Die Frage nach dem "Wesen des Lichts" ist eines der großen physikalischen Probleme. Immer wieder wurden neue Theorien aufgestellt, heiß diskutiert, wieder fallengelassen und manch Altes wieder aufgegriffen.

Die Bedeutung des Lichts im Leben des Menschen hat dazu geführt, dass man sich schon seit der Antike ausführlich mit den Eigenschaften von Licht und Farbe beschäftigt.

Die in Zahlen verliebten Pythagoräer postulieren um 500 vC, dass das All und alle Dinge durch die Anzahl Drei begrenzt sind, nämlich durch Ausgang, Mitte und Ende, denen die Materie unterworfen sind. Sie wähnen sich im Innern einer durchsichtigen Hohlkugel, auf deren Innenseite die Fixsterne festsitzen. Von den Augen der Pythagoräer gehen Sehstrahlen aus und wenn diese auf Gegenstände auftreffen, wird dem Auge ein Lichtstoß zurück übermittelt und dadurch im Auge eine Sehempfindung ausgelöst.

Der griechische Philosoph Empedokles stellt 50 Jahre später fest, dass die Sinneswahrnehmungen durch Ausflüsse von den Objekten entsteht, die in die passenden Poren der Organe eindringen. Sehen kann man feine Teilchen, die aus Gegenständen ausströmen und die die beim Menschen Lichtempfindungen auslösen.
 

Farbsystem nach Empedokles (500-430 vC)
Farbe	Element	Eigenschaft
Weiß	Feuer	heiß-trocken
Ockergelb	Erde	trocken-kalt
Rot	Luft	feucht-heiß
Schwarz	Wasser	kalt-feucht

Die alten Griechen entwickeln unabhängig voneinander eine Reihe von rein spekulativen Lehren des Sehens. Den meisten ihrer Spekulationen ist gemeinsam, dass sie alle von einem Medium ausgehen, welches die Empfindungen überträgt.

Aristoteles entwickelt ein zweidimensionales Farbmodell, das aus einer Reihe von sieben mittel gesättigten Farben besteht. Die Reihung der Farben erfolgt nach ihrer Eigenhelligkeit und Schwarz und Weiß sind mit den Buntfarben gleichgestellt.
 

Farbsystem nach Aristoteles (384-322 vC)
								Regenbogen nach Aristoteles aus den Farben Rot-Grün-Purpur
								Aristotelische Reihe der sieben Farben

Auch beim aristotelischen Farbmodell wird davon ausgegangen, dass alle Buntfarben aus Mischungen von Weiß und Schwarz gebildet werden. Dieses Farbmodell dominiert die Farbvorstellungen bis ins 17. Jahrhundert, als es nach und nach von naturwissenschaftlichen Modellen abgelöst wird. Später wird diese Vorstellung noch einmal von Goethe aufgegriffen.

Die Priester der antiken Kulturen sind zugleich auch Heiler, da ging die Bemühung um Heil und Heilung Hand in Hand.

Die Ägypter bauen zu diesem Zweck Farbtempel mit sieben Räumen, die jeweils in einer anderen Farbe gehalten waren. Patienten wurden je nach Leiden in einen dieser Räume des Heiltempels von Helios gebracht gebracht, um dort ein heilsames Farbbad zu nehmen.

Königin Nofretete (um 1350 vC) verwendet Badeöle in verschiedenen Farben, um je nach Bedarf im Bad das Wohlbefinden oder ihre Schönheit zu steigern. So sind zu dieser Zeit anregende Bäder in Purpur, beruhigende in Blau oder Grün gehalten.

Auch die alten Chinesen setzen Farben zu therapeutischen Zwecken ein. Sie bestreichen beispielsweise Darmkranke mit Gelb und lassen das Licht durch gelbe Vorhänge ins Zimmer dringen. Epileptiker setzen sie auf violette Teppiche und verhängen die Fenster mit violetten Schleiern. Scharlachkranke wickeln sie in rote Gewänder, bringen sie in einen mit roten Tüchern ausgeschlagenen Raum und bestrahlen sie mit rotem Licht.

Die Lehre von den Sehstrahlen hat weiterhin Bestand z.B. stellt der Mathematiker Euklid  im 3. Jahrhundert vC ein Reflexionsgesetz auf und beschreibt erstmals die Brechung von Licht.

Der ägyptische Gelehrte Ptolemäus fertigt zur Brechung von Licht in verschiedenen Medien eine Tabelle von Einfalls- und Ausfallswinkeln an.

Diese Tabelle wird viel später von Johannes Kepler auf einen bestimmten Winkelbereich eingeschränkt und dabei um die Totalreflexion bei Grenzwinkeln ergänzt.

Um 1000 n. Chr. beschäftigt sich der Araber Al Hazen mit der Brechung von Licht. Er stellt die beiden wichtigen Thesen auf, dass das Licht eine endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit besitzt und diese im dichteren Medium langsamer als im dünneren ist.

1621 fixiert Willebrod Snellius experimentell das nach ihm benannte snelliussche Brechungsgesetz. Obgleich das Gesetz bis heute Gültigkeit besitzt, ist es Ausgangspunkt für einen langen Streit, der eng mit dem Dualismus des Lichtes als Teilchen oder Welle zusammenhängt.

Im 17. Jahrhundert entstehen die ersten wissenschaftlichen Theorien über das Wesen des Lichts. Schließlich stehen sich zwei grundlegend verschiedene Theorien gegenüber, die einander teilweise widersprechen. Speziell durch die gegeneinander stehenden Hypothesen von Newtons und Huygen über die Lichtgeschwindigkeit im optisch dichteren Medium konnten sie nicht nebeneinander bestehen, da sie einander absolut ausschlossen.

Erst die Messung der Lichtgeschwindigkeit in den Stoffen schafft als "experimentum crucis" (entscheidendes Experiment) mehr Klarheit.

Es klingt paradox, aber jede der beiden Theorien kann durch die Messung der Lichtgeschwindigkeit widerlegt werden, wiewohl doch beide zugleich auf der Grundlage einer endlichen Lichtgeschwindigkeit basieren.

Dazu kommt noch, dass der Ansatz, die optischen Phänomene mittels Gesetzen der Mechanik zu begründen, nicht auflösbare Widersprüche innerhalb der Theorien mit sich bringen. Nur die Überwindung der Ansätze aus der Mechanik ermöglicht die weitere Erforschung des wahren Lichtcharakters.

Ähnlich wie auf anderen Gebieten der Physik versucht man auch in der Optik sich vorzustellen, was das Licht eigentlich "ist". Nachdem man erkennt, dass die Frage nach dem Wesen des Lichts nicht direkt zu beantworten ist, versucht man sich eine Vorstellungen von der Wirklichkeit zu verschaffen. Man versucht vom Licht eine anschauliche Modellvorstellung zu gewinnen, die Erscheinungen und Gesetzmäßigkeiten möglichst einfach beschreibt und verständlich macht. Der Streit um diese Modellvorstellungen von Licht beginnt 1637. Der Unterschied soll hier an einem Beispiel kurz verdeutlicht werden:

Im Jahre 1883 bricht der Vulkan Krakatau in Südostasien aus und auch entfernte Weltgegenden sind auf zwei Wegen direkt davon betroffen:

1. Es breiten gelangen vom Vulkanausbruch mächtige Wasserwellen über den Ozean bis nach Südamerika.

2. Es gelangen Staubteilchen des Vulkanausbruchs in höhere Luftschichten und werden an weit entfernte Teile der Erde verbracht und schlagen sich dort nieder.

Ad 1. Die Wasserteilchen werden lediglich auf- und ab bewegen und die Welle pflanzen sich nur in Form eines Impulses im Wasser fort. Die Wasserteilchen selbst bewegen sich natürlich nicht von Asien bis nach Südamerika, sondern der Zustand wandert in Form einer Welle weiter.

Ad 2. Der atmosphärische Staub stammt dagegen direkt vom Ausgangsort und kommt selbst weit entfernt wieder auf die Erde herab.

Diese zwei grundsätzlichen Vorstellungen von Teilchen und Welle haben auch das Ringen um ein befriedigendes Modell von Licht bestimmt,

Der französische Philosoph, Mathematiker und Naturwissenschaftler Descartes sieht die Ausbreitung im Medium als eine Druckfortpflanzung, d.h. eine Teilchenbewegung an. Da bekanntlich die Dichte von Feststoffen höher als die von Luft ist, muss sich demnach Licht im dichteren Medium schneller als im dünneren ausbreiten.

Newton kann erstmals das Lichtphänomen des Regenbogens schlüssig erklären. Er liefert dazu das klassische Experiment mit dem Prisma. Innerhalb eines Regenbogens kommt es nicht nur zu einer Streuung der Lichtstrahlen, sondern auch zu einer Totalreflexion und damit zu einer Ablenkung zum Erdboden hin. Da die einzelnen Spektralfarben unterschiedlich gestreut werden, treten sie in einem Winkelbereich von 42° (Rot) bis 41° (Violett) aus dem Regentropfen aus. Ein Beobachter sieht damit als oberste Farbe des Regenbogens Rot, als unterste Violett. In einem "Nebenregenbogen" findet eine zweifache Totalreflexion und somit eine Umkehrung der Farbenreihenfolge statt.

In Anlehnung an Descartes "Philosophiae naturalis principia mathematica" (newtonsche Axiome, Gravitationsgesetz F = G*mM/r²) unterstützt auch Sir Isaac Newton das Teilchenmodell ("Korpuskular- oder Emanationstheorie").

Danach werden die Lichterscheinungen durch ein Bild beschrieben, bei dem von der Lichtquelle kleine Partikel ausgehen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit nach allen Richtungen geradlinig ausbreiten.

Man nehme an, dass bei einem Experiment Licht an der Wasseroberfläche gebrochen werde.

Newton zerlegt die Geschwindigkeit c der Lichtteilchen in zwei Komponenten:

Die parallel zur Wasseroberfläche gerichtete Komponente cp werde nicht verändert und bewege sich laut dem Trägheitssatz geradlinig weiter.

Anders dagegen, laut Newton, die senkrechte Komponente cn:

Da das Wasser mechanisch dichter sei, d.h. pro Volumen eine größere Masse besitze, liefere die Gravitationsformel eine höhere Kraft. Die Kraft ihrerseits sei proportional zur Beschleunigung (F = m*a), die cn-Komponente des Lichts werde daher beim Durchtreten der Grenzfläche erhöht. Im Wasser selbst bewegten sich die Lichtteilchen gleichmäßig unbeschleunigt und geradlinig weiter. Doch die Ausbreitungsgeschwindigkeit sei wegen der Erhöhung von cn auch insgesamt größer (Zusammensetzung der Komponenten zu cres).

Der Mathematiker Fermat setzt 1661 voraus, dass der Lichtweg zwischen zwei Punkten durch minimalen Zeitbedarf bestimmt ist. Daraus ergibt sich ein Brechungsgesetz, demzufolge sich das Licht im dichteren Medium langsamer als im dünnen ausbreitet.

Newton steht mit seinen Resultaten im Gegensatz zu der von Fermat und Huygens und vertretenen Wellentheorie des Lichts.

Heimlich-offene Spekulationen über Newtons Veröffentlichung der "Optics" betreffen insbesondere aber seinen zähen Gegner Robert Hooke: Erst nach dessen Tod 1704 wird Newtons "Optik oder Abhandlungen über Spiegelungen, Brechungen, Beugungen und Farben des Lichts" erscheinen. Hooke schließt sich 1665 dem Franzosen Fermat an und behauptet, dass sich Licht wie der Schall als Welle ausbreite. Somit steht er in offener Opposition zu Newton.

1678 legt Huygens seine Abhandlung "Traite de la lumiere" der Pariser Akademie vor und begründet damit förmlich die "Undulations- oder Wellentheorie". Er nimmt an, dass der leere Raum mit einem elastischen lichtfortpflanzenden Äther (als Träger der Welle) erfüllt sei und alle durchsichtigen Körper aus kleinsten schwingungsfähigen Teilchen bestünden. Wie die Schallwellen durch die Luft, so sollten sich auch Störungen von der Lichtquelle aus in Form von Kugelwellen durch den Raum ausbreiten. Die Undulationstheorie erklärt Licht somit zur mechanischen Longitudinalwelle, die sich mit endlicher Geschwindigkeit in einem alle Körper durchdringenden Äther durch den Raum ausbreitet.

Huygens zieht zum Beweis der Theorie sein Huygens’sches Prinzip der Elementarwellen heran. Treffen Wellen auf ein dichteres Medium, so werden sie entsprechend dem Verhältnis der Dichte langsamer.

1800 und 1815 gelingt es Thomas Young und Jean Fresnel überzeugend darzulegen, dass Licht Interferenzerscheinungen zeigt. Wenn Licht interferieren könne, dann führe eine Addition von Lichtstrahlen nicht immer zu größerer Helligkeit, sondern im Gegenteil: Licht könne durch Licht auch ausgelöscht werden nämlich dann, wenn Wellenberg auf Wellental träfe.

Zuerst zeigt dies Youngs Interferenz-Experiment.

Bedeutender sind jedoch Jean Fresnels Versuche. Seine Grundüberlegungen lauten: Die beiden zur Interferenz kommenden Wellen müssen gleicher Frequenz sein und gleichzeitig vom gleichen Punkt einer Lichtquelle ausgehen, dagegen soll die Phasendifferenz möglichst 1/2 betragen. Diesen scheinbaren Widerspruch löst er mit dem Fresnelschen Spiegelversuch.

Der Versuch zum Nachweis der Polarisation von Licht von E.L. Malus, weist Licht ebenfalls als Transversalwelle aus.

Alle Versuche von Michelson und Morley schlagen fehl, die Geschwindigkeit der Erde im Verhältnis zum Äther zu messen.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts stellt Maxwell eine kühne Hypothese auf. Er verwirft das mechanische Äthermodell und erklärt Licht mit seinem elektromagnetischen Modell als elektromagnetische Welle, deren Nachweis Hertz 1880 erbringt.

Erst infolge von Einsteins spezieller Relativitätstheorie von 1905 trennt man sich endgültig von der Äthervorstellung. Dadurch gelingt es, den Widerspruch in den Theorien von Newton und Huygens aufzulösen. Die Grundelemente des Lichts sind sowohl sowohl Wellen als auch Teilchen.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts gilt es als gesichert, dass Licht aus elektromagnetischen Maxwell-Hertzschen Wellen besteht, auch wenn Einstein dies bezweifelt. Er stellt eine Beziehung zwischen dem Wellen- und dem Korpuskelmodell her.

Albert Einstein untersucht den 1888 von Hallwachs entdeckten "Photoelektrischen Effekt" (Herauslösen von Elektronen aus Festkörpern oder aus freien Atomen durch Einstrahlung von Licht-, Röntgen- oder Gammastrahlung) in Zusammenhang mit Plancks "Lehre von den schwarzen Körpern".

Das überraschendes Ergebnis beweist, dass sich das Licht aus Quanten bzw. so genannten "Photonen" zusammensetzen muss. Deren Häufigkeit wird im Prinzip durch die Amplitude der Welle beschrieben. Lichtstrahlung kann also weder durch das Wellen- noch durch das Teilchenmodell alleine vollständig beschrieben werden.

Die Quantenphysik von 1930 beschreibt das Licht mit mathematischen Formeln als eigenes Mikroobjekt, worauf hier aber nicht näher eingegangen werden kann.

Oft wird heute beim Namen Goethe als den Dichter schlechthin gedacht und nicht mehr an einen Universalgelehrten, für den er sich eigentlich hielt. Doch im europäischen Kulturkreis ist Johann Wolfgang von Goethe einer der ersten, der sich intensiv mit der Wirkung der Farben auf die menschliche Psyche beschäftigt.

Er beschäftigt sich jahrzehntelang mit dem Licht bzw. genauer mit der Farbe des Lichts und erachtete die von ihm entwickelte Farbenlehre wichtiger als seine übrigen Werke.

Goethe stellt fest, dass es drei reine Farben gibt: Rot, Gelb und Blau. Alle anderen Farben sind Mischungen dieser Farben. Durch Mischung erzielt man nach Goethe drei Mischfarben erster Ordnung: Violett (Rot mit Blau), Grün (Blau mit Gelb) sowie Orange (Gelb mit Rot). Schwarz und Weiß sind bei Goethe Urfarben.

Die moderne Farbtherapie (Colortherapie, Chromotherapie) basiert letztlich auf Goethes Farbenlehre, die in diesem Zusammenhang durch diverse Heilpraktiker vielfältig und widersprüchlich aufbereitet worden ist.

Licht hat seinen Ursprung im atomaren Bereich. Beim Übergang "angeregter" Elektronen in energetisch tiefer liegende Zustände (den Bahnen) wird die Energiedifferenz in Form von Licht ausgestrahlt. Licht, das aus mehr oder weniger intensitätsgleichen Wellen aller Wellenlängen (bzw. Frequenzen) aus dem sichtbaren Bereich besteht, wird vom Auge als "weißes Licht" wahrgenommen; anderenfalls ergeben sich im Auge durch subtraktive Farbmischung die verschiedenen Farbtöne.

Licht breitet sich wie alle elektromagnetischen Wellen im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit aus. Die ungestörte Ausbreitung erfolgt geradlinig und die Lichtstrahlen entsprechen dabei der Ausbreitungsrichtung der Wellenflächen.

Trifft Licht bei seiner Ausbreitung auf die Trennfläche zweier Medien (z.B. Vakuum und Glas oder Luft und Wasser), dann zeigen sich Erscheinungen wie Beugung, Brechung, Interferenz, Polarisation und Reflexion. Diesen Erscheinungen stehen Effekte gegenüber, die sich nicht mit der Wellennatur, sondern nur mit der Quantennatur (Teilchennatur) des Lichtes erklären lassen wie z.B. der Photoeffekt. Die Energie des Lichts ist auf "Lichtkorpuskeln" (Lichtquanten, Photonen) atomarer Dimension "konzentriert". Photonen kann sowohl eine Masse als auch ein Impuls zugeordnet werden.

Beide Eigenschaften des Lichts - Wellen und Korpuskel - existieren gleichberechtigt nebeneinander und werden als Welle-Teilchen-Dualismus bezeichnet.