Quantenhypothese

Die Quantenhypothese besagt, dass Strahlung (also z. B. Licht) mit Materie nicht beliebige Energiemengen austauschen kann, sondern nur bestimmte diskrete „Energiepakete“, die Quanten (von lat. quantum = "wie viel") genannt werden. Die Hypothese wurde von Max Planck im Jahr 1900 eingeführt, um das Strahlungsgesetz des schwarzen Körpers herzuleiten. Demnach beträgt die Energiemenge, die vom Strahlungsfeld abgegeben oder aufgenommen wird, immer ein ganzzahliges Vielfaches des Energiequantums.

$\Delta E=h\nu ,$

wobei $\nu$ die Frequenz der Strahlung ist und $h$ eine Konstante, das Plancksche Wirkungsquantum. Planck stand seiner eigenen Hypothese zunächst sehr skeptisch gegenüber.

Albert Einstein schlug vor, dass es sich bei diesen Quanten nicht um eine bloße Rechengröße handele, sondern dass das Strahlungsfeld selbst aus Quanten bestehe. Mit dieser Hypothese gelang es ihm, die experimentellen Befunde des äußeren photoelektrischen Effektes zu erklären. Für diese Arbeit erhielt Einstein 1921 den Nobelpreis. Später wurde für die Lichtquanten der Begriff „Photonen“ eingeführt.

Die Quantenhypothese erwies sich nicht nur als notwendig für die Herleitung des planckschen Strahlungsgesetzes und des photoelektrischen Effektes, sondern auch für die Erklärung der Linienspektren und der kurzwelligen Grenze der Röntgenstrahlung, um nur einige Beispiele zu nennen.

Die Arbeiten von Planck und Einstein gelten als Geburtsstunde der Quantenphysik. Quanten sind heute keine Hypothese mehr, sondern eine empirische Tatsache. So steht mit dem Photomultiplier inzwischen ein Gerät zur Verfügung, mit dem einzelne Lichtquanten detektiert und gezählt werden können.

Siehe auch

Quantisierung (Physik)