Licht und Schatten

Licht breitet sich von einer Quelle aus immer geradlinig aus. Du kannst dir das wie sehr dünne, gerade Striche vorstellen – in der Physik heißen sie Lichtstrahlen. Sie biegen nicht um Ecken und sie suchen sich keinen Weg an Hindernissen vorbei. Genau deshalb siehst du einen Sonnenstrahl in staubiger Luft als schnurgerade Linie und nicht als Bogen. Das Lichtstrahlmodell ist dabei nur ein Denkwerkzeug: Niemand hat je einen einzelnen Lichtstrahl isoliert gesehen, aber mit den geraden Linien lassen sich Schatten sauber konstruieren und berechnen.

Wenn ein Körper im Weg steht, den das Licht nicht durchdringen kann, fehlt das Licht dahinter. Dieser unbeleuchtete Bereich ist der Schatten. Ein Schatten ist also nichts, was vom Gegenstand ausgeht – er ist einfach die Stelle, an die kein Licht gelangt. Das merkst du daran, dass ein Schatten sofort verschwindet, wenn du die Lampe ausschaltest, obwohl der Gegenstand noch da ist. Ein Schatten ist damit ein reiner Lichtmangel und kein eigenständiges Ding, das der Körper irgendwie aussendet.

Wie der Schatten aussieht, hängt von der Lichtquelle ab. Eine sehr kleine Quelle wie eine einzelne LED wirkt fast wie ein Punkt und erzeugt einen Schatten mit scharfem Rand. Eine große oder flächige Quelle wie ein Fenster schickt von vielen verschiedenen Stellen Licht los. Dann gibt es Bereiche, die nur von einem Teil der Lampe beleuchtet werden. Solche Bereiche sind heller als der völlig dunkle Kern, aber dunkler als die Umgebung. Der Rand wird dadurch weich und verwaschen.

Ein typischer Fehler: Viele schreiben, der Schatten werde größer, weil der Gegenstand größer werde. Das ist falsch. Der Gegenstand bleibt gleich – der Schatten wächst, weil die Lichtstrahlen von der Quelle auseinanderlaufen. Schiebst du den Gegenstand näher an die Lampe, deckt er einen größeren Teil des Strahlenbündels ab, und der Schatten auf der Wand wird größer.

Die geradlinige Lichtausbreitung erklärt auch ein Ereignis am Himmel: die Sonnenfinsternis. Die Sonne ist eine ausgedehnte Lichtquelle. Wenn der Mond bei Neumond genau zwischen Sonne und Erde steht, wirft er wie jeder undurchsichtige Körper einen Kern- und einen Halbschatten – nur eben Tausende Kilometer groß statt Zentimeter.

Menschen im schmalen Kernschattenstreifen des Mondes erleben eine totale Sonnenfinsternis: Die Sonne ist für kurze Zeit vollständig verdeckt. Menschen im viel größeren Halbschattenbereich sehen nur eine teilweise, partielle Sonnenfinsternis, weil von dort aus noch ein Teil der Sonne sichtbar ist.

Bei einer Mondfinsternis ist es umgekehrt: Die Erde steht zwischen Sonne und Mond und wirft ihren Schatten auf den Mond. Da die Erde deutlich größer ist als der Mond, kann der Mond komplett im Kernschatten der Erde verschwinden – das ist die totale Mondfinsternis, bei der der Mond oft rötlich schimmert, weil etwas Sonnenlicht durch die Erdatmosphäre zu ihm gebeugt wird.

Der häufigste Fehler ist, Kernschatten und Halbschatten zu verwechseln oder als Synonyme zu behandeln. Sie sind aber zwei verschiedene Bereiche mit klar unterscheidbaren Eigenschaften: völlig dunkel gegen abgeschwächt hell, scharf gegen weich. Prüfe im Zweifel immer mit der Sichtbarkeits-Frage: Wie viel von der Lampe wäre von dort aus zu sehen?

Ein zweiter Fehler ist die Vorstellung, ein Schatten sei etwas, das der Körper selbst erzeugt oder aussendet, ähnlich wie ein Duft. Richtig ist: Ein Schatten ist reiner Lichtmangel. Ohne Lichtquelle gibt es überhaupt keinen Schatten, egal wie der Körper aussieht.

Ein dritter Fehler betrifft die Größe des Schattens: Manche denken, der Abstand zwischen Körper und Wand sei für die Schattengröße egal. Tatsächlich wächst der Schatten, je weiter der Körper von der Wand entfernt ist beziehungsweise je näher er an der Lampe steht, weil sich die Lichtstrahlen dann über eine längere Strecke ausbreiten können, bevor sie auf die Wand treffen.

Ein vierter Fehler ist zu glauben, jede Lichtquelle erzeuge einen Halbschatten. Das stimmt nur für ausgedehnte oder mehrere Lichtquellen. Eine wirklich punktförmige Quelle kann rein geometrisch keinen Halbschatten erzeugen, weil es kein Teilverdecken einer Fläche geben kann, die selbst keine Ausdehnung hat.

Schattenspiele mit den Händen vor einer Wand funktionieren, weil eine punktförmige Lampe oder Taschenlampe fast nur Kernschatten wirft. Der scharfe Rand macht erst erkennbar, dass die Fingerform wirklich wie ein Hase oder ein Hund aussieht – bei diffusem Tageslicht würde die Figur nur ein verwaschener grauer Fleck bleiben.

An Straßenlaternen siehst du oft mehrere Schatten von dir selbst, wenn zwei oder drei Lampen aus unterschiedlichen Richtungen leuchten. Jede Lampe wirft ihren eigenen Kernschatten, und dort, wo sich die Halbschatten zweier Lampen überschneiden, wird es besonders dunkel.

In der Fotografie und beim Film wird die Größe der Lichtquelle gezielt genutzt: Ein kleiner, punktförmiger Blitz erzeugt harte, scharfe Schatten im Gesicht, was oft dramatisch wirkt. Ein großer Diffusor oder eine bewölkte Himmelsdecke wirkt dagegen wie eine ausgedehnte Lichtquelle und erzeugt weiche, kaum sichtbare Schatten – deshalb fotografieren viele Menschen Porträts am liebsten bei leicht bewölktem Himmel.

Auch Sonnenfinsternisse sind ein direkter Alltagsbezug: Sie zeigen im Großen genau dasselbe Prinzip wie eine Hand vor einer Taschenlampe, nur mit Sonne, Mond und Erde als Beteiligten.