Wärmestrahlungstheorie

    

  Die Strahlungsgesetze für den Schwarzen Körper.
  Max Planck begann sich Mitte der neunziger Jahre für die Untersuchung von Strahlungsgleichgewichten zu interessieren. Die Physiker wußten damals nur wenig über die Gesetzmäßigkeiten, nach denen z.B. ein erhitzter Körper Wärme- bzw. Lichtstrahlen aussendet. Die Eigenschaften der Wärmestrahlung lassen sich mit Hilfe des Modells eines sogenannten "Schwarzen Körpers" beschreiben. Die Strahlung eines solchen Körpers ist unabhängig vom Material, aus dem er hergestellt ist. Sie gehorcht allein einer universellen, temperatur- und frequenzabhängigen Funktion. Allerdings ist sowohl die technische Realisierung eines schwarzen Körpers als auch die Formulierung jener universellen Funktion ein sehr anspruchsvolles Problem.

Die Berliner Physikalisch-Technische Reichsanstalt (PTR) war damals das Zentrum der Wärmestrahlungsforschung - nicht zuletzt wegen der praktischen Bedeutung des Gebiets für die aufstrebende Beleuchtungsindustrie. Wilhelm Wien, ein Mitarbeiter der Anstalt, konnte erstmals im Jahre 1896 ein Gesetz für die spektrale Energieverteilung angeben, das empirisch abgesichert schien. Planck gelang es drei Jahre später, diese halbempirisch gewonnene Strahlungsgleichung theoretisch abzuleiten. Allerdings zeigten schon bald Präzisionsmessungen der PTR, daß im Bereich langer Wellen erhebliche Abweichungen vom Wien-Planckschen Strahlungsgesetz auftraten. Die neuen Meßergebnisse stimmten zudem mit einer Strahlungsformel überein, die kurz zuvor der englische Physiker Lord Rayleigh publiziert hatte.

Die abweichenden Meßergebnisse veranlaßten Planck, die Problematik erneut zu durchdenken. Im Oktober 1900 schlug er eine Formel vor, die den neuen empirischen Daten entsprach. Es fehlte jedoch eine theoretische Begründung für die "glücklich erratene Interpretationsformel". Nach Wochen angestrengter Arbeit lieferte er auch diese - am 14. Dezember 1900 berichtete er darüber in einer Sitzung der Physikalischen Gesellschaft in Berlin. Planck hatte für die theoretische Ableitung des Strahlungsgesetzes seine bisherigen physikalischen Ansätze gründlich revidieren müssen - u.a. mußte er annehmen, daß die Energiewerte e nicht mehr kontinuierlich seien, sondern nur diskrete, zu ihrer Frequenz v proportionale Werte annehmen können (e=hv). Die Einführung einer Naturkonstante h, das Plankschen Wirkungsquantum, war eine unerhört kühne und revolutionäre Annahme, widersprach sie doch der Grundüberzeugung der klassischen Physik, wonach die Natur keine Sprünge macht.

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  "Was mich in der Physik von jeher vor allem interessierte, waren die großen allgemeinen Gesetze, die für sämtliche Naturvorgänge Bedeutung besitzen, unabhängig von den Eigenschaften der an den Vorgängen beteiligten Körper."
Max Planck, 1943