Warum dieser Name?

Am 11. November 2008 wurde ich in einem anderen Blog kritisiert, weil ich dort über blaue und rote Photonen geschrieben hatte.

Anwender kardinal schrieb:
Ich mag es nicht, wenn irgendjemand über ”rote/blaue Photonen” schreibt.
Einem Physiker ist es definitiv nicht erlaubt, sich so auszudrücken…

und kurz darauf …

Ein Photon hat keine Farbe, es ist ein Elementarteilchen, wie ein Elektron,
Neutron, Proton oder Positron. Kaum jemand würde behaupten wollen, ein
Elektron sei blau oder rot…

Kein Physiker würde sich einen solchen Übertritt erlauben.

Selbst ein Physiker fühlte ich mich angegriffen und beleidigt, und ich beschloß, sollte ich je ein Blog starten, so wäre dies mein gewählter Titel. Aber als einer der überlebenden Web 1.0-Anhänger weigerte ich mich beharrlich, auf den Web 2.0-Zug aufzuspringen. Seit kurzem habe ich jetzt ein Facebook-Konto und jetzt habe ich also auch mit einem Blog angefangen.

Gibt es grüne Photonen?

Die Physik hat zwei Modelle, das Verhalten von Licht zu beschreiben: als elektromagnetische Welle und als Teilchen. Beide Modelle schließen sich gegenseitig aus — es gibt Phänomene, die jeweils durch das eine Modell erklärt werden können, aber nicht durch das andere. Im Wellenmodell wird Licht vor allem durch die Wellenlänge charakterisiert. Diese Wellenlänge läßt sich messen, und diese Messung ergibt für den sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums Werte zwischen ungefähr 400 nm und 750 nm. Wir sehen Licht mit Wellenlängen um 450 nm als blau, mit Wellenlängen um 550 nm als grün, um 580 nm als gelb und über 610 nm als rot — die Farben des Regenbogens.

Dies war der Stand des Wissens, bis in den Jahren 1900-1905 Max Planck und Albert Einstein mit der Idee eines kleinsten Lichtteilchens zu spielen anfingen, dem Photon. Das Photon ist ein Elementarteilchen aus der Familie der Bosonen. Diese Quantentheorie des Lichts wurde notwendig, um u.a. den lichtelektrischen Effekt zu erklären: es spielt keine Rolle, wieviel Energie in Form von rotem Licht auf eine Metalloberfläche treffen, es lassen sich keine elektrischen Ladungen dazu bewegen, die Metalloberfläche zu verlassen. Verwendet man dagegen blaues Licht, so wird man einen Effekt beobachten. Dies steht im direkten Widerspruch zur klassischen Physik, wo es immer die Energiemenge ist, die einen Effekt hervorruft.

Die Lösung des Problems lag darin, anzunehmen, daß Lichtenergie in Form kleiner Pakete übertragen wird. Nur wenn die Energie in jedem einzelnen Paket hoch genug ist, können Metallelektronen dazu veranlasst werden, eine Metalloberfläche zu verlassen. Natürlich gibt es auch einen mathematischen Zusammenhang zwischen diesen Theorien: je kleiner die Wellenlänge des Lichts, desto höher die Energie der entsprechenden Photonen. Und zur Ehre von Max Planck trägt der Umrechnungsfaktor zwischen diesen Einheiten den Namen Planck’sches Wirkungsquantum, h.

Um zum Titel meines Blogs zurück zukommen: Photonen der Teilchentheorie, die grünem Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm entsprechen, besitzen jeweils eine Energie von 2.25 eV, oder 3.6·10^-19 J wenn man SI-Einheiten vorzieht. Diese Photonen besitzen die Fähigkeit, in der Netzhaut des menschlichen Auges eine bestimmte Gruppen von Zäpfchen zu reizen. Dieser Reiz wird dann von unserem Gehirn als grünes Licht interpretiert. Natürlich würde ich niemals angedeutet haben, daß Photonen in einer bestimmten Farbe angemalt wären — das wäre wirklich lächerlich. Aber wir sehen Photonen einer Energie um 2.2 eV als grün und daher ist es auch kein Übertritt, zwischen Photonen unterschiedlicher Energien zu unterscheiden, indem man sich auf die Farbe des Lichts bezieht, das sie beschreiben.

Denn wir dürfen nicht vergessen, daß sowohl das Wellenmodell, als auch das Teilchenmodell des Lichts nichts weiter sind, als Bilder, die sich unsere (Steinzeit-)Gehirne ausgedacht haben, um die Welt außerhalb unserer Schädel auch nur in groben Zügen erfassen zu können. Alle diese Modelle — egal wie ausgeklügelt sie sein mögen — sind nur Lügen für die Kinder in uns¹.

Also, worum geht es in diesem Blog?

Seitdem ich 1996 mit meiner Homepage auf Geocities angefangen habe, hatte ich hohe Ziele, was deren Inhalt angeht. Dieses Blog wird wohl auf Themen hinauslaufen, wie Elektronikprojekte, Bücher, die ich lese oder gelesen habe, Fotografie und Forschung, alles gewürzt mit einer guten Prise selbst gezüchteter Chilis.

Uppsala, 2010-02-23

Uwe

[1] lesenswert zum Thema „Lügen für Kinder“: Die Gelehrten der Scheibenwelt von Terry Pratchett, Ian Stewart und Jack Cohen.