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2023 | OriginalPaper | Chapter

3. Zwölf Bedeutungsschichten von Lichtquanten

Author : Klaus Hentschel

Published in: Lichtquanten

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Ausgehend von meinen Thesen über semantische Anreicherung (Akkretion) bzw. Bedeutungs-Faltung (convolution) wird in diesem Kapitel die Geschichte des Konzepts der Lichtquanten in zwölf Bedeutungsschichten behandelt, die ihre Wurzeln z. T. bereits in den älteren Newtonianischen Teilchentheorien des Lichts haben, z. T. in der sogenannten älteren Quantentheorie der Jahre 1900–1924, der Quantenmechanik ab 1925 und zu guter letzt in der sich daran anschließenden Quantenelektrodynamik und Quantenfeldtheorie (1930 ff.).

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Footnotes
1
Für frühere Ansätze in diese Richtung, in denen jeweils nur einzelne Schichten herausgegriffen werden konnten, siehe meine Aufsätze Hentschel (2005), (2005/07), (2007b), (2015) sowie Hentschel & Waniek (2011) spez. zur quantenstatistischen Schicht (11a) der Ununterscheidbarkeit.
 
2
So etwa Wright (2014) S. 22 f. unter Bezugnahme auf den Geschichtsphilosophen Daniel Little (2010) S. 93.
 
3
In diesem Kapitel beispielsweise in Abb. 4.​1 aus dem zu Lebzeiten Newtons unpubliziert gebliebenen Cambridger notebook Questiones quaedam Philosophiae, MS Add. 3996, fol. 104v, eine Abbildung, die sich so in keiner einzigen Publikation Newtons wiederfindet, aber sein damaliges mentales Modell hervorragend illustriert. Für allgemeine Betrachtungen zu mentalen Modellen vgl. hier Abschn. 7.​7.
 
4
Zur Geschichte des Teilchenkonzepts allgemein siehe Falkenburg (1993, 2002), Harlander, Martinez & Schiemann (2023). Über antiken Atomismus siehe Jürss (1973), Stückelberger (1979). Zu frühneuzeitlichen Diskussionen zur Punktförmigkeit vgl. Baldin (2018).
 
5
Newton (1687) Abschn. XIV, §141 ff. Mehr dazu gleich im Haupttext.
 
6
Isaac Newton: Opticks (1704), hrsg. v. I.B. Cohen, New York: Dover 1952, S. 370; für eine Transkription der handschriftlichen Entwurfsfassung dieser queries vgl. http://​www.​enlighteningscie​nce.​sussex.​ac.​uk/​view/​texts/​normalized/​NATP00055.
 
7
Newton (1687c) S. 626.
 
8
Über die zeitgenössischen Kontroversen zu Newtons Theorie des Lichts siehe Schaffer (1989) und Shapiro (1996); zu den von Newton nicht öffentlich ausgesprochenen Hintergrundannahmen und mentalen Modellen siehe hier Abschn. 4.​1 u. dort zit. Texte.
 
9
Blair (1786); kommuniziert von Alexander Aubert, vorgetragen auf der Sitzung der Royal Society vom 6. April 1786 und dort verwahrt unter der Archiv-Sign. L. & P. VIII, 182, ausführlich zitiert und kommentiert in Eisenstaedt (2005), (2012) S. 32 ff.
 
10
Blair (1786) S. 9, vgl. Eisenstaedt (2005) S. 356.
 
11
Siehe Robison (1790), Arago (1853), publiziert erst 1853, aber zurückgehend auf bereits 1806–10 angestellte Messungen – vgl. zu diesem damals noch emissionstheoretischen Kontext der Messungen von Arago, der später zu den wichtigsten Befürwortern der Undulationstheorie des Lichts wurde: Eisenstaedt (2005) S. 350 f., 370 ff.
 
12
Siehe Bradley (1728), Melvill (1754), (1756), (1784), Wilson (1782) sowie ferner Eisenstaedt (1996) S. 144 ff., (2005) S. 348 ff.
 
13
Siehe Michell (1784), Blair (1786), Eisenstaedt (1996), (2005), (2007) und (2012), McCormmach (2012) sowie dort jeweils genannte bzw. edierte Primärquellen.
 
14
Michell (1784) S. 42; vgl. zu diesem Newtonianischen Äquivalent eines ‚Schwarzen Lochs‘, das 1796 mit anderem Zahlenwert auch in Pierre Simon de Laplaces Exposition du Système du Monde wieder auftaucht, ferner McCormmach (1968/1969), Schaffer (1979) und Eisenstaedt (2005) S. 350 f., (2007) S. 742 und dort jeweils genannte weiterführende Literatur.
 
15
Am bekanntesten dürfte sein Vorwort zum Dover-Reprint von Newtons Opticks durch I.B. Cohen 1952 geworden sein.
 
16
Über Freundlich und seine Beziehung zu Einstein siehe Hentschel (1992).
 
17
Einstein (1924) sowie CPAE, Princeton, Bd. 14 (2015), S. 366.
 
18
Sommerfeld (1919c) S. vii–viii, 57–59 bzw. Compton (1925) S. 246.
 
19
Siehe zum vorstehenden u. a. Huygens (1678/1690) S. 463–466, der in heutige Maße umgerechnet auf 232.000 km/s kam, Lauginie (2013) für Referenzen zu Primärtexten, sowie Wroblewski (1985) für eine kritische Sichtung publizierter Arbeiten zum Rømer-Verfahren.
 
20
Siehe dazu Turnbull et al. (Hg.) 1959–77, Bd. 3, S. 202 sowie Shapiro (1993) S. 218, Eisenstaedt (1996, 2012) S. 30.
 
21
Über diese Episode siehe Bechler (1973), (1974), Hall (1993) S. 164–166, Eisenstaedt (1996) S. 124 ff. u. dort jeweils genannte Primärquellen, insbesondere Newtons Korrespondenz mit Flamsteed u. Gregory.
 
22
Zu diesen diversen Erweiterungen des elektromagnetischen Spektrums und den ontologischen Debatten darüber siehe Hentschel (2007a) und dort genannte Primärliteratur. Für spätere Präzisionsmessungen von c siehe Roditschew & Frankfurt (Hg.) 1977, S. 333 ff.
 
23
Siehe Fresnel (1818), Fizeau (1851/1853), (1859/1860), Mascart (1889/1894) Bd. 3, S. 91–144 sowie Jan Frercks (2004) und weitere dort genannte, z. T. unpublizierte Primärquellen über „Das Verhältnis von Publikation zu Theorie und Experiment in Fizeaus Forschungsprogramm zur Äthermitführung“.
 
24
Siehe dazu Ritz (1908a, b) und (1911), Ritz & Einstein (1909), Fritzius (1990), Norton (2004), (2016) S. 260, Martinez (2004) sowie Pont (Hg.) 2012.
 
25
In diesem Sinne auch Norton (2004). Bemerkenswerterweise gibt es Parallelen zu dieser unabweislichen Konsequenz aus mangelnder empirischer Evidenz für irgendeine Art von Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit des Emitters auch im Newtonianischen Teilchenmodell. So folgerte bereits Robert Blair (1786) S. 25 aus Experimenten: „it is at least possible for any thing we know to the contrary, that light may be emitted with the same velocity from shining bodies, whether they be at rest or in motion“.
 
26
Für einen Review-Artikel mit Literaturangaben dazu siehe Tu et al. (2005) S. 91–94.
 
27
Isaac Newton: Opticks (1704) S. 339.
 
28
Siehe dazu Hentschel (2007a), Shapiro (2009) Kap. 9 sowie Principe (2008), nur online verfügbar unter http://​methodos.​revues.​org/​1223.
 
29
Siehe dazu Hentschel (2007a) und dort jeweils genannte Primärquellen.
 
30
Siehe dazu Stuewer (1971), Wheaton (1983) und dort genannte Primärquellen, ferner Abschn. 4.​5 zu J.J. Thomsons mentalem Modell.
 
31
Millikan (1913) S. 128.
 
32
Millikan (1950) Kap. 9, S. 101 f.
 
33
Siehe etwa Blondlot (1903) sowie Marx (1905) für eine Kritik dieser Geschwindigkeitsmessungen als methodisch unsauber.
 
34
Siehe dazu Marx (1905) bzw. Barkla (1905), (1906); ferner J.J. Thomson (1911) S. 695f., Wheaton (1983) S. 44 ff.
 
35
Siehe z. B. Tutton (1912) S. 307, der dieses Experiment als „crucial test“ für die Deutung der Röntgenstrahlen als elektromagnetische Wellen bezeichnete, und die Nobelpreisreden von Laue (1920) sowie W.L. Bragg (1915) über Röntgenbeugung durch Kristalle, auch online unter nobelprize.org/physics/laureates/1914 bzw. /...1915. Über die anfangs erfolglosen Versuche zur Messung des Brechungsindexes und der Wellenlänge von Röntgenstrahlen: Compton (1924) S. 174 ff.
 
36
So im historischen Rückblick Compton (1927a) S. 179; vgl. ferner Wheaton (1983) S. 199 ff. u. dort gen. Texte v. Max v. Laue u. a.
 
37
Siehe die später als Buch herausgekommene erweiterte Fassung: Holweck (1927) sowie ergänzend: Beaudouin (2005) S. 85 f., 149, 155 über die Vita dieses 1941 aufgrund seines politischen Widerstands von den deutschen Besatzern zu Tode gefolterten Holweck. Betreuerin der Dissertation war niemand geringeres als Marie Curie.
 
38
Zitat aus dem retrospektiven Artikel von Compton (1961) S. 820; vgl. Compton (1927), Stuewer (1975a), (1998), Silva & Freire (2011) zu Comptons Lernkurve bezüglich des Lichtquantums.
 
39
Compton (1927a) S. 174 bzw. Stuewer (1975), Wheaton (1983) S. 94 ff.
 
40
Siehe dazu experimentell Stark (1908) sowie Einstein (1912a, b), Starks (1912a, b) Angriff und Einsteins (1912c) Replik, ferner hier Abschn. 4.​4).
 
41
Siehe Einstein (1912c) S. 888, Hervorhebung im Original.
 
42
Hinweise auf Primärlit. z. B. in Plotnikow (1920), Bodenstein (1942), Meidinger (1934).
 
43
Zu der Kontroverse zwischen Otto H. Warburg (1883–1970) und Ralph Emerson (1903–1959), James Franck (1882–1964) sowie Hans Gaffron (1902–1979) siehe Nickelsen (2013), (2016).
 
44
Siehe Lawrence & Beams (1928) S. 484–485: „atoms emit quanta of radiant energy practically instantly [...] non-existence of a [time] lag in the photoelectric effect“, Forrester et al. (1955) S. 1691.
 
45
Dass diese Kurzzeitigkeit jedoch auch keinen Beweis der Unteilbarkeit des Photons darstellt, betont Roychoudhuri (2006) S. 3, (2009) S. 3.
 
46
Kepler (1608c) S. 60.
 
47
Siehe dazu Newtons Principia (1687b) bzw. (1687d), Buch 3, Prop. 41 (S. 528 der Motte-Cajori-Ausg. bzw. in dt. Übers. in der Wolfers-Ausgabe, Berlin 1872), Fortsetzung des § 59 über Kometen, insbesondere S. 485, 491 u. 493 f. über Kepler.
 
48
Siehe die folgenden beiden Fußnoten; vgl. ferner Worrall (1982) S. 141 für Hinweise auf analoge Experimente von Nicolas Hartsoeker (1696) und de Mairan (1747) sowie deren Wiedergabe durch Peter van Musschenbroeks Cours de physique experimentale et mathématique 1769.
 
49
Siehe Homberg (1708) (leider nur Fontenelles Abstract des Vortrags dokumentierend) und Bennet (1792), insbesondere Exp. X, S. 87 f., sowie ergänzend Principe (2008).
 
50
Siehe Bennet (1792) S. 87 f. (Zitate) bzw. Tafel II (hier Abb. 3.2) ohne Angabe des Restdrucks. Über Bennet siehe Elliott (1999) zu Fragestellungen und Forschungskontexten jener beiden frühneuzeitlichen Experimentatoren.
 
51
Zu der Diskussion über Crookes’ Radiometer siehe Woodruff (1966), Dörfel & Müller (2003), jeweils mit Hinweisen auf die vielfältige Primärlit. Über diese Episode siehe ferner die weiterführende Literatur zit. in Worrall (1982) S. 147 ff.
 
52
Siehe Lebedew (1901), Nichols & Hull (1901) sowie (1903a) und b. Für eine spätere Literaturübersicht semiklassischer Theorien zu mechanischen Wirkungen elektromagnetischer Strahlung siehe Stenholm (1986).
 
53
Siehe hierzu Maxwell (1873c) § 792–793, Poynting (1884) sowie ergänzend Poincaré (1900), wo auch der Rückstoß eines Licht emittierenden oder reflektierenden Systems berechnet wird.
 
55
Lorentz (1909c) § 18, S. 25–26; dieses Zitat ist auch in der zweiten Auflage von 1915 unverändert enthalten. Wir werden später sehen (in Abschn. 4.​3), dass Lorentz in dieser Zeit auch zu den scharfsinnigsten Kritikern des Lichtquantenkonzepts zählte.
 
56
Einstein (1909a), Zitat S. 817 f.
 
57
A. Einstein an C. Habicht, undatiert, verfasst zwischen 30. Juni u. 22. Sept. 1909, CPAE 5, Dok. 28, S. 33.
 
58
So z. B. von Louis de Broglie (1922) S. 438, (1923) S. 508, der die Masse des Lichtquantums als \(<\,10^{-50}{\text {g}}\) ansetzte.
 
59
Für neuere Studien zur verschwindenden Ruhemasse der Photonen siehe Okun (2008), Tu, Luo & Gillies (2005), https://​math.​ucr.​edu/​home/​/​baez/​physics/​ParticleAndNucle​ar/​photon_​mass.​html und https://​pdg.​lbl.​gov/​2022/​listings/​rpp2022-list-photon.​pdf sowie dort jew. genannte Arbeiten.
 
60
Siehe dazu Planck (1913) sowie de Broglie (1949) S. 346.
 
61
Siehe Hertz (1887) sowie zum Folgenden Hallwachs (1888)–(1889), Wiederkehr (2006).
 
62
Siehe Hallwachs (1916), vgl. ferner Lenard (1906b), Schweidler (1904), (1915), Hughes (1914) für frühe Literaturübersichten, Bonzel & Kleint (1995), S. 109–120 sowie den hier folgenden Haupttext.
 
63
Für experimentelle Details siehe Lenard (1894)– (1906) sowie Abb. 3.5; Einstein hat Lenard damals als Experimentalphysiker sehr geschätzt: siehe den Brief von Einstein an Jakob Laub, 17. Mai 1909, CPAE Bd. 5, S. 187. Seit Ende des 1. Weltkriegs wurde Lenard ein antisemitischer Nationalsozialist: siehe Hentschel (Hg.) 1996, Schönbeck (2000) sowie Hagmann & Füssl (2012).
 
64
Lenard (1902) S. 167 f. Wie wir heute wissen, war die Stärke des Lichtbogens proportional zu \(\nu \), aber Lenard erkannte dies damals nicht!
 
65
Siehe Lenard (1900), (1902) S. 150, 163–166, (1906) S. 123 sowie z. B. Niedderer (1982) S. 41f., Katzir (2006) S. 451 ff.
 
66
Lenard (1902) S. 170; vgl. auch Lenard (1906), (1918) sowie (1944) S. 267, ferner Hughes (1914b) S. 48 und Stuewer (2014) S. 144.
 
67
Bis 1902 lagen bereits über 160 Aufsätze über den photoelektrischen Effekt vor; vgl. die chronologische Bibliographie in Lenard (1906b) S. 131–134.
 
68
Siehe v. Schweidler (1904). Mit ‚Elektronik‘ im Titel der neuen Zeitschrift war damals keineswegs das gemeint, was wir heute unter ‚Elektronik‘ verstehen, sondern alles, was mit den erst 1897 entdeckten Elektronen zu tun hatte.
 
69
Über Schweidler siehe Karlik & Seidl (2005) sowie Seidl (2010), zu Schweidlers Interaktion mit Exner und seinem Kreis siehe Karlik & Schmid (1982), insb. S. 111–114; zum breiteren Kontext der österreichischen Radioaktivitätsforschung vgl. ferner Fengler (2014).
 
70
Kunz (1909), (1911) und Cornelius (1913) S. 26 plädierten für \({\nu }^{2}\), während Karl T. Compton (1913) diese Ergebnisse als inkonsistent kritisierte und für \({E}\,\sim \,{\nu }\) votierte. Für Literaturhinweise siehe Schweidler (1915), Hughes (1914), Millikan (1914).
 
71
Siehe Ladenburg (1909). Da Ladenburg 1933 ebenso wie Einstein in die USA emigrierte, entwickelten sich danach intensive Kontakte zwischen beiden, die sich damals bereits kannten.
 
72
Über Starks mentales Modell zu Lichtquanten siehe Abschn. 4.​4.
 
73
Siehe Richardson & Compton (1912) S. 575 bzw. Richardson (1914), Richardson & Rogers (1915) sowie Pohl & Pringsheim (1913); zu Richardsons gescheiterter Theorie ferner Katzir (2006).
 
74
Siehe z. B. Millikan (1913) S. 129–131 sowie die Review-Artikel von Hughes (1914), Marx (1916) S. 578 in Ergänzung von Hallwachs (1916) S. 284–299, 335–353, 500–507, 530–735, Louis de Broglie (1921/1923), und Ellis (1926); ferner Franklin (2013), Stuewer (2014) S. 150–153 sowie die dort jeweils genannte Primärlit.
 
75
Einstein (1907b) S. 439 sowie z. B. Holton (1984) S. 122 f. Zu Einsteins holistischer Bewertung von Experimenten siehe Hentschel (1992b).
 
76
Einstein (1911/12a) S. 430 in seinem Beitrag für die Solvay-Konferenz in Brüssel, publ. 1912, ins Deutsche übersetzt u. zit. in Debye & Sommerfeld (1913) S. 924.
 
77
Das dahinterstehende Muster ist das einer „consilience of inductions“, mit der sich Einsteins Hypothese gegenüber der von Lenard durch größere und natürlichere Erklärungsbreite auszeichnete, wissenschaftstheoretisch erstmals herausgearbeitet von William Whewell (1794–1866); vgl. z. B. Thagard (2012) S. 88 ff.
 
78
Einstein (1905a) S. 146. Hier wird das Symbol \(\Pi \) des Originals durch \(\Phi \) ersetzt. Für Hughes & DuBridge (1932) S. 7 sowie Wright (1937) S. 65 wurde diese Gleichung \(E_\text {kin}=hv-W_\text {A}\) sogar zur „most important single equation in the whole quantum theory.“
 
79
Siehe Lenard (1902) S. 166–168; immerhin war ihm bereits die klassisch betrachtet überraschende Unabhängigkeit dieses Grenzpotenzials von der Intensität der einfallenden Strahlung aufgefallen.
 
80
Für mehr über die instrumentellen Details der Millikanschen Messungen siehe Hughes (1914) S. 37, Millikan (1916b) und (1924) sowie Franklin (2013) S. 577–587, (2016) S. 4–21.
 
81
Wie insbesondere Franklin (2013) S. 574–577, (2016) S. 9–11 aufzeigt, hatte Ladenburg (1909) bei 57 \(\upmu \)m gemessen, Comptons Mitarbeiter Kadesch (1914) bei 170 \(\upmu \)m, während Millikans Messungen an Natrium Untersuchungen zwischen 240 und 680 \(\upmu \)m erlaubten; gleichzeitig war die Fehlerbreite der gemessenen Grenzpotenziale zwischen 265 und 577 \(\upmu \)m nur noch 0,1 V und damit dreimal besser als die früherer Messungen.
 
82
So Robert Millikan (1949) S. 344 und analog dann auch in seiner Autobiographie von 1950; zu seinen damaligen, für ihn selbst überraschenden Messergebnissen siehe Millikan (1916) S. 18; vgl. Holton (2000), Stuewer (1998), Franklin (2013), (2016) u. Abschn. 5.​5 dieses Buches zur Rezeption.
 
83
In diesem noch vorsichtig verhaltenen Sinne äußerten sich beispielsweise Hughes (1914) S. 5 f., 39–41 u. Kap. III sowie Comstock & Troland (1917) S. 184–185 (diese Passagen in dem Lehrbuch der beiden stammen von Troland).
 
84
Siehe Pais (1982) Kap. 30 sowie Elzinga (2006). Für Studien zur Politik des Nobelpreiskommittees vgl. Friedman (2001).
 
85
Millikan (1917) S. 260.
 
86
Siehe http://​www.​nobelprize.​org/​nobel_​prizes/​physics/​laureates/​1921/​ sowie ergänzend Franklin (2013) S. 588 ff., (2016) S. 16–19.
 
87
Millikan in Millikan et al. (1931) S. 378.
 
88
Zu diesen raffinierten, aber höchst anspruchsvollen Theorie-Teilen des Lichtquanten-Aufsatzes von Einstein 1905, siehe Dorling (1971), John Stachel’s editorial headnote „Einstein’s early work on the quantum hypothesis“, in CPAE Bd. 2 (1989), 134–148 sowie Hentschel (2005).
 
89
Vgl. dazu z. B. Darrigol (1988), (2001), Gearhart (2002), Badino (2015), S. 58 ff., 99 ff.
 
90
Siehe Gamow (1966), zit. in Weinberg (1977) S. 20 bzw. Paul (1985) S. 57.
 
91
Comstock & Troland (1917), § 10 in Teil I, S. 47.
 
92
Ibid., S. 183 in § 54 von Teil II). Über Trolands Erstverwendung des Ausdrucks ‚photon‘ siehe hier S. 36 (in Abschn.2.​6) sowie Kragh (2014b, c).
 
93
Siehe Einstein (1909a) sowie die Diskussionen ibid. 224 f., 323 f., 817–825: Über die Entwicklung unserer Anschauungen über das Wesen und die Konstitution der Strahlung. Vgl. ferner Klein (1964), Kojevnikov (2002), Irons (2004) und Varró (2006). Zu Kasten 5 siehe Einstein (1906a), vgl. A. Hentschel (2005) S. 26, Rynasiewicz & Renn (2006), Duncan (2012) S. 14–17 und hier Abb. 2.​1 zu diesen Querbezügen im Oeuvre Albert Einsteins um 1905.
 
94
Siehe Debye (1911) S. 157.
 
95
Siehe erneut Einstein (1909a, b) sowie Klein (1964), Irons (2004), Varró (2006).
 
96
Einstein (1909b) S. 499–500 bzw. CPAE 2 (1989) S. 581–582; vgl. auch Einstein (1927) S. 546 zur angestrebten Synthese beider mentaler Modelle, sowie Kojevnikov (2002).
 
97
W.H. Bragg (1921/1922a) S. 11.
 
98
Zu De Broglies einschlägigen Arbeiten 1924–1927 und zu seinem gedanklichen Weg hin zum Welle-Teilchen-Dualismus siehe Kubli (1971), Darrigol (1986), (1993), Sievers (1998).
 
99
Siehe de Broglie (1921/1923).
 
100
De Broglie (1922) S. 438 und (1923) S. 508, wo er die Masse des Lichtquantums als \(<\,10^{-50}{\text {g}}\) ansetzte.
 
101
Siehe dazu die hier in Anm. 17–20 von Kap. 3 genannten Quellen.
 
102
Siehe dazu Davisson & Germer (1927), Davisson (1937) sowie Russo (1981), Darrigol (1986).
 
103
A. Einstein an P. Langevin, 16. Dez. 1924, abgedruckt in CPAE 14 (2015) S. 608.
 
104
So etwa in Einstein (1924/1925b) sowie Einstein (1927).
 
105
Über de Broglies spätere Entwicklung und seine erfolglose Suche nach Führungswellentheorien (pilot wave theories) siehe Bohm & Hiley (1985).
 
106
Einstein (1927) S. 546. Hierbei handelt es sich nicht um einen Originalbeitrag, sondern um einen ausführlichen Bericht über einen Vortrag Einsteins, der aber fast wörtliche Passagen enthielt. Ähnliche Aussagen finden sich ferner auch in einem damals unveröffentlicht gebliebenen Manuskript: siehe Einstein (1927b) sowie Belousek (1996) S. 450 f.
 
107
Ibid., S. 546; vgl. ferner Abschn. 4.​2, zu Einsteins mentalem Modell des Lichtquants.
 
108
Zum Kampf um die Deutungshoheit der später sog. Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik siehe u. a. Bohr (1927/1928), (1933), Heisenberg (1927), (1930), Halpern & Thirring (1928/29), Weizsäcker (1931), (1941), Born (1969), Jammer (1974), Wheeler & Zurek (1983), Beller (1999), Howard (2004), Zeh (2012), Friebe et al. (2015) Kap. 2 u. dort zit. weiterführende Lit.
 
109
Siehe Landau & Peierls (1930), Bohr & Rosenfeld (1933) bzw. Widom & Clark (1982).
 
110
Jordan (1941) S. 29 und 38; vgl. dazu auch Bromberg (1976) S. 181 ff. sowie das Jordan-Symposium (2000) und hier Abschn. 5.​5.
 
111
Siehe dazu z. B. Heisenberg (1959) Kap. X.
 
112
Einstein (1949) S. 51; analoge Aussagen Einsteins finden sich auch in Einstein & Infeld (1938a) S. 278. Für einen Versuch, den Welle-Teilchen-Dualismus durch schnell ablaufende Dekohärenzvorgänge zu "uberwinden, siehe Zeh (2012) S. 99, (2013).
 
113
Siehe Einstein (1916a), eingegangen am 17. Juli 1916, bzw. CPAE 6 (1996), Dok. 34, Zitate S. 318–319 und 319–320.
 
114
Rutherford hatte 1900 postuliert, dass die radioaktive Zerfallsrate \(\text {d}N/\text {d}t=-\lambda N\) streng proportional zur Zahl der noch nicht zerfallenen radioaktiven Atome ist, was zu exponentieller Abnahme führt.
 
115
Einstein (1916a) S. 319; zur Interpretation des Terminus ‚Zufall‘ in diesem Kontext s. u.
 
116
Diese Wortprägung stammt von van Vleck (1924); Einstein & Ehrenfest (1923) sprachen von ‚negativer Einstrahlung‘, Fabrikant 1939 von ‚negativer Absorption‘ (siehe dazu Lukishova 2010).
 
117
Einstein (1916a) S. 322.
 
118
Siehe Heisenberg (1925) sowie Mehra & Rechenberg (1982) Bd. 3, Darrigol (1992) part B.
 
119
Siehe Dirac (1927), (1930c) Kap. X, S. 232–239 sowie z. B. Heitler (1936b), Duncan (2012) S. 35.
 
120
Siehe Pais (1982) Kap. 25, Wheeler & Zurek (Hg.) 1983, Home & Whitaker (2007) S. 28 ff., 83 ff.
 
121
Einstein (1917) S. 127 f.
 
122
Siehe dazu Small (1986) S. 144–145, demzufolge Einstein (1917) von 1920 bis 1929 in den 20 international führenden Physikzeitschriften insg. 76-mal zitiert wurde (nur Compton (1923) brachte es auf noch mehr, nämlich 78 Zitationen); basierend auf dem von Small (1981) vorgelegten Physics Citation Index 1920–1929 (mit dem die vorliegende Lücke geschlossen wurde, die im Web of Science durch die dortige Beschränkung der Recherchemöglichkeit nach Zitationen nur ab 1945 besteht) werden Zitationen ab 1945 aufgeführt, zu Smalls Zeit um 1980 sogar erst ab 1955.
 
124
Das Akronym ‚Laser‘ steht für light amplification through stimulated emission of light und wurde Ende der 1950er Jahre von Gordon Gould (1920–2005) eingeführt. Zur Geschichte des Lasers, deren experimenteller Teil schon mit der Entwicklung des Masers 1954 beginnt, der analog, aber mit Mikrowellen funktioniert, vgl. u. a. Bromberg (1991), Lemmerich (1987), Bertolotti (1999).
 
125
Siehe dazu u. a. Lukishova (2010) und dort in engl. Übers. zitierte russische Primärquellen.
 
126
Siehe dazu insbesondere Bromberg (1991), (2006).
 
127
Einstein (1916b) bzw. CPAE 6 (1996), Dok. 38, 381–398, Zitat S. 61/396.
 
128
Aus der umfangreichen Literatur zu Einsteins Kritik an der Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik seien besonders empfohlen Max Born (Hg.) 1969 insb. S. 118 ff. sowie Wheeler & Zurek (Hg.) 1983 mit Reprint aller einschlägiger Aufsätze der Bohr-Einstein-Debatte.
 
129
Zur Geschichte des Spin siehe insbesondere Goudsmit (1965), (1971), Dirac (1974/1975), Jammer (1961/74), Tomonaga (1974), Milner (2013) sowie Hentschel (2009b, d) u. dort jeweils ref. Primärtexte.
 
130
Zu dessen Geschichte siehe Jammer (1961/74), Nisio (1973), Kragh (2012), Eckert (2014), hier S. 42 u. dort jeweils genannte Primärquellen. Zu Niels Bohrs Einstellung gegenüber Lichtquanten siehe Stachel (2009).
 
131
Zur problematischen Interpretation dieser Quantensprünge siehe Abschn. 2.​6.
 
132
Für Details siehe z. B. Hentschel (2008), (2009e) u. dort jeweils genannte Primärtexte.
 
133
Zitat aus Sommerfeld (1919a) S. 381; vgl. Rubinowicz (1918) sowie ferner Borrelli (2009) S. 330 und (2017) S. 20.
 
134
Siehe dazu insbesondere die zweite Auflage von Sommerfelds Lehrbuch (1919b), ferner Forman (1968), Tomonaga (1974/97) Vorl. 1 u. dort jeweils genannte Primärquellen. Sommerfeld sprach selbstironisch von „Zahlenmystik“ und sein Kollege Carl Runge nicht weniger ironisch vom „Hexen-Einmaleins der Quantenphysik“.
 
135
Siehe Compton (1921) S. 155: „the electron itself, spinning like a tiny gyroscope, is probably the ultimate magnetic particle“, sowie hier S. 169 zu Comptons Arbeiten zur Compton-Streuung.
 
136
Bubb (1924) S. 127 sowie z. B. Simonsohn (1981) S. 262 für ein Polardiagramm der Intensität und Richtung des elektrischen Feldes bei der Photoionisation.
 
137
Zu Otto Sterns Leben u. Werk siehe Schmidt-Böcking & Reich (2011); zum Stern-Gerlach-Experiment von 1921/22 siehe Weinert (1995) u. dort jew. genannte weiterführende Texte.
 
138
Siehe Pauli (1925), Meyenn (Hg.) 1979, Bd. 1, (1980/1981) sowie van der Waerden (1960) und Tomonaga (1974/97) Vorl. 2, Serwer (1977), Heilbron (1983).
 
139
Über diese Prägung Paulis im Geiste des Mach’schen Phänomenalismus siehe Popper (1935) S. 168 f.
 
140
Zum Vorstehenden siehe Pauli an de Kronig, 9. Okt. 1925 in Meyenn (Hg.) 1979 S. 242–249. Unter den Physikern der Zeit kursierte später der mir von Friedrich Hund am 15. Dez. 1994 in einem Interview überlieferte Spruch: „De Kronig hätt’ den Spin entdeckt, hätt Pauli ihn nicht abgeschreckt“ – siehe Hentschel & Tobies (Hg.) 1996.
 
141
Laut Goudsmit & Uhlenbeck (1926), (1976) sowie Goudsmit (1971) hat Ehrenfest gesagt: „You are both young enough to afford a stupidity like that.“
 
142
Für eine klare Herleitung dieses Faktors siehe insb. Tomonaga (1974/97) Kap. 2 u. 11.
 
143
Siehe Landau & Lifschitz (1979) S. 191–240, Dirac (1974/1975), Tomonaga (1997) Kap. 3–12 u. Milner (2013); zum Spin-Statistik-Theorem sowie zur QED: Abschn. 3.11.
 
144
Siehe Raman & Bhagavantam (1931), (1932) und Bhagavantam (1932). Den Hinweis darauf verdanke ich Rajinder Singh.
 
145
Siehe Beth (1936), dort insbesondere Anm. 1, S. 115 u. Anm. 11, S. 121 für Hinweise, dass Einstein persönlich an diesem Experiment und den theoretischen Rechnungen dazu Anteil nahm.
 
146
Siehe u. a. Fraser (2008), French (2015) sowie Lyre in Friebe et al. (2015) S. 89–112.
 
147
Über Natanson siehe u. a. Weyssenhoff (1937), Średniawa (1997), (2007) sowie Hentschel & Waniek (2011) u. dort jeweils genannte Primärquellen.
 
148
Natanson (1911); vgl. Darrigol (1988), insbesondere S. 243 ff. Kastler (1983) insb. S. 616 ff., kritisch dazu Stachel (2002) S. 438 f., ferner Bergia (1987).
 
149
Vgl. dazu Delbrück (1980), Kastler 1983, Monaldi 2009, Borelli, Saunders sowie Huggett & Imbo in Greenberger, Hentschel & Weinert (Hg.) 2009, S. 299 ff., 311 ff., 611 ff. u. dort zit. Lit.
 
150
Natanson (1911) S. 660.
 
151
Ibid., S. 660.
 
152
Ibid., S. 659.
 
153
Vgl. z. B. Mehra & Rechenberg (1982) Bd. 1, S. 559 f., Navarro & Perez (2004) S. 130 ff.
 
154
Ehrenfest & Kamerlingh Onnes (1915) S. 1021.
 
155
Ehrenfest & Kamerlingh Onnes (1915) S. 1022.
 
156
Siehe z. B. Landau & Lifschitz (1979) Bd. III, Hund (1984) S. 30 f.
 
157
Ehrenfest & Kamerlingh Onnes (1915) S. 1023, Hervorhebung orig.
 
158
Vgl. z. B. Darrigol (1988/91), (1992), (2001) sowie Gearhart (2002).
 
159
Natanson (1911) S. 662.
 
160
Siehe dazu z. B. Stuewer (1975a) sowie Brush (2007).
 
161
Siehe Bose (1924) sowie z. B. Einstein (1924/1925b) S. 4 f.
 
162
Siehe z. B. Ketterle (2007) für massive Bosonen, Anglin (2010) und Klaers et al. (2010) für Photonen, ferner Greenberger, Hentschel & Weinert (Hg.) 2007, S. 299 ff. und dortige Literatur.
 
163
Siehe dazu z. B. Ketterle (1997), Anglin (2010), Klaers et al. (2010) und die Website-Empfehlungen am Ende dieses Buches.
 
164
Einstein (1924/25a) S. 266, 267 u. (1924/25b) S. 3, 18.
 
165
Zur weiteren Geschichte der Quantenstatistiken bis hin zum allgemeinen Beweis des Spin-Statistik-Theorems durch Wolfgang Pauli und seinen Assistenten Markus Fierz in den Jahren 1939/40 siehe Meyenn (Hg.) Bd. II sowie Dok. 30 in Schwinger (Hg.) 1958, ferner Landau & Lifschitz (1979) S. 218–240, Tomonaga (1974/97) Vorl. 8, Miller (1994), Blum (2014) u. dort jeweils zit. Primärquellen.
 
166
Zur Frühgeschichte der QED bis ca. 1953 siehe Schwinger (1983), Weisskopf (1983), Schweber (1994) u. dort gen. Primärquellen, von denen viele Aufsätze in Schwinger (Hg.) 1958 bzw. Miller (Hg.) 1994 gesammelt vorliegen.
 
167
Siehe dazu Schwinger (Hg.) 1958, Dok. 10–12 sowie Feynman (1985) Kap. 3, S. 115 ff., ferner Duncan (2012) Kap. 10 und Han (2014).
 
168
Für systematische Ableitungen von Ergebnissen der QED siehe Heitler (1936), Feynman (1961) sowie Jauch & Rohrlich (1955), die nur von diesen abstrakten Prämissen ausgehen; eine anschaulichere Einführung auf elementarem Niveau bietet Feynman (1985).
 
169
Siehe Born, Heisenberg & Jordan (1926) sowie Schweber (1994) S. 10 f., Duncan (2012) S. 19 ff.
 
170
Die Arbeiten von Dirac zwischen 1927 und 1934 stehen am Anfang der Anthologie von Schwinger (Hg.) 1958 – zu Diracs Leben und Werk vgl. ferner Kragh (1990), Schweber (1994) S. 11–32, 70 ff. u. dort genannte weiterführende Quellen sowie hier Abschn. 5.​5.
 
171
Über die verschiedenen Auffassungen von Dirac und Jordan dazu sowie über das Oszillieren zwischen teilchen- und wellenbasierter Quantisierung in den nachfolgenden Jahrzehnten siehe Schweber (1994) S. xii–xxvii, 25 ff., 33ff., Scully & Zubairy (1997) S. 27 ff., Brown (2002), Duncan (2012) S. 42, Han (2014).
 
172
Mehr dazu bei Bunge (1970) sowie in Abschn. 9.​3.
 
173
Über Feynmans Leben und Werk siehe Mehra (1994), Schweber (1994) Kap. 8 und Brown (2005), zur Geschichte der Feynman-Diagramme: Kaiser (2005), Gross (2012), Wüthrich (2010), Wüthrich in Esfeld (Hg.) sowie Brown (Hg.) 2018.
 
174
Über die Geschichte jenes Konzepts virtueller Teilchen und die verschiedenen Deutungen, die darin die Nicht-Einhaltung des Energie-Erhaltungssatzes spiele, siehe Ehberger (2020, 2022); den expliziten link zur Heisenbergschen Unschärferelation machten erstmals Landau & Peierls (1930).
 
175
Zu Feynmans ursprünglichen Interpretationen seiner Diagramme siehe z. B. Feynman (1961, 1965), Schweber (1994) S. 428 ff., Darrigol (2019) und hier Abschn. 6.​2 sowie Abschn. 9.​3 mit ausdrücklichen Warnungen vor dieser damaligen Fehlinterpretation als realistisch lesbarer Raum-Zeit-Diagramme.
 
176
Ibid.: „just a shorthand, a heuristic aid.“ Vgl. ferner die Debatten zwischen Bunge (1970), Weingard (1982), (1988), Brown (Hg.) 2018 S. 427 f., 483, und Klevgar (2011) und hier Abschn. 9.​3.
 
177
Auf diese häufige Ursache von Fehlinterpretationen der Feynman-Diagramme haben u. a. Harré (1988) S. 64, David Kaiser (2000) S. 74 f., (2004) S. 362–373 und Meynell (2008) S. 45 hingewiesen.
 
178
Über Vaihingers Fiktionalismus in der Physik siehe Hentschel (2014a) u. dort zit. Texte. Mario Bunge nahm 1970 diese Rede von Fiktionen wieder auf.
 
179
Bunge (1970) S. 508 sowie analog Shrader-Frechette (1977) S. 415, 419 f. und hier Abschn. 9.​29.​3 jeweils zit. Texte dazu, in welchem Sinne es virtuelle Teilchen ‚gibt‘.
 
180
Schwinger (1983) S. 343: „the Feynman diagram was bringing computation to the masses.“
 
181
Siehe Feynman (1985) S. 118 sowie ibid., S. 143 f. zu entsprechenden Rechnungen für ein Myon.
 
183
Zum erfolgreichen Einsatz von Feynman-Diagrammen in Lehre und Ausbildung siehe Kaiser (2005) und dort angegebene weiterführende Quellen zur Rezeption und Durchsetzung der QED.
 
184
Siehe dazu z. B. Kragh (1985), Darrigol (1988) S. 23–26 sowie Schweber (1994) Kap. 5 und Duncan (2012). Eine sehr eingängige semiklassische Veranschaulich dazu bieten Szameit & Scheel (2021) S. 28.
 
185
Zu frühen Diskussionen solcher Divergenzen vor Aufkommen der Renormierungstheorien: Schwinger (1983), Pais (1948), Weinberg (1977) S. 24 ff. u. dort gen. Primärquellen.
 
186
Siehe dazu insb. Darrigol (1988) S. 11–13 u. dort zit. Primärlit.
 
187
Siehe dazu Jauch & Rohrlich (1955/1976b) Kap. 16, S. 390 ff., Feynman (1961) S. 128 ff.
 
188
Für Beispiele siehe die geschlossenen Schleifen in den vorstehenden Diagrammen Abb. 3.13 und 3.14 – vgl. ferner Abb. 8.​11.
 
189
Siehe Jauch & Rohrlich (1955/1976b) Kap.  910 sowie Suppl. 2 bzw. Feynman (1985) Kap. 3–4, Schweber (1994) S. 434 ff. zu Feynman, 564 ff. zu Dyson u. 595–605 zu Schwinger u. allgemein
 
190
Darunter Pioniere der QED wie Heisenberg und Dirac (1974/75) S. 9 „quite dissatisfied with it“.
 
191
In diesem Sinne z. B. Hanbury Brown (1991) S. 121–123 in seiner Autobiographie: „there is no satisfactory mental picture of light [...] and the only way of getting the right answer was to do mathematics“, sowie Tegmark (2007) „shut up and calculate“. Für einen Protest gegen dieses „just compute“ siehe Roychoudhuri (2015) S. 169.
 
192
Siehe z. B. Jauch & Rohrlich (1955) S. v oder Kidd, Ardini & Anton (1989) S. 33.
 
193
Über die QED als methodisches Vorbild für die späteren Quantenfeldtheorien sowie der Quantenchromodynamik (QCD) siehe z. B. Han (2014) u. dort genannte weiterführende Lit.
 
Metadata
Title
Zwölf Bedeutungsschichten von Lichtquanten
Author
Klaus Hentschel
Copyright Year
2023
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-66933-4_3

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