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Zum 150. Geburtstag von Max Planck : Auf der Suche nach dem Absoluten in der Physik

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Was Planck in besonderem Maße faszinierte, war die von Kirchhoff abgeleitete Eigenschaft der Intensitätsverteilung des idealen Strahlers, des sogenannten Normalspektrums: Sie hängt allein von der Temperatur und der Wellenlänge ab. Diese Universalität kam Plancks Vorstellungen vom Absoluten entgegen, und er verband damit die Hoffnung, dass ein Verständnis der Wärmestrahlung zu grundsätzlich neuen Einsichten führen würde. Plancks Ableitung seiner Strahlungsformel beruht auf einem Modell, dessen wichtigstes Element eine Verteilung von Oszillatoren über den Strahlungshohlraum ist. Planck stellte sich schwingende elektrische Dipole vor, wie sie Heinrich Hertz erst kurz zuvor beschrieben hatte. Diese sollten aus dem Strahlungsfeld Energie aufnehmen, die sie über völlig ungeordnete und unkorrelierte Abstrahlung in alle Richtungen wieder abgeben.

Der erste Schritt zur modernen Wissenschaft

Um den Gleichgewichtszustand berechnen zu können, bedurfte es eines Ausdrucks für die Entropie der Oszillatoren. Da alle Anläufe, diesen Ausdruck auf klassische Weise abzuleiten, zum falschen Ergebnis führten, übernahm Planck versuchsweise Boltzmanns statistische Entropievorstellung. Aber auch diese führte erst dann zum richtigen Ergebnis, als Planck annahm, dass sich die Energie der Oszillatoren aus einer bestimmten Anzahl endlicher gleicher Teile, den Energieelementen, zusammensetzte, welche sich aus dem Produkt der Frequenz der Strahlung und der Naturkonstanten h berechneten.

Arnold Sommerfeld und nach ihm viele andere haben den 14. Dezember 1900 als den „Geburtstag der Quantenphysik“ bezeichnet. Diese Würdigung eines einzigen Tages aus einer zeitlich ausgedehnten wissenschaftlichen Entwicklung entbehrt nicht eines gewissen dramatischen Reizes. Die moderne Wissenschaftsgeschichte zeichnet jedoch ein wesentlich differenzierteres Bild. Armin Hermann charakterisiert dieses so: „Ohne sich zunächst über die Tragweite seines neuen Ansatzes klar zu sein, vollzog er den ersten Schritt weg von der alten, klassischen Physik des neunzehnten Jahrhunderts und hin zur modernen Wissenschaft.“ Tatsächlich hat Planck in seinen Arbeiten, die ihn zum Strahlungsgesetz führten, keinerlei Hinweise darauf gegeben, welche physikalische Bedeutung seinen Energieelementen und der neuen Konstanten h zukommen sollte, und der Wissenschaftshistoriker Layton Gearhart kommt 2002 zu dem Schluss, dass Planck die diskreten Energieelemente als eine rein formale Annahme eingeführt hat, um als Resultat seine Gleichung zu erhalten.

Was spätere Generationen einen „Durchbruch“ nennen

Auf alle Fälle besteht heute Einigkeit darüber, dass Plancks Vorgehensweise nichts mit einer „Quantisierung“ gemein hat, so wie wir dies heute verstehen würden. In den Naturwissenschaften hält man sich gewöhnlich an die Resultate und kümmert sich wenig darum, was einer bei deren Erarbeitung gedacht hat. Ist es deshalb müßig, sich über Plancks Motive bei der Ableitung seines Strahlungsgesetzes Gedanken zu machen? Wohl kaum. Der Weg, welcher zum Strahlungsgesetz und darüber hinaus führt, ist ein besonderes Lehrstück darüber, wie Wissenschaft funktioniert. Der Weg zu neuen Erkenntnissen verläuft entgegen weitverbreiteten Vorstellungen nicht immer rein logisch, er enthält nicht selten Elemente subjektiver Wertung, und er verläuft über Rückschläge, Höhen und Tiefen, und wenn ein Ergebnis erreicht ist, braucht es noch lange nicht gleich als das erkannt zu werden, was spätere Generationen einen „Durchbruch“ oder gar eine „Revolution“ nennen.

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