Читать книгу Fundamental - Tim James - Страница 12

Bis 1905 hatte Planck seine Idee von Lichtteilchen schon weitgehend vergessen und arbeitete als Chefherausgeber für die Annalen der Physik, eine der angesehensten Physikzeitschriften der Welt. In dieser Position zu sein bedeutete, dass er eine Menge von windigen Vorschlägen erhielt, die an sein Posteingangsfach gesendet wurden. Die meisten davon entsorgte er.

Der Essay, den er im März jenes Jahres erhielt und der behauptete, dass Licht wirklich aus Teilchen bestand und nicht nur ein Schwindel war, um zu den richtigen Zahlen zu kommen, schien zunächst nichts als eine weitere verrückte Idee zu sein. Sie kam von einem unbekannten 26-jährigen Amateurphysiker aus der Schweiz, der die Befähigung zum Gymnasialunterricht und nur wenig mehr aufwies. Doch die Physik in dem Aufsatz war nicht nur makellos, sondern löste auch noch ein anderes Rätsel, das man schon jahrelang zu beantworten versucht hatte.

Planck konnte es anfangs nicht glauben und schickte sogar seinen Assistenten in die Schweiz, um zu überprüfen, ob dieser »A. Einstein« echt war und nicht jemand, der unter einem Pseudonym schrieb, um Spott zu vermeiden.¹¹ Als er feststellte, dass Einstein tatsächlich ein wirklicher Mensch war (wenn auch ein ziemlich unerfahrener – er hatte noch nicht einmal einen Doktorgrad), veröffentlichte Planck seinen Aufsatz sofort. Seine lächerliche Idee mit den Lichtquanten war vielleicht am Ende doch nicht so lächerlich.

Einsteins Aufsatz handelte von etwas, das als fotoelektrischer Effekt bezeichnet wird. Einfach ausgedrückt: Wenn man Licht auf ein reines Stück Metall strahlt, können Elektronen auf der Außenseite der Metallatome herausgeschlagen werden und von der Oberfläche wegfliegen.

Der Grund dafür ist, dass Elektronen Licht absorbieren und, wenn der einlaufende Strahl eine ausreichende Energie hat, ein Elektron dieses Licht absorbieren und losgeschlagen werden kann. Das ist zwar an sich nicht so überraschend, aber was überraschend ist, ist die Tatsache, dass das nicht bei jeder Farbe geschieht.

Jedes Metall ist einzigartig, aber im Allgemeinen haben rotes, oranges und gelbes Licht keine Wirkung auf eine Metalloberfläche, wohingegen grünes, blaues und violettes Licht zur Abgabe von Elektronen führen. Grünes, blaues und violettes Licht enthalten mehr Energie als rotes, oranges und gelbes Licht; das ergibt also einen Sinn. Seltsam ist jedoch, dass, wenn man die Helligkeit von rotem Licht erhöht (bis es einem blauen Licht gleicht), nichts passiert.

Wir messen die Quantenenergie in Einheiten, die als Elektronenvolt bezeichnet werden (abgekürzt durch eV), und ein rotes Licht von 10 eV enthält denselben Energiebetrag wie ein blaues Licht von 10 eV. Wie kommt es also, dass rotes und blaues Licht gleicher Energie nicht dieselbe Wirkung haben? Sind 10 eV von rotem Licht nicht dasselbe wie 10 eV von blauem Licht? Einstein zeigte, dass das nicht der Fall wäre, wenn man Plancks Quantentheorie ernst nähme. Zehn ist nicht immer gleich zehn.