Max Planck und die Geburt der Quantenmechanik

Nernst Einstein Planck Millikan Laue

Von links nach rechts: Walther Nernst, Albert Einstein, Max Planck, Robert Andrews Millikan und Max von Laue bei einem Abendessen, das von Laue am 12. November 1931 in Berlin gab.

Am frühen Abend des Sonntags, den 7. Oktober 1900 – vor 120 Jahren – fand Max Planck die Funktionsform der Kurve, die wir heute als Planck-Verteilung der Schwarzkörperstrahlung kennen. Meiner Meinung nach war das die Geburtsstunde der Quantenmechanik.

Max-Planck-Foto

Ein paar Stunden zuvor hatten Hermann Rubens und seine Frau die Plancks besucht. Da es ein Sonntag war, genossen sie wahrscheinlich gemeinsam Kaffee und Kuchen. Rubens war der experimentelle Professor für Physik an der Humboldt-Universität in Berlin, Planck der theoretische. Rubens und seinem Mitarbeiter Ferdinand Kurlbaum war es kürzlich gelungen, die von einem schwarzen Körper abgestrahlte Leistung als Funktion der Temperatur bei der ungewöhnlich langen Wellenlänge von 51 Mikrometern zu messen. Sie hatten Mehrfachreflexionen von Steinsalz benutzt, um ein schmales Band des Spektrums zu filtern. Sie arbeiteten bei 51 Mikrometern und maßen die untere Temperaturgrenze und die höchsten Temperaturen innerhalb der experimentellen Reichweite ihres Ofens. Das bemerkenswerte Ergebnis war, dass bei niedrigen Frequenzen, im klassischen Regime, die Ergebnisse nicht zu den Vorhersagen von Wilhelm Wien passten. Rubens erzählte Planck, dass für kleine Frequenzen die gemessene Spektraldichte linear mit der Temperatur war.

Planck war fasziniert. Sobald die Versammlung beendet war, machte er sich an die Arbeit. Sein Interesse an den Daten war tiefgreifend. An diesem Abend fand er die Form der Kurve heraus, mit ihrem eigentümlichen Nenner, der im Grenzbereich niedriger Frequenzen das entsprechende experimentelle Verhalten zeigte – linear mit der Temperatur.

Die Anekdote, die Abraham Pais in seinem Buch Subtle is the Lord erzählt, besagt, dass Planck noch am selben Abend eine Postkarte mit der Funktion an Rubens schickte, so dass Rubens sie als erstes am Morgen erhalten würde (die Post wäre zugestellt und auf seinem Schreibtisch gelegen, als er in seinem Büro in der Universität ankam). Rubens fragte Planck wahrscheinlich noch am selben Morgen: Warum hat es diese Form?

Die Präsentation der neuen Daten, gefolgt von Plancks Funktion, war am 17. Oktober. Die Funktion passte zu den Daten, sowohl an der Tieftemperatur- als auch an der Hochtemperaturgrenze. Planck hatte sich schon lange für das Spektrum des Schwarzen Körpers interessiert. Er verstand Thermodynamik und klassische Elektrodynamik. Aber es waren die hochwertigen Daten von Rubens, die ihn dazu brachten, eine Lösung zu finden. Es dauerte ein paar Monate, und am 14. Dezember präsentierte er die Ableitung seiner Theorie, in der er “in einem Akt der Verzweiflung” das Energiequant einführte: der Beginn der Quantenmechanik.

In Erinnerung an Mario Molina.

Diese historische Notiz wurde von JQI Fellow Luis Orozco verfasst.

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