Die Hintertreppe zum Quantensprung

Nur unter dieser Annahme kann er nämlich sein Ziel erreichen und Plancks Strahlung verstehen. Was heißt das nun im Klartext? Hinter der Formulierung steckt die – intuitiv einleuchtende – Annahme, dass sich das Licht, das stimuliert wird, genau so bewegt wie das Licht, das stimuliert. Mit anderen Worten: Aus einem Lichtteilchen sind zwei Photonen geworden, die sich beide auf die Suche nach anderen angeregten Atomen machen, die ebenfalls bereit sind, nach einer Stimulation Licht auszusenden. Und so ahnt man, dass aus zwei Photonen vier, aus vier Photonen acht und dann immer mehr werden – 16, 32, 64, 128, …1024, …131072, …4194304, …536870912, … und immer die Zweierpotenzen weiter, bis so viele Photonen unterwegs sind, dass man sie als Lichtstrahl sehen kann. So entsteht ein Laserstrahl – in der Theorie. Bis zur Praxis sollte es allerdings noch viele Jahrzehnte dauern, nämlich bis zum Beginn der 1960er-Jahre, und inzwischen ist Laserlicht in fast jedem Wohnzimmer technische Wirklichkeit geworden. Oder haben Sie dort keinen CD-Player?
Die Quanten
    Bleiben wir noch in Einsteins Wunderjahr 1905. In der ersten damals publizierten Arbeit, für die Einstein mit dem Nobelpreis ausgezeichnet worden ist, geht es um Quanten. Seine Überlegungen behandeln dabei »die Erzeugung und Umwandlung des Lichts«, was konkret heißt, dass Einstein zu erklären versucht, warum die Energie, die von Licht auf Elektronen übertragen wird, von der Frequenz des Lichtes abhängt – und nicht von seiner Intensität, wie jedermann damals erwartete. Einsteins Idee besteht darin, die jahrhundertealte Auffassung, Licht breite sich kontinuierlich als Welle aus, durch folgende Annahme zu ergänzen: Die Energie des Lichts besteht aus »in Raumpunkten lokalisierten Energiequanten, welche sich bewegen, ohne sich zu teilen« und »nur als Ganzes absorbiert und erzeugt werden können«.
    Diese Worte sind als der »revolutionärste« Satz bezeichnet worden, der je von einem Physiker des 20. Jahrhunderts zu Papier gebracht wurde, und das starke Attribut stammt von Einstein selbst. Die Idee von Quanten als einem unstetigen Element war 1900 von Max Planck in die Physik eingeführt worden, aber nur als eine mathematische Hilfsgröße, die man zuletzt aus den Naturgesetzen entfernen wollte. Einstein verlieh Plancks Konzept eine physikalische Bedeutung. Er erkannte, dass es die Quanten nicht nur in der Theorie, sondern in Wirklichkeit gibt, wobei zu ergänzen ist, dass ihm diese Einsicht nicht leichtgefallen sein muss. »Es war, wie wenn einem der Boden unter den Füßen weggezogen worden wäre, ohne dass sich irgendwo fester Grund zeigte, auf dem man hätte bauen können«, wie er selbst einmal unter der Überschrift »Autobiografi sches« geschrieben hat. Einstein war klar, dass seine Lichtquantenhypothese das Ende der klassischen Physik bedeutete, und es sollte noch Jahrzehnte dauern, bis der Ersatz in Form einer Quantenphysik kam, mit der er sich nie anfreunden konnte.
    In der Geschichte der physikalischen Wissenschaften kann zwischen einer Quantentheorie und der Quantenmechanik unterschieden werden. Mit Quantentheorie werden die Bemühungen bezeichnet, die seit Newtons Tagen entwickelte klassische Physik zu erweitern, um Platz für die Quantensprünge von Planck und Einstein aus den Jahren 1900 bzw. 1905 zu schaffen. Wie ihr klassisches Vorbild wollte die Quantentheorie von messbaren Größen (Impuls, Energie) handeln, und ihre Gleichungen sollten die natürlichen Abläufe festlegen. Doch in der Mitte der 1920er-Jahre brach dieses Programm zusammen, und eine völlig neue Theorie – die Quantenmechanik – tauchte aus den Köpfen einiger Physiker auf. Sie operierte mit merkwürdigen mathematischen Größen, die nicht mehr direkt messbar waren, und ihre Gesetze waren nicht deterministischer, sondern statistischer Art. Wie sich in den folgenden Jahren und Jahrzehnten herausstellte, konnte die Quantenmechanik alle Phänomene im Bereich der Atome höchst genau erklären. Doch das hinderte Einstein nicht, sowohl ihre Allgemeingültigkeit als auch ihre Vollständigkeit in Zweifel zu ziehen. Für ihn konnte die Quantenmechanik »nicht der wahre Jakob« sein. Einstein bestritt nicht die Qualität der Quantenmechanik, aber er vermutete und hoffte, dass sich eines Tages eine noch umfassendere Theorie fi nden würde, die mit bislang verborgenen Parametern operiert und zeigt, dass das, was jetzt nur statistisch erfassbar wird und also