Welcher Gegenstand ist dafür verantwortlich, dass Max Planck zum Begründer der Quantenphysik wurde?

Maike Pollmann
a) Seifenblase
b) Kaleidoskop
c) Schallplatte
d) Straßenlaterne
e) Kirchenglocke

Antwort:

Die Straßenlaterne verhalf Max Planck auf Umwegen zur Entdeckung der Quantenwelt.

Erklärung:

Ende des 19. Jahrhunderts standen die Stadträte vor einem Problem – sollte man die Straßen der Stadt mit Gas oder mit Strom beleuchten? Die Vertreter von Gas- und Elektrizitätsindustrie versuchten natürlich jeweils ihr Licht als das Beste zu verkaufen. Einen objektiven Messstandard, der über die Frage der besseren Lichtquelle hätte entscheiden können, gab es zu der Zeit noch nicht.

Mit Gründung der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt für die experimentelle Förderung der exakten Naturwissenschaften und der Präzisionstechnik im Jahre 1887 sollte sich dieser Missstand ändern: Der bereits bekannte Schwarze Strahler sollte als Referenzquelle dienen. Dabei handelt es sich genau genommen um ein Gedankenprodukt – einen Körper, der absolut kein Licht reflektiert.

Abhängig von seiner Temperatur kann er allerdings Strahlung verschiedener Wellenlänge und Intensität aussenden. Mit Hilfe dieses Modells lässt sich die Wärmestrahlung beschreiben, die von heißen Körpern abgegeben wird. So folgen beispielsweise die von Sonne oder Glühbirnen emittierten Wärme- und Lichtstrahlen annähernd diesem Schema. Die beiden Lichtquellen sind also in diesem Sinne schwarz.

Um an die Spektren eines schwarzen Körper zu gelangen, bedienten sich die Wissenschaftler eines Porzellanrohres aus der Königlich-Preußischen Porzellanmanufaktur, das die Größe einer Küchenrolle besaß. Ein winziges Loch in der stark erhitzten Keramik kam der Definition eines Schwarzen Strahlers sehr nahe. Mit Hilfe dieses Hohlraumstrahlers nahmen die Forscher zahlreiche Spektren bei verschiedenen Temperaturen auf, die endlich einen Vergleich verschiedener Leuchtmittel zuließen. Nun galt es die spektrale Energieverteilung auch theoretisch beschreiben zu können. Das gelang auch – allerdings zunächst nur stückweise.

Max Planck, der zu dieser Zeit Direktor der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt war, fand durch bloßes Probieren eine passende Strahlungsformel. Am 19. Oktober 1900 teilte er der Physikalischen Gesellschaft in Berlin mit: "Am Morgen des nächsten Tages suchte mich der Kollege Rubens auf und erzählte, dass er nach dem Schluss der Sitzung noch in der nämlichen Nacht meine Formel mit seinen Messungsdaten genau verglichen und überall eine befriedigende Übereinstimmung gefunden habe." Die theoretische Interpretation kam im Dezember desselben Jahres.

In einem Hohlraumstrahler wird die Energie beziehungsweise die elektromagnetische Strahlung nicht kontinuierlich aufgenommen, sondern nur in bestimmten Portionen. Diese Energiequanten sollten proportional zu der von ihm als Hilfsgröße eingeführten Konstante h sein. Heute ist sie Physikern als das Planck´sche Wirkungsquantum geläufig und nicht mehr aus der Physik wegzudenken.

Planck selbst bezeichnete seine Entdeckung und deren Deutung als einen "Akt der Verzweiflung". Er bemühte sich, sein Ergebnis an die klassische Physik anzupassen: "Bei der Einführung der Wirkungsquanten h in die Theorie ist so konservativ als möglich zu verfahren, das heißt es sind an der bisherigen Theorie nur solche Änderungen zu treffen, die sich als absolut nötig herausgestellt haben."

Erst Jahre später folgte Albert Einsteins Lichtquantenhypothese, die ein weiterer Schritt in Richtung Quantenphysik war. Und noch viele weitere Jahre mussten vergehen, bis die revolutionäre Quantenphysik in der wissenschaftlichen Gemeinde salonfähig wurde.

Übrigens können wir glücklich sein, dass Max Planck überhaupt zur Physik kam. Der Münchner Physikprofessor Philipp von Jolly hatte ihm von einem Physikstudium abgeraten: "Theoretische Physik ist ja ein ganz schönes Fach… aber grundsätzlich Neues werden Sie darin kaum mehr leisten können."

Max Planck
© Courtesy of the Clendening History of Medicine Library, University of Kansas Medical Center
(Ausschnitt)
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Max Planck (1858-1947)