Ein "Akt der Verzweiflung"

Max Planck gilt als Vater der Quantenphysik. Während er selbst seine umwälzende Hypothese kaum ernst nahm, erkannte Albert Einstein ihr Potenzial.

Man schrieb das Jahr 1874, als der Münchner Physiker Philipp von Jolly dem jungen Max Planck heftig abriet, dieses Fach zu studieren: In der Physik sei im Grunde schon alles erforscht, meinte er. Doch Planck wagte es dennoch - zum Glück: Schließlich wurde er mit seinem Vortrag "Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum", den er am 14. Dezember 1900 vor der Physikalischen Gesellschaft in Berlin hielt, zum Begründer einer Theorie, die das physikalische Weltbild erschüttern sollte: der Quantenphysik.

Ein "Akt der Verzweiflung" hatte ihn veranlasst, zur Erklärung des Strahlungsverhaltens glühender Körper eine Konstante, das Wirkungsquantum h, anzunehmen. Strahlungsenergie könne demnach nicht kontinuierlich, sondern nur in Portionen (Quanten) aufgenommen oder abgegeben werden. Diese Portionen sind immer Vielfache einer elementaren Größe - eben h. Planck selbst nahm seine Hypothese kaum ernst. "Ich dachte mir eigentlich nicht viel dabei", sagte er später als Vorsitzender der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft (heute Max-Planck-Gesellschaft). Doch ohne seine Quantentheorie gäbe es weder Nano- noch Halbleitertechnik, Computer oder Laser.

Der erste, der die Tragweite von Plancks Hypothese erkannte, war Albert Einstein. Er nutzte sie 1905 zur Erklärung des so genannten photoelektrischen Effekts. Für diese Arbeit - und nicht für die im selben Jahr vollendete spezielle Relativitätstheorie - erhielt er 1921 den Physik-Nobelpreis. Der dänische Physiker Niels Bohr wagte 1913 den nächsten Schritt: Er zeigte, dass die Elektronen bei ihrer Bewegung um die Atom-Kerne nur bestimmte Bahnen einnehmen können. Ein (zufälliger) Wechsel dieser Bahnen ist mit der Aussendung eines Lichtquants verbunden.

1925 und 1926 kam es schließlich - mit Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger - zum Durchbruch der Quantentheorie. Mit der Matrizenmechanik und der Wellenmechanik lieferten sie äquivalente Formulierungen der Quantentheorie. 1935 sorgte wieder Einstein für Aufsehen, indem er die Korrelation zweier Teilchen aus einer gemeinsamen Quelle zeigte - wobei er selbst diese "spukhafte Fernwirkung" nie akzeptierte. Schrödinger führte für dieses Phänomen den Begriff "Verschränkung" ein und bezeichnete sie als das wesentliche Charakteristikum der Quantenphysik.

Doch wo ist die Grenze zwischen Quanten- und klassischer Physik? Laut Markus Arndt, Professor am Wiener Institut für Experimentalphysik, ist dies - zumindest bei bestimmten Makromolekülen - eine Frage der Temperatur: Verhalten sie sich unter 700 °C noch wie magische Quanten, ähnelt ihr Verhalten bei 2.800 °C dem "klassischer" Billardkugeln.

BUCHTIPP:

EINSTEINS SCHLEIER.

Die neue Welt der Quantenphysik

Von Anton Zeilinger. 7. Aufl. C.H.Beck, München 2004. 237 S., geb., e 20,50.

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