Wegweiser in den Mikrokosmos

Von Frank Grotelüschen · 23.04.2008
Erhitzt man ein Stück Eisen, glüht es erst rot, später sogar weiß. Um das zu erklären, entwickelte der deutsche Physiker Max Planck die Plancksche Strahlungsformel. Mit dieser Formel wurde er zum Urvater der Quantenphysik.
"Ich stamme mit meiner ganzen Familie aus dem Schwabenland."

Max Planck, geboren am 23. April 1858. Spross einer Gelehrtenfamilie. Seine Vorväter: allesamt ehrwürdige Professoren.

"Die meisten waren Theologen, Philologen. Ich bin wohl der einzige, der aus der Art gesprungen und Naturwissenschaftler geworden ist. Ich schiebe das auf Umwelteinflüsse. Denn in der Schule wurde ich angeregt durch meinen Mathematiklehrer. Der hieß Hermann Müller."

Vielleicht haben wir es diesem Hermann Müller zu verdanken, dass es im Jahre 1900 zu einer der bedeutendsten Umwälzungen in der Wissenschaft kommt: Damals führt Max Planck die Quanten in die Physik ein. Er findet heraus, dass das Licht etwa von einer Glühbirne nicht kontinuierlich abgestrahlt wird, sondern in winzigen Portionen - den Quanten. Eine Entdeckung, die den Beginn einer neuen Ära der Physik markiert: den Aufbruch in den Mikrokosmos.

Plancks Karriere beginnt unspektakulär. 1885 tritt er seine erste Professur in Kiel an, um dann einem Ruf nach Berlin zu folgen - und zwar als Theoretiker. Statt mit Apparaten und Experimenten hantiert er mit Bleistift und Papier. Damals nicht gerade eine privilegierte Anstellung, sagt Arne Schirrmacher vom Deutschen Museum.

"Die führenden Vertreter der Experimentalphysik sahen ihn als eine Art Paradiesvogel an. Er hatte ein Institut mit 570 Mark Budget. Das war kein richtiger Physiker zu der damaligen Zeit."

Ende des 19. Jahrhunderts wendet sich Planck einem Modethema der Wissenschaft zu.

"In der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt hat man sich damit beschäftigt zu messen, wie stark Strahlung ist, wie hell Strahlung ist, welche Farbe Strahlung hat","

sagt Christian Thomsen, Physiker an der Technischen Universität Berlin.

""Das kam daher, dass man 20 Jahre vorher die Glühbirne erfunden hatte und dass elektrische Beleuchtung Einzug in alle Gebäude erhielt. Man wollte einfach feststellen, wie man Strahlung misst."

Von Jahr zu Jahr werden die Apparaturen immer besser, die Messdaten genauer. Nur: Die neuen Messwerte wollen partout nicht mit den Formeln übereinstimmen, die es damals zur Berechnung von Strahlung gibt. Eine neue Strahlungsformel muss her. Und das ruft den Theoretiker Max Planck auf den Plan.

"Er hat alles probiert, hinten und vorwärts, und diese Tricks und jene Tricks. Und er ist darauf gekommen, dass der einzige Weg zu einer Formel, die die Strahlung beschreibt, über eine Hypothese führt - die Quantenhypothese -, nämlich dass Licht nur in bestimmten Paketen vorkommt."

Bis dahin sind die Physiker davon überzeugt, dass eine Glühbirne ihr Licht kontinuierlich aussendet. Mit dieser Vorstellung räumt Planck gründlich auf. Im Jahr 1900 präsentierte er eine Strahlungsformel, in der das Licht in winzige Energiehäppchen aufgeteilt ist. Quanten, so nennt Planck diese Häppchen. In ihrem Innersten macht die Natur also Sprünge - Quantensprünge. Die Fachwelt nimmt diese These eher skeptisch auf, wie sich Planck später erinnert.

"Zur Jahrhundertwende gab es immerfort Diskussionen. Die Strahlungsformel hat uns monatelang beschäftigt. Und ich war eigentlich damals der einzige Theoretiker und hatte es daher nicht ganz leicht."

Was die Kollegen letztlich überzeugt: Mit seinem Gesetz hat Max Planck eine Formel gefunden, deren Ergebnisse perfekt mit den Messwerten übereinstimmen. Dennoch: Besonders wohl ist ihm nicht, als er die Quantenhypothese aufstellt. Er sieht in ihr bloß einen Kunstgriff von vorläufiger Natur - oder wie er selbst sagt: einen Akt der Verzweiflung.

"Er musste eine Unstetigkeit in die Natur einführen, die man seitdem als Plancksches Wirkungsquantum bezeichnet. Bei dem die Natur von einem Zustand in den anderen übergeht, ohne uns zu sagen, was sie dazwischen macht","

sagt Ernst Peter Fischer, Wissenschaftshistoriker an der Universität Konstanz.

""Für Planck war das eigentlich ein unerträglicher Gedanke, dass es einen Bereich gibt, wo die Natur keinen Zustand hat, den man festlegen kann. Deshalb hat er das Ganze als einen Akt der Verzweiflung verstanden, von dem er immer hoffte, dass er ihn rückgängig machen könnte."

Doch ausgehend von Plancks Formel entsteht eine neue Art von Physik - die Quantenphysik. Ohne sie wären viele Erfindungen nie gemacht worden - weder Laser und Mikrowelle noch der Computerchip. Für seine Formel erhält Max Planck den Physiknobelpreis des Jahres 1918.

Danach entwickelt er sich mehr und mehr zum Organisator der Wissenschaft. 1930 wird er Präsident der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft, der wichtigsten Forschungsorganisation Deutschlands. Mit den Nazis arrangiert sich Planck nur widerwillig. Erfolglos versucht er zu verhindern, dass die jüdischen Wissenschaftler aus ihren Positionen gedrängt werden. Nach Kriegsende übernimmt er noch einmal ein letztes Amt: das des kommissarischen Präsidenten der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft. Kurz vor seinem Tod am 4. Oktober 1947 wird sie umbenannt in Max-Planck-Gesellschaft, heute eine der größten Forschungsorganisationen Deutschlands.