Licht: Grundlage unseres Lebens, selbstverständlich und faszinierend und dennoch bis heute rätselhaft. Jahrhunderte lang forschten Physiker über die Natur des Lichts. Seit Albert Einstein wissen wir vieles, richtig „fassen“ kann der menschliche Verstand jedoch kaum etwas. Vor allem kann sich niemand die physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Quantentheorie vorstellen, die Physiker nur noch mit Hilfe mathematischer Formeln beschreiben können.

Licht ist elektromagnetische Strahlung. Für den Menschen ist diese Strahlung jedoch nur in einem kleinen Wellenlängen-Bereich sichtbar. Dies ist das Farbspektrum des Regenbogens. Technisch nutzbar sind aber auch infrarote und kurzwellige Bereich bis hin zur Radio- und Röntgenstrahlung.

Physiker bezeichnen die Bausteine der elektromagnetischen Strahlung als Photonen, in Analogie zum Elektron als Elementarteilchen der elektrischen Ladung.

Photonen verhalten sich gleichzeitig wie Wellen und wie Teilchen. Vor allem die Teilchenfunktion ist nicht mehr vorstellbar, da diese Teilchen anders als etwa Elektronen weder eine Masse noch ein Volumen haben. Sie besitzen aber Energie. Sie bewegen sich ständig und dies mit Lichtgeschwindigkeit. Da sie keine Ausdehnung und Masse besitzen, lassen sich unvorstellbar große Mengen von Photonen auf einen winzigen Punkt konzentrieren. Licht ist pure Energie.

Lesen und schneiden mit Licht

Diese Möglichkeit nutzt vor allem die Lasertechnologie. Das Prinzip des Lasers hat Albert Einstein theoretisch bereits 1917 beschrieben. Erste funktionierende Geräte, die Laserlicht aussenden, gibt es jedoch erst seit den 1960er Jahren.

Laser senden extrem stark gebündeltes und gleich gerichtetes einfarbiges Licht aus. Das wird zum Beispiel in jedem CD- bzw. DVD-Spieler ausgenutzt, um die mikroskopisch kleinen Strukturen auf der CD mit einem feinen Laserlichtfleck auszulesen.

Laser gestatten es, große Energiemengen in einem extrem kleinen Punkt zu bündeln. Die auf diesen Punkt konzentrierte Energie verdampft die Materie an dieser Stelle, gleichgültig ob es sich dabei um Metall, Diamant, durchsichtige Materialien, biologische Zellen oder ein Haar handelt. So ist es beispielweise möglich, Autos zu schweißen, Texte in ein Haar einzugravieren oder minimal invasiv zu operieren. Die Anwendungsmöglichkeiten in Produktion und Medizin sind fast unbegrenzt.

Zukunft Photonik

Weltweit bezeichnet man das Forschungsgebiet als Photonik. Die Photonik ist Teil der angewandten Physik. In Deutschland wird der Begriff „Optische Technologien“ verwendet. Offiziell definiert werden Optische Technologien folgendermaßen:

„Die Optischen Technologien umfassen die Gesamtheit physikalischer, chemischer und biologischer Naturgesetze und Technologien zur Erzeugung, Verstärkung, Formung, Übertragung und Nutzbarmachung von Licht.“

Datenträger Licht

Licht eröffnet nicht nur faszinierende technische Möglichkeiten durch die Bündelung von Energie. Viele weitere Zukunftsperspektiven ergeben sich durch die Geschwindigkeit, mit der sich Licht ausbreitet. Seit Einstein wissen wir, dass es keine höhere Geschwindigkeit geben kann als die Lichtgeschwindigkeit. Sie beträgt im Vakuum etwa 300.000 Kilometer in der Sekunde. In einer Sekunde erreicht Licht daher den Mond oder umrundet die Erde siebeneinhalb Mal.

Diese Geschwindigkeit und die Möglichkeit, komplexe Lichtimpulse zu erzeugen, kann bei der Übertragung von Daten genutzt werden. Heute gibt es keine Telefonverbindung zwischen deutschen Städten mehr, die über Elektrokabel erfolgt. Haarfeine Glasfasern übertragen unsere Telefongespräche und Computerdaten als Lichtimpulse mit äußerster Genauigkeit und höchstmöglicher Geschwindigkeit.

Jahrhundert des Photons

Klassische Technologien stoßen an ihre Grenzen, neueste wissenschaftliche Erkenntnisse in den Optischen Technologien eröffnen zusätzlich eine Vielfalt an Möglichkeiten. Diese gilt es, in marktfähige Innovationen umzusetzen. Licht bestimmt unseren technischen Fortschritt in diesem Jahrhundert. Deshalb sprechen Experten vom Jahrhundert des Photons. Das 19. Jahrhundert brachte die Welt durch die Erfindung der Dampfmaschine voran, weshalb es Jahrhundert des Dampfes genannt wird. Bestimmend für den Fortschritt des 20. Jahrhunderts war die Elektronik, daher Jahrhundert des Elektrons.