Cosmic Latte CL063 Frankreich-Special: Materiewellen und die Pioniere der Quantenmechanik
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Es ist Sommer und Cosmic Latte geht auf Reisen! In unseren Sommerfolgen geht es um Länder, in denen man Urlaub machen, aber genau so auf die Suche nach spannender Wissenschaft gehen kann. Den Anfang macht Eva mit einem Ausflug nach Frankreich und den Anfängen der Quantenmechanik.
1.Etappe: Frankreich
In unserer ersten Sommerfolge begeben wir uns nach Frankreich. Mit dem Start der Tour de France beginnen wir unsere eigene Tour de Science und werfen einen Blick auf französische Entdeckungen und Forschende: Von Laplace, Lagrange, Messier und Ampère bis zur Beobachtungskunst am Pic du Midi.
Einer von ihnen ist Louis de Broglie, dessen Theorie, dass sich Elektronen wie Wellen verhalten können, sogar Albert Einstein erstaunte. Warum das so revolutionär war, erzählen Eva und Jana in dieser Sommerfolge!
Tour de France und das Observatorium Col de Midi
Mit dem Beginn der Tour de France beginnt für Eva auch ein Ritual: TdF-Panini-Sticker tauschen, Etappen mitfiebern und französische Landschaften genießen. Dieses Jahr führt die 14. Etappe wieder zum legendären Col de Tourmalet (entgegen Evas Anmerkung im Podcast!) – einer der höchsten Pyrenäenpässe und bereits 90-mal Teil der Tour. Nur wenige Kilometer von dort entfernt liegt das Observatorium Pic du Midi – ein Ort, an dem nicht nur Sonnenflecken, sondern auch Mondkarten für die NASA-Apollo-Missionen erforscht wurden.
Frankreich ist geprägt von solchen Schauplätzen der Wissenschaftsgeschichte: vom im Jahr 1667 gegründeten Observatoire de Paris, das zu den ältesten Observatorien der Welt zählt und in dem einst der Urmeter definiert wurde, bis hin zum Bureau International des Poids et Mesures, in dem das berühmte Urkilogramm aufbewahrt wird.
Hinzu kommen eine goße Anzahl an Wissenschafterinnen und Wissenschafter, die in Frankreich gewirkt haben: wie etwa Urbain le Verrier, der den Neptun nur durch Berechnungen vorhersagte; Charles Messier mit seinem Messier-Katalog, Laplace, Roche, Lagrange (bekannt für die Lagrange-Punkte im Weltall, an denen wir Satelliten positionieren) oder Marie Curie.
Louis de Broglie und die Materiewelle
Doch in dieser Folge widmen wir uns einem Mann, der unsere Vorstellung von Materie radikal veränderte: Louis de Broglie (1892-1987).
1924 reichte der damals 31-jährige Physikstudent an der Sorbonne in Paris seine Dissertation ein. Ihr bescheidener und knapper Titel: „Recherches sur la théorie des quanta“ – „Untersuchungen zur Quantentheorie“. Doch diese Arbeit sollte zur Grundlage der Quantenmechanik und den berühmten Schrödingergleichungen werden.
Was de Broglie dort vorschlug, war nichts weniger als ein geistiger Quantensprung: Nicht nur Licht, sondern auch Materie – also Elektronen, Atome, ja sogar wir selbst – könne Welleneigenschaften besitzen. Aus dieser Idee entstand eine der berühmtesten Gleichungen der modernen Physik:
λ=h/p
Sie verbindet die Wellenlänge eines Teilchens mit seinem Impuls und führte zur Entstehung des Begriffs Materiewelle. Diese Vorstellung war so neuartig, dass seine Gutachter – darunter der bekannte Physiker Paul Langevin – verunsichert waren. Die Arbeit wurde zur Sicherheit an Albert Einstein geschickt. Der war begeistert und erkannte sofort, dass de Broglie „auf etwas wirklich Tiefes gestoßen“ sei.
De Broglies kühne Theorie wurde nur drei Jahre später durch das Davisson-Germer-Experiment bestätigt: Elektronen erzeugten Beugungsmuster – ganz wie Lichtwellen. Damit war der Beweis erbracht: Materie hat Wellencharakter. Inspiriert durch diese Idee formulierte Erwin Schrödinger 1926 seine berühmte Wellenmechanik. De Broglie selbst bekam 1929 für die Entdeckung der Wellennatur der Elektronen den Nobelpreis für Physik.
Weiterführende Links: Das im Podcast erwähnte Interview mit de Broglie könnt ihr euch hier ansehen: Interview with Louis de Broglie, 1967 (French with English Subtitles)
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