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Die Theorie über die Phänomene innerhalb eines Atoms nennt
man Quantentheorie. Die Quantentheorie nahm ihren Anfang im Jahr 1900,
als der deutsche Physiker Max Planck eine neue Lehrmeinung veröffentlichte,
um das Strahlenspektrum eines sogenannten "schwarzen Strahlers"
zu erklären. Schwarze Strahler sind Körper, die Temperatur in
Strahlung umwandeln. Besonders heiße schwarze Strahler leuchten
wie eine Herdplatte. Versuche, die Eigenschaften eines schwarzen Strahlers
mit Hilfe der damals bekannten Gesetze der Elektrizität oder Wärmelehre
zu erklären, waren allesamt erfolglos gewesen. Inhalt der neuen Planckschen
Quantentheorie ist, dass Licht und somit Energie nicht kontinuierlich
in beliebigen Energiemengen abgestrahlt wird, sondern nur als ganzzahliges
Vielfaches eines Energiequants.
Der Erfolg der Quantentheorie bei der Erklärung des schwarzen Strahlers
mittels der Planckschen Strahlungsformel brachte die Wissenschaft einen
Schritt voran zur Lösung eines besonderen Erklärungsnotstandes
- des Photoeffekts. Beleuchtet man eine elektrisch geladene Metallplatte
mit Licht, so werden Elektronen herausgeschlagen und die elektrische Ladung
der Platte nimmt ab. Die Energie dieser Elektronen war dabei nur von der
Frequenz des Lichtes abhängig. Mit Hilfe der Theorie, Lichtstrahlen
als Quanten zu beschreiben, deren Energie nur von der Lichtfrequenz abhängt,
konnten diese Experimente erklärt werden.
1905 lieferte Albert Einstein eine zusätzliche Erklärung in
Form der "Einsteinschen Gleichung". Die Energie des Lichts ist laut Einstein
in Form von Lichtteilchen, den sogenannten "Photonen" gebündelt.
Einstein war mit seiner Theorie der Lichtteilchen zunächst allein.
Als der Amerikaner Arthur Compton 1922 in einem Experiment Röntgenstrahlen
- das sind im Prinzip energiereiche Lichtstrahlen - an Elektronen streute,
beobachtete er, dass sich die Energie der gestreuten Röntgenstrahlung
verringerte. Er konnte diese Beobachtung nur mit der Einsteinschen Photonentheorie
erklären. Die Tatsache, dass man für die Beschreibung der Spektralfarben
(Regenbogenfarben) das Licht als Welle, für andere (z.B. Photo-Effekt)
dagegen als Teilchen betrachten muss, wird als Welle-Teilchen-Dualismus
bezeichnet.
Die Quantenphysik gilt gemeinsam mit der Relativitätstheorie als
eher sperriges Lehrgebäude der Wissenschaft. Durch ihre Fähigkeit,
Vorgänge in der atomaren Welt korrekt zu beschreiben, hat sie viele
technische Entwicklungen wie etwa Laser, Transistor oder Mikroprozessoren
erst möglich gemacht. Die Quantentheorie hat dem 20. Jahrhundert
sowohl einen wissenschaftlichen als auch einen gewaltigen wirtschaftlichen
Impuls gegeben.
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Schwarze Körper
Rudolf Oeller:
Interview zum Buch