Newton und Goethe im Optik-Parcours in Wetzlar.

Newton und Goethe im Optik-Parcours in Wetzlar.
                          Norbert Lauinger, Photonik Zentrum Hessen in Wetzlar AG
                          Erschienen im Sonderheft „Median 2008“, Stand: 02/2008)

1. Der Optik-Parcours präsentiert den Hochtechnologie-Standort Wetzlar.

Der Optik-Parcours zeigt die spannende Welt des Lichtes, der Optik und der
Photonik, des Auges und des Sehens. Er lässt erkennen, welchen physikalischen
Gesetzen das Licht unterliegt und wie das Auge es aufnimmt und verarbeitet.
Optische Instrumente wie Kamera, Fernglas, Mikroskop, Sensoren und Messgeräte
machen sich diese Gesetze auf vielfältige Weise zu nutze. Der Parcours-Besucher
kann grundlegende Phänomene der Optik und Techniken optischer Instrumente
erleben. Der Parcours zeigt auch, welch enormes Know-how das edle Handwerk der
Optik im Umgang mit Licht einsetzt. Es versteht sich darin, wie man Licht erzeugt,
aufspaltet, bricht, beugt und streut, im Bild sammelt und speichert; wie man mit Licht
Information transportiert, verschlüsselt oder gar versteckt oder gezielt auslöscht. Wie
man dem Auge des Beobachters die Welt weiter öffnet, als das Auge reicht, und wie
man sie ihm bunt und gefällig macht.

Der optische Instrumentenbau in Wetzlar hat eine lange Tradition, die bis in die Mitte
des 19. Jahrhunderts zurückreicht. Auf ihr bauen neue Ideen und Techniken -
Innovationen in der Optik - auf und eröffnen eine breite Zukunft für die abbildende
und diffraktive Optik, die Mikro- und Nano-, die Quanten- und Wellenoptik. Um
Erfolge transparent zu machen und um Begeisterung für ihre Potenziale zu wecken
geht die Optik auf die Straße. Der Optik-Parcours durchzieht die Straßen von Wetzlar
und unterstreicht so die enge Verbindung der optischen Industrie mit der Goethestadt
an der Lahn. Denn Wetzlar ist beides: die Stadt von Goethes Werther und die Stadt
der Optik. Der Optik-Parcours ruft aber auch in Erinnerung, dass Goethe mehr war
als der uns bekannte Dichter. Über Jahrzehnte hat Goethe sich mit den Phänomenen
Farbe und Licht beschäftigt, seine Farbenlehre betrachtete er als sein wichtigstes
Werk. Lange Zeit wurden Goethes Beobachtungen zum Wesen der Farben oder zum
Phänomen der farbigen Schatten als unwissenschaftlich belächelt – der Optik-
Parcours macht deutlich, dass man genau hinschauen sollte, bevor man einen so
präzisen Beobachter wie Goethe ins wissenschaftliche Abseits zu stellen versucht.

Die einzelnen Stationen des Optik-Parcours verweisen wechselweise aufeinander,
manche Stationen demonstrieren gleichzeitig Eigenschaften des Lichts, Fähigkeiten
des Auges, physikalische Gesetze der Optik und deren Anwendung in optischen
Instrumenten. Der Begriff Optik stammt aus dem Griechischen und meint die Lehre
vom Sichtbaren (optike), zum Sehen gehörig (optiko) sowie das Sehen (opsis) – der
Optik-Parcours trägt somit seinen Namen zurecht, will er doch seinen Besuchern
viele wichtige Phänomene rund um das Licht, das Sehen und die optischen
Techniken anschaulich vor Augen führen.

2. Newton und Goethe in der ‚Goethe- und Optik-Stadt Wetzlar’.

Ungewöhnliche Begegnungen sind im Optik-Parcours angelegt. Newton und Goethe,
die sich beide leidenschaftlich mit Optik beschäftigt haben, werden dort
zusammengeführt. Für den englischen Physiker Sir Isaak Newton stand die

                                                                                     1

physikalische Optik im Mittelpunkt seiner Forschungen. Er hat beschrieben, wie -
vom Subjekt des Beobachters unabhängige - Experimente mit Licht zu
gesetzmäßigen Erkenntnissen über die sichtbare Welt führen, was an der Optik
‚objektiv’ ist. Goethe ging von der Frage aus, wie der Mensch mit dem Licht und
seinen Farben umgeht und welchen Gesetzen die Physiologie und Psychologie der
Optik folgen, was an der Optik somit ‚subjektiv’ gesetzmäßig ist. Die Konsequenzen
aus dieser Polarität zwischen zwei Titanen haben noch heute ihre Bedeutung bei der
Suche nach dem richtigen Verständnis der Themen, die die Naturwissenschaften
beschäftigen sollten. Der Optik-Parcours spannt den Bogen von Newton zu Goethe
und offenbart in verschiedenen Stationen, wie sich das Objektive in der Optik
offenbart und wie das Subjekt diese Welt optisch im Auge, einem Sinnesorgan des
Gehirns, verarbeitet, wahrnimmt und konstruktiv nutzt. Weil die Wissenschaft
zunehmend besseres Wissen über den Bau der menschlichen Sinnesorgane,
darunter des Auges und des Gehirns zutage bringt, wird dem Besucher des Optik-
Parcours der Umgang des menschlichen Sehens mit dem Licht und den Farben
deutlicher. Und wie das Sehen gesetzmäßig zu den ‚paradoxen’ farbigen Schatten
kommt, die die physikalische Optik weder messen, noch speichern, noch erklären
kann. Nicht umsonst mahnte Immanuel Kant, man solle erst einmal die Instrumente
des Geistes - die Sinnesorgane - genauer studieren, um die Gesetzmäßigkeiten von
Raum, Zeit und Kausalität zu verstehen, nach denen sie arbeiten. Es zeigt sich nun,
dass das Auge als prominentes Sinnesorgan des Gehirns die Optik sehr ernsthaft
betrieben und dabei sehr intelligent gemacht hat.

3. Die physikalische Optik im Optik-Parcours.

Physikalische Effekte der Optik sind experimentell wiederholbar und führen –
unabhängig vom Beobachter - zu eindeutigen Ergebnissen. Das Experiment allein
entscheidet, was wirklich ist. Die Geschichte der physikalischen Optik und ihrer
Experimente reicht über Jahrtausende bis zu uns. Im Optik-Parcours und im Viseum
in Wetzlar werden viele Aspekte der physikalischen Optik veranschaulicht, sie sind in
den Köpfen der Tüftler, Erfinder und fähigen Köpfe in Hochschulen und Industrie der
Region als Handwerkszeug gegenwärtig und bilden die Grundlage für die optischen
Produkte ‚Made in Wetzlar’.

Das Wesen des Lichts.

Wenn Photonen (Quanten) von erhitzter Materie abstrahlen, entsteht Licht.
Leuchtkörper wie die Sonne, eine Glühlampe, eine LED oder ein Laser senden
Partikel aus, die wiederum als Quanten absorbiert werden, wenn sie auf Materie
treffen. Diese Vorgänge nennt man Emission und Absorption von Licht, die Partikel
werden auch Teilchen oder Korpuskeln genannt. Zwischen Geburt und Tod findet
das eigentlich spannende Leben des Lichtes statt.

Licht strahlt mit der größtmöglichen Geschwindigkeit, der Lichtgeschwindigkeit. Die
Bandbreite seiner elektromagnetischen Strahlung reicht vom Röntgenlicht mit extrem
kurzer Wellenlänge und hoher Frequenz über den Bereich des sichtbaren Spektrums
(Wellenlängen zwischen 380 – 760nm mit 1nm = 1/10.000 Millimeter) bis zum
langwelligen infraroten Licht und zum Radiowellen-Bereich mit niedriger Frequenz.
Das menschliche Auge kann nur einen kleinen Bereich dieses unendlich großen
Strahlenspektrums wahrnehmen. Optische Instrumente erschließen fast alle
Strahlungsbereiche der Photonik. Die unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts
sind die Farben des Lichts, als unterschiedliche Frequenzen des Lichts dienen sie

                                                                                   2

als optische Informationsträger. Licht kann gepulst, gebremst, optisch gelenkt oder
geführt, gebeugt oder reflektiert werden. Es kann im Laserlicht in seiner
Schwingungsphase geordnet, also kohärent als gebündelter Lichtstrahl, im
Sonnenlicht inkohärent, in Zwischenstadien partiell kohärent sein. Es kann
polarisiert, mit anderem Licht gemischt, nach Bedarf verstärkt oder geschwächt und
ausgelöscht werden. Es kann anderes Licht durchdringen, ohne seine Identität zu
verlieren oder vom Weg abzukommen. Als Sonnenlicht und künstliches Licht, als
sichtbares und unsichtbares Licht, in Licht und Schatten offenbart es seine
unterschiedlichsten Eigenschaften. Die Optik nutzt viele dieser Eigenschaften des
Lichts. Eine Station des Parcours besteht aus Stelen, die einige wesentliche Aspekte
des Lichts veranschaulichen.

Die Farben des Lichts.

Das Licht, so hell und durchsichtig es uns erscheint, besteht aus Farben. Newton
konnte bereits im 18. Jahrhundert nachweisen, dass sich das Sonnenlicht aus den
Regenbogenfarben zusammensetzt. Fällt Licht durch ein Glasprisma, erscheinen auf
einer Fläche dahinter die Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violet. Durch ein
zweites, hinter dem ersten angeordnetes Prisma konnte Newton beweisen, dass sich
die einzelnen Farben nicht weiter zerlegen lassen. Die Farben stellen also die
Elemente des Lichts dar. Mischt man sie, entsteht wiederum weißes oder farbiges
Licht. Farben sind als unterschiedliche Wellenlängen oder als Frequenzen im
sichtbaren Spektrum beschreibbar. Wasser oder Glas zeigen, dass das Licht an
diesen doch eigentlich durchsichtigen Medien gebrochen wird. Sie offenbaren die
Brechung (Dispersion, Refraktion) der Farben des Lichts in unterschiedliche
Richtungen: Blau wird stärker als Grün, Gelb und Rot gebrochen. Ein gerader Stock,
den man ins unbewegte Wasser hält, erscheint ab der Wasseroberfläche geknickt;
wird das Wasser bewegt, gerät der unter Wasser sichtbare Teil des Stockes
regelrecht ins Schlingern. Trügt hier das Auge? Wenn es die Gesetze der Physik
versteht, kann es auch mit dem optischen Phänomen umgehen. Das Auge sieht ja
auch mehr und andere Farben als die Physik: Farben wie Purpur oder Braun kennt
die Physik ebenso wenig wie Gegenfarben bei ‚farbigen Schatten’.

Der Prismenbrunnen im Optik-Parcours illustriert die Brechung des Lichts am
Beispiel von Glasprismen, die in vielen optischen Geräten im Einsatz sind. Auch
Linsen aus Glas brechen das Licht farbspezifisch in unterschiedliche Richtungen.
Hätte man optische Gitter statt der lichtbrechenden Prismen gewählt, würde die
Abfolge der Farben genau umgekehrt liegen, weil diese Gitter das Licht nicht
brechen, sondern beugen. Ein optisches Medium hätte man sich dabei sparen
können, denn optische Gitter zerlegen das Licht allein mit ihren Spalten und
Öffnungen in umgekehrter Folge der Regenbogenfarben. Noch farbiger wird die Welt
des Lichts bei den Interferenzfarben, die eine weitere Station zeigt.

Das Bild - ein Produkt des Lichts in der Optik.

Unsere Welt der Bilder ist unvorstellbar ohne die abbildende Optik. Sie hat die
ehemalige Aufgabe der Künstler übernommen, die Wirklichkeit festzuhalten. Durch
konsequente Berechnung des Vorgangs der optischen Abbildung in Linsen- und
Pupillensystemen, der durch eine Drehspiegelung des Sichtbaren an einer optischen
Achse alles Sichtbare auf den Kopf stellt, kann die abbildende Optik die Welt
objektiver und exakter darstellen, als dies mit Stift, Farbe und Leinwand möglich
wäre. Man hat gelernt Farbfehler, Verzerrungen oder Bildfehler zu korrigieren.

                                                                                  3

Gleichzeitig hat das optische Handwerk erkannt, dass jedes Bild ein mehrstufiges
optisches Konstrukt ist, das sich manipulieren lässt. Mit optisch berechneten Linsen-
und Pupillensystemen wurden in Wetzlar bereits seit dem 19. Jahrhundert qualitativ
hohe Maßstäbe gesetzt. Mittels Licht galt es, in der Kamera, im Mikroskop, im
Fernglas, im Stereomikroskop oder im Periskop die in der dreidimensionalen Welt
sichtbaren Dinge möglichst genau und wirklichkeitstreu in die Bildebene eines
optischen Abbildungssystems zu übertragen und auf einer zweidimensionalen Fläche
verfügbar zu machen. All das wird in den Stationen des Optik-Parcours gezeigt. Ein
Foto auf einem ebenen Film war und ist nach wie vor eine Großtat der Optik, wie die
Station ‚Begehbare Kamera’ es veranschaulicht. Allerdings ist die abbildende Optik
bis heute beim Flachbild stehen geblieben – mit wenigen Ausnahmen in der
Mikroskopie und optischen Messtechnik. Die dreidimensionale Abbildung der Welt ist
Sache der diffraktiven Optik, die in der Holographie erste Erfolge gezeitigt hat. Ihr
gehört die Zukunft der abbildenden Optik.

Beugung und Interferenz des Lichts.

Das ‚Beugungsbild’ ist ein Produkt der Licht beugenden - diffraktiven - Optik. An
Kanten, Blenden, Spalten, Doppelspalten, Gittern mit Mikro- und Nanostrukturen
oder in dünnen Schichten, an allen Hindernissen also wird Licht – je nach seiner
Farbe – in unterschiedliche Richtungen gebeugt. In einer zum Regenbogen der
brechenden optischen Elemente umgekehrten Reihenfolge: Rot stärker als Gelb,
Grün stärker als Blau. Beugung führt in die Wellenoptik und damit zur
Interferenzoptik am Doppelspalt, am Gitter, im Kristall.

Im Beugungsbild können sich die Lichtwellen konstruktiv so überlagern, dass viel
Licht entsteht (Interferenzmaxima der konstruktiven Interferenz) oder die Lichtwellen
löschen sich gegenseitig aus (Interferenzminima der destruktiven Interferenz). Die
diffraktive Optik rechnet nicht einfach additiv wie die Linsenoptik, die spektrale
Intensitäten aufsummiert. Sie bildet vielmehr Zonen und Orte mit viel Licht und viel
Schatten nebeneinander aus. Sie kann Licht örtlich umverteilen, verstärken,
schwächen oder völlig auslöschen. Die Station ‚Beugung und Interferenz des Lichts’
zeigt die Physik dieser Gesetze. In Interferenzmikroskopen, in der gitteroptischen
Sensorik, in Dünnschichten, in Hologrammen und vielen optischen Geräten sind
diese Effekte zuhause. In der Kristalloptik liefert das Beugungsbild im Röntgenlicht
Informationen über den atomaren Aufbau und die innere Struktur des Kristalls. Im
Mikroskop wird ein an sich völlig durchsichtiges Bakterium sichtbar, wenn es sein
eigenes Gewebsgerüst so ins Licht rückt, dass dieses an ihm gebeugt wird. Wo das
nicht gelingt, wird das Bakterium eingefärbt, um dann seinen inneren Aufbau sichtbar
werden zu lassen. Die Beobachtung der Diffraktion des Lichts am Gittergerüst der
verschiedensten anorganischen und organischen Materialien lieferte im vergangenen
Jahrhundert ein Bild vom Aufbau der physikalischen Elemente. In der Medizin konnte
die unendliche Vielfalt des Mikrokosmos, der Bakterien und Viren, der Ein- und
Vielzeller, der Chromosomen und der Bauelemente der lebendigen Zelle sichtbar
gemacht werden. Eine Station des Parcours mit dem Titel ‚Totalreflexion’ zeigt einen
Diamanten und seine diffraktive Antwort auf den Einfall von Licht in sog. Bragg-
Reflexen oder von Laue-Interferenzen. Wie die Diffraktion von Schallwellen an
Objekten im Raum das räumliche Hören ermöglicht, so vermittelt die Diffraktion des
Lichts an dreidimensionalen Mikro- und Nano-Gitterstrukturen den Zugang zu
‚intelligenten’ – weil stärker differenzierenden - Funktionalitäten. Biologie und Botanik
haben vom Schmetterlingsflügel bis zum pflanzlichen Sonnenkollektor eine endlose
Vielfalt von optischen Bauteilen durchgespielt, die erst mit dem Schritt der Optik in
diese Welt der diffraktiven Nano- und Mikrooptiken realisierbar sind.

                                                                                       4

Der gitteroptische Korrelator.

Das menschliche Auge arbeitet mit Mikro- und Nano-Bauteilen und ist deshalb in
vieler Hinsicht den technischen Optiken überlegen, die heutigen Robotern und
sehenden Maschinen zur Verfügung stehen. Der gitteroptische Korrelator kombiniert
und vereinigt in der optischen Sensorik, vergleichbar dem menschlichen Auge, die
abbildende Optik mit der diffraktiven Optik und erweitert so die Rechenoperationen
des Lichts. Multiplikationen und Divisionen mit Licht werden ebenso möglich wie
Kreuzkorrelationen zwischen Bildern und optischen Maßstäben, zwischen globalen
und lokalen Informationen, zwischen Objekten und gespeicherten Vorbildern. Die
Optik des Photonischen Kristalls und des Nano- oder Mikro-Raumgitters arbeitet mit
drei räumlichen Dimensionen und einer spektralen Zeitdimension in der
vierdimensionalen Raumzeit, die seit Einstein und Minkowski vollständig beschrieben
ist. Wenn die Optik sich auch die lichtartigen raumzeitlichen Ereignisse verfügbar
macht, steigert sie ihre Intelligenz.

Das Bild im Spiegel: die Reflexion des Lichts.

Spiegel gehören geschichtlich zu den frühesten Instrumenten der Optik. In perfekter
Ausbildung nehmen ihre Oberflächen keinerlei Licht auf, sondern reflektieren es
komplett. Sie verhalten sich anders als Objekte, die einen Teil des sie beleuchtenden
Lichts absorbieren und dadurch einen Fingerabdruck im reflektierten Licht
hinterlassen, der etwas über sie selbst und ihre materiellen Eigenschaften aussagt.
Ein anderes Extrem sind Oberflächen, die das auf sie einfallende Licht total
schlucken. Diese Oberflächen bleiben im Dunkel und verweigern jede Aussage über
sich selbst. Spiegel sind insofern dankbarer, dass sie nichts über sich selbst, aber
scheinbar alles über den Betrachter oder das gespiegelte Objekt aussagen und
kommunizieren. Bisweilen so präzise, dass sie zu den unbeliebten Objekten der
Optik gehören. Richtig bearbeitet zählen sie aber auch zu den Effektmachern, die
verschönen, verzerren, verbiegen, vervielfachen, schmeicheln und belügen. Die
Gesetzmäßigkeiten der Reflexion illustriert eine Spiegelstation im Optik-Parcours.
Spiegelbilder      sind     keine      einfachen      Bildumkehrungen,        sondern
Symmetrieoperationen, bei denen rechts und links, oben und unten, nah und fern
sowie viele Proportionen vertauscht sein können. Nachdem man die Logik der
Spiegelbilder verstanden hatte, konnte das optische Handwerk Geräte mit
überragenden Fähigkeiten produzieren. Die Palette reicht von voll-, halb- und
teilverspiegelten Bauteilen bis hin zu Spiegeln und Spiegelobjektiven in
astronomischen Fernrohren. Ohne die Optik der Spiegel hätte weder die Wirklichkeit
des Makrokosmos, noch die der Planeten, Sterne und Galaxien in unendlichen
Weiten erforscht werden können. Die Optik hat die verfügbare Wirklichkeit gewaltig
sowohl in die Mikro- und Nano-Welt wie in die Makro-Welt erweitert und damit
wertvolles Wissen über grandiose Galaxien wie über die Zerbrechlichkeit unserer
irdischen Welt geliefert.

Das Labyrinth des Lichts – mit Licht messen und regeln.

Optische Sensoren, Lichtschranken und Vorhänge aus Licht können erkennen, ob
sich in ihrer Umgebung Objekte oder Lebewesen befinden, welchen Weg diese mit
welcher Geschwindigkeit zurücklegen und vieles andere mehr. In der Station
‚optisches Labyrinth’ lässt sich dies hautnah erleben. Die optische Sensorik sorgt im
Auto dafür, dass die Grenzen der Fahrdynamik in kritischen Situationen nicht
überschritten werden. Rund um Maschinen überwachen optische Sensoren nicht

                                                                                   5

begehbare Gefahrenzonen und gewährleisten so die Sicherheit am Arbeitsplatz.
Eingesetzt    werden      optische   Sensoren    als   Regensensoren      an   der
Windschutzscheibe, beim optischen Airbag, bei der hochgenauen Formkontrolle und
der Vermessung von Industrieprodukten, bei der Farbmetrik an chemischen
Substanzen, bei der Spektroskopie an Gasen und Gewässern, bei der Faseroptik in
Brücken und Hochhäusern. Kilometerlange optische Fasern mit eingeschriebenen
optischen Gittern registrieren in geologischen Bohrlöchern die kleinsten Anzeichen
von Erdbeben, bei Erdölbohrungen die Zusammensetzung von Öl, Gas und Wasser
in großen Tiefen. Sie können die Belastbarkeitsgrenzen von Dächern und
Fußballstadien, von Offshore-Windanlagen und Flugzeugen kontrollieren und so
Katastrophen vermeiden helfen. Die optische und faseroptische Sensorik ist eine
junge Branche des optisch messenden Handwerks, deren Einfluss auf die Zukunft
der Optik in unserer Region bereits bedeutend ist und die erhebliche innovative
Zukunftsmöglichkeiten bietet.

4. Die physiologische Optik.

Das menschliche Auge - ein Multitalent.

Das Augenpaar dient der Orientierung in der vierdimensionalen Welt des Sichtbaren.
Somit ist das Auge das Organ für den Umgang mit Lichtwellen – wie das Ohr das
Organ für den Umgang mit Schallwellen ist. Aus biologischem Gewebe gebaut, bildet
sich das Auge in der Zeit vor der Geburt als Organ des Gehirns für die visuelle
Informationsverarbeitung. Es erfasst für uns die Welt und wird von ihr erfasst, wie
Goethe dies vielfach beschrieben hat. Mit seinen Augen kann der Mensch dem Licht
sehr viel mehr Information entnehmen, als jede uns bislang bekannte Kamera oder
andere optische Geräte. Die Physik der Optik war lange Zeit nicht in der Lage, die
Geheimnisse dieser erstaunlichen Fähigkeiten zu lüften; erst als die Mikroskopie die
Mikro- und Nanowelt sichtbar machen konnte, wurde eine klare Beschreibung des
Baus und der optischen Funktionalitäten der Retina des Auges möglich. Und da die
Augen, wie alle unsere Organe, bei jedem Menschen nach demselben Plan
konstruiert sind, sodass alle Menschen die Welt nahezu gleich sehen, sind sie
physikalisch beschreibbar und können nachgebaut werden. Je besser wir erkennen,
was das Auge unserem Gehirn über die Welt mitteilt und wie beide – Auge und
Gehirn – dabei kooperieren, je besser wir dieses Sinnesorgan somit verstehen, umso
genauer können wir es kopieren und denjenigen helfen, die seine enormen
Fähigkeiten in Teilfunktionen oder ganz missen müssen. Einige Wetzlarer Firmen
sind auf diesem Weg bereits ein gutes Stück vorangekommen. Auf dem Gebiet der
optischen Sensorik konnten Teilfunktionen des Auges bereits nachgebaut werden,
und es könnte sein, dass eine dem Auge vergleichbare 3D-Kamerasensorik in naher
Zukunft aus Wetzlar kommen wird.

Was kann das Auge besser als eine Kamera?

In den Stationen ‚Begehbares Auge’, ‚Augenbewegungsmodell’ und ‚Optokinetisches
Gleichgewicht’ werden wichtige Eigenschaften und Bauprinzipien des Auges
dargestellt. An ihnen lässt sich erkennen, was die Augen wie für das Gehirn leisten.

Das Auge hat gleichzeitig das Ganze und das Einzelne im Griff. Es verarbeitet
Licht mit einer abbildenden Linsenoptik, wie sie in jeder Kamera Verwendung findet,
kombiniert mit einer diffraktiven Gitteroptik im Aperturraum (lat. apertum = Öffnung) -
also in der Umgebung der Pupille - und in der Netzhaut. In der Hornhaut, kurz vor der

                                                                                     6

Pupille, sind zelluläre Mikro- und Nanogitter eingelagert. In sie zu allererst fällt das
Licht ein, das alle gleichzeitig sichtbaren Objekte zum Auge hin abstrahlen. An jedem
Punkt in der Pupille summieren sich die einander überlagernden Lichtintensitäten zur
‚globalen’ Information, die über die ‚allgemeine’ oder ‚mittlere’ Beleuchtung im
Sehraum Auskunft gibt. Die Mikro- und Nanogitter sorgen dafür, dass Teile dieser
‚globalen’ Information in den Bildraum gestreut und damit optisch allen ‚lokalen’
Lichtintensitäten einzelner Objektbilder unterlegt werden. In der Netzhaut (lat. rete,
Netz) - also im Bildraum - sind mehrere Zellkörperschichten den Photoempfängern
(Zapfen und Stäbchen) lichtwärts vorgelagert. Sie wirken als dreidimensionale
optische Gitter (Raumgitter) und beugen das Licht in Rot-Grün-Blau-
Beugungsordnungen, in RGB-Farbkanäle. Der komplette Aufbau stellt einen
optischen Korrelator mit diffraktiven Raumgittern in Apertur- und Bildraum des
abbildenden Systems dar. Das Innenauge, das die Form eines Rotationsellipsoids
hat (liegendes Ei), dient dabei als optischer Resonator, der die Raumgitter optisch
auf die Farbe der Beleuchtung ‚stimmt’, ähnlich dem Vorgang wie man in der Akustik
ein Musikinstrument auf eine Tonart stimmt. Die Farben der ‚lokalen’ Dinge werden
dadurch auf die ständig wechselnde ‚globale’ Gesamtbeleuchtung bezogen. Dem
optischen Korrelator im Auge verdanken wir es, dass wir die Farben der Dinge unter
variablen Beleuchtungen nahezu konstant sehen und erleben. Er gewährleistet die
weitgehende Farbkonstanz im menschlichen Sehen.

Das einzelne Auge verfügt bereits über eine optische Tiefenkarte. Für
Lebewesen, die sich eigenständig in einer dreidimensionalen Welt bewegen, ist es
besonders wichtig, über relative Entfernungen zu und zwischen Objekten im
Sehraum zu verfügen. Von der Messsucherkamera her sind eingebaute oder
aufgesetzte Entfernungsmesser mit breiter Basis bekannt. Sie dienen der optischen
Scharfstellung auf ein Objekt. Von beiden Endpunkten der Basis wird dann ein
Objekt gleichsam anvisiert, für das sich über die Winkelbeziehungen ein mehr oder
weniger genauer Entfernungswert ergibt. In Spiegelreflexkameras wird die
Entfernung zu einem im zentralen Bildfeld anvisierten Objekt – auf das scharf gestellt
wird – über den Pupillendurchmesser bzw. die sog. Pupillenteilung gemessen. Beide
Bildhälften führen in der Einstellscheibe zu überlappenden oder zu sich deckenden
Bildern, wenn die Entfernung perfekt eingestellt ist. Zu einer optischen Tiefenkarte
gelangt man in einäugigen (monokularen) oder zweiäugigen (binokularen) optischen
Systemen dann, wenn man für alle Objekte, die über ihre jeweils eigenen Lichtkegel
abgebildet werden, eine Entfernungsmessbasis besitzt bzw. nutzt. Dies kann im
diffraktiv-optischen Korrelator für ein Auge und durch Pupillenteilung für beide Augen
gelingen. Tatsächlich verfolgt das menschliche Sehen beide Methoden. Bereits im
einzelnen Auge gelingt die chromatische raumgitteroptische Entfernungsmessung.
Die Lichtkegel mit der größten Öffnung, die jeweils den Rand der Pupille durchlaufen,
liefern beim Durchgang durch ein Raumgitter im Bildraum andersfarbige – kürzer-
und längerwellige - Information als die in der optischen Achse verlaufenden Strahlen.
Die jeweiligen spektralen Intensitäten enthalten für jedes Objekt an seinem Bildort
somit eine chromatische Entfernungsinformation, die auf die Entfernung des in der
optischen Achse des gesamten Abbildungssystems anvisierten Objekts relativiert ist.
Im beidäugigen Sehen kommt das Prinzip der Pupillenteilung mit größerer Messbasis
und deshalb besserer Entfernungsmessung zum Zug. Nicht nur haben beide Augen
mit der Augenabstandsbasis einen gewissen Abstand voneinander, durch die
Kreuzung der Sehnerven hinter den Augen werden zudem die beiden linken
Sehhälften des Auges in die linke, die beiden rechten Sehhälften in die rechte
Gehirnhälfte projiziert und einander überlagert. Durch den so möglichen getrennten
Vergleich der Informationslage in beiden Pupillenhälften ist das binokulare

                                                                                      7

Tiefensehen der einäugigen Tiefenkarte überlegen. Egal wie schnell unsere Augen
mal das eine, dann ein anderes Objekt oder Geschehen in den Blick nehmen: im Nu
sind im Sehen alle Entfernungswerte und damit Tiefenkarten wieder aufeinander
abgestimmt. Eine phantastische Leistung der Augen, unserer optischen Instrumente.

Die Augen sagen etwas darüber, Was Etwas ist. In der Bildverarbeitung informiert
uns das Auge in Zusammenarbeit mit dem Gehirn darüber, was ein Objekt ist: ein
Hund, ein Mensch oder ein Haus. Keine Kamera ist dazu in der Lage, weil sie
Objekte in einer Bildebene gar nicht voneinander trennen und vom Hintergrund
abheben kann. Dies wäre aber die Voraussetzung, um Objekte als Einheiten im
Raum zu behandeln und ihnen eine spezifische Bedeutung und Identität zu
verleihen. Konrad Lorenz hat die Abstraktionsfähigkeit im Sehen als eine
fundamentale Intelligenzleistung der Lebewesen beschrieben. Sie ist im
menschlichen Auge zu allererst eine Leistung des diffraktiv-optischen Korrelators,
der Objekte im Raum separiert und ihr Bild im Raumgitter der Netzhaut optisch
zerbricht, also diffraktiv behandelt. Der Gestaltpsychologe Metzger beschrieb die
Leistung des Auges so: „Die Hauptaufgabe unserer Sinnesorgane bei der
Wahrnehmung von Objekten ist es nicht, aus Einzelstücken etwas Ganzes
zusammen zu setzen, sondern die anfängliche Einheit des Wahrnehmbaren im
sensorischen Feld zu zerbrechen und in Untereinheiten zu zerlegen“. Wie verknüpft
das menschliche Sehen das Bild eines Objekts mit seiner Bedeutung, also damit,
was es ist und für uns bedeutet? Die zentrale Sehbahn im Gehirn gibt darüber erste
Aufschlüsse (Abb.3). Jedes Auge arbeitet mit seiner Fovea – dem Ort des schärfsten
Tagessehens – wie mit einem konzentrischen Trichter, in den Bilder einlaufen, die –
retinotop, d.h. wie in der Retina geordnet - über die zentrale Sehbahn vom Auge zum
Gehirn übertragen werden. Über den ‚blinden Fleck’ der Papille – das Tor zum
Gehirn – reicht jedes Auge seine Information mittels einer Million Sehnerven an das
Gehirn weiter. Wie das Auge selbst haben auch die beiden weiteren Stationen im
Gehirn (das Corpus Geniculatum Laterale CGL im mittleren und die Area 17 bzw. V1
im hinteren Gehirn) ein foveales Sehen mit retinotoper Landkarte. Der zentrale
Bereich der Netzhaut wird zunehmend vergrößert abgebildet, der Trichter in V1 bleibt
zur Fovea (bzw. zu Fovea und Papille als dem Bipol im Auge) zentriert. Dort werden
die zunächst aufgespaltenen und einander überlagerten Bildhälften aus beiden
Augen wieder in einen einzigen Trichter eingegeben und in ein optisch einheitliches
Konzept überführt. Die Retina funktioniert wie ein Fischernetz, das sichtbare Objekte
wie Fische wahlweise in groben oder feineren Maschen einfangen und analysieren
kann. Wie ein Fischer durch die Wahl der Maschengröße seiner Netze bestimmt, ob
er große oder kleine Fische fangen möchte, so filtert auch der Netzhauttrichter im
Auge. In den peripheren Ringzonen der Netzhaut sind die Maschen weit, mit ihnen
wird zunächst nur grob erfasst, Was Etwas ist: ein Baum oder ein Haus. Blicken die
Augen näher hin, wird alles deutlicher: ein Tannenbaum sieht anders aus als eine
Birke, ein beliebiges Haus anders als das eigene. Die Ortsfrequenzanalyse des
Sichtbaren – die Erfassung von Struktur und Form der Objekte mit einer gewissen
Sehschärfe - geht in der Sprache der Optik von der niederfrequenten peripheren zur
zunehmend hochfrequenteren zentralen Filterung über. Alle Fische, die durch die
Maschen schlüpfen können, sind quasi nicht vorhanden. Bei gezielter
Aufmerksamkeit für eine bestimmte Aufgabe wird im Sehen alles andere vollständig
ausgeblendet. Durch die trichterartige – polare – Verarbeitung des Sichtbaren
werden Objekte nur in ihren Relationen analysiert: ein Baum bleibt ein Baum, ob er
groß oder klein, weiter weg oder nahe ist, ob er steht oder umgefallen ist. Über eine
derartige polare Verarbeitung werden sichtbare Objekte entfernungs-, lage- und
größeninvariant erfasst. Gleitet der Blick über sie hinweg oder springt er auf
charakteristische Merkmale, so bleibt das einmal insgesamt erfasste Objekt sich

                                                                                   8

selbst und seiner Bedeutung dennoch gleich. Mit Worten in verschiedenen Sprachen
belegt, werden Objekte unter abstrakte Begriffe gefasst. ‚Hund’, ‚dog’ und ‚chien’
bezeichnen stets dasselbe vierbeinige Haustier. In ihrer diffraktiv-optischen
Verarbeitung sind die Objekte in der optischen Tiefenkarte separierbar, erhalten
somit ihre ‚Identität’. Im Vergleich zum Fischer müssen wir unsere Augennetze nicht
ständig einholen und auswechseln, wir setzen sie lediglich danach passend ein, was
uns im Sehen interessiert. Deshalb sehen manche Menschen nie, was andere
sehen. In der Zusammenarbeit von Auge und Gehirn wird den Sehdingen eine
sprachlich gefasste, unverwechselbare und konstante Bedeutung verliehen. Nur
dadurch gelingt es uns im Sehen, in einer Gruppe von Menschen problemlos einen
Bekannten auszumachen. Und deshalb erkennen wir auf einem großen Parkplatz
rasch unser eigenes Auto, auch wenn wir uns nicht mehr genau erinnern, wo wir es
abgestellt haben. Im Auge werden somit erheblich mehr Informationen über die Welt
transportiert als im zweidimensionalen Bild einer Kamera.

Goethe und viele Denker nach ihm wollten verstehen, wie das Auge funktioniert,
speziell die Retina, die lichtwärts vor den Photorezeptoren im Bildraum des Auges
eingelagerte Schichtung kortikaler zellulärer Gitter. Die hierfür notwendigen
leistungsfähigen Mikroskope und Untersuchungsmethoden gab es aber erst sehr viel
später. Und der gezielte Einblick in die raffinierten Leistungen der zentralen
dreistufigen visuellen Sehbahn im Gehirn gelingt selbst heute erst ganz allmählich.
Deutlich wird aber bereits, warum wir im Gehirn wissen können, was wir im Auge
sehen. Da unsere Augen wie unser Gehirn weitgehend über eine identische optische
Hardware verfügen, sind deren intelligente Funktionalitäten zunehmend objektiv
beschreibbar. Derjenige Teil des Erlebens, der uns allen als Menschen nahezu
gleichermaßen verfügbar ist, hat seine Grundlage in der Hardware der kortikalen
Sinnesorgane. Die Begriffe für die Dinge, die unsere Augen sehen, haben in jedem
Sprachbereich zu einer andersartigen – im individuellen Leben entwickelten und
trainierten - Hardware in einem anderen Teil des Gehirns geführt, der das Sichtbare
mit der Sprache verknüpft.

Gilt nicht dennoch, dass jeder Mensch auf seine Weise andere Dinge sieht und das
Gleiche oft anders als andere? Die optische Hardware im Auge ist auch mit im Spiel,
wenn es um die Frage nach der individuellen Freiheit zur subjektiven
Informationsverarbeitung im Sehen geht. Auch dann, wenn wir nicht mit dem Auge,
sondern „mit dem Herzen sehen“ (St. Exupéry in Der kleine Prinz). Die Technik kann
mit Optik zu raffinierter Logik und zu Intelligenz gelangen. Es hilft dem Menschen,
wenn sehende Roboter an Verkehrsampeln oder Bewegungsmeldern, an
Kaufhauskassen, in Automobilen und in Automaten schnell und richtig erkennen und
intelligent entscheiden. Würde die Technik dem Menschen einen gewissen Anteil der
Verstandesarbeit abnehmen, dann würde sie als ‚seelenlose’ Technik noch immer
nicht über Gefühle und kreative Ideen, über Phantasie, Liebe und Nächstenliebe und
all das verfügen, was uns im eigentlichen Leben oft sichere Orientierung verleiht,
bisweilen aber auch den Verstand verwirrt und die Realitätskontrolle erschwert. Auch
die Optik des Auges ist stets nur ein Instrument. Was wir und wie wir damit sehen,
bleibt jedem Einzelnen überlassen. Ein Optiker muss sich mit dem Aufbau des Auges
befassen, wenn er Brillen, Lupen, Mikroskope oder Fernrohre herstellen möchte. In
vielen Optiken ist das Auge das letzte – das Empfängerglied.

Augenmuskeln und körpereigenes Koordinatensystem.

Die Station ‚Augenbewegungsmodell’ illustriert, wie die sechs Augenmuskeln
wichtige Aufgaben für die Orientierung im dreidimensionalen Raum gewährleisten.

                                                                                  9

Sie beziehen alle Eigen- und Fremdbewegungen auf das körpereigene
Koordinatensystem mit seinen drei auf einander senkrecht stehenden Achsen. Vier
Muskeln übernehmen in jedem Auge die Lageänderungen in der Horizontalen und
Vertikalen, zwei schräge Muskeln die Rotation um die optische Achse. In einem
dazugehörigen kleinen Nervenzentrum am Rande der zentralen Sehbahn im Gehirn
werden die beiden Gesichtsfelder der Augen als polare Landkarten abgebildet und
aufeinander bezogen. Sie koordinieren in einem intelligenten Reflexbogen das
beidäugige aktive Sehen, d.h. das Anvisieren und Verfolgen von Objekten mit den
Blicken. Das Auge ist mit dem Ohr und seinem Gleichgewichtsorgan synchronisiert,
sodass eine doppelte Landkarte des raumzeitlichen Geschehens im Gehirn
verfügbar ist.

Die Station der optischen Wahrnehmungstäuschungen.

Das Verständnis optischer Wahrnehmungstäuschungen eröffnet genauere Einblicke
in die Logik des Sehens und in bisher unbekannte Bauprinzipien der optischen
Systeme zur Informationsverarbeitung. Optische Illusionen wie Nachbilder,
scheinbare Bewegungen, falsche Farben, Schätz- und Messfehler, wahnhafte Fata
Morganas und projizierte Wahngestalten sind und bleiben ein Gebiet der Neugierde
auch im Handwerk der Optik und führen oft spielerisch zu neuem Wissen in der
Optik. Im Jahrmarkt der Optik zeigen sie uns manche Stärken und Schwächen bei
der Informationsverarbeitung im Sehen.

Sehfehler erkennen und korrigieren.

An einer Station des Optik-Parcours können die Besucher einen Seh-Check machen.
Viele individuelle Sehschwächen und –fehler bleiben den Betroffenen oft unerkannt.
Manche sind völlig harmlos und beeinträchtigen das Leben nicht wesentlich. Andere,
gravierende Fehler sollte man möglichst früh erkennen. Vom Schielen bis zum
Tunnelblick, vom Unscharfsehen in der Ferne oder Nähe, von den Doppelbildern bis
zur Makula-Degeneration, von der Rot-Grün-Blindheit bis zum schlechten
Dämmerungssehen begleiten uns bisweilen Symptome, die – einmal diagnostiziert –
oft therapierbar sind.

Das Phänomen der ‚paradoxen’ farbigen Schatten.

Jeder Beobachter kann das Phänomen der paradoxen farbigen Schatten im Zwielicht
sehen. Was er dort wahrnimmt, haben seine Augen optisch konstruiert, rein
physikalisch gibt es keine paradoxen farbigen Schatten. Goethe hat in seiner
Farbenlehre das Spiel der farbigen Schatten genauestens beobachtet und anhand
vieler Beispiele beschrieben. Deshalb ist die Station ‚Paradoxe Farbige Schatten’ die
eigentliche Goethe-Station im Optik-Parcours, wie die des ‚Prismenbrunnens’ die
eigentliche Newton-Station darstellt. Das Phänomen der farbigen Schatten im
Zwielicht wurde von Goethe quasi als Geschütz im leidenschaftlichen Kampf gegen
die objektivierende Physik Newtons ins Feld geführt, es offenbart deutlich den
Beitrag des menschlichen Auges zum Farbensehen. Die einführenden Beispiele
zeigen die Logik, mit der ‚normale’ farbige Schatten aus gegenfarbigen Zwielichtern
entstehen, die spektral zu einem klaren Weiß addieren. Anschließend verdeutlichen

                                                                                  10

die ‚paradoxen’ farbigen Schatten die konstruktive Arbeit des Auges. Wenn ein
weißes und ein farbiges Licht im Zwielicht zusammenwirken, entsteht ein
physikalisch erklärlicher, also ‚normaler’ farbiger Schatten und – völlig unerwartet an
der Schattenfläche, zu der nur weißes Licht gelangt - kein weißer, sondern ein zur
Farbe des ersten Schattens gegenfarbiger Schatten. Besteht das Zwielicht aus Weiß
und Blau, so ist dieser ‚paradoxe’ Schatten gelb; bei Weiß und Grün purpur; bei Weiß
und Gelb blau; bei Weiß und Purpur grün. Grundlage für die Logik der Konstruktion
der paradoxen Farben ist der Farbenkreis aus Gegenfarben. Die paradoxen farbigen
Schatten sind keine Illusionen oder optische Täuschungen, sondern innere
Realitäten, die wir allerdings vor unserem Auge sehen. Alle farbtüchtigen Beobachter
sehen die gleichen Farben. Das Photometer mit seiner spektralen Messtechnik zeigt
überall dort, wo das Auge eine paradoxe Farbe konstruiert und somit ‚sieht’, in seiner
physikalisch konsequenten Logik stets ein Weiß an. Der diffraktiv-optische Korrelator
im Auge berechnet die paradoxen farbigen Schatten gesetzmäßig. (Die Farben der
paradoxen Schatten resultieren aus zwei optischen Rechenschritten: aus dem
Produkt – der Multiplikation – der lokalen und globalen spektralen
Intensitätsverteilungen mit den raumgitteroptischen RGB-Transmissionskurven im
Bildraum der Optik; und aus der Relativierung – der Division – der lokalen auf die
globalen RGB-Werte im reziproken Gitterraum). Sehen ist eine konstruktive optische
Tätigkeit. Das Auge relativiert lokale Farbwerte systematisch auf die globale
Beleuchtung im ganzen Sehfeld. Mit einem Trick kann man diese konstruktive
Rechnung des Auges durchkreuzen: blickt man durch ein enges Rohr auf den
paradoxen farbigen Schatten, dann erscheint dieser tatsächlich auch dem Auge als
weiß, weil man die Verbindung des lokalen Feldes zum globalen Umfeld
unterbunden hat.

Viele optische Geräte liefern Ergebnisse, die mit den Augen registriert und gedeutet
werden. Wenn aber die physikalische Optik der Geräte und die physiologische Optik
des Auges in Zusammenarbeit mit dem Gehirn sich nicht deckungsgleich verhalten,
darf diese nicht unberücksichtigt bleiben. Je mehr künstliche Augen und optische
Implantate verfügbar werden, desto mehr müssen Unterschiede zwischen
betrachtetem Objekt und dem optischen Bild im Subjekt des Betrachters
berücksichtigt werden. Ein weites Feld für das Handwerk der Optik auch in Zukunft.

Die farbigen Schatten geben Goethe für die Physiologie des Sehens genauso Recht
wie die Prismenstation Newtons physikalische Erklärung des lichtartigen
Geschehens bestätigt. Die farbigen Schatten belegen die konstruktive Rolle des
Auges, ohne damit die Gesetze der Physik in Frage zu stellen. Physik und
Physiologie, die Wissenschaft von den Objekten und die vom Subjekt des
Beobachters, verhalten sich komplementär zueinander wie Messtechnik und
Psychologie der Wahrnehmung. Wie der Parcours zeigt, ist es die Optik, die den
Dialog zwischen Physik und subjektiver Wahrnehmung erst ermöglicht.

5. Das Licht als Mittler und Bindeglied zwischen Geist und Materie.

Das Licht als Überträger von Information ist nicht nur Datenlieferant für Auge und
Gehirn. Es gestaltet aktiv Form und Funktion seiner Organe in jeder Stufe mit. Durch
Resonanz mit der gitteroptischen Hardware im Auge verleiht es diesem die Fähigkeit
zur Adaption an die jeweils sichtbare Welt und zur Reduktion des Sichtbaren auf
Wesentliches. Durch das Einschwingen von Gleichgewichtslagen im Licht verleiht es
dem Auge die Möglichkeit, die sichtbare Welt zu stabilisieren. Indem es mit dem
Auge eine Hierarchie von achsenzentrierten Symmetrieoperationen und

                                                                                    11

Korrelatorstationen auf seinem Weg zum Gehirn ausbildet und durchläuft, kann
Sichtbares stufenweise auf bereits Bekanntes bezogen werden. Das Licht ist überall
im Spiel als Former und Vermittler zwischen Geist und bildbarer lebendiger Materie.
Die im und am Licht ein Leben lang geformte intelligente visuelle Hardware stellt das
Grundgerüst der Seele im Sehen und Denken dar, das allen Menschen
gleichermaßen zur Verfügung steht und uns allen über weite Strecken ein
gemeinsames Erleben sichert.

Informationsverarbeitung und Informationsverlust im Umgang mit Licht.

Licht besteht aus elektromagnetischer Strahlung und gehört deshalb zu den
schnellsten Überträgern von Information überhaupt. Es liefert Daten über seine
Quelle, aber auch über die Form, Farbe und Textur von Objekten, an denen es
reflektiert wird; auch die dynamischen Informationen über deren relative und
wechselnde Entfernung zueinander, über ihre inhaltlichen Beziehungen aufeinander
sind ihm eingeschrieben; es informiert über Medien, die es durchstrahlt, über
Landschaften und Menschen, über Bekanntes und Unbekanntes im Sichtbaren.
Auge und Gehirn verarbeiten diese Informationen und geben den Dingen Bedeutung
und Wesen. Begriffe für ein und dasselbe Phänomen lauten in jeder Sprache anders,
und dennoch bezeichnen ‚Hund’, ‚dog’ oder ‚chien’ jeweils dasselbe uns allen
bekannte vierbeinige Tier. Die hohe Qualität der optischen Vorverarbeitung im Auge
garantiert die Exaktheit, mit der es uns gelingt zu bestimmen, was Etwas ist: ein
Baum, ein Mensch oder ein Turm. Solange die optische Sensorik Informationen
verliert, die an sich über das Licht verfügbar sind, ist sie unvollkommen. Kameras
verlieren im zweidimensionalen Bild die Tiefendimension: Objekte im Vordergrund
stehen gleichwertig neben Szenen und Dingen im                Hintergrund; fehlt ein
dynamischer Weißabgleich, leidet die Konstanz der Farben; schlecht korrigierte
optische Linsen verbergen wichtige Details im Bild. Der diffraktiv-optische Korrelator
im Auge hingegen nutzt alle vom Licht gelieferten Daten, indem er eine globale
Information der lokalen optisch überlagert und es dem Gehirn dadurch ermöglicht,
diese schichtweise heraus zu arbeiten. Die Erforschung der Informationsverarbeitung
in optischen Multischichten steckt noch in ihren Anfängen, wird aber für das
Verständnis des Gehirns und des „Denkens im Sehen“ von größter Bedeutung sein.
Damit wird dann auch verständlich, weshalb das Auge zusammen mit dem Gehirn
allen heutigen optisch abbildenden Apparaten überlegen ist. Herausragend hierbei ist
die Fähigkeit, in Kooperation mit dem Gehirn den Dingen, sowie sie im Sehen erfasst
sind, im Nu eine Bedeutung zulegen zu können. Wird im Sehen unvollständig
analysiert, täuscht sich der Mensch und verwechselt einen in der Ferne sichtbaren
Hund mit einem Pferd, auf dem Marktplatz einen Fremden mit einem Bekannten,
oder seine Phantasie lässt ihn ein Wolkengebilde am Himmel als Ungeheuer
erscheinen.

Resonanzen und Gleichgewichtslagen              im   Licht:   intelligente   adaptive
Leistungen im Sehen.

Das Licht bewirkt im Sinnesorgan des Auges noch mehr als die optische Abbildung
der sichtbaren Welt und die Diffraktion des Sichtbaren, die beide wichtige
Grundlagen für das Farb- und Formsehen darstellen. Es ergreift die Hardware des
Auges, formt sie für seine Zwecke und bildet Hierarchien von Gleichgewichtslagen
aus, die dynamisch-adaptiv funktionieren. Die Anpassung der Pupillenöffnung an die
Summe des einfallenden Lichts im Pupillenreflex stellt eine dynamisch-adaptive
Regelung einer ersten Gleichgewichtslage dar. In einer zweiten Stufe ‚stimmt’ das
einfallende Licht das Auge ‚chromatisch’ adaptiv auf die Farbe der Beleuchtung im

                                                                                   12

Gesichtsfeld. Die Resonanz des Lichts mit dem Rotationsellipsoid des Innenauges
gewährleistet, dass sich die Mikrostruktur des retinalen Raumgitters auf die mittlere
Farbe im gesamten Sehfeld optisch resonatorisch ‚einschwingt’. Es bildet dadurch
dynamisch-adaptiv stets neue RGB-Gleichgewichtslagen – neue Weißnormen - aus.
Es konstruiert Farbe auf dieser adaptiv regulierten Grundlage als Abweichung vom
RGB-Gleichgewicht, dem Weiß. Aus Hell und Dunkel und aus Gegenfarben
resultieren im Auge optische Polaritäten, die in Goethes Sprache vielfältig formuliert
sind. Und nicht zuletzt entsprechen die raumzeitlichen Datenlagen in den Stationen
der zentralen visuellen Sehbahn den Gleich- und Ungleichgewichten in
achsenzentrierten Symmetrieoperationen, mit deren Regulierung und Kompensation
unser Auge im Sehen gewährleistet, dass selbst in gefährlichen Lagen unser
Gleichgewicht nicht völlig verloren geht.

Die optische Reduktion des Sichtbaren auf das Wesentliche.

Die Diffraktion des Lichts im zellulären Raumgitter der Retina des Auges stellt eine
optische Reduktion des sichtbaren Spektrums auf drei RGB-Farbkanäle oder –
Beugungsordnungen dar. Das Auge mischt aus diesen drei Grundfarben die Farben
und Hell-Dunkelwerte der sichtbaren Welt, anstatt dies mit den 400 im Spektrum
vorhandenen Wellenlängen zu realisieren. Die Informationsverarbeitung gewinnt an
Qualität, je präziser das Sehen in der Lage ist, die Fülle der sichtbaren Dinge auf das
Wesentliche und im Moment Wichtige zu reduzieren. Objekte werden in kürzester
Zeit als etwas Bestimmtes – ein Tier oder ein Mensch – in der Vielfalt vorhandener
Dinge und Gegebenheiten erkannt; wie bei der Reduktion des sichtbaren Spektrums
auf die drei RGB-Farbkanäle vereinfacht das Sehen die Welt der vielen Objekte,
indem es sich je ein einzelnes herauspickt. Eine intelligente Leistung des Sehens,
denn nur so kann Sichtbares mit im Gehirn gespeichertem Wissen um die Dinge als
deren Vorlage verbunden und korreliert werden. Die optische Korrelation ist die
schnellstmögliche Operation im Vergleich optischer Muster und leistet eine gewaltige
Reduktion des Sichtbaren auf das Wesentliche. Der optische Korrelator im Auge ist
lediglich die erste Station derartiger Hardwaremodule in den visuellen Bahnen und
Zentren des Gehirns. Deren nähere Erforschung bleibt ein weites Feld. Das Auge
bildet sich am Licht zur jeweilig besten Form der Informationsverarbeitung. Nur auf
dieser Grundlage kann unser Sehen, Denken und Verstehen gewährleisten, dass
uns die Realität, die sichtbaren Dinge und somit die uns umgebende sichtbare Welt
nicht immer wieder neu und unbekannt erscheinen. Die Optik belegt, dass und wie
visuelle Intelligenz und sehendes Wissen auf einer am Licht geformten Hardware
beruhen, die als „geprägte Form, die lebend sich entwickelt“ (Goethe) mehr ist als
eine Abfolge chemischer Reaktionen und elektrischer Schaltvorgänge im Gehirn. Sie
stellt am Beispiel der lichtartigen raumzeitlichen Informationsverarbeitung im Auge
den Primat des im Umgang mit Licht sich formenden Geistes über die Materie unter
Beweis.

Die Stationen der physiologischen Optik im Parcours machen verständlich, weshalb
und wodurch das Subjekt und sein Erleben sich abheben aus der Welt der Objekte,
auch wenn sie beim Sehen im Licht komplementär zusammenwirken. Der im Optik-
Parcours angelegte Spannungsbogen zwischen Physik und Psychologie kann in
einer materiellen Welt auch der Neubewertung des Stellenwerts des Subjekts
dienen. Die Positionen von Newton und Goethe werden in der Fachliteratur
weitgehend noch als Konflikt zwischen unvereinbaren Gegenpolen interpretiert. Der
Optik-Parcours hat beide – über die Zeit hinweg – miteinander in einen virtuellen
Dialog gebracht, dessen Ergebnis die Stationen als ein harmonisches Miteinander
zeigen. Die Optik erweist sich dabei als das alte und doch stets wieder neue

                                                                                    13

Kernthema der ‚Goethe- und Optikstadt Wetzlar’, als das entscheidende Bindeglied
zwischen den unüberbrückbar erscheinenden Gegensätzen, die man bislang mit den
Namen Goethe und Newton zu verbinden pflegte.

6. Marktplatz der Zukunft für die Optik.

Die optischen Technologien sind die Schlüsseltechnologien des 21.Jahrhunderts. Im
Vergleich zur Elektronik stehen sie erst am Anfang ihrer Entwicklung. Die Station
‚Marktplatz der Zukunft’ verdeutlicht, wie stark Optik und Photonik in den Optikfirmen
der Region verwurzelt sind und welche Zukunftsvisionen daraus erwachsen. Die
großen und spannenden Arbeitsfelder der Optik können dabei erahnt werden,
basierend auf dem zunehmenden Verständnis für die lichtartigen Ereignisse in der
raumzeitlichen Relativitätstheorie, in optischen Schaltern, in photonischen Kristallen,
im Quantencomputer, in der Technik der OLED’s, in der optischen Kryptographie, der
optischen SMS und im optischen Datenspeicher.
Kaum ein anderes Ingenieurstudium dürfte für Studentinnen und Studenten in
Zukunft so faszinierend sein wie das der Optik, der Optoelektronik, der Photonik, der
Nano- und Mikro-Technologie. Wetzlar und die Region Mittelhessen bieten dem
interessierten Nachwuchs vor Ort eine breite Palette von Schulen, Hochschulen und
Ausbildungsbetrieben an. Das Photonik Zentrum Hessen in Wetzlar im
Gewerbegebiet der Spilburg verfügt über eine öffentliche Bibliothek, die allen
Interessenten zugänglich ist, die manchen Begriffen, die in den technischen oder
wissenschaftlichen Phänomenen und ihren Beschreibungen eine Rolle spielen, über
Literatur und Internet näher auf die Spur kommen möchten. Seit dem 19.Jahrhundert
steht unsere Region, steht Wetzlar für die technologische Fortentwicklung der Optik
– mit all den Chancen, die sich daraus für die Menschen vor Ort ergeben. Der
Marktplatz der Optik bietet einen Ausblick in die technologische Zukunft. Er
präsentiert eine Region, die sich seit langem der Optik verschrieben hat, und die, wie
der Optik-Parcours, das Viseum, das Photonik Zentrum Hessen in Wetzlar und die
vielen optischen Unternehmen vor Ort zeigen, weiterhin zu neuen Ufern aufbrechen
wird.

                                                                                    14