Elektromagnetische Welle

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Linear polarisierte elektromagnetische Welle im Vakuum. Die monochromatische Welle mit der Wellenlänge LaTeX: \lambda breitet sich in x-Richtung aus, die elektrische Feldstärke LaTeX: \vec E (in blau) und die magnetische Flussdichte LaTeX: \vec B (in rot) stehen zueinander und zur Ausbreitungsrichtung im rechten Winkel.
Leistungsdichtespektrum

Eine elektromagnetische Welle, auch als elektromagnetische Strahlung oder kurz als Strahlung bezeichnet, ist eine Welle aus miteinander verkoppelten schwingenden elektrischen und magnetischen Feldern, die sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Die Ende des 17. Jahrhunderts aufgestellte Hypothese eines physikalischen Äthers als materiellen Träger des Lichts wurde 1881 und in verfeinerter Form 1887 durch das Michelson-Morley-Experiment widerlegt und widerspricht auch der durch die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit bedingten Abberation des Lichts.

Nach den Maxwellschen Gleichungen der Elektrodynamik ist die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Frequenz und der Bewegung der Lichtquelle stets konstant. Ihr Wert beträgt LaTeX: c=299\,792\,458\;\mathrm{m/s}. Aus der Konstanz der Vakuumlichtgeschwindigkeit folgen die 1905 von Albert Einstein veröffentlichten Gesetzmäßigkeiten der speziellen Relativitätstheorie.

Das elektromagnetische Spektrum, in dem die elektromagnetischen Wellen nach ihrer Frequenz oder Wellenlänge aufgefächert werden, deckt einen sehr weiten Bereich ab, der im niederen Frequenzbereich bei den Wechselströmen und Radiowellen beginnt. Daran schließt sich die Mikrowellenstrahlung, die Wärme- bzw. Infrarotstrahlung, der Bereich des Lichts, die Ultraviolettstrahlung, die Röntengenstrahlung und im höchsten Frequenzbereich die Gammastrahlung.

Da die Wellenlänge LaTeX: \lambda=\frac c\nu\ umgekehrt proportional zur Frequenz LaTeX: \nu ist, mit der Lichtgeschwindigkeit LaTeX: c als Proportionalitätsfaktor, entsprechen die kürzesten Wellenlängen dabei den höchsten Frequenzen und damit auch der größten Energie. Festgelegte breitere Frequenzbereiche werden als Frequenzband bezeichnet (siehe Tabelle unten).

Das elektromagnetische Spektrum, links mit den kürzesten Wellenlängen beginnend, mit dem Spektrum der sichtbaren Farben im Detail.

Da aus physikalischer Sicht elektromagnetische Wellen die physikalischen Träger auch aller Licht- bzw. Farberscheinungen sind, kann jeder Farbe auch eine bestimmte Wellenlänge oder Frequenz zugeordnet werden. So entspricht etwa den roten Farbtönen ein Wellenlängenbereich von ungefähr 790–630 nm, den violetten Farben ein Bereich von etwa 420–390 nm. Nach der 1900 von Max Planck aufgestellten Quantenhypothese wird die elektromagnetische Strahlung in einzelnen Energiepaketen, den Quanten, ausgesendet, d.h. nicht kontinuierlich, sondern in Form einzelner Strahlungsblitze (Photonen). Dabei besteht folgender Zusammenhang zwischen der Strahlungsenergie LaTeX: E und der Frequenz LaTeX: \nu:

LaTeX: E = h \nu mit dem Planckschen Wirkungsquantum LaTeX: h = 6{,}626\,069\,57 \cdot 10^{-34} \mathrm{J \cdot s}

Die spektrale Leistungsdichte ist die auf die Frequenz bezogene Leistung der Strahlung. Wird diese Leistungsdichte in einem Diagramm über der Frequenz aufgetragen, erhält man des Leistungsdichtespektrum (LDS: eng. Power-Spectral-Density, kurz PSD).

Das Wesen des Lichtes, der Wärme usw.

Dass allein mit der physikalischen Beschreibung das Wesen des Lichts, der Wärme usw. nicht erfasst wird, liegt auf der Hand. Wellen und Schwingungen sind Bewegungsvorgänge und als solche vollkommen verschieden von den erlebten Farb- oder Wärmequalitäten. Zwar sind elektromagnetischen Wellen dazu notwendig, dass die sinnliche Wahrnehmung der Farben überhaupt zustande kommt, aber sie haben mit dem Inhalt dieser Wahrnehmung, also mit den erlebten Qualia ganz und gar nichts zu tun.

„Unberechtigt dagegen ist die Hypothese, daß alle Empfindungsqualitäten nur quantitativen Vorgängen ihre Entstehung verdanken, weil qualitätslose Vorgänge nicht wahrgenommen werden können.“ (Lit.:GA 30, S. 64)

Darüber hinaus sind die weitaus meisten Frequenzbereiche des elektromagnetischen Spektrums der menschlichen Wahrnehmung nicht zugänglich. Darauf hat Rudolf Steiner schon in seinen Einleitungen zu Goethes Naturwissenschaftlichen Schriften ganz klar hingewiesen:

„Dass ein Schwingungsvorgang im Äther vorgeht, während vor mir «Rot» auftritt, das soll nicht bestritten werden. Aber was real eine Wahrnehmung zustande bringt, das hat, wie wir schon gezeigt haben, mit dem Wesen des Inhaltes gar nichts zu tun.

Man wird mir einwenden: Es lässt sich aber nachweisen, dass alles an der Empfindung subjektiv ist und nur der Bewegungsvorgang, der ihr zugrunde liegt, das außer unserem Gehirne real Existierende. Dann könnte man von einer physikalischen Theorie der Wahrnehmungen überhaupt nicht sprechen, sondern nur von einer solchen der zugrunde liegenden Bewegungsvorgänge. Mit diesem Beweise verhält es sich ungefähr so: Wenn jemand an einem Orte A. ein Telegramm an mich, der ich mich in B. befinde, aufgibt, dann ist das, was ich von dem Telegramm in die Hände bekomme, restlos in B. entstanden. Es ist der Telegraphist in B.; er schreibt auf Papier, das nie in A. war, mit Tinte, die nie in A. war; er selbst kennt A. gar nicht usw.; kurz es lässt sich beweisen, dass in das, was mir vorliegt, gar nichts von A. eingeflossen ist. Dennoch ist alles, was von B. herrührt, für den Inhalt, das Wesen des Telegrammes ganz gleichgültig; was für mich in Betracht kommt, ist nur durch B. vermittelt. Will ich das Wesen des Inhaltes des Telegrammes erklären, dann muss ich ganz von dem absehen, was von B. herrührt.

Ebenso verhält es sich mit der Welt des Auges. Die Theorie muss sich auf das dem Auge Wahrnehmbare erstrecken und innerhalb desselben die Zusammenhänge suchen. Die materiellen raumzeitlichen Vorgänge mögen recht wichtig sein für das Zustandekommen der Wahrnehmungen; mit dem Wesen derselben haben sie nichts zu tun.

Ebenso verhält es sich mit der heute vielfach besprochenen Frage: ob den verschiedenen Naturerscheinungen: Licht, Wärme, Elektrizität usw. nicht ein und dieselbe Bewegungsform im Äther zugrunde liege? Hertz hat nämlich kürzlich gezeigt, dass die Verbreitung der elektrischen Wirkungen im Raume denselben Gesetzen unterliegt wie die Verbreitung der Lichtwirkungen. Daraus kann man schließen, dass Wellen, wie sie der Träger des Lichtes sind, auch der Elektrizität zugrunde liegen. Man hat ja auch bisher schon angenommen, dass im Sonnenspektrum nur eine Art von Wellenbewegung tätig ist, die sich, je nachdem sie auf wärme-, licht- oder chemisch-empfindende Reagentien fällt, Wärme-, Licht- oder chemische Wirkungen erzeugen.

Dies ist ja aber von vornherein klar. Wenn man untersucht, was in dem Räumlich-Ausgedehnten vorgeht, während die in Rede stehenden Entitäten vermittelt werden, dann muss man auf eine einheitliche Bewegung kommen.

Denn ein Medium, in dem nur Bewegung möglich ist, muss auf alles durch Bewegung reagieren. Es wird auch alle Vermittelungen, die es übernehmen muss, durch Bewegung vollbringen. Wenn ich dann die Formen dieser Bewegung untersuche, dann erfahre ich nicht: was das Vermittelte ist, sondern auf welche Weise es an mich gebracht wird. Es ist einfach ein Unding, zu sagen: Wärme oder Licht seien Bewegung. Bewegung ist nur die Reaktion der bewegungsfähigen Materie auf das Licht.

Goethe selbst hat die Wellentheorie noch erlebt und in ihr nichts gesehen, was mit seiner Überzeugung von dem Wesen der Farbe nicht in Einklang zu bringen wäre.“ (Lit.:GA 1, S. 298ff)

Ebenso haben auch die elektrischen und chemischen Vorgänge in den Nervenzellen der Sinne und des Gehirns nichts mit dem Inhalt der Wahrnehmungen zu tun, sondern vermitteln diese nur.

Literatur

  1. Rudolf Steiner: Einleitungen zu Goethes Naturwissenschaftlichen Schriften, GA 1 (1987), ISBN 3-7274-0011-0 pdf pdf(2) html mobi epub archive.org rsarchive.org
  2. Rudolf Steiner: Methodische Grundlagen der Anthroposophie, GA 30 (1989), ISBN 3-7274-0300-4 pdf pdf(2) html mobi epub archive.org rsarchive.org
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