Otto Lummer - Leben und Wirken
Zum Verständnis seines Beitrages zur Herausbildung der Quantenphysik sind zunächst einige Anmerkungen zum sog. "Schwarzen Körper" notwendig.
Erhitzt man einen festen Körper, etwa ein Stück Eisen oder den Draht einer elektrischen Glühbirne, so wird zunächst die Rotglut erreicht, dann die Gelbglut und schließlich die Weißglut, bis endlich der Körper selbst schmilzt. Bereits 1792 soll der Porzellanfabrikant T.Wedgewood (ein Vorfahr von Charles Darwin) bemerkt haben, daß alle Körper bei derselben Temperatur die Rotglut erreichen1. Die Innentemperatur eines Ofens kann somit näherungsweise durch einen Blick in sein Inneres bestimmt werden.
Als Folge seiner Erwärmung sendet (emittiert) der Körper Licht aus als elektromagnetische Strahlung. Der für unser Auge wahrnehmbare, also sichtbare Bereich dieses elektromagnetischen Spektrums (Spektralbereich) liegt bei Wellenlängen zwischen "rot" und "blau-violett", zahlenmäßig etwa zwischen 800 und 400 nm (Nanometer). Daß es auch "unsichtbares" Licht gibt, wurde um 1800 entdeckt: Der ultraviolette (UV) Bereich mit Wellenlängen kleiner als 400 nm, also "über dem Violett" gelegen, wurde von J.W.Ritter in Thüringen (Jena/Gotha) bemerkt, der ultra- bzw. infrarote (IR) Bereich größer als 800 nm "jenseits des Roten" von W.Herrschel in England2.
Bereits aus der gewöhnlichen Erfahrung folgen zwei Eigenschaften dieser "Wärmestrahlung", gültig für alle festen Körper:
Ein "schwarzer Körper" ist nun ein solcher, der alle auf ihn einfallende elektromagnetische Strahlung vollständig verschluckt, also absorbiert. In diesem Sinne stellt die Eigenschaft "schwarz" auch keine (Spektral-)Farbe dar, im Gegensatz zu "rot" oder "grün", die ganz bestimmten Wellenlängenbereichen entsprechen (rot: 610-780 nm, grün: 490-560 nm), sichtbar etwa am Himmel bei der Aufspaltung des "weißen" Sonnenlichtes in die Farben des Regenbogens.
Das besondere Interesse an einem schwarzen Körper hing mit einem von R.KIRCHHOFF im Jahre 1859 aufgestellten Gesetz über das Verhältnis zwischen dem Absorptions- und dem Emissionsvermögen eines beliebigen Körpers zusammen, hergeleitet mit Hilfe der thermodynamischen Grundgesetze. Danach hängt die von einem solchen Körper emittierte Wärmestrahlung nur von zwei Größen ab, einmal von seiner Temperatur und zum anderen von der abgestrahlten Wellenlänge, entsprechend unseren obigen beiden Eigenschaften. Über den konkreten Verlauf dieser Abhängigkeiten in Gestalt einer STRAHLUNGSFORMEL sagte das Kirchhoffsche Gesetz jedoch nichts aus. Das Auffinden einer solchen wurde Ende des 19. Jahrhunderts zu einem der großen Themen der Naturwissenschaft.
Um 1895 wußte man schon etwas mehr über dieses Strahlungsgesetz. Es gab bereits das sog. STEFAN-BOLTZMANNSCHE Gesetz (1879), abgeleitet aus der Verknüpfung der Themodynamik mit der elektromagnetischen Theorie von J.C.MAXWELL (1864), wonach das Licht ähnlich einem Gas einen Druck ausübt (Lichtdruck). Danach wächst das totale (über alle Wellenlängen summierte) Emissionsvermögen proportional zur vierten Potenz der Temperatur.
Weiterhin war es 1893 W.WIEN gelungen, wieder mittels Thermo- und Elektrodynamik, noch bestimmte Verschiebungsgesetze aufzustellen, die etwas über das Verhältnis von Temperatur und Wellenlänge aussagten. Damit waren die Grenzen der damaligen Physik jedoch erreicht: Die Gestalt dieser Funktion ließ sich ohne neue Hypothesen nicht ermitteln!
Zwar gab es insbesondere von W.Wien Vorschläge hierzu, doch konnten diese nur durch sorgfältige experimentelle Untersuchungen bestätigt oder widerlegt werden. Über die notwendige technische Ausrüstung verfügte damals wohl nur eine Institution auf der Welt, die PHYSIKALISCH-TECHNISCHE REICHSANSTALT (PTR) in Berlin, die eng mit dem Wirken Otto Lummers verbunden ist.
