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Das Korpuskel lebt!
Verkürzt stellen wir es einfach einmal in den Raum: Isaac Newton hat vor gut 300 Jahren die Physik erfunden. Gut, er war nicht der Erste, der sich fragte, wie die Welt funktioniert, er war auch nicht der Erste, der ganz befriedigende Antworten fand. Aber mit seinen Gesetzen zur Bewegungslehre und der Schwerkraft brachte er einen ganz neuen Stil in die Gemeinde derer, die sich später Wissenschaftler nannten. Auch Newton plagte die Frage, was Licht denn nun sei. Er hielt sich dabei an dem, was bei seiner Beschreibung des Planetensystems so erfolgreich war: Licht besteht aus "Korpuskeln", kleinsten Teilchen.

 
 
 
Rolf Berger und Frank Krämer bei der Vorbereitung
 

Doch kehren wir von der Frage "Was ist Licht?" zu "Wer ist Rolf Berger?". Dr. Rolf Berger (32) von der Universität Köln. Seit drei Jahren Leiter der Vorlesungssammlung der Kölner Physik. Und auf kleiner Deutschlandtournee - von Köln nach Hamburg. Ziel ist das Zelt vor der Ausstellungshalle von 'Licht der Zukunft'. Eingeladen wurde er von DESYs langjährigem Fortbildungbeauftragten Dr. Hans Christian Dehne. Der Weg ist weit. Der Aufwand groß. "Das machen wir nie wieder!", klagt Rolf Berger zunächst noch, nachdem er aus dem Inneren eines luftgefederten 16-Tonners eine ungeheuere Zahl von absonderlichen und teilweise schon Angst einflößenden Instrumenten zum Vorschein brachte. Entstanden ist die Show im Rahmen einer Weihnachtsvorlesung in Köln: Es wird blitzen, sprühen, leuchten und knallen. Doch zunächst heißt es: Aufbauen! Bis zur Show "Das Korpuskel lebt!" sind es nur noch knappe 30 Stunden.

 
 
 
Welle hinter einem Hindernis
 

Mehr Zeit blieb dem niederländischen Physiker Christiaan Huygens. Er entwickelte eine Konkurrenz-Idee zu den Korpuskeln seines englischen Zeitgenossen Newton. Danach bestünde Licht nicht aus Teilchen. Vielmehr sei es eine Welle, die sich durch einen unsichtbaren Licht-Äther ausbreitet - ganz so, wie es Schallwellen durch den Träger Luft tun. Das Erkenntnis-Vorrundenspiel "England-Niederlande" gewann jedoch Newton mit 3:2. Beide Theorien konnten Phänomene wie Spiegelung und Brechung von Licht erklären. Noch unentschieden! Doch bei einer Wellentheorie dürften sich keine scharfen Schatten hinter Hindernissen bilden, wenn man sie dem Licht in den Weg stellt. Wie bei Wasserwellen hinter einer Mole sollten sich ein diffuser Mischbereich zwischen Hell und Dunkel bilden. Dies schien aber nicht der Fall zu sein. Zunächst. Erst hundert Jahre später sollte die Wellentheorie eine zweite Chance bekommen.

 
 
 
Rolf Berger bei der Arbeit
 

Die hat nicht jeder: Die Vorbereitungen zu DESYs Experimental-Vorlesung "Das Korpuskel lebt!" sind im vollen Gange und voller Gewissenhaftigkeit: "Wenn das eine gute Show werden soll, muss das alles beim ersten Mal funktionieren. David Copperfield kann ja auch nicht noch einmal von vorne anfangen, wenn's zunächst nicht klappt.", sagt Vorlesungsmeister Frank Krämer (35), der Rolf Berger auf seiner Reise nach Hamburg begleitet. Der erste Sicherungstest ist bestanden: "Dieses Netzteil haben wir aus dem Keller. Es versorgt die Xenon-Bogenlampe mit 83 Ampère. Wenn die Sicherungen das schaffen, sind wir über dem Berg.", hofft Berger. Es klappt. Die Lampe leuchtet in hellem Weiß.

 
 
 
Ein typisches Interferenzmuster
 

Schatten hingegen fiel auf die Korpuskel-Idee, als der Engländer Thomas Young 1801 entdeckte, dass man Licht manchmal vergebens sucht, wo es im Grunde richtig hell sein sollte. Mit seinem Doppelspalt-Experiment brachte er neuen Wind in die Welle-Teilchen-Debatte. Denn das Phänomen, das er beobachtete, die Interferenz, kommt nur bei Wellen vor (sie Exkurs: Eins und Eins ist Null). Punktsieg für die Wellentheorie. Das Korpuskel schien tot. Erst recht, als James Clerk Maxwell fünfzig Jahre später die komplette Theorie zum Licht lieferte, nach der es sich um eine elektromagnetische Welle handelt.

 
 
 
Noch ist Anfassen erlaubt.
 

Mit gewaltiger Elektrizität haben es Rolf Berger und Frank Krämer zu tun. Und vor dem selbst gebauten Tesla-Transformator, der bei der Show für meterlange Blitze sorgen wird, scheint auch Frank Krämer Ehrfurcht zu haben: "Das ist ein Experiment, bei dem ich nur davon abraten kann, den falschen Schalter zur falschen Zeit zu drücken." Die riesigen Entladungen kommen eben nicht von ungefähr und sind auch nicht ganz ungefährlich: "Das hier ist anders als beispielsweise beim PC daheim. Der fragt einen zwar immer wieder, ob man 'wirklich sicher' sei. Aber wie häufig drückt man dann die Enter-Taste, ohne sich den Folgen bewusst zu sein? Schlimmstenfalls sind dann die Daten weg. So was können wir uns hier nicht leisten." Und in der Tat, dann wird lieber auch ein drittes Mal nachgefragt, ob das Erdungskabel richtig verbunden ist. Es wird ein weiterer Feuerlöscher bestellt - nur für den Ernstfall: "Passiert ist zum Glück noch nie etwas."

 
 
 
Ist der Transformator erst einmal in Betrieb heißt es: Finger weg!
 

Als Retter in der Not trat im Jahr 1900 auch Max Planck auf, um ein Feuer ganz anderer Art zu löschen: die so genannte Ultraviolettkatastrophe. Worum es dabei ging? Heiße Körper wie glühende Herdplatten strahlen Licht aus. Für dieses Verhalten hatten Physiker Gleichungen entwickelt, die im langwelligen Bereich sehr gut mit der Wirklichkeit übereinstimmten. Bei kurzen Wellenlängen passte es jedoch vorne und hinten nicht. Hier sagte das Modell einen unendlichen Anstieg voraus, was ihm eine recht geringe Lebenserwartung bescherte. Auf der Suche nach einem Ausweg stieß Planck auf die Idee, dass das Licht (also das elektromagnetische Feld) und der heiße Körper Energie nur in bestimmten Portionen austauschen können. Das ergab Gleichungen, die stimmten. All das ließ aber auch die vage Erinnerung aufkommen, dass Licht irgendwie doch aus Teilchen bestünde. Das Korpuskel war wieder da und hörte später auf den Namen "Photon" (siehe Wie Photonen zu ihren Namen kamen.).

 
 
 
Schmorgurken à la Berger
 

Die Korpuskeln ziehen sich auch durch den ganzen Abend in DESYs Veranstaltungszelt. Der ist proppevoll. Es knallt, zischt und stinkt zuweilen. Zum Beispiel, wenn es Schmorgurken à la Berger gibt. Für die braucht man nur die nötige Hochspannung. Dafür leuchten die gewöhnlichen Gewürz-Gurken dann auch im Dunkeln. Nichts ist richtig ernst. Da werden Leuchtstoffröhren ohne Kontakt zu einer Steckdose zum Leuchten gebracht. Es ziehen meterlange Blitze durch das Zelt. Der eine hätte vielleicht gerne ein wenig mehr Erklärung gehabt über das, was da abgeht. Aber die kann man ja auch im Anschluss an den Vortrag erfragen.

 
 
 
In der Nähe eines Tesla-Transformators leuchten Leuchtstoffröhren ganz von alleine.
 

Für seine Erkärung des Photoeffekts erhielt Albert Einstein 1921 den Nobelpreis. Dabei schloss er an Plancks Arbeiten an und griff auf Lichtpakete zurück (siehe Experiment zum Anfassen). Eine neue Ära hatte begonnen. Physiker begannen sich damit abzufinden, dass Licht manchmal wie eine Welle ist und ein andermal das Korpuskel zum Vorschein kommt. Das ist kein Widerspruch! Es sind halt die beiden Seiten einer Medaille. Ganz so, wie ein Ring von der einen Seite wie ein Strich aussieht, von einer anderen jedoch wie ein Kreis. Dabei ist er weder Kreis, noch Strich, sondern eben ein Ring. Wir Menschen sind nicht gewohnt, quantentheoretisch zu denken. Wir sehen entweder Kreis oder Strich. Und so kam Niels Bohr, einer der Väter der Quantentheorie, zum Schluss: "Jeder, den die Quantentheorie nicht schockiert, hat sie nicht verstanden."

 
 
 
320 Personen verfolgten gespannt die Show.
 

Natürlich wird Niels Bohr auch von Rolf Berger bei "Das Korpuskel lebt!" gewürdigt: "Er hat ja auch eine Maschine erfunden: die Bohr-Maschine". Das Publikum lacht. Und freut sich über die Reise durch Effekte und Phänomene. Physik mal nicht so trocken. Völlig entstaubt. Wissenschaft, die Spaß macht. Und bei der man dennoch das eine oder andere Interessante lernt. Schade eigentlich, dass die beiden nicht auf große Tournee gehen wollen ...