Quanten : 100 Jahre Quantenmechanik

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100 Jahre Quantentheorie

Dr. rer. nat.
Günter Sturm

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Quanten.de

14. Dezember 2000:	100 Jahre Quantentheorie	PDF-Version
1. Mai 2001:	Beamen von Quantenzuständen	PDF-Version
1. Juli 2001:	Heisenbergsche Unschärferelation	PDF-Version
1. September 2001:	Schrödingers Katze	PDF-Version
1. November 2001:	Fermionen und Bosonen	PDF-Version
1. Januar 2002:	Heisenberg Biographie	PDF-Version
1. März 2002:	Quantencomputer	PDF-Version
1. Mai 2002:	Fotovoltaik	PDF-Version
1. Juli 2002:	Spintronik	PDF-Version
1. September 2002:	Photonen-Teiler	PDF-Version
1. November 2002:	Attophysik	PDF-Version
1. Januar 2003:	Treibhauseffekt	PDF-Version
1. März 2003:	Festkörper-Quantencomputer	PDF-Version
1. Mai 2003:	Quantengravitation	PDF-Version
1. Juli 2003:	Entropie	PDF-Version
1. September 2003:	Periodensystem	PDF-Version
1. November 2003:	Kernspintomographie	PDF-Version

Sonderausgabe 14. Dezember 2000:
100 Jahre Quantentheorie

Günter Sturm, ScienceUp Sturm und Bomfleur GbR,
Camerloherstr. 19, D-85737 Ismaning,
Quanten.de Newsletter Sonderausgabe Dezember 2000,
ISSN 1618-3770

www.ScienceUp.de

Der deutsche Physiker Max Planck (Physik-Nobelpreis 1918) hielt am 14. Dezember 1900 auf einer Sitzung der deutschen physikalischen Gesellschaft ein Referat mit dem Titel: "Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalenspektrum". Dieser Vortrag war die Geburtsstunde der Quantentheorie.

Worum ging es bei diesem Vortrag?

Machen wir noch einen kleinen historischen Ausflug: "Natura non facit saltus" - Die Natur macht keine Sprünge. Diese Aussage von Leibnitz kennzeichnet die Auffassung der klassischen Physik, dass alle Vorgänge stetig verlaufen. Bereits aber 1877 hat der österreichische Physiker Ludwig Boltzmann die statistische Verteilung der Energie von Gasmolekülen berechnet und damit aufgrund einer Betrachtung von einzelnen Gasteilchen die bereits vorher aus der Thermodynamik bekannten Gasgesetze (z. B. pV = nRT) begründet. Boltzmann verwendete dabei als mathematischen Kunstgriff Energiequanten E, deren Energie er im Laufe der Rechnungen gegen 0 gehen lies, und so zum Energie-Kontinuum gelangte. Seine "Quanten" waren also eine reine Rechengröße ohne "physikalische" Bedeutung.

Beim Versuch, die elektromagnetische Strahlung, die von einem schwarzen Körper ausgeht (also z. B. ein glühendes Eisen, das auch sichtbares Licht aussendet) zu erklären, benutzte Planck ebenfalls den Begriff der (Licht-)Quanten.
Im Gegensatz zur Theorie von Boltzmann konnte er den Grenzübergang - Energie der Quanten geht gegen Null - jedoch nicht ausführen. Nach seinen eigenen Aussagen "dachte er sich nicht viel dabei". Planck hielt Quanten nicht für real. Aber er brauchte sie, um seine Strahlungsformel in Übereinstimmung mit dem Experiment (Wiensches Strahlungsgesetz und Rayleigh-Jeans Gesetz) zu bringen. Und hier taucht auch zum ersten Mal die "Grundgleichung" der Quantentheorie auf:

Die Energie eines Quants ist direkt der Frequenz proportional, und diese von Planck gefundene Proportionalitätskonstante wird heute das

Plancksche Wirkungsquantum h (h = 6.62618 * 10 e^-34 Js)

genannt. In Plancks Formulierung bezog sich diese Formel auf ein artifizielles Mikrogebilde (Oszillator), das elektromagnetische Strahlung der Frequenz absorbiert und emittiert.

Den nächsten großen Schritt in der Entwicklung der Quantentheorie machte Albert Einstein 1905: Bei der Untersuchung des Photoeffekts kam er zu dem Schluss, dass Quanten (Lichtteilchen, Photonen) real sind und nicht nur eine Rechengröße. Für diese grundlegende Arbeiten bekam Einstein 1921 den Physik-Nobelpreis.

Günter Sturm