Mit dem Licht macht der Mensch verrückte Dinge. Er erhellt damit nicht nur seine Städte, auf dass sie aus dem Weltraum wie strahlende Galaxien aussehen. Sondern er nutzt es auch, um Augen zu lasern, Tumore zu entfernen, dicke Metallplatten zu zerschneiden oder die Verschiebung von Kontinenten millimetergenau zu vermessen. Mit Licht jagt der Mensch Nachrichten und Filme rund um die Welt. Er produziert damit CDs und blickt Patienten tief in den Körper hinein.

Neueste Mikroskope erlauben sogar Einblicke in lebende Zellen. Erst im vergangenen Jahr hat der deutsche Physiker Stefan Hell dafür den Nobelpreis bekommen. Mediziner können heute bereits einzelne Nervenzellen im Gehirn lichtempfindlich machen und dann per Bestrahlung an- und abschalten, um Schizophrenie oder Depressionen zu behandeln. Licht wird eingefangen, um Strom zu gewinnen. All diese Entwicklungen will die Uno fördern, die das laufende Jahr 2015 zum „Internationalen Jahr des Lichts und der lichtbasierten Technologien“ erklärt hat. Dabei geht es jedoch um viel mehr als um Fortschritte in der Technik.

Licht spielte eine zentrale Rolle bei der Menschwerdung, der Entwicklung von Kultur. Das sogenannte vernunftbegabte Wesen, das sich heute als großer Beherrscher des Lichts darstellt, tappte noch vor 200 Jahren in fast absoluter nächtlicher Dunkelheit. Ja, sogar das moderne Streichholz wurde erst 1826 erfunden. Davor nutzte man zwar Schwefelhölzer, musste aber vorher zumindest einen Funken erzeugen und einen Zunderschwamm zum Glimmen bringen. Die Zeit der rußenden und brandgefährlichen Kerzen, Öllampen und Kienspäne endete erst, als sich Gas, Petroleum und Elektrizität durchsetzten, also mit der Industrialisierung. In gerade mal 130 Jahren preschte der Mensch von der ersten industriell hergestellten Glühlampe Edisons bis zur modernen LED voran. Davor lagen unzählige Jahrtausende in Dunkelheit.

Wie der Mittelalter-Historiker Johannes Fried schilderte, lebten die meisten Menschen in Holzhäusern mit winzigen Fensterluken. Im Innern war es stockdunkel. Einzige Lichtquelle bildete meist ein Feuer. Die Leute litten unter vom Rauch geröteten und verklebten Augen. Und wenn dann ein Wunderheiler kam und Blinde wieder sehend machte, geschah das nicht selten durch die Anwendung einer einfachen lindernden Salbe.

Wo Licht ist, ist auch Macht

Licht – das bedeutete in vorindustrieller Zeit vor allem Licht aus der Natur. Nicht nur von der Sonne, sondern auch vom Mond, den wir heute als Lichtquelle meist übersehen, weil er nur eine Lampe unter vielen ist. Aber noch in vorindustrieller Zeit drehte sich ein großer Teil des Lebens um ihn. In vielen Gegenden Britanniens wurde er „Gemeindelaterne“ genannt. Das schreibt der US-Historiker A. Roger Ekirch in seinem beeindruckenden Buch „In der Stunde der Nacht“ (Lübbe-Verlag). Man nutzte die hellen Nächte intensiv, nicht zuletzt, um dringende Arbeiten zu erledigen, die man am Tag nicht schaffen konnte. Wenn in Septembernächten der „Harvest Moon“ schien, wurde Getreide geerntet, Wein gelesen. Jäger wiederum nutzten den „Hunter’s Moon“ im Oktober zur nächtlichen Jagd.

Wie wirkungsvoll Licht für die Präsentation von Macht, Herrschaft und Religion eingesetzt wurde, zeigten nächtliche Illuminationen. Bei Krönungen, Siegesfeiern, königlichen Hochzeiten und religiösen Festen hat man Massen von Kerzen, Fackeln und anderen Lichtquellen entzündet. „Die Straßen sind bei Nacht fast so hell wie bei Tag“, berichtete um 1670 der begeisterte Besucher eines Kirchenfestes im sizilianischen Messina. Und einer, der zu Weihnachten die Markuskirche in Rom betrat, erzählte: „Die Erleuchtung ist ein Anblick wie ein ungeheures Märchen, man traut seinen Augen nicht.“ Uns würde der Anblick gewiss auch begeistern – aber vor allem aus romantischen Gründen, weniger aufgrund der Helligkeit. Die Beispiele zeigen allerdings, dass das Licht Fantasien und Gefühle gewaltig anregte.

Der Mensch lebt vom Licht. Wie sehr, das zeigen Erkenntnisse der Medizin. So braucht der Körper zum Beispiel das Sonnenlicht, um Vitamin D zu bilden, das unter anderem für die Knochenbildung wichtig ist. Auch bestimmte Formen saisonaler Depression werden mit Lichtmangel in Verbindung gebracht.

Früh schon dachte der Mensch über die Natur des Lichts nach. Er fragte: Was ist es eigentlich? – Woraus besteht es? – Warum können wir überhaupt sehen? Bereits die Erkenntnis, dass eine bestimmte Quelle Licht aussenden müsse, damit der Mensch sehen könne, war ein Fortschritt. In der Antike war die Vorstellung weit verbreitet, dass das Auge eine Art Scanner sei, der selbst einen Sehstrahl aussende. Was natürlich mit der Erfahrung kollidierte, dass man im Dunkeln nicht besonders gut gucken kann. Der antike Philosoph Demokrit (460–371 v. Chr.) wiederum stellte sich vor, dass sich von einem Gegenstand hauchdünne farbige Abbilder lösen, durch die Luft fliegen und in unserem Auge landen. Von dort wandern sie in die Seele, die sie erkennt. Erst Aristoteles vertrat die These, dass wir sehen können, weil Gegenstände das Licht reflektieren, das von der Sonne oder anderen Lichtquellen ausgeht.

Und das Licht selbst? Woraus bestehen seine Strahlen? Wie bewegen sie sich? Warum kann Licht streuen oder sich brechen? Wie schnell ist es überhaupt? Auch hier war der Weg der Erkenntnis äußerst spannend – von den antiken Philosophen bis hin zur modernen Quantenmechanik, die alles wieder komplizierter macht, als man noch jüngst geglaubt hatte.

Hunderte Wissenschaftler grübelten, beobachteten, experimentierten. Einige von ihnen sind berühmt geworden: da Vinci, Kepler, Newton, Huygens, Fresnel, Foucault, Röntgen, Planck, Einstein und viele mehr. Die Leistungen arabischer Gelehrter oder das alte Wissen aus Fernost spielen hier noch gar keine Rolle. Sehr unterhaltsam erzählt der Physiker Rolf Heilmann in seinem Buch „Licht – die faszinierende Geschichte eines Phänomens“ (Herbig-Verlag, München 2013) über diese Entdeckungsreise. Heilmann lehrt als Professor in München.

Lange ging es darum, ob das Licht nun ein Strom von Teilchen oder eine Welle sei. Die Beobachtungen sprachen mal für das eine, mal für das andere. Die Reflexion des Lichts beim Aufprall auf Flächen war ein Indiz für die Ablenkung von Teilchen. Aber wieso konnte Licht – wie Newton beobachtete – an einem kleinen Fensterspalt scheinbar auseinanderlaufen und gebeugt werden? Newton erklärte auch dies anhand von Lichtteilchen. Diese würden desto stärker durch bestimmte Kräfte abgelenkt, je näher sie an einen festen Körper herankämen. Aber wieso bildete Licht auf Glasflächen oder Glimmerplättchen bestimmte Farbmuster wie Streifen oder Ringe? Wie passte das mit der Teilchentheorie zusammen?

Licht kann auch unsichtbar sein

Allmählich setzte sich nach dem 18. Jahrhundert das Wellenmodell durch. Genau vor 200 Jahren, 1815, experimentierte der französische Ingenieur Augustin Jean Fresnel mit selbst gebauten Geräten und zog wie schon seine Vorgänger Christiaan Huygens und Thomas Young den Schluss: Das Licht muss eine Welle sein. „Er leitete aus seinem Wellenmodell Formeln ab, mit denen man die Intensitäten von reflektiertem und gebrochenem Licht berechnen kann“, schreibt Rolf Heilmann. Auch Phänomene wie Beugung und Überlagerung von Licht konnte man nun erklären.

Etwa zur selben Zeit entdeckte man auch für Menschen unsichtbare Strahlung: das Infrarot und das Ultraviolett. Das war der Einstieg in die Erkenntnis, dass sichtbares Licht nur ein kleiner Ausschnitt aus einem riesigen Spektrum elektromagnetischer Wellen ist. Die Wellenlängen reichen von etwa einem Kilometer bis zu weniger als einem Billionstel Meter. Die Augen sehen nur von Rot bis Violett. An einem Ende stehen die Radiowellen und am anderen Ende die Röntgenstrahlen, deren Wellenlänge etwa 1000 Mal kleiner ist als die von Licht. Hinzu kommen noch die Gammastrahlen.

Je weiter der Mensch in das Phänomen Licht eindrang, desto komplizierter wurde es. Und noch waren grundlegende Probleme zu lösen. Etwa das des Photoeffekts: Wenn Licht auf bestimmte Metalle trifft, werden Elektronen freigesetzt. Dadurch kann elektrische Energie fließen. Erst Albert Einstein erklärte diesen Effekt und schuf damit die theoretische Voraussetzung für die Photovoltaik, eine Energiequelle der Zukunft. Einstein knüpfte an die Quantentheorie von Max Planck an, der zufolge Energie in kleinen Portionen abgegeben werde, sogenannten Quanten. Einstein führte nun die Teilchen- und Wellentheorie des Lichts zusammen. Seiner Auffassung nach breitet sich auch das Licht in Form von Quanten aus. Diese erhielten 1926 ihren Namen: Photonen.

Treffen nun kleine Sonnenenergiepakete auf eine Metall- oder Halbleiterfläche, lösen sie Elektronen heraus. Und man gewinnt Strom. Auf den Solardächern passiert genau dies. Und Physiker suchen intensiv nach neuen Materialien, um die Energieausbeute immer mehr zu erhöhen. Dazu testen zum Beispiel Computer auf dem Campus Berlin-Adlershof immer neue Materialkombinationen, etwa aus organischen und anorganischen Stoffen.

Seit Einstein hat sich die Theorie des Lichts immer weiter entwickelt. Zum Teil lassen sich in der sogenannten Quantenelektrodynamik (QED) Vorgänge berechnen, aber nicht mehr anschaulich erklären. Und auch in der Technik werden nahezu unvorstellbare Dinge mit Licht möglich. Nicht nur bei den LEDs, den Licht emittierenden Dioden, die nach und nach alle Lampen oder Röhren aus Glas ersetzen werden, sondern auch bei der Entwicklung organischer Leuchtdioden. Der Physiker Rolf Heilmann stellt sich Fensterscheiben vor, die mit einer durchsichtigen organischen Schicht versehen sind. Am Tage lassen sie Licht durch, arbeiten aber zugleich als Solarzellen. Abends dann leuchten sie als großflächige LEDs. Forscher arbeiten auch bereits daran, künftig Internetverbindungen über das hochfrequente Licht von LED-Deckenlampen herzustellen.

Strahlende Wände, Decken und Fußböden, superschnelle Quantencomputer, ja sogar Tarnkappen, bei denen Licht um den Gegenstand herumgeleitet wird – all das ist theoretisch möglich. Auch die Verstärkung von Licht durch stimulierte Emission von Strahlung – kurz Laser genannt – entwickelt sich weiter. Vom ersten Rubinlaser (1960), der heute noch bei der Heilung von Hautkrankheiten eingesetzt wird, führt der Weg vielleicht einmal bis hin zu einer lasergesteuerten Kernfusion.

Am Beispiel des Lichts sehen wir, welche unglaublichen Entdeckungen der Mensch in wenigen Jahrhunderten gemacht hat. Es fasziniert und macht zugleich ein wenig Angst: Welche Entwicklungen und Erfindungen sind noch möglich? Immerhin kennen wir bisher nur einen Bruchteil der Materie und Energie, die uns umgeben.