Einstein, Quantenspuk und die Weltformel (German Edition)

von sehr weitreichender Bedeutung sein. Bevor Einstein seine Abhandlung zum photoelektrischen Effekt veröffentlichte, war das Licht eine Welle. Das Doppelspaltexperiment Youngs hatte die Wellennatur des Lichts bewiesen. Doch Einstein erklärte, dass sich das Licht auch wie ein Teilchen verhalten kann. Und tatsächlich. Betrachtet man das Licht als Teilchenstrom 37 , ergeben sich genau die Abweichungen, die beim photoelektrischen Effekt zwischen der Theorie und dem Experiment beobachtet worden sind. Das Licht ist somit Welle und Teilchen zugleich. Im Experiment von Young zeigte das Licht eine Wellennatur, beim photoelektrischen Effekt hingegen verhielt es sich plötzlich wie ein Teilchen. Wie kann aber etwas gleichzeitig Teilchen und Welle sein? Und wie wissen wir, ob sich das Licht jetzt als Welle oder als Teilchen verhält?
    Einstein erklärte den photoelektrischen Effekt, in dem er das Licht als Teilchen verstand. Demnach besteht das Licht aus sehr vielen kleinen Energiepaketen, so genannten Photonen. Diese Photonen sind masselos und bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit. Einstein zu Folge wird ein Elektron aus dem Metall geschlagen, sobald es von einem Photon („Lichtpaket“) getroffen wird. Deshalb tritt der photoelektrische Effekt unmittelbar und nicht erst nach der erwarteten Sekunde ein. Um sich diesen Umstand zu veranschaulichen, denken Sie an einen Billardtisch. Wenn Sie mit Ihrem Spielstock (Queue) der weissen Kugel einen Stoss geben, um eine der farbigen Kugeln in einem der Löcher zu versenken, bewegt sich die weisse Kugel unmittelbar in die Stossrichtung und gibt ihre Bewegung an die getroffene Kugel weiter. Das gesamte Billardspiel geschieht unmittelbar. Man würde auch ziemlich irritiert aus der Wäsche gucken, wenn dem nicht so wäre (insofern kein Bierpaket im Spiel war). Wäre die weisse Kugel aber eine Welle, würde diese ihre Bewegung beim Zusammenstoss mit der anderen Kugel „kontinuierlich“ übertragen. So, wie das Essen in der Mikrowelle einige Minuten braucht, um warm zu werden. Die weisse „Wellen“-Kugel versenkt die rote Kugel folglich nicht sofort nach der Kollision in einem Loch, sondern es vergehen einige spukhafte Momente, bis sich die rote Kugel in Bewegung setzt. Die Szene erweckte den Anschein, als wenn die Kugeln bei der Kollision eine Pause einlegten, bevor sie auf den Stoss reagieren. Da die Belichtung von Metall jeweils ohne Zeitverzögerung zum photoelektrischen Effekt führt, muss das einfallende Licht den Charakter einer Billardkugel haben. Das Licht verhält sich hierbei nicht als Welle, wie man fälschlicherweise glaubte, sondern als Teilchen. Als Teilchen, wie es Einstein postulierte.
    37 Die „Teilchen“ sind die Photonen, die einzelnen Energiepakete des Lichts respektive der elektromagnetischen Strahlungen. Photonen sind masselos und bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit. Newton vermutete keinen solchen Teilchenstrom, sondern einen mit massebehafteten Teilchen.
    Einstein konnte die Ungereimtheiten zwischen der Theorie und dem Experiment erklären, in dem er postulierte, dass sich das Licht auch wie ein Teilchen verhalten kann. Licht ist also Teilchen und Welle zugleich. Das Licht, und natürlich jede andere elektromagnetische Welle, können sich sowohl als Teilchen wie auch als Welle verhalten. Beim Doppelspaltexperiment von Young verhält sich das Licht wie eine Welle und beim photoelektrischen Effekt wie ein Teilchen. Dieses höchst seltsame Phänomen wird als WelleTeilchen-Dualismus bezeichnet. Weshalb Licht gleichzeitig 38 als Teilchen oder Welle auftreten kann und welcher Mechanismus dem Licht sagt, welches Verhalten es zu zeigen hat, ist bis heute nicht verstanden. Der Welle-Teilchen-Dualismus gehört zu den grössten Geheimnissen der modernen Physik - und er führt noch weiter, noch tiefer in den Dschungel der Quantenwelt. Führt man das Doppelspaltexperiment mit Materieteilchen durch, beispielsweise Elektronen, hängt das Ergebnis massgeblich davon ab, ob man die Elektronen beobachtet oder nicht. Je nachdem, treten sie als Wellen oder als Teilchen in Erscheinung. Sie sehen, in der Welt der Quanten spukt es. Und zwar gewaltig.
    Einstein unterwarf die elektromagnetische Strahlung und damit auch das Licht dem Verdikt der Quantisierung. Dadurch vernichtete er die Vorstellung von der konsistenten Welt, die wir im Alltag erleben. Einen Lichtstrahl aus einem handelsüblichen Laserpointer erachten wir als eine durchgehend rote Linie. Ebenso haben wir