Albert Einsteins Jahr der Wunder: Lichttheorie

Auszug aus John Rigdens ‚Einstein 1905‘:

In der März-Arbeit von 1905 forderte Einstein direkt die Orthodoxie der Physik heraus: Orthodoxie, die seit über einem Jahrhundert gewachsen und gestärkt war; Orthodoxie, die auf Fundamentexperimenten und weitreichender Theorie beruhte.

Alle Physiker von 1905 wussten, was Licht ist. Ob von der Sonne oder einer Glühbirne, Licht war als Welle bekannt; das heißt, eine Folge von gleich beabstandeten Kämmen, die durch gleich beabstandete Täler getrennt sind, wobei der Abstand zwischen den Kämmen (oder den Tälern) die Farbe des Lichts bestimmt. Alle Wissenschaftler wussten ohne Zweifel, dass Licht von einer Quelle ausging, sich gleichmäßig und kontinuierlich durch den gesamten ihr zugänglichen Raum ausbreitete und sich als elektromagnetische Kämme und Täler von Ort zu Ort ausbreitete. Licht wurde als elektromagnetische Welle oder allgemeiner als elektromagnetische Strahlung bezeichnet. Im Jahr 1905 war die Wellennatur des Lichts eine etablierte, unbestreitbare Tatsache.

Angesichts dieses allgemein anerkannten Wissens schlug Einstein vor, dass Licht keine kontinuierliche Welle sei, sondern aus lokalisierten Teilchen bestehe. Wie Einstein in der Einleitung zu seiner März-Arbeit schrieb: „Nach der hier zu betrachtenden Annahme, wenn sich ein Lichtstrahl von einem Punkt aus ausbreitet, wird die Energie nicht kontinuierlich über immer größere Räume verteilt, sondern besteht aus einer endlichen Anzahl von Energiequanten, die in Punkten im Raum lokalisiert sind, sich bewegen, ohne sich zu teilen, und nur als Ganzes absorbiert oder erzeugt werden können.“

Dieser Satz wurde als „der revolutionärste“ Satz eines Physikers des 20.“

Im Mai 1905, bevor das Papier im Druck erschien, informierte er seinen Freund Conrad Habicht, dass ein bevorstehendes Papier über die Eigenschaften des Lichts „sehr revolutionär“ sei. Aus moderner Sicht waren mindestens drei von Einsteins Arbeiten von 1905 ähnlich innovativ, aber für Einstein im Jahr 1905 war es nur die „hier betrachtete Annahme „, die einen scharfen Bruch mit der etablierten Tradition darstellte. Es war damals revolutionär und es blieb revolutionär. Im Juni 1906 schrieb der zukünftige Nobelpreisträger Max Laue an Einstein, der Einsteins Annahme eindeutig bestritt:

“ Wenn Sie zu Beginn Ihrer letzten Arbeit Ihren heuristischen Standpunkt dahingehend formulieren, dass Strahlungsenergie nur in bestimmten endlichen Quanten absorbiert und emittiert werden kann, habe ich nichts dagegen einzuwenden; alle Ihre Anträge stimmen auch dieser Formulierung zu. Nun, dies ist keine Eigenschaft elektromagnetischer Prozesse im Vakuum, sondern der emittierenden oder absorbierenden Materie, und daher besteht Strahlung nicht aus Lichtquanten, wie es in s.6 Ihrer ersten Arbeit heißt; vielmehr verhält es sich nur dann, wenn es Energie mit Materie austauscht, als bestünde es aus ihnen.“

Laue war offenbar bereit zuzugeben, dass im Emissions- und Absorptionsprozess Lichtquanten beteiligt waren, aber darüber hinaus war er unnachgiebig: Licht reiste als Welle durch das Vakuum des Raumes, nicht als Quanten. Laue war nicht allein in seinem Glauben. Im Jahr 1905 war das Ausmaß von Einsteins Abkehr vom sanktionierten Glauben an Licht so beunruhigend, dass seine Teilchentheorie des Lichts zwei Jahrzehnte lang nicht akzeptiert wurde.