Entwicklung der Quantentheorie

Es war der Physiker Max Planck, der Anfang 1900 den Beginn der Quantentheorie eingeläutet hat. Er erkannte, dass man die spektrale Energieverteilung eines schwarzen Strahlers nur dann richtig wiedergeben kann, wenn man eine quantenhafte (portionierte) Emission und Absorption elektromagnetischer Strahlungsenergie durch den schwarzen Strahler voraussetzt. Nach dieser Voraussetzung wird die Energie einer elektromagnetischen Welle der Frequenz $\nu$ als gequantelt angenommen; d.h. die Energiewerte sind ganzzahlige Vielfache der Größe $h\cdot \nu$, wobei $h$ das Plancksche Wirkungsquantum bezeichnet. Man kann hierbei von der berühmten Lichtquantenhypothese sprechen.

Albert Einstein nutzte diese Vorstellung der Quantelung elektromagnetischer Strahlungsenergie später, um den Photoeffekt zu erklären. Ein weiteres Beispiel für die Quantelung von Energie findet man im Bohrschen Atommodell, wenn man sich die Übergänge zwischen den erlaubten Elektronenbahnen anschaut.

1925 lieferte Werner Heisenberg, von dem auch die Unschärferelation stammt, mit seiner Matrizenmechanik die erste mathematische Formulierung der Quantentheorie. Ein Jahr darauf folgte ihm Erwin Schrödinger mit der sogenannten Wellenmechanik der Quantentheorie. Man konnte zeigen, dass beide Theorien der Quantenmechanik zueinander äquivalent sind.

Auffällig in der Quantentheorie ist die Doppelnatur der Materie und Strahlung, die wir als Dualismus bezeichnen wollen. So werden wir zum Beispiel sehen, dass elektromagnetische Strahlung neben den üblichen Welleneigenschaften auch Teilcheneigenschaften zeigt.