Читать книгу Fundamental - Tim James - Страница 11

Max Planck war das jüngste von sechs Kindern und schloss das Gymnasium 1875 ab, ein Jahr vor seinen Klassenkameraden. Er bewarb sich für ein Physikstudium an der Universität München, aber der Mann, der seine Bewerbung begutachtete, Professor P. von Jolly (ein echter Name), versuchte, ihm abzuraten, weil die Physik fast abgeschlossen war und es sich um eine Verschwendung von Plancks Intellekt handeln würde.⁹

Obwohl Jolly dermaßen ernst war, machte Planck keinen Rückzieher und bestand darauf, das Fach zu studieren, das er wollte. Ihm lag nicht daran, etwas Neues zu entdecken, weil er kein Interesse an Vermächtnissen hatte. Er wollte nur verstehen, wie die Welt funktionierte, und würde eine ablehnende Antwort nicht akzeptieren. Planck gab nicht klein bei.

Jolly war so beeindruckt von dieser hartnäckigen Haltung, dass er schließlich beschloss, Planck zuzulassen, und bald schon wurde dieser zu einer der am meisten verehrten Figuren des europäischen Physikerkreises. Seine Vorlesungen waren angeblich so beliebt, dass die Leute sich in der Regel Schulter an Schulter drängten, um ihn sprechen zu hören, und es gibt Berichte darüber, dass Zuhörer, die von der Wärme ohnmächtig geworden waren, von allen anderen ignoriert wurden, damit Planck zu Ende sprechen konnte.

Es war dieser Ruf, der ihm die Aufmerksamkeit des deutschen Eichamts einbrachte, das anfragte, ob er bei dessen Projekt mithelfen wolle, Deutschland mit elektrischer Straßenbeleuchtung auszustatten. Elektrizität war in anderen Ländern zwar schwer in Mode, aber sie war teuer, und das Eichamt wollte die effektivste Beleuchtungsmethode herausfinden. Planck nahm die Einladung bereitwillig an und begann mit der Arbeit, indem er die Beziehung zwischen Wärme und Licht bei einer heißen Glühbirne untersuchte.¹⁰

Der Glühfaden einer solchen Birne ist tatsächlich ein »Schwarzkörper«. Während er von innen erwärmt wird, absorbiert die äußere Oberfläche alle Energie und strahlt sie wieder als Licht ab, vor allem als sichtbares Licht. Wenn er jedoch heißer wird, beginnt er nicht, die Arten von Licht hervorzubringen, die vom Rayleigh-Jeans-Gesetz vorhergesagt werden, weshalb Planck beschloss, ein neues Gesetz zu erfinden, eines, bei dem er sich die Lichtenergie als eine Art von Gas vorstellte.

In einem Gas gibt es eine Gruppe von Teilchen, die wahllos herumfliegen, und wenn sie zusammenstoßen, wird ihre Wärme aufgeteilt. Durch bloßen Zufall haben manche Teilchen eine niedrige Energie und manche haben eine hohe Energie, aber die meisten konvergieren auf einen mittleren Wert – was wir als Temperatur bezeichnen.

Planck bemerkte, dass diese Energieverteilung mit dem übereinstimmte, was er bei seinen Experimenten mit Glühbirnen beobachtete. Wenn wir einen Gegenstand erwärmen, bewegt sich das abgestrahlte Licht um einen mittleren Energiewert, wobei ein paar Strahlen am unteren und oberen Ende herauskommen. Daher schlug Planck vor, dass die Energie zwischen Lichtstrahlen genauso aufgeteilt wird, wie Wärme unter den Teilchen in einem Gas aufgeteilt wird.

Der einzige Haken ist, dass das Gas-Wärme-Phänomen nur deshalb stattfindet, weil ein Gas in Teilchen aufgespalten ist. Wenn Plancks Idee funktionieren sollte, dann musste das Licht ebenfalls aus Teilchen bestehen.

Er bezeichnete diese winzigen Lichtkörnchen als »Quanten« vom lateinischen quantitas, was Quantität bedeutet, und fuhr ungestört mit seiner Arbeit fort.

Damit keine Missverständnisse entstehen, Planck behauptete nicht ernsthaft, dass Licht aus Teilchen bestand – das wäre absurd. Er wandte nur – weitgehend aus Verzweiflung – einen albernen mathematischen Trick an, um seinen Ergebnissen einen Sinn abzugewinnen. Jedermann wusste aufgrund von Youngs Experiment, dass Licht eine Welle war, die sich durch den Äther bewegt; wir hatten schon vor langer Zeit mit Newtons Korpuskel-Idee aufgeräumt.

Was Planck anging, so waren Lichtquanten nur die halbe Antwort, die nicht ernst genommen werden sollte. Daher war er natürlich verblüfft, als er einen Forschungsartikel erhielt, der nachwies, dass sie wirklich waren. Tatsächlich so starr wie eine Planke.

* Im Englischen gibt es die Wendung »to put the cart before the horse« (das Pferd von hinten aufzäumen) und »the cart« klingt so ähnlich wie »Descartes« (A. d. Ü.).