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Wissenschaftsgeschichte

Die Ultraviolett-Katastrophe und der Beginn der modernen Physik

Die Ultraviolett-Katastrophe stand am Beginn der Quantenphysik und machte Max Planck unfreiwillig zum Revolutionär.
The Ultraviolet Catastrophe

Veröffentlicht am: 12.10.2016

Laufzeit: 0:06:31

Sprache: englisch

Untertitel: deutsch

Auf dem YouTube-Kanal Physics Girl präsentiert die Wissenschaftskommunikatorin Dianna Leilani Cowern physikalische Themen. Der Kanal gehört zu den PBS Digital Studios.

Das Wort Ultraviolett-Katastrophe klingt nach einem Desaster mit erheblichem Gefahrenpotenzial. Tatsächlich ist es lediglich ein theoretisches Malheur – allerdings ein solch entscheidendes, dass es die Grenze von der klassischen Physik hin zur modernen Quantentheorie markiert.

Die Ausgangsfrage lautet: Warum strahlt Materie Licht genau so ab, wie sie es tut? Gemäß den Naturgesetzen, wie sie in der Wissenschaft gegen Ende des 19. Jahrhunderts verstanden wurden, müssten Dinge, Objekte, Körper eigentlich unendliche Mengen an ultravioletten Strahlen aussenden. Doch das ist nach dem Prinzip der Energieerhaltung erstens nicht möglich und stimmt auch zweitens nicht mit unserer Erfahrung überein. Humorvoll gibt das Video des YouTube-Kanals Physics Girl eine kurzweilige Einführung in das trickreiche Problem und zeichnet die wichtigsten Schritte seiner Erforschung nach.

Historisch geht es dabei nicht immer ganz akkurat zu. So stimmt es nicht, dass sich Max Planck der Tragweite seiner theoretischen Entdeckung – ein Körper kann Energie nicht in beliebigen Mengen abgeben, sondern nur in bestimmten Energiepaketen, den Quanten – überhaupt nicht bewusst gewesen sei.

Natürlich konnte Planck zu diesem Zeitpunkt nicht die Quantentheorie in all ihren Besonderheiten vorausahnen. Er war sich aber völlig im Klaren darüber, dass er manche Prinzipien der klassischen Physik grundlegend verletzen musste: Dieser zufolge finden alle Prozesse kontinuierlich statt und keineswegs in diskreten Energiepaketen. Planck wusste also, dass er das Fundament der bis zu diesem Zeitpunkt für gültig gehaltenen Naturgesetze in Frage stellte. Leicht fiel das dem konservativen Menschen nicht: Er ging diesen Weg nur, weil alle anderen Lösungsversuche beharrlich gescheitert waren, und sprach später von einer "Verzweiflungstat". Die aber machte Planck zu einem berühmten Mann und Nobelpreisträger.

Seine Idee verhalf kurze Zeit später auch Einstein zu einem Nobelpreis. Dieser konnte mit ihrer Hilfe nämlich den photoelektrischen Effekt erklären. Trifft Strahlung auf ein Material, kann es Elektronen aus diesem herauslösen. Die klassischen Gesetze der Physik würden erwarten lassen, dass dieser Prozess durch die Stärke der Strahlung bestimmt wird, also durch die Menge an Energie, die auf eine Fläche fällt. Tatsächlich aber löst selbst sehr schwache Strahlung Elektronen heraus. Entscheidend ist nur, dass die einzelnen Energiepakete, aus denen sie besteht, hinreichend stark sind, um jeweils ein Elektron freizusetzen.

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