Von der Lichtwelle zur Farbempfindung

Von der Lichtwelle zur Farbe

Ein menschliches Haar ist etwa 0.09 mm dick – eine Lichtwelle ist nur 1/2000 so lang wie ein Haar dick ist.

Die Entfernung zwischen den hohen Stellen einer elektromagnetischen Welle wird als Wellenlänge (mit dem Symbol λ) bezeichnet und in Nanometern gemessen. Nanometer sind Milliardstel eines Meters 1 nm = 10−9 m.

Die Wellenlängen des Lichts
Rot hat eine längere Wellenlänge – eine niedrigere Frequenz – als Blau.

Wenn Licht ein transparentes Medium durchquert, werden die Wellenlängen leicht komprimiert (dadurch entsteht der leichte Blaustich) und die Geschwindigkeit des Lichts läßt leicht nach. Dadurch kommt die charakteristische Brechung des Lichts an den Grenzen zwischen zwei Medien wie Luft und Wasser oder Glas zustande.

Wellenlänge (λ)

Die Wellenlänge λ (wavelength) gibt die Entfernung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten einer periodischen Welle an.

Das Produkt aus Wellenlänge und Frequenz gibt die Geschwindigkeit der Welle an; im Vakuum ist die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle konstant und somit unabhängig von Wellenlänge und Amplitude. Die Geschwindigkeit verringert sich auf c/n, wenn sich die Welle in einem anderen Medium als dem Vakuum ausbreitet (n bezeichnet den Brechungsindex dieses Mediums).

Das menschliche Farbsehen wird als trichromatisch bezeichnet. Wir besitzen drei unterschiedliche Klassen von Photorezeptor-Zellen – Zapfen – die in einem regelmäßigen Mosik auf der Rückseite der Retina angeordnet sind. Jede Zapfenklasse enthält ein Pigment, dass maximal empfindlich gegenüber einem bestimmten Bereich des sichtbaren Spektrums ist:

• S rotes oder langwelliges Licht (LWS) mit einem Maximum bei ~420nm,
• M grünes oder mittelwelliges Licht (MWS) mit einem Maximum bei 530nm,
• L blaues oder kurzwelliges Licht (SWS) mit einem Maximum bei 562nm.

Der Prozess des Farbsehens spielt sich auf zwei Ebenen ab:

• Auf der ersten Ebene sitzen die lichtempfindlichen Photorezeptoren, die Zäpfchen der Retina
• auf der zweiten Ebene verarbeiten neurale Komponenten die Informationen über lang- und kurzwelliges Licht.

• Das Rot-Grün-Sehen entsteht durch den Vergleich der Lichtmenge aus den L und M-Zapfen,
• Das Blau-Gelb-Sehen vergleicht die Lichtmenge aus L und M-Zapfen mit der Lichtmenge aus den S-Zapfen.

Unter den Frauen findet man eine verschwindend kleine Anzahl von Tetrachromaten. Tetrachromaten haben nicht drei, sondern vier verschiedene Zapfentypen, wobei der vierte Typ irgendwo zischen Rot und Grün im Orangen Bereich zu liegen scheint.

Die Pigmente der roten und grünen Zapfen liegen im X-Chromosom, von dem bei Frauen zwei zu finden sind. So entsteht die Möglichkeit, dass sich die Zapfen unterschiedlich entwickeln. Bei den meisten Frauen allerdings liegen die beiden Zapfen aber so nah zusammen, dass keine besondere Farbwahrnehmung entsteht.

Mithilfe eines genetischen Scans können wir zwar herausfinden, ob eine Frau über eine vierte Zäpfchenart verfügt – aber es ist schwer nachzuweisen, dass sie über ein herausragendes Farbempfinden verfügt.

Etwa 8% der weißen europäischen/amerikanischen Männer hat eine Rot-Grün-Schwäche. Die meisten dieser Männer haben neben dem blauen Standardzapfen entweder zwei rote oder zwei grüne Zapfen.

Jay Neitz color vision researcher at the Medical College of Wisconsin.