Einstein, Quantenspuk und die Weltformel (German Edition)

ist. Wenn also eine Metallplatte mit Licht bestrahlt wird, sollte sich diese aufladen und nach etwa einer Sekunde über genügend Energie verfügen, um Elektronen aus dem Metall freizusetzen.
Soweit die Theorie. Zum Ungemach einiger Wissenschaftler solltesich im Experiment zeigen, dass der photoelektrische Effekt sofort eintritt, wenn die Apparatur eingeschaltet wird. Die Elektronen werden unmittelbar aus dem Metall geschlagen und nicht erst nach wenigen Sekunden, wie es aufgrund der Wellennatur des Lichts zu erwarten gewesen wäre. Zudem vermutete man bisweilen, dass die Intensität des Lichts einen Einfluss auf die Geschwindigkeit hat, mit der die freigesetzten Elektronen aus dem Metall fliegen würden.
Abbildung 6 Der photoelektrische Effekt
    Desto höher die Intensität, desto mehr Energie wird auf das Metall übertragen und desto heftiger müssten die Elektronen aus dem Metall geschlagen werden. In der gleissenden Mittagssonne am Äquator bräunt es sich schliesslich auch wesentlich intensiver als am späten Winterabend vor der Alphütte (ausser der Bauer spritzt Gülle). Doch auch in diesem Punkt sollte das Experiment die Fachwelt eines Besseren belehren und damit allgemeine Verwunderung und Ratlosigkeit stiften. Noch ahnte niemand etwas von der weitreichenden Bedeutung, die dieses Experiment dereinst erlangen sollte. Der photoelektrische Effekt war einer der bemerkenswertesten Widersprüche der theoretischen Physik des 19. Jahrhunderts. Eine Sackgasse. Ein Dilemma.
    Dann kam Albert Einstein. Er strickte ein neues Rezept. Er kam, sah und siegte. Einstein erklärte den photoelektrischen Effekt im Jahr 1905, in dem er sich einer wegweisenden Idee des deutschen Physikers Max Planck bediente. Einer Idee, die die Welt für immer verändern sollte.
    Max Planck hatte im Jahr 1900 bei der Erforschung des Schwarzkörperproblems festgestellt, dass Energie nicht „am Stück“ (kontinuierlich) auftritt, sondern nur in kleinen Paketen. Jede Energiemenge stellt ein Vielfaches dieser grundlegenden Pakete dar. Die Wissenschaft und allen voran Planck selber hielten diese Idee erst einmal für eine gekünstelte Vereinfachung, damit seine Formeln einen Sinn ergeben und sich mit den experimentellen Erkenntnissen decken. Einstein aber erkannte die Bedeutung dieser Idee und wandte sie konsequenterweise auf das Licht an. Daraus entstand seine Abhandlung zum photoelektrischen Effekt, für die er sechszehn Jahre später den Nobelpreis erhalten sollte. Aus der Theorie Plancks zu den Energiepaketen erwuchs durch Albert Einstein die Quantenmechanik. In der Quantenphysik geht es vereinfacht darum, physikalische Vorgänge zu quantisieren, also gewissermassen in Pakete einzuteilen. Das heisst: Bestimmte Eigenschaften in der Natur existieren nur als Vielfaches einer kleinsten Grundmenge oder Grundeigenschaft. Hierbei sagt man, diese Eigenschaften seien „quantisiert“. Ein Paradebeispiel ist die elektrische Ladung. Anders als wir es im Alltag vermuten, kann die elektrische Ladung keine beliebigen Werte annehmen, sondern muss immer ein Vielfaches der Ladung eines einzelnen Elektrons sein. Daher sagt man, die elektrische Ladung sei quantisiert. Man kann sich diese kleinste elektrische Ladung 36 als Postpaket vorstellen, das man seinem Patenkind zu Weihnachten schickt. Dieses Paket kann weder zerschnitten noch zerteilt noch halbiert werden. Desto mehr Geschenke man verschicken möchte, desto mehr Pakete werden benötigt. Die gesamte Ladung kann folglich immer nur ganze (= diskrete) Werte annehmen. Beispielsweise 5, 10 oder 15 Pakete, nicht aber 5 ½ oder 8 ¾ Pakete. Das bedeutet: Jede Ladung, egal wie man es auch anstellt, ist immer ein Vielfaches der kleinsten Ladung. Eine elektrische Ladung kann 100 oder 1000 Pakete umfassen, aber niemals 3 ½ oder 10 ⅞ oder ähnliches. Ein Paket stellt die kleinste mögliche Einheit dar und kann daher niemals aufgeteilt werden. Etwa so, wie in einem Flugzeug 80, 100 oder 120 Passagiere mitfliegen können, aber nie eine gebrochene Anzahl, beispielsweise 80 ½.
    Die erste wichtige Aussage der Quantenmechanik ist demzufolge, dass gewisse physikalische Dinge nur quantisiert existieren, also immer ein Vielfaches einer Grundeinheit sind. Etwa so, wie die kleinste Währungseinheit beim Euro die 1-Cent-Münze ist, die nicht gebrochen, aus der aber jeder höhere Barbetrag zusammengesetzt werden kann.
36 Die kleinste elektrische Ladung ist die Ladung eines Elektrons.
    Die Entdeckung der Quantisierung sollte