Planck’sches Wirkungsquantum – Die moderne Atomphysik begann heute vor 110 Jahren

Am 19. Oktober 1900 gab der deutsche Physiker Max Planck in der Physikalischen Gesellschaft in Berlin sein berühmtes Strahlungsgesetz bekannt, welches die Strahlung Schwarzer Körper (der Begriff wurde 1860 durch Gustav Kirchhoff geprägt) korrekt beschrieb, was auch sofort durch neue genaueste Messungen bestätigt wurde. Diese Formel hatte jedoch einen kleinen Schönheitsfehler. Sie enthielt eine Konstante, mit der niemand etwas Rechtes anzufangen wusste. Aber schon am 14. Dezember 1900, heute vor 110 Jahren, wieder in der Physikalischen Gesellschaft, konnte er eine theoretische Begründung vortragen, die der Konstanten den Rang einer universellen Naturkonstanten zuwies. Sie heißt heute das Planck’sche Wirkungsquantum und bedeutet, dass die Atome Energie nur in bestimmten kleinen Portionen (Quanten) aufnehmen oder abgeben können. Das war die Geburtsstunde der modernen Atomphysik und die Grundsteinlegung für die sich entwickelnde Quantenphysik. (Die Verwendung des Ausdrucks „Quantenphysik“ ist erstmals 1929 in Max Plancks Vortrag Das Weltbild der neuen Physik dokumentiert.) Max Planck erhielt 1918 für die Entdeckung des Planck’schen Wirkungsquantums den Nobelpreis für Physik.

Ab 1927 wurde versucht, die Quantenmechanik nicht nur auf Partikel, sondern auch auf Felder anzuwenden, woraus die Quantenfeldtheorien entstanden. Diese bilden die Grundlage aller Versuche, eine vereinheitlichte Theorie aller Grundkräfte (ToE) zu formulieren. Insbesondere bauen Supersymmetrie, Stringtheorie, Schleifenquantengravitation und Twistor-Theorie maßgeblich auf den Methoden und Konzepten der Quantenfeldtheorie auf.

Die Vereinheitlichung der drei Grundkräfte elektromagnetische, schwache (vereinheitlicht in elektroschwacher SU(2) × U(1) Eichtheorie) und starke Wechselwirkung (Quantenchromodynamik, QCD) ohne die Gravitation wird als große vereinheitlichte Theorie bezeichnet (GUT = Grand Unified Theory). Durch die Verwendung der Stringtheorie hofft man, die Gravitation miteinbeziehen zu können.


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