Ungefähr so ist es auch zu Beginn des 20. Jahrhunderts gelaufen, als die Leute noch dachten, sie hätten die Sache mit der Physik bereits erledigt: Hier noch ein paar Details klären, dort noch ein paar Zahlen genauer bestimmen, aber dann war‘s das.
Eines dieser Details war die Sache mit dem Licht. Alle waren davon überzeugt, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist: Licht kann gebeugt werden, Lichtstrahlen können sich überlagern und Interferenzmuster zeigen, und so weiter. Die mathematische und physikalische Beschreibung des Lichts als Welle hat super funktioniert. Es gab nur ein Problem, nämlich bei der Formel, die beschreibt, wie viel Energie ein „schwarzer Strahler“ abgibt. Nein, damit ist kein konservativer Politiker mit Dauerlächeln gemeint, sondern ein Objekt, das alle auftreffende Strahlung vollständig in sich aufnimmt und Energie ausschließlich anhand seiner Temperatur abgibt. In der Realität existiert so etwas nicht, aber als idealisiertes Modell ist es in der Physik sehr hilfreich.
Ein Quantum Licht
Jedenfalls hat die Formel für den Schwarzen Strahler nicht funktioniert und jede Menge Blödsinn geliefert, wenn man das Licht als Welle betrachtet hat. Deshalb hat sich der deutsche Physiker Max Planck überlegt, wie man das ändern kann. Er hat einfach einmal angenommen, dass Energie nicht in beliebig kleinen Mengen abgegeben werden kann und die kleinstmögliche Menge „Quantum“ genannt. Strahlung, also Licht, besteht aus sehr, sehr vielen dieser Energiequanten und Planck hat keine Ahnung gehabt, warum das so sein soll. Er war auch nicht davon überzeugt, dass es so ist. Aber er hat gemerkt, dass die Formel für den schwarzen Strahler dann funktioniert und das hat immerhin für den Nobelpreis für Physik des Jahres 1918 gereicht. (Falls Sie während Ihrer Arbeit auch manchmal ein ähnliches Gefühl beschleicht, würde ich allerdings trotzdem nicht mit einer Auszeichnung aus Stockholm rechnen.)
Einstein und der Photoeffekt
Dann kam Albert Einstein und hat gesagt: „Wenn die Typen in Schweden mir für meine Relativitätstheorie keinen Nobelpreis geben, aber der Planck einen für seine Quanten kriegt, dann schau ich mir das Zeug jetzt auch genauer an!“ Ok, das hat er nicht gesagt und gedacht wahrscheinlich auch nicht. Aber Einstein hat selbstverständlich auch Interesse an den neuen Forschungen zur Natur des Lichts gehabt. Er hat über den Photoeffekt nachgedacht – was Sie auch tun sollten, weil es sich dabei um ein erstaunliches physikalisches Phänomen handelt, das man kennen sollte: Wird Metall mit Licht bestrahlt, dann lösen sich Elektronen aus den Atomen des Metalls. Es kommt dabei aber nicht darauf an, wie viel Licht auf das Metall trifft. Sondern nur darauf, dass das Licht die richtige Frequenz (also Energie) hat.
