Читать книгу Fundamental - Tim James - Страница 13

Stellen Sie sich vor, dass jemand einen Apfel mit ausgestrecktem Arm hält. Wenn Sie mit einer Wasserpistole auf den Arm dieser Person spritzen (fragen Sie nicht, warum Sie das tun, so funktionieren Vergleiche in der Physik), wird der Apfel so lange an seinem Ort bleiben, bis Sie die Intensität zu einem kräftigen Strahl erhöhen. An diesem Punkt kann die Wasserenergie den Griff der Hand überwinden, und der Apfel fliegt in die Luft.

Genauso ist ein Elektron an sein Atom mit einem bestimmten Energiebetrag gebunden, und wenn wir die Helligkeit des einlaufenden Lichtes erhöhen, sollten wir es schließlich losschlagen, und zwar unabhängig davon, mit welcher Farbe wir es zu tun haben. Im Labor erhalten wir jedoch nicht dieses Ergebnis, weshalb wir unsere Theorie wieder umkrempeln und etwas Neues ausprobieren müssen.

Wenn wir unseren roten Strahl betrachten und uns vorstellen, dass er in kleine Stückchen zerhackt ist, wie Planck vorschlug, dann wird jedes Stückchen einen bestimmten Energiebetrag enthalten. Ein Strahl von blauem Licht lässt sich natürlich in dieselbe Anzahl von Stückchen zerhacken, aber jedes einzelne wird mehr Schlagkraft haben.

Anstatt sich die Lichtenergie als einen nahtlosen Wasserstrahl vorzustellen, müssen wir im Sinne von Teilchen denken. Rote Lichtquanten wären etwa so wie Tischtennisbälle. Wenn man einen Tischtennisball auf die Hand einer Person feuert, wird der Apfel sich nicht bewegen, auch wenn man die Intensität erhöht. Man kann einen ganzen Eimer Tischtennisbälle auf die Versuchsperson werfen, aber da jede Interaktion zwischen Apfel und Ball gering ist, bewegt sich nie etwas, gleichgültig wie viel Licht es gibt.

Im Gegensatz dazu ist ein Quant von blauem Licht eher so wie eine Kanonenkugel. Wenn Sie ein einzelnes blaues Teilchen auf die Person feuern, die Ihren Apfel hält, wird es den Apfel wegschlagen und wahrscheinlich auch die Hand. Suchen Sie Ihre Versuchsperson sorgfältig aus.

Hundert Tischtennisbälle haben vielleicht dieselbe Gesamtenergie wie eine einzige Kanonenkugel, aber die Kanonenkugel wird leicht mehr Wirkung haben. Daher ist die Gesamtenergie eines Lichtstrahles irrelevant, wenn er in Teilchen aufgespalten ist; alles, was zählt, ist die Farbe. Und genau das beobachten wir auch.

Einstein zufolge hat Plancks Quantentheorie des Lichtes eine wirkliche physikalische Bedeutung. Sie war nicht nur ein Mittel, um uns nahe an die Antwort heranzubringen, sie war buchstäblich die Antwort selbst. Licht besteht am Ende doch aus Teilchen. Bald nach Einsteins Beweis beschloss der Chemiker Gilbert Lewis, dass diese Teilchen einen eingängigeren Namen als »Lichtquanten« haben sollten, und er begann, das Wort »Photon« (griechisch für Licht) zu verwenden, das jetzt hängen geblieben ist.¹²

Sowohl Planck als auch Einstein erhielten Nobelpreise für ihren neuen Ansatz in der Physik des Lichtes, jeweils 1918 und 1921. Gilbert Lewis bekam leider keinen Nobelpreis, aber er hatte einen fantastischen Schnurrbart, und die Erfindung des Wortes »jiffy« (Sekundenschnelle) wird ihm zugeschrieben, insofern hatten alle etwas gewonnen.