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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.
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Jahresübersicht 1999
Beam me up, Scotty
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Rudolf Oeller: