Regenbögen sind doch immer wieder schön. Regenbögen entstehen, weil die Photonen im weißen Sonnenlicht mit den Regentropfen interagieren. Dabei falten sie sich ziemlich merkwürdig. Einerseits wie Wellen, denn sie werden gebrochen, andererseits aber auch wie Teilchen, denn sie werden reflektiert. Das wirft natürlich die Frage auf, was ist denn ein Photon dann nun eigentlich? Dieser Frage sehen wir heute Abend.

Hallo Claudia. Schön, dich zu sehen. Hallo Niklas. Grüß dich. Vielen Dank, dass du Zeit gefunden hast. Du hast uns hierher bestellt und nicht in ein Labor, um uns zu erklären, was ein Photon genau ist. Warum gerade hier? Ja, wir sind im Skulpturenpark Waldfrieden im Uppertal, wo der Künstler Tony Craig seine Werke ausgestellt hat.

Das klingt schön, aber ich verstehe immer noch nicht, was das mit einem Photon zu tun hat. Das erkläre ich dir später, weil ich dir gerne was zeigen möchte, was mit unserem Thema zu tun hat. Gut, dann erst mal zurück zum Thema. Was ist also eigentlich ein Photon? Aus der Sicht der Chemie können wir das ganz pragmatisch beschreiben. Und zwar sind Photonen kleinste Energiepäckchen im Licht.

Man kann auch sagen Lichtquanten, weil Quanten exakte Portionen sind. Wir können das auch so ähnlich betrachten, wie wir vereinfachend in der Chemie von Atomen als kleinste unteilbare Teilchen sprechen. Das heißt also, ein Photon ist ein kleines, unteilbares Teilchen? Das trifft es nicht ganz. Es sind Quantenobjekte.

Hat das irgendwas mit Quantencomputern zu tun? Ja, eine ganze Menge. Und zwar ist es bei den Quantencomputern so, dass es das Ja, das Nein, aber auch das Sowohl-als-auch gibt. Und was sagt mir das jetzt in Bezug auf das Photon?

Photonen haben einerseits Teilchencharakter, aber andererseits auch Wellencharakter. Und es kommt ganz darauf an, unter welchen experimentellen Bedingungen wir Photonen betrachten oder in welche experimentellen Bedingungen sie bringen. Wir könnten da jetzt zwei Experimente ansprechen. Das erste wäre ein Reflexionsexperiment, wo wir einen Lichtstrahl auf einen

Spiegel leiten und die Photonen sich da wie Teilchen verhaltend reflektiert werden. Das ist so ähnlich wie die Billardkugeln an der Bande. Also quasi Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel. Ja, das können wir so sagen. Und ein zweites Experiment könnte herangezogen werden, um zu zeigen, wie sich Photonen wie Wellen verhalten.

Und zwar, wenn ich einen Lichtstrahl auf ein optisches Gitter lenke, dann kommt es hinter dem Gitter zur Bildung neuer Wellen. Und die können sich überlagern. Die können sich einmal so überlagen, dass Maxima entstehen und wir helle Flecken hinten auf dem Schirm beobachten können.

Die können sich aber auch auslöschen. Und dann haben wir hinten auf dem Schirm dunkle Flecken. Was ist jetzt so besonders daran, dass sich ein Photon manchmal fällt wie ein Teilchen und manchmal wie eine Welle? Ja, das ist ja das, was wir unter dem Welleteilchendualismus auch betrachten.

Und zwar sind es zwei komplementäre Eigenschaften, die wir hier zusammenbringen. Und eigentlich ist es ja von der Logik her so, dass sich so komplementäre Eigenschaften ausschließen. Aber bei Quantenobjekten müssen wir diese beiden Eigenschaften zubilligen, weil wir Quantenobjekte sonst nicht in ihrer Gesamtheit erfassen und charakterisieren könnten.

Ich verstehe jetzt immer noch nicht ganz genau, warum wir jetzt hier im Park sind. Ich bin so neugierig. Kannst du mich einweihen? Ja, natürlich. Es gibt hier eine Skulptur namens Photon und die möchte ich dir ganz gerne zeigen. Super gern, ja. Gehen wir los? Ja. Du gehst den Weg? Hier vorne. Alles klar. Ja, schau, hier ist es. Das ist also dieses Photon?

Das ist Tony Craggs Photon. Das sieht tatsächlich ziemlich interessant aus. Ich habe hier einerseits diese drahtlinige Ausrichtung, quasi so wie in dem Reflexionsexperiment, das wir gesehen haben. Aber andererseits hat es eben auch diese Wellenberge und Täler, quasi wie das Interferenzmuster im Gitterexperiment, oder?

Ja, genau. Also wenn man seiner Fantasie freien Lauf lässt, dann könnte man das als künstlerische Darstellung des Welleteilchendualismus betrachten. Das ist schon eine ziemlich spannende Interpretation, aber glücklich ist sie auf jeden Fall. Im letzten Video haben wir ja über molekulare Schalter gesprochen, die dann auch mit Photonen bestrahlt werden, um sie an- und auszuschalten.

Wie ist das jetzt eigentlich, wenn so ein Photon auf so ein Molekül trifft? Was passiert denn mit dem Photon? Das Photon ist weg. Es wird geschluckt. Wie weg? Das kann doch nicht einfach weg sein. So ein Photon hat auch eine gewisse Energie, die kann doch nicht verloren gehen, oder? Du hast recht. Natürlich wird Energie nicht vernichtet, sondern immer nur umgewandelt. Und bei der Vereinigung eines Photons mit einem Molekül oder bei der Absorption, kann man sagen, wird die Energie genutzt,

um Elektronen aus der höchsten besetzten Energiestufe in die niedrigste unbesetzte Energiestufe anzuheben. Dann liegt das Molekül im angeregten Zustand vor und wir haben eine ganz neue Spezies vorliegen. Eine neue Spezies? Was kann man sich darunter vorstellen? Eine neue Spezies ist eigentlich ein neuer Stoff, weil der angeregte Zustand andere Eigenschaften hat als der Grundzustand.

Ok. Super spannendes Thema. Wie gesagt, auch dazu haben wir schon ein Video gedreht. Das findet ihr wie immer unten verlinkt. Und in Bezug auf Photonen gibt es auch noch sehr viele andere sehr, sehr spannende Fragen. Zum Beispiel kann man Photonen eigentlich konvertieren. Also kann man dafür sorgen, dass sie plötzlich eine andere Energie haben, dass die eine andere Wellenlänge haben und ist das nach oben wie nach unten möglich oder nur in eine eine Richtung?

Sehr interessante Frage, der wir auch nachgegangen sind. Das Video dazu findet ihr wie immer unten verlinkt. Ich hoffe, wir sehen uns da wieder. Macht's gut und bis dann. Ciao.