Bei der Beschreibung der Schwarzkörperstrahlung ging Planck davon aus, dass die Energie, die von Ladungen aufgenommen oder abgegeben werden kann, quantisiert ist, dh sie können nur bestimmte Energiemengen aufnehmen oder abgeben. Aber es war Einstein, der das Photon postulierte. Dazu habe ich zwei Fragen:
- Glaubte Planck, dass sich diese Energien in Wellenpaketen ausbreiten (wenn nicht, wie dann)? Und warum unterscheidet sich seine Quantisierung der Lichtenergie von Einsteins Quantisierung des Lichts?
- Wenn Planck dachte, dass Energien der EM-Strahlung existieren könnten, die keine Vielfachen der Planckschen Konstante mit der Frequenz sind, was wäre, wenn eine dieser Energien mit einer Ladung interagiert, die seiner Meinung nach nur bestimmte Lichtenergien absorbieren könnte? Was, dachte er, würde mit dieser Strahlung passieren?
Anders als Einstein hat Planck die elektromagnetischen Wellen selbst nicht quantisiert, sondern nur die ausgetauschten Energien, und selbst diese nur statistisch. Die anderen beiden Fragen haben also keine zufriedenstellende Antwort, weil er sich nicht mit Besonderheiten der Emission/Absorption auf der Ebene einzelner Quanten befasste. Die Quanten waren als mathematische Fiktionen zum Zweck einer statistischen Zählung gemeint, wie Boltzmanns Boxen. Es war Einstein, der sie 1905 als reale physikalische Einheiten anerkannte und postulierte, dass sich elektromagnetische Wellen in Wellenpakete aufspalten, die Energiequanten enthalten. Aber auch das war kein stimmiges Bild, da die Maxwellsche Elektrodynamik solche stabilen Pakete nicht zulässt und Einstein 1911 erklärte „Ich bestehe auf dem vorläufigen Charakter dieses Konzepts, das mit den experimentell verifizierten Konsequenzen der Wellentheorie nicht vereinbar erscheint .
Plancks Ableitung der Strahlungsformel war eine komplizierte Angelegenheit, die 1894 damit begann, dass er sich für Emissionsexperimente interessierte, die in der Berliner Physikalisch-Technischen Reichenstalt von einer Reihe junger Forscher durchgeführt wurden, siehe Haben Glühbirnenfirmen Planck mit der Untersuchung der Schwarzkörperstrahlung beauftragt ? Nach mehreren erfolglosen Versuchen leitete Planck schließlich im Oktober 1900 die richtige Formel ab, ohne jegliche Energiequantisierung. Aber in seinen Augen fehlte es an grundlegender Einsicht. Er hielt die Thermodynamik für grundlegender als Boltzmanns statistische Mechanik, eine damals weit verbreitete Meinung, konnte daraus aber trotz 6-jähriger Versuche nicht die richtige Formel extrahieren.
Entgegen der landläufigen Meinung war Planck nicht besorgt über die "Ultraviolett-Katastrophe" (Ehrenfests Spitzname von 1911) in der Schwarzkörperstrahlung, wenn die Energie in Äther in immer höherfrequente Wellen umgewandelt wird, was eine häufig zurückgebrachte Motivation ist. Diese "Katastrophe" hängt mit dem Gleichverteilungssatz der statistischen Mechanik zusammen und tritt nicht im thermodynamischen Ansatz von Wien auf, dem Planck ursprünglich folgte.
Sich im November 1900 der diskreten Statistik mit „Quanten“ von Energie zuzuwenden, sei „ein Akt der Verzweiflung“ gewesen, und er hoffte, sie durch eine kontinuierliche Begrenzung am Ende überflüssig zu machen. Der letzte Teil hat nicht geklappt. Dieser Thread auf Physics.SE diskutiert Plancks Kämpfe ausführlicher. Ein Schlüsselzitat stammt aus seinem Brief von 1931 an Wood:
„ ... man findet, dass der kontinuierliche Energieverlust in Strahlung verhindert werden kann, indem man annimmt, dass Energie von vornherein gezwungen wird, in bestimmten Quanten zusammenzubleiben. Dies war eine rein formale Annahme und ich habe mir darüber hinaus wirklich nicht viel Gedanken gemacht Egal was es kostet, ich muss ein positives Ergebnis herbeiführen. “ (fett gedruckt von mir)
Wenn "Energie von vornherein gezwungen wird, in bestimmten Quanten zusammenzubleiben", dann treten vermutlich nicht-multiple Energien nicht auf. Aber das ist eine spätere Selbstinterpretation, lange nach Einsteins und Bohrs Beiträgen. In Black-Body Theory and the Quantum Discontinuity, 1894-1912 zeichnet Kuhn ein unordentlicheres Bild, basierend auf der Untersuchung zeitgenössischer Beweise, die zum Konsens unter Historikern wurden.
Sie sollten unbedingt Douglas Stones „Einstein and the Quantum: The Quest of the Valiant Swabian“ lesen. Es ist insofern eine brillante Arbeit, als Prof. Stone genau zeigt, wie Planck bei der Ableitung des gleichnamigen Planckschen Gesetzes vorgegangen ist und warum die Quantenrevolution nicht bei Planck, sondern bei Einstein begann. In dem Buch Prof. Stone (Leiter der Angewandten Physik in Yale), nachdem er TS Kuhns Arbeit über das Schwarzkörperproblem und die Quantendiskontinuität sowie alle Originalarbeiten und Korrespondenz von Planck zu diesem Thema gelesen hat, zusätzlich zu allen Originalen von Einstein Papiere und Korrespondenz zwischen 1879 und 1929 argumentiert im Wesentlichen, dass das Plancksche Gesetz als mathematischer Fudgefaktor entstanden ist. Auf der einen Seite hatten Sie das Rayleighsche Gesetz in der unteren Grenze und auf der anderen Seite das Wiensche Gesetz in der oberen Grenze; Planck, nachdem er gegenüber der Preußischen Akademie der Wissenschaften behauptet hatte, eine Formel direkt aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik abgeleitet zu haben, geriet er in eine düstere Zwickmühle. Seine Formel passte nicht zu Kurlbaums Daten und Planck, ein sehr fähiger Mathematiker, ahnte einfach eine Interpolationsformel, die zu Kurlbaums neuen Daten passte.
Ein Problem konnte er jedoch nicht erklären und begrub es 5 Jahre lang - tatsächlich brachte es kein Wissenschaftler in Europa 5 Jahre lang wieder zur Sprache - bis Einstein 1905 ernsthaft die Quantentheorie und 1906 WIEDER mit einem der Probleme auf den Weg brachte die am meisten unterschätzten Arbeiten (wie Walther Nernst später einräumte) in der Geschichte der Quantenmechanik mit dem Titel „Über die spezifische Wärme von Festkörpern“.
Die Ironie ist natürlich, dass Bohr, sein späterer Sparringspartner bei der Interpretation der QM, jahrelang nicht wirklich an die Quantentheorie glaubte und behauptete, dass „das Wellenmodell des Elektromagnetismus erprobt und getestet ist und jede gegenteilige Theorie dies nicht kann möglicherweise passendes Experiment" (oder so ähnlich, ich muss das Zitat ausgraben, aber Bohr war definitiv kein sofortiger Gläubiger).
Nach Vollendung der Allgemeinen Relativitätstheorie leitet Einstein 1917 das Plancksche Gesetz sowie die Bohrsche Frequenzregel auf völlig neue Weise ab (kristallisiert in den A- und B-Koeffizienten) und vermutet damit eine inhärente Zufälligkeit in der Quantentheorie, ein konzeptionelles Postulat, das bei der Quantentheorie geblieben ist Theorie seitdem.
Sehen Sie sich einen Vortrag an, den Stone zu diesem Thema hält. Ziemlich aufschlussreich: http://www.grassrootstv.org/view?showID=12681
Ein letztes Wort zum Thema. Entgegen der landläufigen Meinung begann Einsteins Vorstoß zur Revolutionierung der Physik nicht 1905, sondern zwischen 1902 und 1903. Hier sehen Sie die Genese seines unkonventionellen Genies. Er schrieb in jenen Jahren eine brillante Trilogie von Artikeln, in denen er die Grundlagen der statistischen Mechanik aus ersten Prinzipien ableitete (eine Arbeit, die JW Gibbs zur Legende machen würde – und Gibbs Arbeit, bemerkte Einstein, war überlegen, aber in gewisser Weise auch weniger gewagt). Einstein wusste damals nichts von Gibbs Werk, da es nicht richtig ins Deutsche übersetzt worden war. Aber trotzdem können Sie die Ansätze von Einsteins Denken über Lichtquanten erkennen und wie er, und nicht Planck, 1905 den Sprung machte, dass Licht, und tatsächlich alle Energie und Materie, quantisiert ist. Seine vollständige Beherrschung der statistischen Mechanik und Thermodynamik tritt während seiner Entwicklung zur Quantentheorie immer wieder in den Vordergrund. Es ist interessant:http://faculty.poly.edu/~jbain/heat/readings/98Navarro.pdf
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Quanten-Spaghettifizierung
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