Weißes Licht enthält viele Farben. Die sehr eng benachbarten Spuren einer CD wirken zusammen wie ein Beugungsgitter. Lichtwellen überlagern sich dabei, sodass verschiedene Farben in unterschiedlichen Richtungen besonders hell erscheinen. Die bunten Streifen sind nicht aufgemalt.
Das Titelbild ist eine Illustration des Schillerns, keine Aufnahme eines gemessenen Spektrums. Wir betrachten die reflektierende Unterseite einer intakten CD bei gewöhnlichem weißem Lampenlicht.
Eine lange Spur auf wenig Platz
Die Daten einer CD liegen in winzigen Strukturen entlang einer dicht gewundenen Spiralspur. Benachbarte Windungen liegen sehr nah beieinander.
Ein kleiner Ausschnitt sieht deshalb ungefähr wie viele parallele Spuren aus. Für sichtbares Licht sind diese Abstände klein genug, dass seine Welleneigenschaften wichtig werden.
Licht kann sich überlagern
Licht verhält sich auch wie eine Welle. Beiträge von benachbarten Spuren treffen aus etwas unterschiedlichen Wegen zusammen.
Passen die Schwingungen zusammen, verstärken sie sich. Passen sie gegeneinander, schwächen sie sich. Diese Überlagerung heißt Interferenz. Zusammen mit der Beugung an der feinen Struktur entstehen helle Richtungen und dunklere Zwischenbereiche.
Jede Farbe hat ihre Wellenlänge
Rotes Licht hat eine längere Wellenlänge als blaues Licht. Welche Wege gut zusammenpassen, hängt von der Wellenlänge ab.
Darum liegen die hellen Richtungen für verschiedene Farben nicht alle gleich. Das Gitter trennt vorhandene Farbanteile des weißen Lichts. Es muss die Farben nicht erst herstellen. Auch eine helle, weitgehend weiße Spiegelung kann daneben auftreten.
Kippen ändert den Blick auf das Muster
Wenn du die CD kippst, verändert sich die Richtung zwischen Lampe, Spuren und Auge. Nun gelangt eine andere Farbe besonders stark zu dir. Die CD muss dafür ihre Oberfläche nicht umbauen.
Das Muster hängt auch von der Lichtquelle ab. Nicht jede weiße Lampe zeigt alle Farben gleich kräftig. Und obwohl es ähnlich bunt aussieht, entsteht ein Regenbogen in Regentropfen auf andere Weise: Dort spielen vor allem Brechung und innere Reflexion eine Rolle.
Drei Blickwinkel vergleichen
- Eine erwachsene Person prüft eine nicht mehr benötigte CD auf Risse und scharfe Kanten. Setzt euch an einen Tisch unter einer normalen weißen LED-Lampe. Haltet die intakte CD nur am Rand, mit der silbrigen Seite schräg nach oben und deutlich vom Gesicht entfernt. Lampe und Sitzplatz bleiben gleich. Findet durch langsames Kippen einen farbigen Bereich; blendet eine Spiegelung, kippt sofort weiter.
- Skizziert die CD als Kreis auf Papier und markiert darin einen groben Beobachtungsbereich, ohne auf die CD zu schreiben. Notiert für die erste Haltung zwei sichtbare Farben und ihre Lage. Kippt die CD etwas in eine Richtung und dann in die andere. Zeichnet für jede Haltung neu: Welche Farben werden stärker, schwächer oder verschieben sich? Der ausgewählte Bereich der CD bleibt derselbe.
- Kehrt zur ersten Haltung zurück und wiederholt den Vergleich dreimal. Achtet auf ein ähnliches Muster; eine exakte Wiederholung ist mit der Hand schwierig. Kaum sichtbare Farben sind ebenfalls ein Ergebnis. Ihr beobachtet die Abhängigkeit vom Blickwinkel, messt aber weder Wellenlängen noch die winzigen Spurabstände. Ohne CD könnt ihr stattdessen das erste Erklärungsschaubild vergleichen.
Gemeinsam mit einer erwachsenen Person beobachten. Nur eine intakte CD und gewöhnliches Zimmerlicht verwenden. Keine Laser, direkte Sonne, Kerzen oder besonders helle Strahler benutzen; niemals in eine blendende Spiegelung schauen. Die CD nicht schneiden, brechen, biegen oder abschälen. Lampen bleiben geschlossen und werden nicht berührt, wenn sie heiß sind.
Zum Mitnehmen
Die feine Spiralstruktur einer CD wirkt wie ein Beugungsgitter. Durch Beugung und Interferenz erscheinen vorhandene Lichtfarben in verschiedenen Richtungen hell. Beim Kippen ändert sich, welche davon dein Auge erreicht.
Woher kommen die wandernden Farbstreifen auf einer silbrigen CD unter weißem Licht?
Quellen & Weiterlesen
OpenStax / Rice University · Multiple Slit Diffraction: Reflection Gratings ↗Universität Kiel / Joachim Köppen · Experiments with CD ROMs: CDs as Diffraction Gratings ↗Optical Society of America / Florida State University · Splitting White Light ↗Florida State University · Investigating Special Properties of Light: CD Rainbows ↗Unsere Texte erklären die Grundidee in eigenen Worten. Bilder und Modelle vereinfachen die Wirklichkeit; sie sind nicht maßstabsgetreu.
