1905 erklärte Einstein den lichtelektrischen Effekt mit der Annahme, dass die Energie des Strahlungsfeldes quantisiert sei.
Die experimentellen Fakten zum lichtelektrischen Effekt:
Wird eine Metallplatte mit UV-Licht bestrahlt, dessen Frequenz ν über einer Grenze ν0 liegt, dann werden ohne messbare Verzögerung Elektronen freigesetzt, deren kinetische Energie nur von der Frequenz ν der Strahlung abhängt.
Das steht in eklatantem Widerspruch zum Wellenbild des Lichts, demzufolge die Ablösung der Elektronen bei jeder Frequenz erfolgen und ihre Energie von der Intensität des Lichts abhängen müsste. Überdies wäre eine geradezu enorme Verzögerung (unter realistischen Bedingungen tausende Stunden) bis zur Ablösung des ersten Elektrons zu erwarten.
Einsteins Lösung ist bekanntlich, die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie als Stossprozess von Teilchen, und zwar eines Lichtquants mit der Energie hν und eines Elektrons, das mit der Energie A gebunden ist, aufzufassen. Aus der Energiebilanz ergibt sich dann die Beziehung
hν = A + mv2/2 (A … Ablösearbeit)
Fragen wir uns zunächst, aus welchen konkreten Modellannahmen sich eigentlich der Widerspruch zum Wellenbild des Lichts ergibt.
Die Antwort ist: Der Widerspruch folgt aus der einfachen Vorstellung, dass die Wechselwirkung zwischen Licht und Elektron nach dem Vorbild makroskopischer, „mechanischer“ Wechselwirkungen stattfindet, nicht anders als z.B. zwischen Wasserwellen und Kieselsteinen; wäre das der Fall, dann wäre selbstverständlich auch zu erwarten, dass die kinetische Energie der Elektronen von der Intensität abhängt. (– Es ist also die Herkunft der Physik aus der Mechanik, die zu diesen widersprüchlichen Modellannahmen führt.)
Ich werde aber zeigen:
Werden Licht und Elektron beide als Wellen aufgefasst, dann erhält man schon unter den einfachsten Modellannahmen ebenfalls das gewünschte Resultat.