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IV. Materie in der Quantenphysik
In der frühen Quantentheorie wurden noch anschauliche
Atommodelle nach dem Muster von Planetensystemen be-
nutzt. Eine physikalische Erklärung liefert erst die Quanten-
mechanik. In den Quantenfeldtheorien wird der Begriff des
Materiefeldes eingeführt, mit dem das dynamische Verhalten
von sehr vielen gleichartigen, untereinander in Wechselwir-
kung stehenden Elementarteilchen beschrieben wird. In der
kosmischen Evolutionstheorie wird die Materialisation von
Elementarteilchen, Atomen und Molekülen aus anfänglicher
Strahlung und Energie erklärbar.
1. Atommodelle in der frühen Quantentheorie
Max Planck (1858-1947) wurde 1900 zur Einführung seines
nach ihm benannten minimalen Energiequantums h veranlaßt,
als eine klassische Beschreibung der Spektralverteilung eines
schwarzen Hohlraumstrahlers (z.B. erhitzter Ofen) versagte.
1905 erklärte Einstein den photoelektrischen Effekt mit dis-
kontinuierlichen Lichtquanten. Aus einer mit ultraviolettem
oder Röntgenlicht bestrahlten Metallplatte treten nämlich
Elektronen aus, deren Energie gleich oder weniger als h mal
Strahlungsfrequenz v ist. Nach Einsteins Lichtquantenhypo-
these lassen sich also die diskreten Linien im Spektrum als
Folge eines Austausche gequantelter Energie verstehen. Ein
Atom kann nur ganz bestimmte Übergänge von einem Ener-
gieniveau zu einem anderen ausführen, wobei eine bestimmte
Energiemenge emittiert oder absorbiert wird, die derjenigen
der emittierten oder absorbierten Strahlung entspricht.
Erste Informationen über den Aufbau der Atome lieferten
Rutherfords Experimente mit α-Teilchen, die er auf eine
hauchdünne Goldfolie aufprallen ließ. Würde Materie aus
massiven Kugeln bestehen, so hätten alle α-Teilchen an den
dichtgepackten Atomen abprallen müssen. Tatsächlich wur-
den aber nur wenige abgelenkt bzw. zurückgeworfen. Diese
