Was ist der Unterschied zwischen schwachem und hellem Licht?

Helligkeit ist nur die Anzahl der Photonen pro Sekunde, die auf Ihr Auge treffen – alle anderen Eigenschaften des Lichts sind gleich.

Bearbeiten: Die wahrgenommene Helligkeit ist die Anzahl der "erkannten" Photonen, die pro Sekunde auf Ihr Auge treffen!

Unterschiedliche Lichtwellenlängen entsprechen unterschiedlichen Farben. 555 nm bedeutet Licht mit einer Wellenlänge von 555 Nanometern (Milliarden Meter), das ist ungefähr grünes Licht. All dies sagt also aus, dass Ihr Auge am empfindlichsten für grünes Licht ist und daher eine bestimmte Anzahl grüner Photonen pro Sekunde heller erscheint als die gleiche Anzahl roter Photonen. Sie können dies mit Laserpointern sehen, für die gleiche Leistung kleine Zeiger - grüne sehen viel heller aus als rote.

Die 100-W-Glühlampe verbraucht mehr Energie pro Sekunde (1 Watt = 1 Joule pro Sekunde) als die 20-W-Glühlampe, und folglich trägt das Licht, das von der 100-W-Glühlampe ausgeht, mehr Energie als das Licht, das von der 20-W-Glühlampe ausgeht.

In der Vorstellung von Licht als elektromagnetischer Welle ist die vom Licht transportierte Energie proportional zum Quadrat der Amplitude der Welle. Der Fachbegriff für diese Energie ist „Poynting Flux“. (Tatsächlich nehmen wir normalerweise den Zeitdurchschnitt über eine Schwingungsperiode als Definition der Energie in der Welle.) In diesem Modell sind die Fotorezeptoren in Ihrem Auge Oszillatoren. Was schwingt? Elektrische Ladung. Ladungen werden als Reaktion auf das elektrische Feld des Lichts beschleunigt: Je größer das elektrische Feld (oder die Amplitude), desto größer die Amplitude der Schwingung und desto größer die elektrischen Ströme in Ihrem Auge (und desto größer die Helligkeit).

Im Bild des Lichts als Teilchen (Photon) trägt jedes Teilchen eine seiner Frequenz proportionale Energiemenge mit sich:$E=h\nu$, Wo$h$ist die Plancksche Konstante, und$\nu$ist die Lichtfrequenz. Der Energiefluss ist dann die Energie pro Photon multipliziert mit dem Fluss der Photonen (Anzahl der Photonen pro Flächeneinheit pro Sekunde). Die 100-W-Glühlampe emittiert also mehr Photonen pro Sekunde als die 20-W-Glühlampe. In diesem Modell durchlaufen die Photorezeptoren in Ihrem Auge chemische Reaktionen als Ergebnis der Absorption von Photonen. Je mehr Photonen pro Sekunde absorbiert werden, desto heller erscheint das Licht.

Ich bin bei weitem nicht so Experte wie ein Profi, aber ich habe eine private Leidenschaft für dieses Gebiet.

Dunkel und hell sind Wahrnehmungsbegriffe. Es gibt viele Dimensionen. Ich fange mit einer einfachen Idee an und baue sie aus.

Bedenken Sie, dass Sie an ein monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge von etwa 533 Nanometern angepasst sind, das den Raum durchflutet, sodass das Licht des hellsten Objekts etwa 1e7 Photonen pro Sekunde auf einem fovealen L-Kegel mit einem Flächendurchmesser von 1 Mikrometer erzeugt. Dies gilt als gut beleuchtete, aber nicht stressige Szene. Die Photorezeptor-Opsine bleichen mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 5e3 Opsinen pro Sekunde. Das Licht fühlt sich weder schwach noch hell an, weil Sie angepasst sind.

Wenn Sie die Photonenrate der Quelle um den Faktor 10 erhöhen, bleicht derselbe Photorezeptor jetzt mit einer Rate von 5e4 Opsins pro Sekunde. Das fühlt sich heller an. Aber im Laufe der Zeit durchläuft der Photorezeptor eine Phagozytose, wodurch seine Länge um 90 % verringert wird, was die Opsin-Bleichrate wieder auf 5e3 Opsins pro Sekunde ändert, sodass Sie dies jetzt weder als schwach noch als hell wahrnehmen.

Wenn Sie die Wellenlänge auf 430 Nanometer verringern, nimmt die Bleichrate des L-Kegels um 90 % ab, und man könnte meinen, dies würde schwach erscheinen. Die S-Kegel-Bleichrate erreicht jedoch ihr Maximum und S-Kegel haben eine stärkere Wirkung auf die wahrgenommene Helligkeit als L-Kegel, sodass das Licht jetzt ohne Erhöhung der Photonen-Bleichrate heller geworden zu sein scheint.

Dies ist der Hauptgrund, warum bernsteinfarbene Sonnenbrillen die Welt heller und bunter erscheinen lassen. Indem die Photonen mit kurzer Wellenlänge daran gehindert werden, das Auge zu erreichen, begünstigt die Anpassung der L- und M-Kegelvorspannung einen größeren linearen Bereich. Dies macht Farben besser unterscheidbar und ist eine weitere Dimension der Helligkeit.

Ich überlasse diese drei Dimensionen der weiteren Diskussion und tauche auf Wunsch noch tiefer in die wunderbare Welt der Anpassung der Netzhaut an verschiedene Lichtregime ein.