Q wie Quantenphysik
Was die Welt im Innersten zusammenhält

Die Quantenphysik ist ein erfolgreiches Denkmodell. Ihre Formeln stecken hinter Zukunftstechnologien wie Laserstrahlen, Mikrochips und Nanotechnik. Doch die Lehre von den allerkleinsten Teilchen gibt viele Rätsel auf.
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Fast wäre Max Planck nicht Physiker geworden. Da gäbe es nicht mehr viel zu erforschen, warnte den späteren Nobelpreisträger ein Freund der Familie. Kurz vor der Wende zum 20. Jahrhundert schien die Physik am Ende ihrer Geschichte angelangt. Mit den etablierten Theorien – wie Isaac Newtons Gesetz der Schwerkraft und James Clerk Maxwells Gleichungen über Elektrizität und Magnetismus – erschienen alle Phänomene erklärbar zu sein. Warum fällt der Apfel vom Stamm? Warum werden Kaffeetassen heiß? Was sind die Eigenschaften des Lichts? Über Jahrzehnte hinweg hatten Experimente und Versuche die wichtigsten Theorien immer und immer wieder bestätigt. Alles schien erklärbar zu sein, die Physik hatte scheinbar unverrückbare Gesetz gefunden. Ein Zeitalter behaglicher Gewissheit.

Die störte pünktlich zur Jahrhundertwende Max Planck – trotz Warnung mittlerweile Physiker. Am 14. Dezember 1900 erzählte er seinem Sohn beim morgendlichen Spaziergang, dass er möglicherweise etwas so Bedeutendes gefunden habe wie Newton: Nämlich, dass ein Körper nicht kontinuierlich Wärme abgibt, sondern dass Licht und Energie nur in winzigen Portionen, den Quanten, ausgestrahlt werden. Eine Revolution. Denn bisher galt in der Physik der Satz des Philosophen Leibniz: „Natura non facit saltus“ – die Natur macht keine Sprünge. Tatsächlich kann man, wenn Körper sich bewegen oder fallen, zu jedem Zeitpunkt erkennen, wo sie sich gerade befinden. Wirft man einen Ball, lässt sich dessen Flugbahn nachzeichnen, ohne dass man den Ball absetzen muss.

Kein Wunder also, dass Plancks Entdeckung zwar höflich zur Kenntnis, aber nicht wirklich ernst genommen wurde. Doch seine jüngeren Kollegen legten nach: Der Brite Ernest Rutherford hatte ein Modell entworfen, nach dem Atome aus einem positiv geladenen Kern und negativ geladenen Teilchen besteht, die diesen umkreisen. Rutherford war von dem Modell überzeugt, konnte aber nicht erklären, warum die Atome stabil bleiben.

Sein dänischer Kollege Niels Bohr konnte – und zwar mit Hilfe der Quantenphysik: Mit ihr bleiben Elektronen, wo sie sind, solange sie nicht zu Quantensprüngen gezwungen werden. Ein Elektron springt dann auf eine andere Bahn, ein anderes Energieniveau. Die Abstände zwischen den Bahnen sind „gequantelt“, dazwischen gibt es nichts. Quanten halten Elektronen also auf ihren Bahnen, sie stabilisieren die Atome und damit jegliche Materie.

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