Licht als Billardkugel

Impulsquanten

1916 zeigte Einstein, dass sich Lichtquanten wie winzige Kugeln vorstellen kann. 1923 verhalf ein Experiment seiner Auffassung zum Durchbruch.

Als „revolutionär“ bezeichnete Einstein nur eine einzige seiner Theorien. Es war seine 1905 aufgestellte Hypothese, Licht bestehe aus Energiepaketen (Quanten). Für einen Revolutionär formulierte er allerdings überaus vorsichtig. Er behauptete nicht, Licht bestehe aus Teilchen. Er stellte nur fest, elektromagnetische Strahlung (insbesondere sichtbares Licht) verhalte sich in bestimmten Zusammenhängen so, „wie wenn sie aus voneinander unabhängigen Energiequanten (...) bestünde.“ Streng genommen behauptete er also nur, dass die Licht-Energie lediglich häppchenweise erzeugt oder abgegeben werden kann.

Erst 1916 ging er einen entscheidenden Schritt weiter. Er zeigte, dass es sinnvoll war, das Licht sich als einen Strom von Teilchen vorzustellen. Teilchen, die in eine bestimmte Richtung fliegen. Physikalisch ausgedrückt heißt das, er gab den Energiequanten auch einen Impuls. Das bedeutete auch: Wenn Licht entsteht, breitete es sich nicht in alle Richtungen

aus, sondern das Lichtquant fliegt in eine bestimmte Richtung. „Nadelstrahlung“ nannte Einstein das. Eine weitere Konsequenz dieser Annahme war: Wenn ein Molekül ein Strahlungsquant abstrahlt, erfährt es einen Rückstoß, ähnlich wie das Gewehr, das eine Kugel abfeuert.
Mit diesen Überlegungen hatte sich Einstein selbst überzeugt. Seinem Freund Michele Besso schrieb er: „Damit sind die Lichtquanten so gut wie gesichert.“ Das war freilich immer noch eine Außenseitermeinung. An die Existenz von „Photonen“, wie die Lichtteilchen später genannt wurden, glaubte außer Einstein kaum ein Physiker.

Das änderte sich erst als Arthur Holly Compton 1923 neue Versuchsergebnisse veröffentlichte. Der amerikanische Physiker hatte Elektronen mit Röntgenstrahlen beschossen. Und siehe da: Die Strahlung schien aus kleinen Teilchen zu bestehen, die an den Elektronen abprallen wie kleine Murmeln an großen Billardkugeln. Einsteins Hypothese triumphierte, bald sprachen die Physiker ganz selbstverständlich von Photonen.

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