Eigentlich wurde sie durch Planck und Einstein zuerst als Quantenelektrodynamik QED eingeführt. Aber beide haben noch nicht den Namen verwendet.
Was ist vor 120 Jahren passiert?
Die Welt wurde noch größtenteils von Gaslampen beleuchtet, aber auch schon elektrisch betriebene Lampen kamen auf. Wie strahlen diese? Welche Energiemengen geben sie bei welcher Wellenlänge (Farbe) ab? Wie kann man die Strahlungsleistung auf die Bedürfnisse hin optimieren?
Das interessierte Industrie und Erfinder, war also in vielen physikalischen Instituten angesagtes Thema.
Dabei fand man experimentell heraus, wie sich die Energie auf die Wellenlängen verteilt (heute Plancksche Kurven genannt).
Für kurze und lange Wellenlängen hatte man je eine Formel begründet hergeleitet. Jede der beiden Formeln beschrieb aber entweder nur die kurzwellige oder nur die langwellige Strahlung.
Max Planck gelang es innerhalb von Stunden eine "Interpolationsfomrel" zusammenzustellen, die er aber nicht physikalisch begründen konnte. Es war aber das heute unter seinem Namen bekannte Plancksche Strahlungsgesetz.
Wie kann diese Formel aus grundlegenden Überlegungen hergeleitet werden?
Planck gelang dies, in dem er die Energie einer Lichtquelle auf bis dahin nicht übliche Weise verteilte.
Bisher nahm man an, dass jede Welle, jeder Zustand immer gleich viel Energie bekommt. Planck verteilte die Energie nach einer anderen Statistik, der Boltzmannverteilung. Dazu musste er aber Energiepakete einführen. Energie bleibt immer in diesen kleinen Mengen E = h*f (h: Plancksche Konstante, wurde von Planck schon vorher aus anderen Gründen definiert, f Frequenz des Lichtes) zusammen (laut Planck nur beim Aussendenn und Absorbieren von Licht). Das sind die Energiequanten.
Planck sprach von einer Verzweilungstat, einem mathematischen Trick, mit dem er lediglich den Übergang der Energie in die Strahlung und den Absorptionsprozess beschreiben wollte (da er durch diese Übergänge seine Formel begründen konnte).
Im Strahlungsfeld selbst sollten diese Quanten nicht existieren.
Das sah Einstein 1905 anders und er schrieb eine stark kritisierende Arbeit. Sein Freund Besser aber riet Einstein, die Veröffentlichung "planckfreundlicher" zu gestalten.
Einstein zeigte trotzdem, dass die Planckschen Energiepakete wirklich im Strahlungsfeld existieren müssen.
Zeit seines Lebens hat Einstein nie das Wort Photon benutzt. Erst Jahre später wurde klar, dass diese Energiequanten eine größere Bedeutung haben: Sie zeigen, dass die Energie des elektrischen Feldes gequantelt ist.
Bis dahin aber ist es ein langer Weg und uns erwarten weitere Posts....
Bild credit: leifiphysik, Max-Planck-Gesellschaft
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