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SCHWARZE KÖRPER

Ein "schwarzer Körper" ist ein Gegenstand, der die gesamte auftreffende Strahlung aufnimmt und in Wärmeenergie umwandelt. Es ist allgemein bekannt, daß sich dunkle Objekte im Sommer stärker erhitzen als helle, weil sie Strahlung rasch in Temperatur umwandeln. Schwarze Körper sind gleichzeitig Strahler, denn sie können Temperatur in Strahlung umwandeln. Auch dieses Phänomen ist wohlbekannt: Wenn man eine Herdplatte einschaltet, gibt sie zunächst Wärme ab. Mit steigender Temperatur erscheint sichtbares Licht.

Schwarze Körper werden in der experimentellen Physik durch einen dunklen Hohlraum mit einer kleinen Öffnung realisiert, durch die Strahlung eindringen kann. Die "Hohlraumstrahlung" gelangt in den schwarzen Körper, wird absorbiert und bildet im Inneren ein Wärmegleichgewicht. Physikalische schwarze Körper sind kleinen Öfen nicht unähnlich.

Im 19. Jahrhundert erweckte die Strahlung von schwarzen Körpern die Neugier der Physiker, weil die Strahlungsverteilung zunächst rätselhaft war. Die Schwarzkörperstrahlung hing erstaunlicherweise nicht vom Material des schwarzen Körpers sondern nur von der Temperatur ab. Oberhalb von 600 Grad Celsius beginnt ein schwarzer Körper rot, später weiß zu glühen. Die Verteilung der Wellenlängen der Strahlung, das sogenannte "Spektrum", verläuft dabei stets nach dem gleichen Muster - unabhängig vom Material des Ofens.

Physiker versuchten Temperaturen und Strahlungen genau zu bestimmen und einen Zusammenhang zu finden. Ein bekanntes physikalisches Gesetz ist das "Wiensche Verschiebungsgesetz". Dieses Gesetz gibt einen unmittelbaren Zusammenhang zwischen Strahlung und Temperatur an. Man kann damit z.B. die Oberflächentemperatur von Sternen berechnen, wenn man die Wellenlängen ihrer Lichtstrahlen kennt. Die Theorie erklärte jedoch nicht die Ursachen für die Zusammenhänge von Temperatur und Strahlung.

1899 führten die Physiker Otto Lummer und Ernst Pringsheim sorgfältige Messungen mit schwarzen Körpern durch und veröffentlichten ihre Ergebnisse. Die Resultate bildeten ein Jahr später die Grundlage für eine revolutionäre Theorie des jungen deutschen Forschers Max Planck. Planck entschloß sich, die Energie eines schwarzen Körpers nicht als eine kontinuierliche Größe zu betrachten. Er entwickelte statt dessen das Konzept der Quanten: Jede Energie wird demnach nicht gleichförmig sondern in Form winziger Energiepakete übertragen.

Auf den ersten Blick mag dies unwichtig erscheinen. In Wahrheit hatte aber Planck mit der Quantentheorie der Schwarzkörperstrahlung ein fundamentales Naturgesetz entdeckt und damit das Tor zur Atomphysik aufgestoßen. Die vor 100 Jahren erfolgten Messungen von Lummer und Pringsheim hatten dafür die Voraussetzungen geliefert.

Beam me up, Scotty
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Einsteins Spuk

© 1999 Rudolf Öller, Bregenz