Ernst Hügli, Physiker und Bezirksschullehrer
Exotisch, aber nützlich: Quantentheorie

Zu Beginn des 20. Jh. wurden die Vorstellungen der Physiker durch zwei Theorien umgekrempelt: Relativitätstheorie und Quantentheorie. Letztere nehmen wir genauer unter die Lupe.

Zunächst skizzieren wir das Weltbild der Physiker am Ende des 19. Jh. Die wesentlichen Fragen schienen geklärt, die Himmelsmechanik als Teil dieser Wissenschaft hatte 1846 mit der Entdeckung des Planeten Neptun gerade ihren Höhepunkt erlebt: Diese Entdeckung beruhte nur auf präzisen Berechnungen. Die scheinbar wenigen, noch verbliebenen offenen Fragen der Physik schienen keine grosse Herausforderung mehr zu bergen. Doch es kam ganz anders: Die Beschäftigung mit diesen Problemen stellte alles in Frage, was bisher als gesichertes physikalisches Wissen gegolten hatte.
Die Quantentheorie widmete sich der Beschreibung der kleinsten Bausteine der Materie: der Atome, Atomkerne und der Elementarteilchen. Da trafen die Physiker auf Verhaltensweisen, die allem zu widersprechen schienen, was man von der klassischen Physik wusste. So exotisch die Gesetze und das Verhalten auch waren, so praktisch erwies sich die neue Theorie: Ohne die auf der Quantentheorie basierende Festkörperphysik wäre die moderne Elektronik undenkbar. Und ohne Elektronik, Computer und Smartphones können wir uns ein Leben kaum mehr vorstellen. Doch auch unser Verständnis vom Kosmos, seinem Werden und damit letztlich von der Entstehung unseres Sonnensystems und des Lebens auf der Erde ist durch die Quantentheorie entscheidend beeinflusst worden. Dabei wurden auch scheinbar unmögliche Phänomene wie etwa die Verschränkung zwischen zwei Elektronen gefunden, die den Physikern immer noch Rätsel aufgeben. Und bereits redet man davon, die Quantentheorie selber zum Bau noch leistungsfähigerer Computer zu nutzen – den sog. Quantencomputern.
Männer wie Max Planck, Nils Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und zahlreiche andere haben an dieser Theorie gearbeitet und sie bis zu ihrem heutigen Stand gebracht. Ein Blick auf diese „Jungen Wilden der Physik“ lohnt sich.
Ohne den mathematischen Formalismus der Theorie zeigen wir in einem Streifzug, was Quantentheorie ist, welche Phänomene sie erklären kann und wo man immer noch an Grenzen stösst. Für Astronomen besonders interessant ist das Teilgebiet der Spektroskopie, auf das wir kurz eingehen werden. Mathematische oder physikalische Vorkenntnisse sind nicht nötig – hingegen Neugier und die Bereitschaft, sich auf unorthodoxe Ideen einzulassen.