Überblick

Optische Komplementarität

Experimente zur Symmetrie spektraler Phänomene

  • Matthias Rang, Oliver Passon und Johannes Grebe-Ellis
  • 03 / 2017 Seite: 43

Goethes Blick durch das Prisma bildete den Auftakt für eine Beschreibung optischer Spektren als Komplementärphänomene. Doch was bedeutet Komplementarität für optische Spektren eigentlich? Nach physikalischen Präzisierungen und experimentellen Untersuchungen dieser Frage sucht man in der Literatur vergebens. Unter welchen Bedingungen sich spektrale Zustände als Komplementärzustände darstellen lassen, ist aber auch unabhängig vom historischen Kontext eine interessante Frage.

Newtons optische Experimente gehören bis heute zu den bedeutendsten Errungenschaften der Optik. Das hat Goethe nicht davon abgehalten, in seiner Farbenlehre Newtons Argumentation als einseitig und methodisch irreführend zu bezeichnen. Am Ende seines Lebens relativierte der Dichter sein literarisches Werk gegenüber der Bedeutung, die er seinem Beitrag zur Wissenschaft der Farbe zuerkannt wissen wollte. Doch obwohl sich namhafte Physiker um eine Würdigung Goethes als Wegbereiter einer ganzheitlichen Naturwissenschaft bemüht haben, ließen sie keinen Zweifel daran, dass seine Farbenlehre aus physikalischer Sicht ein hoffnungsloser Fall ist [1].

Doch nur wenige haben die Farbenlehre Goethes gründlich studiert, sein Hinweis auf die Symmetrie spektraler Phänomene blieb unbeachtet, und ernstzunehmende Versuche, die Komplementarität inverser Spektren experimentell zu untersuchen, haben nicht stattgefunden [2]. Was aber besagt Goethes Symmetrieargument? Lässt sich die Symmetrie komplementärfarbiger Spektren so übersetzen, dass die Bedingungen, unter denen die spektralen Zustände eines optischen Systems als „Komplementärzustände“ auftreten, experimentell überprüfbar werden? Eine aktuelle Studie zeigt, dass Komplementarität als Symmetrieeigenschaft inverser optischer Zustände vorliegt, wenn sich das optische System als konservatives System betrachten lässt [3]. Das Konzept des konservativen Systems ist in der Optik unüblich, obwohl sich die Annahme der Abgeschlossenheit eines physikalischen Systems bei mechanischen oder thermodynamischen Experimenten als überaus erfolgreich erwiesen hat.

Goethes Schriften zur Farbenlehre bilden einen mehr als tausendseitigen Werkkomplex, der aus einer über 50 Jahre dauernden Beschäftigung mit dem Thema Farbe hervorgegangen ist.1) Ursprünglich auf der Suche nach einer Farbenlehre für Künstler versuchte Goethe, das technische und künstlerische Praxiswissen sowie die weitverzweigten naturwissenschaftlichen Farbforschungen seiner Zeit zu einer umfassenden Farbwissenschaft zusammenzuführen [4]. Das Bild von Goethe als einsamem Newton-Kritiker wird dieser Unternehmung nicht gerecht und durch neuere wissenschaftshistorische Untersuchungen relativiert [5, 6]. Diese zeigen ferner, dass der explorative Stil der Goetheschen Forschungsmethode in der Naturwissenschaft und namentlich der Physik wesentlich verbreiteter war, als zuvor angenommen. (...)

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