QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie (German Edition)

Gegensatz zu weißem Licht kein Gemisch sein konnten, sondern rein im Sinne von unzerlegbar sein mußten.
    (Allerdings läßt sich eine bestimmte Lichtfarbe noch auf andere Weise entsprechend ihrer sogenannten Polarisation zerlegen. Da dieser Aspekt des Lichts für das Verständnis des Charakters der Quantenelektrodynamik aber nicht unabdingbar ist, wollen wir ihn der Einfachheit halber hier ausklammern, auch wenn das natürlich bedeutet, daß unsere Beschreibung der Theorie nun nicht mehr ganz vollständig ist. Das Verständnis wird durch diese geringfügige Vereinfachung indessen in keiner Weise beeinträchtigt. Dennoch muß ich selbstverständlich auf alle meine Unterlassungssünden hinweisen.)
    Wenn ich in diesen Vorlesungen von »Licht« rede, meine ich nicht nur das Licht von Rot bis Blau, das wir sehen können. Wie sich zeigt, ist das sichtbare Licht bloß ein Ausschnitt aus einer langen Skala, vergleichbar einer Tonleiter, die unser Hörvermögen übersteigende tiefere und höhere Töne besitzt. Diese Lichtskala läßt sich durch Zahlen – die sogenannten Frequenzen beschreiben. Je höher die Zahl, desto weiter wandelt sich das Licht von Rot über Blau und Violett zu Ultraviolett. Ultraviolettes Licht können wir zwar nicht mehr sehen, wohl aber seine Wirkung auf fotografische Platten wahrnehmen. Es ist durchaus noch Licht, nur hat es eine andere Zahl. (Wir sollten nicht so provinziell sein und allein das für unser Instrument, das Auge, unmittelbar Wahrnehmbare für die ganze Welt halten!) Fahren wir nun einfach fort, die Zahlen zu verändern, so kommen wir zu den Röntgen-, den Gammastrahlen und so weiter. Ändern wir die Zahlen in die entgegengesetzte Richtung, kommen wir von blauen zu roten zu infraroten (Wärme-)Wellen, dann zu den Fernseh- und schließlich zu den Radiowellen. Alles das verstehe ich unter »Licht«. Bei den meisten Beispielen werde ich mich zwar auf rotes Licht beschränken, aber die Theorie der Quantenelektrodynamik umfaßt die gesamte oben beschriebene Skala und bildet die Grundlage zur Beschreibung all dieser verschiedenen Erscheinungen.
    Newton glaubte, daß Licht aus Teilchen bestehe – den »Korpuskeln«, wie er sie nannte –, und er hatte recht (wenn seine Beweisführung auch falsch war). Heute wissen wir, daß Licht in der Tat aus Teilchen besteht. Wir verfügen nämlich über ein hochempfindliches Instrument, das bei Lichteinfall klickt. Verdunkeln wir das einfallende Licht, so klickt die Apparatur gleich laut weiter, nur seltener. Man könnte das Licht also mit Regentropfen vergleichen, die wir in diesem Fall Photonen nennen. Ist unser Licht einfarbig, sind alle »Regentropfen« gleich groß.
    Das menschliche Auge ist ein sehr gutes Instrument: Fünf bis sechs Photonen genügen, um eine Nervenzelle zu aktivieren, damit sie eine Botschaft zum Gehirn sendet. Wäre unser Auge noch etwas besser entwickelt, besäßen wir ein ums Zehnfache geschärftes Wahrnehmungsvermögen, dann erübrigte sich diese Diskussion von selbst: Wir alle hätten schon sehr dunkles einfarbiges Licht als Abfolge kleiner Blitze von gleicher Intensität gesehen.
    Nun fragen Sie sich vielleicht, wie es möglich ist, ein einzelnes Photon dingfest zu machen. Das gelingt mit Hilfe eines sogenannten Photo-Multipliers, eines Photoelektronen-Vervielfachers; dessen Arbeitsweise ich Ihnen kurz beschreiben möchte: Trifft ein Photon auf die Metallplatte A unten auf (vgl. Abb. 1), schlägt es aus den Atomen der Platte ein Elektron heraus. Dieses freie Elektron wird von der (positiv geladenen) Platte B so stark angezogen, daß es seinerseits drei oder vier Elektronen herausbricht. Diese werden ihrerseits von der (ebenfalls geladenen) Platte C angezogen, aus der sie beim Aufprall noch mehr Elektronen herausschlagen. Dieser Prozeß wird zehn- bis zwölfmal wiederholt, bis schließlich durch Milliarden herausgeschlagener Elektronen auf der letzten Platte, L, ein meßbarer elektrischer Strom entsteht, der durch einen ganz gewöhnlichen Verstärker verstärkt und über einen Lautsprecher hörbar gemacht werden kann. So ist jedesmal, wenn ein Photon von einer bestimmten Farbe auf den Photoelektronen-Vervielfacher auftrifft, ein Klick von gleichbleibender Lautstärke zu hören.

     
    Stellen wir nun eine ganze Reihe solcher Photo-Multiplier um eine sehr schwache nach verschiedenen Richtungen strahlende Lichtquelle herum auf, so trifft das Licht auf den einen oder anderen Photoelektronen-Vervielfacher, und jedesmal