Quantenphysik / Mikroobjekte - Josef Leisen - Studienseminar für ...

2. Zur Didaktik von Fotoeffekt und COMPTON-Effekt in der Schule
2.1 Der Fotoeffekt und der COMPTON-Effekt in der Schule
"Wann, wie und wozu werden Fotoeffekt und COMPTON-Effekt in der Schule behandelt?"
Bei der Beantwortung dieser Frage erhält man beim Blick in ältere Physikbücher eine
klare Antwort. Traditionell steht der Fotoeffekt am Anfang des Quantenphysikunterrichts
und dient dem Einstieg in die Thematik. Dabei wird der Fotoeffekt experimentell angegangen
und die experimentellen Varianten werden ausgiebig genutzt. Die Experimente haben
den Zweck, die Quantisierung des Lichts überzeugend zu erzwingen. Der COMPTON-Effekt
wird traditionellerweise zeitlich viel später behandelt, ist inhaltlich vom Fotoeffekt getrennt
und soll den Impuls von Photonen experimentell absichern.
Folgende kritische Fragen sind erlaubt:
Führen Fotoeffekt und COMPTON-Effekt zwingend zum Photon?
Ist der Fotoeffekt das geeignete Schlüsselexperiment zum Einstieg in die Quantenphysik?
Kann man heute noch den Fotoeffekt so lehren wie 1905 und dabei so tun, als sei seitdem
nichts zum Fotoeffekt passiert?
Wenn in vielen Physikbüchern der Fotoeffekt am Anfang der Quantenphysik steht und wenn
historisch vorgegangen wird, sollte man bedenken, dass der historische Weg auch didaktische
Nachteile hat, indem er bei Schülern Vorstellungen aufbaut, die sich u. U. später lernhemmend
auswirken. Beim Studium der Geschichte des Fotoeffektes stellt man fest, dass
der Weg zur Quantenphysik für die Physiker verwirrend war und über viele Irrwege verlief
(vgl. Zeittabelle). So hat der Fotoeffekt auf den sogenannten 'Dualismus' geführt: Licht verhält
sich mal als Teilchen, mal als Welle. Es ist, je nach experimenteller Anordnung, eine
Art Verkleidungskünstler. Der naive Welle-Teichen-Dualismus "Mal Welle - mal Teilchen"
ist didaktisch unbrauchbar und führt in die Irre. Die bornsche Wahrscheinlichkeitsinterpretation
erfasst beide Aspekte widerspruchsfrei in einem einheitlichen Bild.
Man kann nämlich sehr einfach über das physikalische Verhalten des Lichtes, bzw. der Mikroobjekte
sprechen: Im Licht, bzw. in gleichartig präparierten Mikroobjekten, steckt 'Welliges',
'Körniges' (bzw. 'Quantiges') und 'Stochastisches', das mit einer (komplexen) Wellenfunktion
beschrieben wird.
FEYNMAN sagt: "Licht ist weder Teilchen noch Welle; es ist etwas Drittes". Er will damit
sagen, es ist etwas ganz anderes. Es ist etwas, das mit klassischen Begriffen nicht beschreibbar
ist.
Das 'Körnige' zeigt sich in Energiebrocken und in Impulsbrocken. Die Quantisierung bezieht
sich also auf die Energie und nicht unbedingt auf die Teilchen selbst. EINSTEIN hat das in
seiner Originalarbeit von 1905 genau gesehen. Später kam vieles wieder durcheinander. Insgesamt
ist die Geschichte der Quantenphysik ein ständiges Neukonzipieren, Verwerfen und
Zurechtrücken. Im Blick auf ideen- und wissengeschichtliche Entwicklungen ist dies didaktisch
reizvoll, aber keine didaktische Vorlage.
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