Winzig, aber wichtig: das Plancksche Wirkungsquant
- Teil 1
In zwei Vorträgen vor der Deutschen Physikalischen Gesellschaft
in Berlin am 19. Oktober und 14. Dezember 1900
schlägt Max Planck eine Formel vor, die die Intensitätsverteilung
der Strahlung eines schwarzen Körpers beschreiben soll.
Noch in der Nacht nach dem ersten der beiden Vorträge unterzieht
Heinrich Rubens Plancks Formel einem genauen Vergleich
mit seinen Messergebnissen und stellt eine befriedigende
Übereinstimmung fest, wie er Planck am nächsten Morgen
berichtet. Tatsächlich ist die neue Formel besser als alle anderen,
die bisher vorgeschlagen worden waren.
Heute wird oft jener 14. Dezember 1900 als Geburtsstunde
der Quantentheorie angesehen, auch wenn zu diesem Zeitpunkt
keinem der Zuhörer die Tragweite des Ereignisses
wirklich bewusst wird. Plancks Idee ist eigentlich nicht sehr
plausibel. Er nimmt an, dass die Energie einer Lichtwelle nur
ganzzahlige Vielfache eines Energiequants betragen kann.
Dieses Quant soll sich aus dem Produkt aus der Lichtfrequenz
und einer Konstanten ergeben, die Planck mit dem Buchstaben
h abkürzt.
Statt von der Frequenz sollte die Energie einer Welle aber
eigentlich von der Schwingungsamplitude abhängen. Je höher
zum Beispiel eine Meereswelle ist, desto größer ist ihre Energie
und Entsprechendes erwartet man für eine Lichtwelle.
Außerdem sollte die Energie beliebige Werte annehmen können,
da auch die Amplitude einer Welle im Prinzip beliebig ist.
Aus der Sicht der klassischen Physik ist die Energiequantelung
also recht merkwürdig. Planck selbst sieht sie als eine
formale Annahme, die er nur macht, um, koste es was es wolle,
eine Beschreibung der Intensitätsverteilung für die Strahlung
des schwarzen Körpers zu bekommen. Später spricht er
sogar von einem Akt der Verzweiflung. Wie die Entwicklung
der folgenden 25 Jahre zeigte, lag Planck mit seiner Idee allerdings
goldrichtig. Die Einführung der Konstanten h, die wir
heute Plancksches Wirkungsquant nennen, und der Energiequantelung
legten tatsächlich die Grundlage für die Quantentheorie
mit Konsequenzen, die weit über das Verständnis des
schwarzen Körpers hinausreichten.
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