Gesundheit : Licht in kleinen Portionen

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Albert Einstein vollendete in seinem Wunderjahr 1905 nur eine Arbeit, die er selbst als „sehr revolutionär“ bezeichnete. Für sie erhielt er 1921 auch den PhysikNobelpreis: eine Studie zur Natur des Lichts. Sie war so revolutionär, dass Einstein bereits vier Jahre später sein Unbehagen über die Deutung der neuen Erkenntnisse ausdrückte. Er hatte einen Prozess ins Rollen gebracht, der seinen eigenen Überzeugungen mehr und mehr zuwider lief und den er später mit Kommentaren wie „Gott würfelt nicht“ vergeblich zurückzudrehen versuchte.

Wenn heutzutage im CD-Player oder bei der Fernbedienung Lichtstrahlen hin- und herlaufen, fragen wir nicht nach dem Charakter des Lichts. Doch gerade dieses Verständnis ist grundlegend für die moderne Lichttechnik. Viele Experimente im 18. und 19.Jahrhundert zeigten, dass sich Licht wie eine Wasserwelle ausbreitet. Heinrich Hertz wies dies neben anderen 1888 nach. Wie aber sollte ein einzelnes, winziges Atom eine solche ausgedehnte Lichtwelle aufnehmen können?

Einstein löste diesen Widerspruch auf seine Weise: Für ihn war Licht aus einzelnen Teilchen zusammengesetzt. Die Energie eines Lichtstrahls bestand „aus einer endlichen Zahl von in Raumpunkten lokalisierten Energiequanten, welche sich bewegen, ohne sich zu teilen, und nur als Ganzes absorbiert und erzeugt werden können“. Diese Quanten nannte man später „Photonen“.

Einstein konnte mit seiner Hypothese unter anderem erklären, wie ein Strahl ultravioletten Lichts Elektronen aus einer Metalloberfläche herauslösen kann. Doch selbst Max Planck, heute als einer der Väter der Quantentheorie gefeiert, wollte ihm lange nicht glauben. Erst Anfang der 20er Jahre stellte sich bei der Streuung von Licht an Elektronen zweifelsfrei heraus, dass Einstein Recht hatte. Und das bedeutete, dass sich Licht, je nach experimenteller Anordnung, mal wie eine Welle, mal wie ein Teilchen verhält.

Licht entsteht, wenn ein Atom zum Beispiel von einem energiereichen in einen energiearmen Zustand springt. Das Atom sendet dann die überschüssige Energie als Lichtteilchen aus. „Das ist das, was man einen Quantensprung nennt“, sagt der Physiker Anton Zeilinger. Ein, im Gegensatz zum Sprachgebrauch, sehr kleiner Energiesprung. Jeder einzelne Quantensprung ist zudem ein rein zufälliger Prozess – und dieser Gedanke war Einstein unerträglich. Bis an sein Lebensende wollte er sich nicht mit einer Quantentheorie abfinden, die nur noch Wahrscheinlichkeitsaussagen zuließ. tdp

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