Vorankündigung eines Vortrags mit dazu gehörigem Workshop zum Thema auf der Tagung „Farbe in der Bildung“ des Deutschen Farbenzentrums vom 29.-31. Oktober 2010 in Halle – von Johannes Grebe-Ellis und Matthias Rang

Über wenige wissenschaftliche Auseinandersetzungen ist so viel geschrieben worden wie über den casus Goethe-Newton. Die Beschäftigung damit hält – wie ein Blick in die Literatur verschiedenster Wissenschaftsdisziplinen zeigt – bis in die Gegenwart hinein an. Dass der Farbenlehre Goethes vielfältige Anregungen zur Farbwahrnehmung, zu Ordnungen von Farbräumen und zu einem künstlerischen Umgang mit Farben zu verdanken sind, gilt als unbestritten. Aus physikalischer Sicht gilt der Fall indessen als erledigt. Goethes Farbversuche gehören ins Museum, in die Schubladen von Liebhabern oder in Experimentierkästen für Kinder. Gleichwohl erscheint vor dem Hintergrund wissenschaftstheoretischer Neubewertungen von Goethes Erweiterungen der Experimente Newtons die Frage interessant, wie Goethe seine methodologischen und optischen Gesichtspunkte vertreten hätte, wenn ihm die experimentellen Mittel der modernen physikalischen Optik zur Verfügung gestanden hätten. Wie hätte Goethe heute experimentiert? Zum 200jährigen Jubiläum der Farbenlehre Goethes im Jahr 2010 sieht es so aus, als könne auf diese Frage eine durchaus überraschende Antwort gegeben werden.

Fig. 1: Spaltspektrum (links) und Stegspektrum (rechts)
Fig. 1: Spaltspektrum (links) und Stegspektrum (rechts)

Im Rahmen unseres Workshops zum Thema „200 Jahre Goethes Farbenlehre aus Sicht der modernen Optik“ auf dem Deutschen Farbentag des DFZ („Farbe in der Bildung“) vom 29.-31.10.2010 wollen wir diese Antwort jedoch nicht theoretisch, sondern praktisch geben, indem wir eine Reihe neuer Experimente und experimenteller Exponate zeigen.

Die Erzeugung des zu Newtons Spaltspektrum komplementären Stegspektrums bildete die experimentelle Grundlage für Goethes These, dass es prinzipiell möglich ist, die geometrischen Eigenschaften von Spektren durch eine zur Lichttheorie Newtons formal isomorphe „Dunkelheitstheorie“ zu beschreiben. Eine solche Dunkelheitstheorie tatsächlich zu vertreten war indessen nicht das Ziel Goethes. Sie diente vielmehr als Argument für die These, dass eine allgemeine Theorie der Dispersion die Komplementarität der Spektren übergreifen müsse und nicht nur auf die Eigenschaften einer Unterklasse spektraler Phänomene abgestützt werden dürfe. Die wissenschaftstheoretische Bedeutung dieser These ist in den letzten Jahren verschiedentlich zugunsten Goethes neu bewertet worden. In diesem Zusammenhang wurde insbesondere die Frage gestellt, wie weit die Verallgemeinerung der Experimente Newtons aus der Perspektive Goethes konzeptionell und praktisch durchführbar ist. Die damit formulierte experimentelle Herausforderung spitzt sich in der Frage zu, ob es möglich ist, das Experimentum Crucis Newtons, mit dem dieser den Nachweis für die Zerlegbarkeit des Lichts erbracht haben wollte, im Sinne Goethes zu invertieren.

Fig. 2: Das Experimentum Crucis Newtons. Rechts eine Original-abbildung aus dem Jahre 1704. Links die Schwarz-Weiß-Invertierung der Abbildung, die der tatsächlichen Versuchsan-ordnung entspricht:  Zerlegung des weißen Sonnenlichts in ei-nem sorgfältig abgedunkelten Raum (Newton). Entsprechend kann die Originalabbildung als Zerlegung eines „Schattenstrahls“ in heller Umgebung gelesen werden (Goethe).
Fig. 2: Das Experimentum Crucis Newtons. Rechts eine Originalabbildung aus dem Jahre 1704. Links die Schwarz-Weiß-Invertierung der Abbildung, die der tatsächlichen Versuchsanordnung entspricht: Zerlegung des weißen Sonnenlichts in einem sorgfältig abgedunkelten Raum (Newton). Entsprechend kann die Originalabbildung als Zerlegung eines „Schattenstrahls“ in heller Umgebung gelesen werden (Goethe).

Der norwegische Physiker Torger Holtsmark hat 1970 erstmalig eine theoretische Konzeption zur Invertierung des Experimentum Crucis vorgelegt. Einem Mitarbeiter Holtsmarks, dem schwedischen Physiker Pehr Sällström*, ist vor einigen Jahren die experi­mentelle Realisierung der Ideen Holtsmarks gelungen. Vor diesem Hintergrund wurde von Matthias Rang ein Experiment entwickelt, das über die Konzeption Holtsmarks und Sällströms in abbildungsoptischer Hinsicht einen entscheidenden Schritt hinausgeht. So ist es 2009 erstmals in der Geschichte der Farbenlehre gelungen, das Experimentum Crucis Newtons und die in Frage stehende Umkehrung desselben im Sinne Goethes simultan zu realisieren. Auf diese Weise kann nicht nur experimentell nachgewiesen werden, dass der von Newton für die Farben des Spaltspektrums erbrachte Homogenitätsnachweis ebenso für die Farben des umgekehrten Stegspektrums erbracht werden kann. Das Experiment zeigt darüber hinaus, dass beide Nachweise formal identisch sind und streng genommen einander bedingen.

Fig. 3: Spalt- und Stegspektren einer Hg-Lampe für zwei Einstellungen der Spiegelblende. Jeder Linie im Spaltspektrum entspricht eine komplementärfarbige Linie im Stegspektrum. Die geometrischen Eigenschaften der Spektren sind identisch – ihre Erzeugung geht auf dasselbe optische Bauteil zurück.
Fig. 3: Spalt- und Stegspektren einer Hg-Lampe für zwei Einstellungen der Spiegelblende. Jeder Linie im Spaltspektrum entspricht eine komplementärfarbige Linie im Stegspektrum. Die geometrischen Eigenschaften der Spektren sind identisch – ihre Erzeugung geht auf dasselbe optische Bauteil zurück.

Das Experiment –
Mehrfachanwendung einer Spiegelblende

Wir haben 2001 erstmals gezeigt, wie mit einer variablen Spiegelblende Spalt- und Stegspektrum als sich bedingende Teilphänomene eines optischen Aufbaus simultan erzeugt werden können. Die damit gegebene optische Lösung des mechanischen Problems, eine Stegblende variabler Breite herzustellen, kann als experimenteller Durchbruch in der Erforschung komplementärer Spektren bezeichnet werden, wenn man berücksichtigt, dass die Schwierigkeiten bei der Realisierung insbesondere infinitesimal feiner Stegbreiten seit den Untersuchungen Kirsch­manns in den Jahren 1917-1924 wesentlich zu einer Vernachlässigung des umge­kehrten Spektrums in der Forschung beigetragen hat.

Die Mehrfachanwendung der Spiegelblende gestattet die simultane Realisierung des Experimentum Crucis Newtons und des invertierten Gegenstücks im Sinne Goethes: In einer ersten Stufe werden das Newton- und das Goethespektrum erzeugt. In der zweiten Stufe werden aus diesen Spektren simultan jeweils komplementäre Bereiche isoliert und einer weiteren Dispersion unterworfen. Dabei entsteht eine Matrix mit vier optischen Designs, die vielfältige Symmetrieeigenschaften aufweisen. Sie repräsentieren die Gesamtheit der mit dem Experimentum Crucis Newtons in abbildungsoptischer Hinsicht realisierbaren Fälle.

* Siehe dazu die DVD von Sällström „Monochromatische Schattenstrahlen – Ein Film über die Rehabilitation der Dunkelheit“, 2010, ISBN 978-3-940606-60-0.


  1. Ja, guten Abend Herr Grebe-Ellis ! Habe gerade sehr aufmerksam Ihr Layout in mich „augesogen „uind Details gelernt.Ob-unmd wieviele Fragen bleiben bzw erst e n t s t e h e n, – da bin ich momentan völlig unsicher. Aber versehe Herrn Holtamark umso besser, – daß er auf meine „Frage-Crucis“ – die Sie ja kennen, erstmal lieber garnicht eingehjen wollte.
    Es ist viel, – Allzuviel – daß ich als Nicht-Physiker z.T. nicht kenne,- z.T. nicht beherrscht genug denken kann aber spannend wird dkie Sache allemal. Ich freue mich auch au die agung im Sommer in D.- Herzlihe Grüße, Ihr WJZ.