Hallo!
Im Prinzip ja
Nachgefragt funktioniert also Quantentheorie so:
Das Elektron hat eine Eigenschaft, die ich mir nicht erklären
kann.
Nein, es ist eine Eigenschaft des Lichts!
Deshalb füge ich einfach dem Licht eine Eigenschaft zu,
die ich mir zwar auch überhaupt nicht erklären kann, die aber
dazu führt, daß keiner mehr was versteht; mit der ich dann
aber vor Laien so tun kann, als würde ich was begreifen, was
ich nur nicht erklären kann, weil mein Fachgebiet mords toll
und richtig mystisch verwegen ist
)
Planck entschuldigte sich selbst für die Einführund des Wirkungsquantums. Zitat: „Ich kann die ganze Prozedur als einen Akt der Verzweiflung charakterisieren, da ich von Natur aus friedlich bin und alle zweifelhaften Abenteuer ablehne.“
Die Beobachtungen machten es einfach nötig, dem Licht eine solche Eigenschaft „anzudichten“, wie Du sagst.
Es ist übrigens nicht nur eine Beobachtung (wie Du hier andeutest), sondern durchaus mehrere:
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Fotoeffekt: Die Energie von Fotoelektronen ist umso höher, je höher die Frequenz des eingestrahlten Lichts ist. Ändert man bei gleichbleibender Frequenz die Intensität des Lichts, so erhöht man zwar die Anzahl der ausgelösten Elektronen, jedoch nicht ihre Energie. Ist die Frequenz geringer als ein bestimmter Schwellenwert, so werden überhaupt keine Elektronen ausgelöst. (Unterhalb dieses Schwellenwerts führt auch eine Erhöhung der Intensität nicht zur Auslösung von Elektronen).
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Kurzwellige Grenze von Röntgenstrahlung: Die Frequenz von Röntgenstrahlung hat eine kurzwellige Grenze. Erhöht man die Anodenspannung der Röntgenröhre, so erhöht sich auch die Energie der Elektronen. Dies führt dazu, dass sich die kurzwellige Grenze zu noch kürzeren Wellenlängen bzw. höheren Frequenzen verschiebt.
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Schwarzer Strahler: Man kann das Spektrum eines schwarzen Strahlers einfach dadurch ausrechnen, dass man sich die Wand aus lauter harmonischen Oszillatoren vorstellt, die elektromagnetische Wellen abstrahlen. Wenn man annimmt, dass jede Frequenz erlaubt ist, dann ergibt die Rechnung, dass die kurzwelligen Spektralanteile viel mehr Energie abstrahlen, als man tatsächlich misst (UV-Katastrophe). Stattdessen misst man eine Frequenz, bei der die Abstrahlung maximal ist. Diese verschiebt sich bei höherer Temperatur (also höherer Teilchenenergie) zu kürzeren Wellenlängen bzw. höheren Frequenzen.
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Geiger-Zähler: Gamma-Strahlen sind elektromagnetischen Wellen. Trotzdem lösen sie in einem Geigerzähler stets ein einziges Ereignis aus. Verwedet man zwei Geigerzähler, die direkt nebeneinander angeordnet sind, dann wird stets nur einer von beiden ausgelöst nie (bzw. fast nie) sprechen beide genau gleichzeitig an. Würden sich EM-Wellen genau wie bei Huygens verhalten, dann müssten entweder beide oder keiner von beiden Zählern ansprechen.
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Laser: Albert Einstein hat das Plancksche Strahlungsgesetz auf einfache Art unter Annahme der Existenz von Photonen abgeleitet. Diese Arbeit war Grundlage für die Erfindung des Lasers über 50 Jahre später. Der Laser ist eine echte Erfindung. (Damit meine ich ein Gerät, das der Mensch erdacht hat, ohne dafür ein Vorbild in der Natur zu haben. Es gibt recht wenige echte Erfindungen. Das Rad und der elektrische Stromkreis wären andere Beispiele). Die Funktion des Lasers könnte man nicht erklären, wenn man dem Licht keinen Teilchencharakter zuschreiben würde.
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Compton-Effekt: Strahlt man Räntgen-Licht auf freie Elektronen, z. B. in einem Metall, so stellt man fest, dass die Frequenz des gestreuten Lichts verändert ist und vom Streuwinkel abhängt, und zwar genau so als würde man den elastischen Stoß von zwei Teilchen betrachten.
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Leuchtdiode: Die Frequenz des Lichts, das von einer Leuchtdiode ausgeht ist direkt proportional zur Schwellspannung des pn-Übergangs.
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Linienspektren von Atomen.
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IR-Sektren von Molekülen.
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Elektron-Positron-Annihilation: Wenn ein Elektron auf sein Antiteilchen trifft, werden Gamma-Strahlen ausgesendet. Dabei wird genau eine bestimmte Frequenz emittiert, die über E = hf mit einer Energie verbunden ist, die genau der der Einsteinschen Formel entspricht E = mc².
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Mutagene Wirkung von Strahlung: Sichtbares Licht oder langwelligere Strahlung löst in lebenden Zellen keine Mutationen aus - auch dann nicht, wenn man die Intensität um ein Vielfaches erhöht, während schon relativ geringe Strahlungsdosen von UV-, Röntgen- oder Gamma-Strahlung Mutationen auslösen können.
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Fotosynthese: Nur Licht bestimmter Wellenlängen kann von Pflanzenzellen genutzt werden um Fotosynthese zu treiben. Die Menge des produzierten Sauerstoffs steht dabei in direktem Zusammenhang mit der Quantenausbeute.
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…
Reicht es schon oder brauchst Du noch mehr?
All diese Beispiele - so unterschiedlich sie auch sind - lassen sich durch eine einzige Hypothese erklären: Licht besteht aus Photonen, deren Energie proportional zur Frequenz des Lichts ist.
Ohne diese Hypothese kann man vielleicht das eine oder andere Beispiel erklären, aber bestimmt nich alle!
Wissenschaftler sind an und für sich sehr konservative Menschen. Eine bestehende Theorie wird erst dann durch eine neue ersetzt, wenn diese sich tatsächlich als besser erwiesen hat. Und so war das damals um 1900 herum auch - auch wenn Planck (s. o.) viel lieber auf diese haarsträubende Hypothse verzichtet hätte.
Wen bitteschön bringt denn solch eine Verhaltensweise weiter?
Was soll das? Wo ist denn da der Erkenntnisgewinn? Und wo
bleibt das Ding mit der exakten Wissenschaft?
Es gibt wahrscheinlich wenige Gesetze, die präziser sind als E = hf!
Also bevor ich dem armen Licht Eigenschaften andichte, nur
weil ich das mit dem Elektron nicht verstehe, bleibt für mich
doch lieber Licht eine Welle ohne Photonen …
Der Gag ist ja, dass die Photonenhypothese einen ganzen Stall voll Probleme löst. Sherlock Holmes sagt: „Wenn man alles andere ausgeschlossen hat, dann ist das, was übrig bleibt, auch wenn es unwahrscheinlich erscheint, die Wahrheit.“
Bei jedem Paradigmenwechsel ist es so, dass man Altes, Vertrautes aufgeben muss. In einer ähnlichen Situation waren die Zeitgenossen von Kopernikus. Oder von Darwin. Wenn eine Theorie die Wirklichkeit beschreibt, dann ist sie gut. Ästhetische Aspekte dürfen da keine Rolle spielen (in diesem Punkt irrte Einstein!)
Nicht falsch
Gut. Kann man dann sagen, daß sich Licht eben mit grob 300.000
km/s bewegt, weil dieses Hin- und Hergenerieren halt diese
Zeit braucht?
Stark vereinfacht, aber ich denke, man kann das so sehen.
Michael