Matthias Rang, Jiri Arion Rose und Johannes Kühl

Ein Ergänzungsprojekt zum Projekt "Quantenphysik verstehen". Neben dem Photoeffekt sind die Linienspektren leuchtender Gase eines der wichtigsten Phänomene, die zur Entwicklung der Quantenphysik geführt haben. Die Beobachtung diskreter Spektrallinien am Wasserstoff wurde von Nils Bohr benutzt um sein Atommodell zu formulieren und damit ad hoc diskrete Energiezustände in Atomen zu postulieren.

Aus didaktischer Sicht ist diese historische Begebenheit interessant, da man gelegentlich Formulierungen begegnen kann, die die diskreten Spektrallinien aus den diskreten Energieniveaus ableiten. Das ist – nach heutigem Verständnis – nicht falsch, dreht aber den Sachverhalt "auf den Kopf" und entspricht bei genauerer Betrachtung einem Zirkelschluss. Denn nicht die Spektrallinien sind aus diskreten Energieniveaus abgeleitet, sondern letztere aus den Spektrallinien – und dies wider Willen, da sie der klassischen Physik widersprachen.

Wir versuchen in dem Projekt die Argumentation "auf ihre Füße" zu stellen, indem nicht das Atommodell als Erklärungswerkzeug für Phänomene benutzt und damit vorausgesetzt wird, sondern umgekehrt die besonderen Phänomene und experimentellen Resultate als Voraussetzung zur Aufstellung von Quantenhypothesen sichtbar gemacht werden.

Zentral geht es dabei um die Realisierung eines Experimentes, in dem ein mehr oder weniger klassisch zu verstehender Emissionsvorgang (Temperaturstrahlung) in eine nur quantenmechanisch zu verstehende Emission (Gasentladung geringen Druckes, d.h. Linienspektrum) überführt werden soll – und umgekehrt. Der Aufbau soll diesen Übergang kontinuierlich ermöglichen. Wir erhoffen uns davon im Experiment veranschaulichen zu können, dass der Übergang der klassischen Physik in eine quantenphysikalische nicht diskret verstanden werden muss.