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By Harry Paul
Die ganzen 50 Jahre bewujJter Griibelei haben mich der Antwort der Fra ge »W as sind Lichtquanten« nicht näher gebracht. H eute glaubt zwar jeder Lump, er wisse es, aber er täuscht sich ... ALBERT EINSTEIN (in einem short an M. BESSO vom Jahre 1951) Erfahrungsgemäfi fällt es uns nicht leicht, uns von der aus unmittelbarem Erleben geborenen Vorstellung zu trennen, dafi ein jedes Ding bestimmte, über längere Zeiten unveränderliche Eigenschaften besitzt, die einander nicht widersprechen. Bekanntlich wurde dieses scheinbar so fest gefügte Weltbild nachhaltig durch die Quantenmechanik erschüttert, die aufzeigte, dafi je denfalls im Mikrokosmos eine Einordnung der Dinge in säuberlich getrennte Schubfächer nicht möglich ist. Sie lehrt uns, dafi die point aren Objekt- und dazu zählt auch das Licht - eine verblüffende Gabe der Verwandlung besitzen: Einmal erscheinen sie uns als Welle und einmal als Teilchen. Heutzutage ist die Optik wie keine andere Disziplin dazu geeignet, uns diesen Dualismus unmittelbar, und dazu noch im Wortsinn, vor Augen zu führen.
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Die Situation ist aber nicht grundlegend anders als in der klassischen Elektrodynamik, wo man auch sagen muB, daB eine ebene WelIe genaugenommen nicht realisiert werden kann. Realistische Felder , denen notwendig eine endliche Linienbreite und eine endliehe räumliche (wie auch zeitliche) Ausdehnung zukommt, sind, klassisch betrachtet, als Superpositionen unendlich vieler ebener Wellen aufzufassen. Quantenmechanisch werden sie im einfachsten Fali durch Energieeigenzustände des Feldes repräsentiert, bei denen die Photonenzahl für diejenigen Moden von Null verschieden ist, die mit den gegebenen Parametern des Liehtbündels (Mittenfrequenz und Linienbreite, Ausbreitungsrichtung und zugehöriger Spielraurn, Polarisation) verträglich sind.
10)]. 8) l)Häufig wird die Intensität - abgesehen von einem Normierungsfaktor - mit dem Betrag des zeitlich gemittelten POYNTJNG-Vektors identifiziert (vgl. [BOR 64]). Diese Definition ist zwar im Falliaufender Wellen mit Gl. 5) gleichbedeutend, sie versagt jedoch bei stehenden Wellen. Dann verschwindet nämlich der POYNTJNG-Vektor im zeitlichen Mittel, nichtsdestoweniger wird jedoch eine photographische Platte an den Bäuchen der elektrischen Feldstärke geschwärzt, wie von der LIPPMANNschen Farbphotographie her bekannt ist.
16) mit Do als Amplitude der Dipolschwingung. 16) gilt nicht nur für makroskopische Sendeantennen, mit deren Hilfe Radio- oder Mikrowellen ausgestrahlt werden, sie ist auch auf mikroskopische Oszillatoren wie Atome oder Moleküle anwendbar. In der Tat hat man sich die (nichtresonante) Streuung des Lichts, die sogenannte RAYLEIGH-Streuung, an atomaren Objekten so vorzustellen, daJ3 die einfallende Strahlung an ihnen mit Lichtfrequenz oszillierende Dipolmomente induziert, die ihrerseits nicht nur in Vorwärtsrichtung, sondern gemäJ3 Gl.