechbar sind, auch eine verschiedene Ablenkung erfahren und so in dem Bilde nicht mehr über, sondern neben einander erscheinen. Die verschieden brechbaren Strahlen des Sonnenlichtes sind also durch das Prisma getrennt oder zerstreut und erscheinen für sich als besondere Farben: die violettem als die am stärksten brechbaren, zu oberst, dann die blauen, die grünen, die gelben, die orangefarbigen und endlich, als die am wenigsten brechbaren, die rothen. Wäre das Licht einfach, so würde es auch beim Durchgange durch ein Prisma ein kleines rundes Sonnenbild zeigen, nur an einer etwas höheren Stelle der Wand, als wir es ohne das Prisma sehen. Daß dies prismatische Farbenbild oder das Spectrum, wie man es auch nennt, aber nicht blos an einer höheren Stelle, sondern auchin die Länge gezogen erscheint, ist ein Beweis, daß das weiße Sonnenlicht aus verschiedenen Strahlen besteht, deren jeder eine andere Brechung durch das Prisma erfährt. Daß wirklich die Farben nur durch eine Trennung der verschieden brechbaren Strahlen erzeugt werden, geht daraus hervor, daß, wenn man alle diese farbigen Strahlen wieder durch ein zweites, entgegengesetzt, also mit der Kante nach oben gekehrtes Prisma durchgehen läßt, welches deren Vereinigung bewirkt, das Bild wieder weiß erscheint. Natürlich muß diese Farbenzerstreuung überall eintreten, wo das Licht durch durchsichtige Körper, seien es feste oder flüssige hindurchgeht, sobald diese nicht von parallelen ebenen Flächen begrenzt werden, also auch beim Durchgange durch ein Glas Wasser oder durch eine Glaslinse. Das Farbenbild, welches die Glaslinse erzeugt, wird natürlich ein ringförmiges sein müssen.

Der berühmte englische PhysikerNewtonwar es, der im Jahre 1666 zuerst die Farbenzerstreuung durch Versuche nachwies und aus der verschiedenen Brechbarkeit der farbigen Strahlen erklärte.

392. Warumerblicken wir beim Durchsehen durch gute Fernröhre keine farbigen Ränder, obgleich das Licht doch auch durch Glaslinsen hindurchgeht?

Weildie Linsen in solchen Fernröhren keine gewöhnlichen, sondern sogenannte achromatische Linsen sind, die aus zwei Glaslinsen zusammengesetzt sind, einer erhabenen aus Crownglas und einer Hohllinse aus Flintglas, welche in dieser Verbindung die Farbenzerstreuung völlig aufheben, die Brechung aber, auf welcher die Erzeugung des Bildes im Fernrohr beruht, bestehen lassen. Das Crownglas bricht nämlich das Licht fast ebenso stark, wie das bleihaltige Flintglas, zerstreut aber die Farben in viel geringerem Maße. Das durch ein Crownglas-Prisma erzeugte Farbenbild erscheint also ziemlich an derselben Stelle, wie das durch ein Flintglas-Prisma erzeugte, ist aber weniger in die Länge gezogen. Verbindet man zwei Prismen von Crownglas und Flintglas so, daß ihre brechenden Winkel eine entgegengesetzte Lage haben, so erleidet der hindurchgehende Lichtstrahl entgegengesetzte Brechungen und entgegengesetzte Farbenzerstreuungen. Giebt man dem Crownglasprisma einen genügend größeren brechenden Winkel, so wird die Farbenzerstreuung ganz aufgehoben, die Brechung aber nur zum Theil. Ein solches zusammengesetztes Prisma hat also die Wirkungeines einfachen mit kleinerem brechenden Winkel, ohne farbige Erscheinungen hervorzurufen. Ganz dasselbe, was von Prismen gilt, muß aber auch von Linsen gelten, da ein Lichtstrahl beim Durchgang durch eine erhabene und eine Hohllinse gleichfalls entgegengesetzte Brechung und Farbenzerstreuung erleidet.

Die Erfindung dieser für Fernröhre und Mikroskope außerordentlich wichtigen achromatischen Linsen rührt von dem EngländerDollond(1757) her.

393. Warumfunkeln Thautropfen in der Morgensonne oft in den prachtvollsten Farben?

Weildie Thautropfen die durchgehenden Sonnenstrahlen stark brechen, jeder Thautropfen aber bei einer bestimmten Stellung des Auges ihm nur eine einzige Art farbiger Strahlen zusendet, während die übrigen farbigen Strahlen so weit von dieser Richtung abweichen, daß sie an dem Auge unbemerkt vorübergehen. Unter den vielen von der Sonne beleuchteten Thautropfen erscheint also der eine dem Auge grün, der andere niedriger befindliche violett, der dritte darüber roth, und so bieten sich dem Auge die verschiedensten Farben dar, die mit jedem Schritte wechseln müssen, da für jede andere Stellung des Auges jeder Tropfen andersfarbige Lichtstrahlen ihm zusendet.

Fig. 95.

394. Warumbildet sich ein farbiger Regenbogen, wenn die Sonnenstrahlen eine regnende Wolke treffen, die der Sonne gegenüber steht?

Weildie Sonnenstrahlen beim Eintritt in die Regentropfen gebrochen, von ihrer dunkeln Hinterwand zurückgeworfen und beiihrem Austritt aus den Tropfen nochmals gebrochen und in farbige Strahlen zertheilt werden, die in unser Auge gelangen, wenn wir so stehen, daß wir die regnende Wolke vor uns, die Sonne im Rücken haben. Jeder Tropfen sendet, wie der Thautropfen im Grase, bei einer bestimmten Stellung des Auges ihm nur eine einzige Art farbiger Strahlen zu. In einer umfangreichen Regenwolke finden sich aber Tropfen genug über einander, um zusammen alle Regenbogenfarben zu zeigen. Von den höchsten Tropfen kommen nur die untersten rothen Strahlen ins Auge, während die übrigen daran vorbeigehen. Dagegen erscheinen die untersten Tropfen violett, weil die übrigen, die blauen, grünen, gelben und rothen Strahlen das Auge nicht treffen.

395. Warumhat der Regenbogen immer die Gestalt eines Kreisbogens?

Weildiejenigen Regentropfen, welche sich in derselben Farbe darstellen lassen, offenbar gegen die Sonne und gegen das Auge des Beobachters die gleiche Lage haben müssen, alle austretenden rothen Strahlen also mit den Sonnenstrahlen denselben Winkel bilden müssen, wenn nicht mit dem Winkel sich auch die Farbe ändern soll, alle austretenden Strahlen aber zugleich die Richtung nach dem Auge haben müssen, um wahrgenommen zu werden, eine solche Lage endlich überhaupt nur die in einem Kreise liegenden Tropfen haben können. Jeder Beobachter sieht daher immer nur seinen eigenen Regenbogen, und eine von der Sonne durch das Auge des Beobachters gezogene grade Linie trifft stets den Mittelpunkt des Kreises, dessen Theil der Regenbogen ist. Eben deshalb hängt auch die Größe des Regenbogens vom Stande der Sonne ab. Er bildet bei Sonnenauf- und Untergang einen vollständigen Halbkreis und ist ein um so kleineres Stück des Kreises, je höher die Sonne steht. Um Mittag sehen wir daher überhaupt keinen Regenbogen.

Fig. 96.

396. Warumnehmen wir gewöhnlich über dem Hauptregenbogen noch einen Nebenregenbogen wahr, der weniger lebhaft gefärbt ist, und in welchem die Farben in umgekehrter Folge geordnet sind?

Weildie Sonnenstrahlen in höher gelegenen Regentropfen bisweileneine zweimalige Brechung und eine zweimalige Zurückwerfung erleiden, so daß der am wenigsten abgelenkte Strahl der rothe ist und hier die oberste Stelle einnimmt, während beim Hauptregenbogen die obersten Strahlen, die aus jedem Tropfen kommen, violett sind. Von den obersten Tropfen kommen aber auch hier die untersten, also die violetten, von den untersten Tropfen die obersten Strahlen, die rothen, in das Auge. Die Farben erscheinen also in der umgekehrten Ordnung; und daß sie minder lebhaft sind, liegt an der Schwächung, welche das Licht durch die zweimalige Zurückwerfung erleidet.

397. Warumzeigen uns die meisten Körper in der Natur eigenthümliche Farben?

Weilalle nichtleuchtenden Körper uns nur dadurch sichtbar werden, daß sie das auf sie fallende Licht zurückwerfen und in unser Auge senden, die meisten Körper aber die Eigenschaft haben, das auf sie fallende Licht an ihrer Oberfläche zu zersetzen und nur eine bestimmte Art des farbigen Lichtes zurückzuwerfen, alle übrigen Farbenstrahlen aber zu verschlucken. Rothe Körper werfen nur rothes, blaue nur blaues Licht zurück.

398. Warumerscheinen uns manche Körper weiß, andere dagegen schwarz?

Weiljene die Eigenschaft haben, das weiße Sonnenlicht unzersetzt zurückzuwerfen, diese dagegen fast gar kein Licht zurückwerfen und darum lichtlos erscheinen. Schneeflächen blenden darum außerordentlich, da sie kein Licht verschlucken, also fast alles auffallende Licht auch wieder in das Auge gelangen lassen.

399. Warumkönnen wir bei Lampen- oder Kerzenlicht manche Farben, namentlich grüne oder blaue, so schwer unterscheiden?

Weilunsere Lampen- und Kerzenflammen vorzugsweise gelb gefärbt sind und wenig blaues und grünes Licht enthalten, ein Körper aber nur das Licht zurückstrahlen kann, welches er empfängt. Ein blauer Körper hat aber die Eigenschaft, nur blaues Licht zurückzuwerfen, alles übrige zu verschlucken. Empfängt er darum kein blaues Licht von der beleuchtenden Flamme, so kann er überhaupt kein Licht zurückwerfen. Er erscheint darum nur grau. Ebenso geht es aber dem grünen Körper. Beide senden bei Kerzenbeleuchtung zu wenig Licht zurück, um ihre Farben deutlich hervortreten zu lassen. Am besten können wir uns davon überzeugen, wenn wirden Docht einer Spiritusflamme mit Salz einreiben. Die Flamme derselben verbreitet dann fast nur gelbes Licht, und alle nicht gelb oder weiß gefärbten Körper erscheinen in dieser Beleuchtung schmutzig grau oder bei dunklerer Färbung fast schwarz.

400. Warumsehen wir, wenn wir ein Band von lebhaft rother Farbe auf ein weißes Blatt Papier legen und dasselbe einige Zeit aufmerksam betrachten, nach dem Wegnehmen desselben an seiner Stelle das Papier grün?

Weildie Netzhaut unseres Auges durch den längere Zeit anhaltenden Reiz des rothen Lichtes an Empfindlichkeit für dasselbe verloren hat, und der Eindruck der übrigen farbigen, von der weißen Fläche ausgehenden Strahlen nun um so lebhafter hervortritt, diese aber beim Fehlen der rothen Farbe uns als grün erscheinen. Grün ist nämlich die complementäre oder Ergänzungsfarbe zu Roth. Wenn man sämmtliche farbige Strahlen des prismatischen Farbenbildes durch eine Sammellinse vereinigt und nur die rothen Strahlen durch einen vorgesetzten Schirm ausschließt, so erhält man nicht ein weißes, sondern ein grünes Bild. Andre complementäre Farben sind Orange und Blau, Gelb und Violett.

Die erwähnte Erscheinung eines grünen Nachbildes von einem längere Zeit betrachteten rothen Bande nennt man eine physiologische Farbenerscheinung. Auf einer solchen beruhen auch die bläulichen Schatten, welche erscheinen, wenn ein Zimmer gleichzeitig durch das weiße Mondlicht und durch das gelbliche Licht einer Kerze erhellt wird.

401. Warumsieht der heitere Himmel blau aus?

Weildie Luft der Atmosphäre keineswegs völlig durchsichtig ist, sondern einen Theil des Sonnenlichts und zwar vorzugsweise die blauen Strahlen zurückwirft. Sonst würde der Himmel uns schwarz erscheinen, und wir würden am Tage die Sterne sehen. Wirklich sieht man auch in sehr bedeutenden Höhen den Himmel über sich dunkler. Nur die zu Nebelbläschen verdichteten Wasserdämpfe bleichen bisweilen das Blau des Himmels. Daher zeigt der Himmel bei uns das reinste Blau nach einem Regen, wenn die Wasserdämpfe aus der Luft niedergeschlagen sind. Ebenso ist der Himmel in südlichen Gegenden tiefer blau gefärbt als bei uns, weil die Luft dort dunstfreier ist.

402. Warumerscheint der Himmel bei Sonnenauf- und Untergang geröthet?

Weilbei Sonnenauf- und Untergang der Wasserdampf in der Luft sich zu Nebelbläschen zu verdichten beginnt, und diese die Eigenschaft haben, nur die orangerothen Strahlen des Sonnenlichtes hindurchzulassen. Am prachtvollsten erscheint das Abendroth, wenn sich die Wasserdämpfe erst in Folge der gegen Sonnenuntergang eintretenden Abkühlung des Erdbodens zu verdichten beginnen, und die Sonnenstrahlen dann wegen der tiefstehenden Sonne einen weiten Weg durch die entstehenden Nebelbläschen zurückzulegen haben. Enthielt dagegen die Atmosphäre schon zu viel Dämpfe, so daß sie sich vor Sonnenuntergang zu Nebeln verdichteten, so zeigt sich nur ein mattes gelbes Abendroth, und man hält dies mit Recht für einen Verboten baldigen Regens. Am Morgen dagegen können die Dämpfe in der Regel erst aufsteigen, wenn die Sonne bereits eine Zeit lang gewirkt hat. Die Sonne steht dann schon hoch, und ihre Strahlen haben einen kürzeren Weg durch die von Nebelbläschen erfüllten Schichten. Das Morgenroth ist daher weniger lebhaft als das Abendroth. Nur wenn die Atmosphäre bereits so dampfreich war, daß die Dämpfe trotz der aufgehenden Sonne in Nebelform übergingen, wird ein prachtvolles Morgenroth wahrgenommen, das ebenso ein Vorbote von Regenwetter ist, wie das matte Abendroth.

403. Warumist das kleine runde Sonnenbild, das ein Lichtstrahl, der durch eine sehr kleine Oeffnung in ein dunkles Zimmer tritt, auf einem weißen Blatt Papier erzeugt, größer als die Oeffnung selbst?

Weildas Licht beim Durchgang durch die Oeffnung an den Rändern derselben eine Ablenkung erfährt, die man Beugung nennt, und diese abgelenkten Lichtstrahlen daher einen größeren Raum beleuchten müssen, als von den in grader Linie fortgehenden Lichtstrahlen getroffen wird. Die Lichtstrahlen sind nämlich Wellen oder Schwingungen, die beim Vorübergehen an Rändern, ebenso wie die Wasserwellen, neue Wellen erzeugen.

404. Warumzeigt die Perlmutter ein so prächtiges Farbenspiel?

Weildie Oberfläche der Perlmutter von zahlreichen, äußerst feinen Furchen durchzogen ist, und das Licht beim Hindurchgehen durch diese Furchen gebeugt wird, die durch die Beugung entstandenen Lichtwellen aber sich mit den von der Oberfläche zurückgeworfenen kreuzen und daher theils verstärken, theils schwächen.Diese Verstärkung oder Schwächung kann aber nur eine Vermehrung oder Verminderung der Geschwindigkeit sein, mit welcher die Aethertheilchen in den Lichtwellen schwingen. Nun sind mit verschiedener Geschwindigkeit schwingende Aetherwellen verschiedene Farben, grade wie mit verschiedener Geschwindigkeit schwingende Luftwellen verschiedene Töne sind. Aehnliche Farbenerscheinungen zeigen aus dieser Ursache auch die Flügel vieler Insekten, und man kann sie künstlich hervorrufen, wenn man durch ein feingewebtes Band nach einer Lichtflamme oder nach der Sonne sieht.

405. Warumspielen Seifenblasen in so wundervollen Farben?

Weildas Licht sowohl von der äußeren als von der inneren Fläche der dünnen Seifenwasserschicht, welche die Seifenblase umschließt, zurückgeworfen wird, die zurückgeworfenen Lichtwellen aber einander begegnen und darum verstärken oder schwächen, also verschiedene Farben hervorrufen. Da die Dicke der dünnen Seifenwasserschicht sich beständig ändert, so sind es auch beständig andere Lichtwellen, die von der innern Fläche zurückgeworfen werden, und darum müssen auch die durch sie erzeugten Farben beständig wechseln. Auf diesem Zusammentreffen verschiedener Lichtwellen, die, wie zusammentreffende Wasserwellen höhere oder flachere Wellenberge erzeugen, so sich zu schnelleren oder langsameren Schwingungen vereinigen, beruhen die Farbenerscheinungen aller dünnen Blättchen, namentlich auch das bunte Anlaufen des Stahls, das durch eine die Oberfläche desselben überziehende dünne Oxydschicht bewirkt wird.

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