Licht

Die Reise ins Licht

Ob in Physik und Biologie, in der Medizin, in der Kirche oder in der Kunst: alles strebt zum Hellen. Von der für das Auge sichtbaren elektromagnetischen Strahlung geht eine geheimnisvolle Kraft aus.

Schwarz wie eine dunkle Kammer, eine „camera obscura“, so ist die Nacht, klamm, kalt und still. Noch steckt der endlose graue Winter in den Knochen der Menschen, die sich an diesem frühen Morgen in ihrer Kirche versammelt haben. Plötzlich geht deren Tür auf, ein tiefer Orgelton schwebt im Kirchenschiff, und das Licht einer großen Kerze wandert zum Altar. „Lumen Christi – Christus, das Licht der Welt“ erschallt der Ruf. Osternacht.

Kathedrale der Steinzeit: Das Megalith-Grab von Newgrange bei Dublin.
Kathedrale der Steinzeit: Das Megalith-Grab von Newgrange bei Dublin.

Das Ritual der Anbetung des Lichts ist uralt. Die erste Osterkerze soll bereits 384 n. Chr. im italienischen Piacenca entzündet worden sein, seit dem 11. Jahrhundert sind Osterfeuer im deutschsprachigen Raum verbreitet. Auch die Bezeichnung „Ostern“ soll von dem altgermanischen Wort für „Morgenröte“ abstammen.

Die Religionswissenschaft allerdings geht noch viel weiter zurück, um Belege zu finden für das Licht als ein Ursymbol der Menschheit. Etwa bis zu der Steinzeit-Kathedrale von Newgrange (um 3150 v. Chr.) bei Dublin, einem wahren Megalith-Grab, gewidmet den 15 Minuten, in denen das aufkommende Licht während der Wintersonnenwende durch einen schmalen Gang in die Kultstätte fiel. Oder zu dem ersten bekannten Gesetzgeber der Geschichte, dem altbabylonischen Hammurabi (um 2200 v. Chr.), der sich als Verwandten des Sonnengottes bezeichnete. Oder zum ägyptischen Pharao Echnaton (um 1340 v. Chr.), der – radikaler als alle Freunde der Sonne vor ihm – seinen hergebrachten Götterhimmel abräumte zu Gunsten einer monotheistischen Religion mit „Aton“, der Sonnenscheibe, im Zentrum.

O sole mio. Doch die Sonne ist, ach, ein launisches Zentralgestirn. Echnaton hat sie kein Glück gebracht, er starb unter ungeklärten Umständen. Und auch auf der Erde würde sie verheerend wirken, wenn nicht deren Atmosphäre und Magnetfeld einen Puffer bildeten für die enorme Energie, die permanent aus der Verschmelzung von Wasserstoff und Helium entsteht und ihren Planeten aufs Korn nimmt. Diese Energie – ein Sonnensturm kann 700 Kilometer pro Sekunde erreichen – ist so stark, dass sich Elektronen aus ihrem atomaren Zusammenhalt lösen, auf eine andere Ebene springen, dort abgebremst werden und ihre überschüssige Bewegungsenergie in Form von Licht abgeben.

Das Licht kehrt zurück: Nur zur Wintersonnenwende fällt ein Sonnenstrahl in die kultischen Gänge des Grabes von Newgrange.
Das Licht kehrt zurück:
Nur zur Wintersonnenwende fällt ein Sonnenstrahl in die kultischen Gänge des Grabes von Newgrange.

Das klingt einfach, ist aber, man konnte es ahnen, viel komplizierter. So besteht das natürliche Licht nicht nur aus elektromagnetischen Wellen, sondern zugleich aus Materie-Teilchen, den Photonen. Ein ungelöstes Geheimnis. Um ihm nachzuspüren, aber auch, um die essentielle Rolle des Lichts – des natürlichen wie des künstlichen – global mehr bewusst zu machen, hat die Generalversammlung der Uno das Jahr 2015 als „Internationales Jahr des Lichts und der lichtbasierten Technologien“ ausgerufen. Deutschland- und weltweit gibt es dazu hochinteressante Veranstaltungen.

Doch damit nicht genug. Mit dem Jahr 2015 lassen sich auch etliche wissenschaftliche Großereignisse verknüpfen, die unser Weltbild bereits verändert haben oder, gut denkbar, noch verändern werden. So konnte der Physiker Albert Einstein vor 100 Jahren mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie aufzeigen, welche Rolle das Licht in den Strukturen von Raum und Zeit spielt. Und 1965, vor 50 Jahren, entdeckten die amerikanischen Wissenschaftler Arno Penzias und Bob Wilson in ihrem Radio-Teleskop per Zufall ein Signal, das sie keiner bekannten Quelle im Weltraum zuordnen konnten. Heute weiß man: Solche elektromagnetische Hintergrundstrahlung ist ein ferner Spiegel des „Urknalls“. Vor wohl 13 Milliarden Jahren machte sich das Licht auf den Weg.

Die grösste maschine der menschheit. In diesem Frühjahr schließlich soll im Forschungszentrum CERN bei Genf nach dreijähriger Pause die größte Maschine wieder angeworfen werden, die von der Menschheit, Dutzende Nationen sind beteiligt, bisher gebaut wurde: der Large Hadron Collider (LHC). Eine ringförmige, fast 27 Kilometer lange unterirdische Röhre, in der Protonen aufeinanderprallen. Die Anzahl der Kollisionen wird mit Licht („Luminosität“) vermessen. Und der Aufprall geschieht zu 99,9999 Prozent mit Lichtgeschwindigkeit – also mit fast 300000 Kilometern pro Sekunde. Die Wissenschaftler hoffen auf Erkenntnisse jenseits des bisherigen Standardmodells der Physik.

Kollision der Protonen: Fast mit Lichtgeschwindigkeit
Kollision der Protonen: Fast mit Lichtgeschwindigkeit

Protonen-Regen und „Big Bang“: Man braucht gar nicht solche Fingerzeige Gottes um zu erkennen, wie hilfreich Licht sein kann. Etwa in der Photosynthese der Pflanzen, ohne die es kein Leben auf der Erde gäbe. In der Lichttherapie als probatem Mittel gegen viele Krankheiten. In der Photovoltaik, einem wesentlichen Baustein alternativer Energieerzeugung. Oder auch in der Photonik, die der medizinischen Diagnostik neue Wege eröffnet. Ganz zu schweigen von kulturellen Medien wie Foto, Film und Video. Ohne das Licht in Glasfaserkabeln würde das Internet nicht funktionieren. Der Umgang mit Licht ist die Basis von allem. „Licht bietet Optionen, für die es in der Technikgeschichte keine Vorbilder gibt“, heißt es in einem Bericht des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.

Eine hochmögende Einschätzung. In der Medizin lässt sie sich tatsächlich bestätigen, nicht erst seit heute. So wurde schon 2009 ein Laserskalpell als Patent angemeldet, inzwischen kann man per Laserlicht bis auf die Zelle genau operieren. Auch die Endoskopie im Rahmen von minimalinvasiven Operationen hat sich weiterentwickelt. Kameras an der Spitze eines nur 2,7 Millimeter messenden Endoskops senden hochauflösende Bilder an einen Monitor, über den der Chirurg die OP steuert.

Noch spezieller arbeitet die Biophotonik. In ihr geht es mehr um Diagnostik als um Heilung. Alzheimer, Krebs, bakterielle Erkrankungen: Mit Hilfe von Licht, etwa durch biolumineszente Marker, können Zellzustände erfasst und überwacht werden, ohne diese zu zerstören. Und das im Nanometer-Bereich. Am Göttinger Max-Planck-Institut ist es gelungen, ein Mikroskop mit einer Auflösung von unterhalb 0,2 Millimetern – der lange festgeschriebenen Grenze für Mikroskopie – zu entwickeln. Der Wissenschaftler Stefan W. Hell erhielt dafür im letzten Jahr den Chemie-Nobelpreis. Und Jürgen Popp, Sprecher des Forschungsschwerpunkts Biophotonik, hofft: „Langfristig lassen sich erste Warnzeichen des Körpers so frühzeitig erkennen, dass der Ausbruch einer Krankheit ganz vermieden werden kann.“

Größte Maschine der Menschheit: der Large Hadron Collider des CERN.
Größte Maschine der Menschheit: der Large Hadron Collider des CERN.

Kein Wunder, dass in photonischen Technologien auch die Musik des Marktes steckt. Die Unesco rechnet für 2020 mit einem Volumen von 600 Milliarden Euro. Ihre Quintessenz: „Das 21. Jahrhundert wird von der Photonik so abhängen wie das 20. Jahrhundert von der Elektronik.“

„Mehr Licht!“ sollen die letzten Worte des Dichterfürsten Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832) auf seinem Sterbebett gewesen sein. Sofern dessen Lebensresümee nicht doch „Mehr nicht!“ lautete, eignet sich dieser Wunsch bestens als Devise für eine höchst praktische medizinische Anwendung, nämlich die Lichttherapie. Sie wird immer mehr nachgefragt. Bei Hautkrankheiten wie der Schuppenflechte sowieso. Heute weiß man aber auch: Das Anwendungsspektrum ist noch viel breiter. Eine von vier Personen leidet unter Stimmungsschwankungen während der Jahreszeiten; das schärfer gefasste Krankheitsbild „Saisonabhängige Depression“ (SAD) betrifft bis zu sechs Prozent der Bevölkerung. Die Experten Norman E. Rosenthal und Siegfried Kasper haben sogar herausgefunden: „SAD kann jeden treffen!“

Indikationen für die Erkrankung sind etwa ein gestörtes Ess- und auch Sexualverhalten, extremes Schlafbedürfnis, Aufmerksamkeitsdefizite oder Weinkrämpfe. Und das alles, weil zuviel des Dunkelheit signalisierenden Hormons Melatonin und zu wenig des Fröhlichmachers Seratonin im Gehirn ausgeschüttet wird. Da hilft nur eine Lichtdusche. Am besten mit weißem Licht bis zu 10000 Lux. Mittelmeerlicht eben. Schon die Römer machten damit ihre im dunklen Germanien mental gestrandeten Soldaten wieder fit. Auch Jörg Weidenhammer kennt den Effekt für seine Patienten. Der Medizinmanager, zudem Facharzt für Neurologie, Psychiatrie und Psychoanalyse, sagt: „Licht hilft wirklich. Und das schneller, schonender und nachhaltiger als die meisten Antidepressiva.“

Der Lichtmaler schlechthin: Joseph Mallord William  Turner: „Sonnenuntergang über einem See“, um 1840  (Öl auf Leinwand).
Der Lichtmaler schlechthin: Joseph Mallord William
Turner: „Sonnenuntergang über einem See“, um 1840
(Öl auf Leinwand).

Wirkung auf Motivation und Gesundheit. Weidenhammer hat, eigentlich naheliegend, dafür gesorgt, dass die Beleuchtung in einem Krankenhaus nach lichttherapeutischen Gesichtspunkten ausgerichtet wurde. Auch die meisten Arbeitsplätze könnten eine Feineinstellung vertragen. „Die Wirkung des Lichts auf Motivation, Stimmung und Gesundheit am Arbeitsplatz blieb bislang weitgehend unberücksichtigt“, wissen die Forscher am renommierten Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation. Mit ihrem neuen „LightFusionLab“ soll diesem Defizit wenigstens experimentell abgeholfen werden. Eine Versuchsanordnung ist der „VirtualSky“, eine 30 Quadratmeter große Lichtdecke aus 34560 LEDs, mit dem man sogar den Rhythmus des Tageslichts nachbilden kann.

Dessen Faszination erliegen ja gerne auch Künstler. Der 2012 verstorbene Amerikaner Thomas Kinkade nannte sich „Maler des Lichts“. Seine Bilder sollen in zehn Millionen Wohnungen in den USA hängen und ihm jährlich 100 Millionen Dollar eingebracht haben: Hardcore-Kitsch, unglaublich flirrend, seriell produziert, aber immerhin doch ein klares Indiz für die massenhafte „Sehnsucht nach Licht“, die, glaubt man der Schriftstellerin Bettina von Arnim (1785 – 1859), selber „schon Licht“ sei.

„Maler des Lichts“. Dabei lässt sich sehr wohl definieren, wer als wahrer „Maler des Lichts“ gelten darf: Einer, der sich dessen Wirkungen angesichts seines Motivs aussetzt. Einer wie der Norddeutsche Friedel Anderson. „Zeit“-Journalist Benedict Erenz nennt ihn zu Recht einen „besessenen Lichtkünstler“. Oder jemand wie der Engländer William Turner (1775 – 1851), der auf seinen Reisen unermüdlich skizzierte, um daraus im Studio großartige Licht-Phantasien zu fertigen. Für 44,9 Millionen US-Dollar wechselte eines seiner Bilder kürzlich den Besitzer. Oder nicht zuletzt die Malschule der Impressionisten. Der Begriff leitet sich von Claude Monets „Impression/Sonnenaufgang“ (1872) her, war von der Kunstkritik ursprünglich abschätzig gemeint und traf doch den Punkt: Die Sehleistung, der subjektive Eindruck beim Betrachter, ausgelöst durch Licht und Farbe, ist das Entscheidende, nicht die vermeintliche Pracht des Motivs.

Ja, die Natur ist der beste Lehrmeister für die Bewunderung wie die Benutzung des Lichts. Für dessen Funktionen wie für die Emotionen, die es auslöst. Manchmal fällt beides sogar zusammen. Beim über den dunklen Horizont zitternden Polarlicht zum Beispiel, das eine Ahnung von der Macht der Sonnenwinde vermittelt. Bei einer die Phantasie stimulierenden Fata Morgana, die eigentlich nichts weiter ist als das Aufeinandertreffen warmer und kalter Luftschichten. Beim Regenbogen, der durch simple Brechung des Sonnenlichts in Wassertropfen entsteht, gleichwohl aber zu einem universellen Symbol für Versöhnung wurde.

Die Impressionisten  galten zu Recht als Maler des Lichts. Auf dieses Bild geht der Begriff „Impressionismus“ zurück: Claude Monets „Impression, soleil levant“ aus dem Jahre 1872.
Die Impressionisten
galten zu Recht als Maler des Lichts. Auf dieses Bild geht der Begriff „Impressionismus“ zurück: Claude Monets „Impression, soleil levant“ aus dem Jahre 1872.

Wirklich zum Niederknien ist noch ein ganz anderer Vorgang. Er ist der vielleicht älteste biogeochemische Prozess auf Erden. Er findet jeden Tag abermillionenfach statt. Und er garantiert das Leben auf dem Planeten. Das ist die Photosynthese der Pflanzen. Auch sie lässt sich einfach hererzählen: Mit Hilfe des grünen Chlorophylls wird Kohlendioxid (CO2) und Wasser in Glukose und Sauerstoff verwandelt. Eigentliches Ziel ist die Herstellung von Glukose, die von den Pflanzen zum Überleben gebraucht wird. Apropos Überleben: Was der Mensch zum Überleben braucht, ist die dauerhafte pflanzliche Bindung des Treibhausgases CO2 (pro Jahr weltweit 63 Milliarden Tonnen) und das Einatmen von molekularem Sauerstoff (O2) – die Erdatmosphäre besteht weitgehend daraus. Leicht lässt sich errechnen, welche Bedrohung das seriös prognostizierte bevorstehende Aussterben von rund 76 000 Pflanzenarten für das Leben auf der Erde bedeutet. Auch daran kann 2015 als „Jahr des Lichts“ erinnern.

Globales Katastrophenszenario und das bevorstehende frühlingshafte Auferstehungsfest, Gut und Böse, Licht und Finsternis: Beide Pole gehören zusammen. Und das ist mehr als eine schöne Metapher. Mehr auch als eine Grunderkenntnis aller Religionen, ob nun Hinduismus, Buddhismus, Zoroastrismus, ob Judentum, Islam oder das Christentum, in dem Jesus verspricht: „Wer mir nachfolgt, wird nicht in der Finsternis wandern, sondern wird das Licht des Lebens haben.“ Es ist ein physikalisches Gesetz. Ohne die strikte Dunkelheit im Innern der „camera obscura“ gäbe es kein vom durch ein Loch in der Vorderseite einfallenden Licht produziertes Abbild auf der Rückwand des Kastens, der „qamara“.

Das Wort stammt aus dem Arabischen und der Erfinder der „camera obscura“, der dunklen Kammer, auch. Er heisst Ibn al-Haytham, wurde um 965 n. Chr. im damals persischen Basra (heute Irak) geboren und starb um 1039 in Kairo. Al-Haytham war als Gelehrter ein Riese, ein Leuchtturm im goldenen Zeitalter der muslimischen Aufklärung um das Jahr 1000. Er schrieb in seinem Leben 96 Bücher, 55 davon sind überliefert. Er beschäftigte sich mit Astronomie, mit Mathematik, mit Ethik, vor allem aber mit Optik. Vor 1000 Jahren erschien sein Hauptwerk, der siebenbändige „Schatz der Optik“, Kitab al-Manazir. Die lateinische Übersetzung „De aspectibus“, angefertigt im damals liberalen christlich-jüdisch-muslimischen Milieu von Toledo, hatte enorme Auswirkungen, bis zu den Vorläufern der europäischen Aufklärung wie Roger Bacon, Leonardo da Vinci oder René Descartes. Die Unesco nennt Al-Haytham „einen aus der Handvoll Wissenschaftler, deren Beiträge wesentlich waren für die Entwicklung der modernen Welt“. Und feiert den Mann aus Basra in ihrem „Jahr des Lichts“ 2015.

Keine Zukunftsmusik mehr: Selbstleuchtende Pflanzen.
Keine Zukunftsmusik mehr:
Selbstleuchtende Pflanzen.

Al-Haytham war unermüdlich. Seine Methode: das Experiment. Damit vermaß er die Höhe der Erdatmosphäre, er erforschte die Anatomie des Auges und er erfand den Lesestein, hergestellt aus dem Mineral Beryll. Eine Text-Lupe, aus der sich bald schon die „Brille“ entwickeln sollte. Als er befürchten musste, dass der Kalif von Kairo, der orthodoxe al-Hakim, ihm zürnen würde, weil er sich weigerte, bei Assuan einen Staudamm durch den Nil zu projektieren, täuschte er Irrsinn vor und wurde prompt unter jahrelangen Hausarrest gestellt. Sein Vermögen wurde konfisziert. Doch das alles hielt Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haytham nicht davon ab, den Zweifel an fremden wie eigenen Lehrsätzen als Richtschnur für seine Wahrheitssuche zu wählen.

Das Licht der Vernunft, sofern diese sich paart mit dem Zweifel, ist ja vielleicht doch das schönste Licht.

Von Michael Radtke

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