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Nr. 45

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Universitätsdruckerei

Planck sei Dank

Am 23. April 2008 wäre Max Planck 150 Jahre alt geworden. Warum er unser Weltbild revolutionierte, erklärt Professor Michael Bonitz.

Alles begann mit einer Kleinigkeit, einem Randproblem. Jedem von uns ist die wärmende Wirkung der Sonne vertraut oder die einer Heizung. Vor etwa 120 Jahren wurde es möglich, die Wärmestrahlung, die ein Körper aussendet, genau zu messen. Überraschenderweise scheiterten alle Versuche, die Ergebnisse zu verstehen oder aus den damals gängigen Naturvorstellungen (die auf der Maxwellschen Theorie des Elektromagnetismus beruhen) abzuleiten.

Doch niemand wäre auf die Idee gekommen, wegen einer solchen Kleinigkeit diese bewährten, übrigens auch heute noch nicht überholten Vorstellungen, aufzugeben. Max Planck jedoch ließ dieser »Schönheitsfehler« keine Ruhe. Er war überzeugt davon, dass eine Theorie nur dann richtig ist, wenn sie alle Naturphänomene ihres Geltungsbereiches zuverlässig beschreibt. Nach mehrjähriger intensivster Arbeit fand er schließlich die Lösung: Wenn die abgestrahlte Wärmeenergie nicht kontinuierlich »fließt«, wie bisher angenommen, sondern aus kleinen Portionen besteht, erreicht man perfekte Übereinstimmung mit den Experimenten. Planck fand heraus, dass die Größe dieser Energieportionen gleich dem Produkt aus der Frequenz der Strahlung und einer neuen Naturkonstante h ist. Dieses »Wirkungsquantum« hat Plancks Namen unsterblich gemacht.

Im Herbst 1900 stellte er dieses Ergebnis den Physikerkollegen vor. Das brachte ihm zwar Anerkennung, aber ernst nahm es damals niemand. Schließlich waren diese Strahlungsquanten so klein, dass etwa bei der Erwärmung unserer Haut durch die Sonne Energien im Spiel sind, die einer Zahl von etwa 10²⁰, also 100.000.000.000.000.000.000, Planckscher Quanten entsprechen. Da kann es doch auf ein Quant mehr oder weniger nicht ankommen. Eine falsche Einschätzung, wie sich innerhalb von wenigen Jahren herausstellte. Denn man fand eine Vielzahl von Prozessen, die von einem einzigen Quant oder Photon ausgelöst werden. Hierzu zählen das Austreten von Elektronen aus Metallen (Photoeffekt) oder die Anregung eines einzelnen Atoms durch Licht. In Experimenten gewonnene Ergebnisse, die lange rätselhaft geblieben waren, wurden mit einem Schlag verständlich.

15 Jahre nach dieser Entdeckung war allen Physikern klar, dass Max Planck eine Revolution ausgelöst hatte. Im Jahr 1918 erhielt er den Nobelpreis für Physik. Nach unzähligen weiteren Ehrungen in aller Welt erreichten ihn kurz vor seinem Tod die Auszeichnung als Ehrensenator der Christian-Albrechts-Universität und die Ehrenbürgerwürde seiner Heimatstadt Kiel.

Heute wissen wir, dass alle chemischen Reaktionen sowie die molekularen Prozesse in der menschlichen Zelle quantenmechanischen Ursprungs sind. Die Entstehung unseres Universums durch den Urknall vor 15 Milliarden Jahren wie auch seine Stabilität seitdem lässt sich nur mit Plancks Quanten verstehen. Schließlich beruhen auch die großen technischen Erfindungen und Entwicklungen der letzten Jahrzehnte – wie Rundfunk und Fernsehen, die Nanotechnologie, der Computer, der Laser oder die Computertomographie – auf Quantenprozessen.

Die Quantentheorie ist heute in aller Munde. Selbst Politiker lieben es, ihre eigenen Leistungen als »Quantensprünge« zu betiteln. Sie ahnen dabei allerdings nicht, dass sie sich dabei nur eklatante Untätigkeit bescheinigen. Denn ein Quantensprung ist die kleinste aller möglichen Veränderungen, er ist so klein, dass er häufig gar nicht messbar ist. Dennoch hat Plancks Quantenhypothese eine der größten Revolutionen in der Wissenschaft ausgelöst, die in einer Reihe steht mit den Umwälzungen durch die Entdeckungen von Kopernikus, Newton, Galilei oder Darwin.

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