demnächst Bedeutsames aus/über/zur

• das Licht
• die Newtonsche Mechanik
• der Thermodynamik
• der Relativität der Zeit
• der Atomphysik
• ....

Details

Geschrieben von: Karl Penzkofer

Kategorie: 100JahreQuantenphysik - onlineVersion

Veröffentlicht: 06. Februar 2026

Zugriffe: 33

Bis dato war geplant:
Im Kreuzgang des ehemaligen Benediktiner-Klosters in Oberalteich sollen von Teilnehmern einige - ca 8 - Workbenches zu "100 Jahre Quantenphysik" aufgebaut werden. Grundlage ist dabei, was bei jeder Arbeitsgruppe als Arbeitsauftrag formuliert ist. Die Erledigung der Arbeitsaufträge soll in den  - 4 -  Wochen zwischen den Arbeitsgruppensitzungen geschehen. Hilfreich wird dabei eine online-Plattform sein. Zum Termin eines jeden Workshops werden die Materialien im Nebenraum des Kreuzgangs gesammelt und dann von den Mitgliedern der jeweiligen Arbeitsgruppe redaktionell aufbereitet und auf einem Experimentiertisch präsentiert.

Seit dieser KW 6 ist klar, dass der Kreuzgang aus einsichtigen Gründen dafür nicht von der Stadt Bogen zur Verfügung gestellt werden kann. Nach kurzer Zeit des Nachdenkens war klar, dass die Arbeitsweise mit "von Arbeitsgemeinschaften erstellten Workbenches" auf ein online-Format umgestellt wird. Diese Umstellung hat sicher mehr Vor- als Nachteile. Das Konzept des Projekts "100 Jahre Quantenphysik" bleibt aber erhalten, ebenso die Einladung zur Mitarbeit, sei es fachlich oder redaktionell! Der Zeitrahmen bleibt das Jahr 2026 - einschließlich einer öffentlichen Schlussveranstaltung -, ca 100 Jahre nach der für die Entwicklung der neuen Physik so wichtigen fünften Solvay-Konferenz 1927. Solvay ist ein börsennotierter belgischer Chemiekonzern, der 1863 gegründet wurde. Der Sitz des Unternehmens befindet sich in Brüssel.

Packen wir es an!

Beginnend mit dem Postulat der Quantisierung der Hohlraumstrahlung lieferte die Creme europäischer Physiker Epoche bildende Beiträge zu einer völlig neuen Physik, eben der Quantenphysik. Für dieses Projekt des Kulturfördervereins Joseph Schlicht fiel die Wahl auf folgende Physiker:

Die Reihenfolge der Bilder ist am Erscheinungsjahr der jeweiligen Forschungsarbeit orientiert.

WS 1	WS 2	WS 3	WS 4	WS 5
Max Planck (1858-1947)	Albert Einstein (1879-1955)	Niels Bohr (1885-1962)	Louis de Broglie (1892-1987)	Werner Heisenberg (1901-1976)
Strahlungsgesetz 1895 Nobelpreis1919	lichtelektr. Effekt 1905 Nobelpreis 1921	Bohrsches Atommodell 1913 Nobelpreis 1922	Materiewellen 1924 Nobelpreis 1929	Unschärferelation 1927 Nobelpreis 1933

WS 6	WS 7	WS 8	WS 9	WS 10
				Bildquelle: GodanyLouis de BroglieLouis de Broglie
Erwin Schrödinger (1887-1961)	Paul Dirac (1902-1984)	Max Born (1882-1970)	John Stewart Bell (1928-1990)	Anton Zeilinger (*1945) Markus Aspelmeyer (*1974)
Wellenfunktion 1926 Nobelpreis 1933	Dirac-Gleichung 1928 Nobelpreis 1933	Statistische Interpretation der Wellenfunktion 1926 Nobelpreis 1954 (gemeinsam mit Walther Bothe)	Bellsche Ungleichung 1964, Erfinder der zweiten Quantenrevolution, 1990 für den Nobelpreis vorgeschlagen	Quantenteleportation 1997 Nobelpreis 2022

Die Bilder sind i. d. R. mit der Lizenz "gemeinfrei" ausgestattet, zB das Foto "Erwin Schrödinger" oder John Bell. Die Lizenz CC BY 4.0 des Bildes von Anton Zeilinger mit Bildquelle "Godany" sollte für die Zwecke des Projekts "100 Jahre Quantenphysik" genügen.

Diese Liste ist für Erweiterungen offen, zB für den in Straubing geborenen und vor 200 Jahren in München verstorbenen Joseph von Fraunhofer.
Die Struktur des Projekts ist durch Beiträge der abgebildeten Physiker gegeben, die Arbeitsweise soll in Arbeitsgemeinschaften geschehen, die detaillierte Arbeitsaufträge im online-Format erledigen.
Zum Abschluss des Projekts ist für den Herbst 2026 eine live-Veranstaltung geplant, in der ausgewählte Beiträge detailliert vorgestellt, aber auch konkrete Experimente vorgeführt werden sollen.

Details

Geschrieben von: Karl Penzkofer

Kategorie: 100JahreQuantenphysik - onlineVersion

Veröffentlicht: 04. Februar 2026

Zugriffe: 79

In diesem Beitrag zum Projekt "100 Jahre Quantenphysik" sollen nun Details der Planckschen Untersuchungen einige Zugänge und Anwendungen dargestellt werden:

Messung	Rayleigh-Jeans	Wien	Planck
	zu hohe Werte im kurzwelligen Bereich: UV-Kathastrophe	zu niedrige Werte im langwelligen Bereich

• ein formaler Zugang zur Überwindung der Schwächen von Rayleigh-Jeans und Wien:
  
  Diese Graphik wurde mit dem GRAPHER des MAC erstellt. Der "Buckel" entsteht durch Multiplikation von zwei modifizierten Potenz- bzw. Exponentialfunktionen, kann aber sicher nicht die Originale Strahlungsformel darstellen.
•  

• konkrete Herleitung, aber Vorsicht, weil ziemlich viel Mathematik und Zeit (ca 15 min) und hin und wieder Werbung ... Aufrufbar mit Click auf den Screenshot! Quelle: https://www.youtube.com/@think_logic sehr empfehlenswert:  Think Logic 40.600 Abonnenten

• Anwendungsbeispiele

  Oberflächentemperatur der Sonne
  	Das Maximum der 5777 K - Kurve liegt im Bereich des grüngelben Sonnenlichts.
  Lichtausbeute div. Lichtquellen
  Glühwedel vs LED Beispiele mit eigenen Realisierungen Planckscher Strahlungskurven mit dem GRAPHER auf einem MAC: Allerdings sind die Darstellungen schon sehr fragil, vielleicht wg. der Verwendung realer Daten der Konstanten h, c, k .... Auch möchte ich schon die doppelt logarithmische Darstellung mal ausprobieren - der GRAPHER kann es: Anmerkung: Würde mich darüber freuen, wenn 'Fachleute' sich dies kritisch anschauen würde, insbesonders weil der Glühdraht hier wie ein schwarzer Körper betrachtet wird ... Weitere Beispiele für LED-Beleuchtung Diese LED ersetzt sog. Halogenstrahler in Baulampen. Durch Verwendung eines kompakten Quarzglaskolbens und Zugabe des Halogens Iod lassen sich Glühlampen konstruieren, die auch bei erhöhten Betriebstemperaturen von 2800 bis 3100 K eine Lebensdauer von 2000 bis 5000 Stunden haben.  Heutzutage kann man in diese Baustrahler auch LED-Strahler der Bauweise R7S einsetzen. Deren Licht-Energieausbeute erreicht bei einer Leistungsaufnahme von 14 Watt 1600 Lumen und entspricht somit der Lichtleistung eines konventionellen Halogen Stab mit Leuchtmittel R7s 100 W 78 mm 230V 100 Watt, allerdings vom Energielabel G. Warum der nebenstehend abgebildete LED-Stab nur Energielabel E erreicht? Die Erklärung:  Das Energielabel E bei modernen LED-Leuchtmitteln (nach der EU-Reform ab September 2021) bedeutet eine Lichtausbeute von 110 bis 135 Lumen pro Watt. Trotz der Einstufung im unteren Bereich sind diese Lampen oft sehr effizient, da die Kriterien verschärft wurden und viele ehemalige A- oder B-LEDs nun in E fallen, was dennoch sparsamer als alte Halogenlampen ist.       demnächst weitere Anwendungen der Quantenphysik	Glühwedel 220 V, 60 W, 800 K //   LED: 15000 h, 12 Watt,  warmweiß (2.700 K)     Der größte Teil der Strahlungsenergie liegt im Infrarot-Bereich, steht also für Beleuchtung nicht zur Verfügung. Erst ab T =3000 K liegt ein großer Teil der Strahlungsenergie im Bereich sichtbaren Lichts Dieses Experiment sollte schon real durchgeführt werden. Ein Thermometer ist schon besorgt: Später: Herstellung von LED - Light Emitting Diods - mit gewünschten Eigenschaften, zB 'warmweiß' behandeln: LED's, welche direkt weißes Licht aussenden, kann es wg. der LED-Technik prinzipiell nicht geben, weil weißes Licht eine Mischfarbe ist, z.B. aus rot, grün und blau dazu: Zwar gibt es seit 1992 leistungsstarke blue LED: "In 1992, Japanese inventor Shuji Nakamura, while working at Nichia Chemicals, invented the first blue semiconductor LED using an InGaN active region, GaN optical guide an AlGaN cladding, and four years later, the first low-power blue laser; eventually receiving the Millennium Technology Prize awarded in 2006, and a Nobel Prize for Physics along with Professor Isamu Akasaki, and Hiroshi Amano in 2014 for this invention." Umrechnung von Watt in Lumen          60 W (Glühlampe) ≈ 700–900 lm oder          1000 lm ≈ 120 W Entscheidend für die Energieeinsparung ist aber die Umrechnung in Strom in Ampere und die Verteilung des Lichtstroms im Raum! https://www.light11.de/lightmag/lumen-watt-umrechnen/

  
  
  
  

  Vita 1. Herkunft und Ausbildung (1858–1879)  Max Planck wurde am 23. April 1858 in Kiel in eine traditionsreiche Gelehrtenfamilie geboren.  Schulzeit: Nachdem die Familie 1867 nach München umgezogen war, besuchte er das Maximilians-Gymnasium, wo er im Alter von nur 16 Jahren das Abitur ablegte. Studium: Er studierte Physik und Mathematik in München und Berlin (unter anderem bei Helmholtz und Kirchhoff). Promotion: 1879 promovierte er mit einer Arbeit über den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, ein Thema, das sein gesamtes wissenschaftliches Leben prägen sollte.  2. Die wissenschaftliche Karriere & die Quanten (1885–1918)  Professuren: Über Stationen in Kiel (1885) gelangte er 1889 an die Friedrich-Wilhelms-Universität Berlin, wo er die Nachfolge von Gustav Kirchhoff antrat. Das Plancksche Strahlungsgesetz (1900): Am 19. Oktober 1900 präsentierte er seine Formel zur Wärmestrahlung. Um diese physikalisch zu erklären, musste er die Annahme treffen, dass Energie nicht kontinuierlich, sondern in festen Paketen – den Quanten – abgegeben wird. Dies markiert die Geburtsstunde der modernen Physik. Nobelpreis: Für diese Entdeckung des planckschen Wirkungsquantums (h) erhielt er 1918 den Nobelpreis für Physik.  3. Wirken als Wissenschaftsorganisator (1911–1937)  Planck war eine zentrale Identifikationsfigur der deutschen Wissenschaft:  KWG-Präsident: Von 1930 bis 1937 war er Präsident der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft (KWG), der Vorgängerin der heutigen Max-Planck-Gesellschaft. Beziehung zu Einstein: Er war einer der ersten, der die Bedeutung der Relativitätstheorie erkannte, und holte Albert Einstein 1914 nach Berlin.  Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften +4 4. Planck in der NS-Zeit (1933–1945)  Plancks Haltung während des Nationalsozialismus war von einem Spagat zwischen Pflichterfüllung und stillem Widerstand geprägt:  Interventionen: Er versuchte erfolglos, bei Hitler persönlich gegen die Entlassung jüdischer Wissenschaftler zu protestieren. Verbleib im Amt: Er blieb im Amt, um die deutsche Wissenschaft vor dem völligen Zerfall zu bewahren („Ausharren“), was ihm später teils als zu nachgiebig ausgelegt wurde.  5. Persönliche Tragödien & Lebensabend (1945–1947)  Sein Privatleben war von schweren Verlusten gezeichnet:  Seine erste Frau starb früh (1909); er heiratete später erneut. Alle vier Kinder aus erster Ehe verstarben vor ihm: Sein Sohn Karl fiel im Ersten Weltkrieg, seine Töchter Grete und Emma starben bei Geburten, und sein Sohn Erwin Planck wurde 1945 wegen Beteiligung am Attentat auf Hitler hingerichtet. Gründung der MPG: Nach dem Krieg war er maßgeblich an der Neuorganisation der Forschung beteiligt. 1948 wurde die KWG ihm zu Ehren in Max-Planck-Gesellschaft umbenannt.  Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften +4 Max Planck verstarb am 4. Oktober 1947 in Göttingen. Einblicke in seine Gedankenwelt bietet seine Wissenschaftliche Selbstbiographie.  Soll ich näher auf seine spezifischen physikalischen Formeln oder auf die Gründungsgeschichte der Max-Planck-Gesellschaft nach 1945 eingehen?

  
  
  
• fünfte Solvay-Conference 1927 - Max Planck erste Reihe 2. von rechts  (mit Hut) - Das Bild ist gemeinfrei!

Teilnehmer der Konferenz waren: Stehend von links nach rechts: Auguste Piccard, Émile Henriot, Paul Ehrenfest, Édouard Herzen, Théophile de Donder, Erwin Schrödinger, Jules-Émile Verschaffelt, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg, Ralph Howard Fowler, Léon Brillouin

In der zweiten Reihe sitzend von links nach rechts: Peter Debye, Martin Knudsen, William Lawrence Bragg, Hendrik Anthony Kramers, Paul Dirac, Arthur Holly Compton, Louis-Victor de Broglie, Max Born, Niels Bohr

In der ersten Reihe sitzend von links nach rechts: Irving Langmuir, Max Planck, Marie Curie, Hendrik Antoon Lorentz, Albert Einstein, Paul Langevin, Charles-Eugène Guye, Charles Thomson Rees Wilson, Owen Willans Richardson

Details

Geschrieben von: Karl Penzkofer

Kategorie: 100JahreQuantenphysik - onlineVersion

Veröffentlicht: 04. Februar 2026

Zugriffe: 109

Der photo-elektrische Effekt

Als Albert Einstein um 1905 vorschlug, dass Lichtteilchen in der Art der Planckschen Strahlungsteilchen nur in quantisierter Form Energie aufnehmen oder abgeben können sollen, steckte die Quantenphysik noch tief in den Kinderschuhen.  Albert Einstein schlug also vor, dass es sich bei den Planckschen Energie-Quanten nicht um eine bloße Rechengröße (Hilfsgröße H/h) handele, sondern dass das Strahlungsfeld des Lichtes selbst aus Quanten bestehe, also Licht sowohl Wellencharakter als auch Teilchencharakter habe. Mit dieser Hypothese gelang es ihm 1905 (!), die experimentellen Befunde des äußeren photoelektrischen Effektes zu erklären. Für diese Arbeit erhielt Einstein 1921 den Nobelpreis. Später wurde für die Lichtquanten der Begriff Photonen eingeführt. Mit der von Planck selbst als Hilfsgröße 'h' bezeichneten Naturkonstante konnte Einstein den lichtelektrischen Effekt, der mit der Vorstellung des Lichts als Welle der Frequenz f bzw Wellenlänge λ = c/f oder f = c/λ nicht zu erklären war, überzeugend deuten. Dafür erhielt er im Jahre 1921 (!)  den Nobelpreis, und nicht für 'seine' spezielle Relativitätstheorie.
(Quelle: Wikipedia)

E_auf,ab = h*f = h*(c/λ)

Die Begriffe c für die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle und der Wellenlänge λ waren seit dem 17. Jahrhundert etwa durch Hyugens allgemein bekannt.

Vermutlich steht dem Projekt des Schlichtvereins nicht die Leybold-Schul-Ausstattung zum lichtelektrischen Effekt - zB Fotozelle ca 800 € - zur Verfügung. Allerdings sollte die Demonstration des äußeren photo-elektrischen Effekt wie er auch genannt wird auch mit einfachen Mitteln nach Hallwachs gelingen:

Die bei diesem Experiment mögliche Bestimmung der Planckschen Wirkungskonstante h benötigt konkrete Messergebnisse und ein wenig Mathematik.

Material für ein home-Experiment: 

Elektroskop, Zinkscheibe, Fell und Stab oder Acrylglas und Leder für elektrostatische Aufladung, Glimmlampe, Lichtquelle (Hg-Lampe und LaserPointer)

Vita

Quelle: Google-KI-Abfrage

• Geburt & Kindheit: Geboren am 14. März 1879 in Ulm, wuchs Einstein in München auf. Schon früh zeigte er ein tiefes Interesse an Naturerscheinungen, etwa durch die Faszination für einen Kompass.
• Schulzeit: Entgegen dem Mythos war er kein schlechter Schüler, passte sich jedoch schwer dem autoritären Schulsystem des Kaiserreiches an und brach das Gymnasium in München vorzeitig ab.
• Studium: Nach dem Erwerb der Matura in der Schweiz (Aarau) studierte er von 1896 bis 1900 Mathematik und Physik am Polytechnikum in Zürich (heute ETH). 
  
  
  Das „Wunderjahr“ 1905 

• Die Spezielle Relativitätstheorie (inklusive der Formel
  𝐸=𝑚𝑐2
  ).
• Die Erklärung des photoelektrischen Effekts Dafür erhielt er 1921 den Nobelpreis und nicht für 'seine' spezielle Relativitätstheorie.
• Arbeiten zur Brownschen Molekularbewegung. 
  
  

• Akademischer Aufstieg: Er wurde Direktor am Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik in Berlin. 1916 vollendete er die Allgemeine Relativitätstheorie, die Gravitation als Krümmung der Raumzeit beschreibt.
• Superstar der Wissenschaft: 1919 bestätigte eine Sonnenfinsternis-Expedition seine Vorhersagen zur Lichtablenkung, was ihn weltweit berühmt machte.
• Nobelpreis: Am 10. Dezember 1922 wurde ihm der Nobelpreis für Physik (rückwirkend für 1921) verliehen. 
  
  

• Flucht vor den Nazis: Aufgrund seiner jüdischen Herkunft und seiner pazifistischen Haltung wurde er von den Nationalsozialisten angefeindet. Er kehrte 1933 von einer USA-Reise nicht nach Deutschland zurück und wurde 1934 offiziell ausgebürgert.
• Princeton: Er fand eine neue Heimat am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey. Dort widmete er sich der Suche nach einer "Einheitlichen Feldtheorie".
• Politisches Engagement: Obwohl Pazifist, warnte er 1939 Präsident Roosevelt vor der Gefahr einer deutschen Atombombe, was indirekt zum Manhattan-Projekt führte. Später setzte er sich vehement für Abrüstung und Weltfrieden ein. 
  
  

Details

Geschrieben von: Karl Penzkofer

Kategorie: 100JahreQuantenphysik - onlineVersion

Veröffentlicht: 06. Februar 2026

Zugriffe: 28

Vielleicht hatte Joseph John Thomson im Jahr 1903 (!) seine Idee vom Aufbau der Atome beim Frühstück anl. eines Besuches in München als korrespondierendes Mitglied der Bayerischen Akademie der Wissenschaften. Jedenfalls wurde seine Idee bekannt als das sogenannte Rosinenkuchenmodell:

Dabei zerlegte er das elektrische neutral Atom in einen positiven Bereich, darin eingebettet die negativen Rosinen.

Erst John Rutherford erkannte um das Jahr 1010, dass ein Atom der Größenordnung von 20-20 m weitgehend "leer" sein musste:

Nur etwa jedes 100.000ste Alpha-Teilchen wird um 90 Grad oder mehr abgelenkt.
Also, so folgerte er, hat ein Atom einen sehr kleinen positiv geladenen Kern, welcher von sehr kleinen negativ geladenen Elektronen umkreist wird, so wie ein kleiner Satellit oder der Mond - könnten man heute sagen - die Erde umkreist, oder die Planeten die Sonne,

Nur, schon Heinrich Hertz (1857-1890) wusste seit Experimenten mit einem Dipol, dass beschleunigte Ladung Energie abstrahlt. Damit konnte das Rutherfordsche Atom nie und nimmer stabil sein, das Elektron müsste unmittelbar und sofort in den Kern stürzen. Es gäbe so überhaupt keine Materie.

Erst Niels Bohr konnte das Problem wie den berühmten gordischen Knoten mit einem Schlag, besser Postulat, lösen:

Niels Bohr: Elektronen bewegen sich auf "Schalen" strahlungsfrei, welche von "innen" nach "außen" mit 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p usw nummeriert werden. Durch Energiezufuhr könnten sie höhere Schalen erreichen strahlen diese charakteristische Energie in charakteristischen Farben ab. Zum Beispiel sorgt im Feuerwerk Kupfer für grünes Licht!

Andere 'Salze' ergeben andere Farben:

Sonnenlicht scheint weiß zu sein, weil an der Sonnenoberfläche viele Atome charakteristisches Licht abstrahlen. Manche Lichtquanten können aber die Sonne nicht verlassen. Deshalb fand Fraunhofer im Sonnenspektrum charakteristische schwarze Linien:

Die Linien entstehen überwiegend durch Resonanzabsorption der Gase in der Sonnen-Photosphäre, teilweise aber auch durch Absorption an den Gasen der Erdatmosphäre (sog. „tellurische Linien“).

Bild- und Textquelle: Wikipedia

Eine tiefere Begründung der Bohrschen Postulate lieferte die Quantenphysik mit ihren Quantenzahlen.

Erwähnenswert ist sicher ... Balmer-Serie ....

Details

Geschrieben von: Karl Penzkofer

Kategorie: 100JahreQuantenphysik - onlineVersion

Veröffentlicht: 13. Februar 2026

Zugriffe: 7