Licht erscheint uns glatt und kontinuierlich, doch in der Quantenwelt besteht es aus winzigen Bausteinen: Photonen. Diese Teilchen sind unvorstellbar klein, haben keine Ruhemasse und bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit. Trotzdem bestimmen sie alles, was wir als Licht erleben.
In der klassischen Physik versteht man Licht als Welle – ähnlich wie Wellen auf dem Wasser oder Schallwellen in der Luft. Doch in der Quantenphysik zeigt Licht noch eine zweite, überraschende Seite: Es besteht aus einzelnen Energiepaketen, den Photonen. Diese sind die kleinsten unteilbaren Einheiten elektromagnetischer Strahlung. Ein Photon ist also ein Teilchen, das gleichzeitig auch eine Welle ist. Dieser Welle-Teilchen-Dualismus ist einer der grundlegenden Bausteine der Quantenmechanik.
Als Welle kann sich ein Photon ausbreiten, sich überlagern und Interferenzmuster erzeugen – genauso wie Wasserwellen. Als Teilchen tritt es bei einer Messung als punktförmiger Energieblitz auf, dessen exakter Auftreffpunkt nicht vorhersehbar ist.
Das berühmte Doppelspalt-Experiment zeigt das perfekt: Schickt man einzelne Photonen durch zwei Spalte, entstehen durch ihre Überlagerung Interferenzmuster, als wären viele Wellen miteinander verschlungen – obwohl jedes Photon einzeln geschickt wurde. Es verhält sich also, als würde es durch beide Spalte gleichzeitig gehen. Erst wenn man misst, welchen Weg es nimmt, „entscheidet“ es sich für einen einzigen Weg – und das Wellenmuster verschwindet.
Der Welle-Teilchen-Dualismus ist kein Entweder-oder, sondern ein Sowohl-als-auch. Welche Seite sichtbar wird, hängt von der Messung ab. Ein Photon kann sich in einem Überlagerungszustand befinden, etwa gleichzeitig horizontal und vertikal polarisiert sein.
Diese Eigenschaften machen Photonen zu idealen Kandidaten für die moderne Quantenforschung – von der Quantenkommunikation bis zur Quantenkryptografie.
Fast alles, was wir über Sterne, Galaxien und kosmische Ereignisse wissen, erfahren wir über Photonen. Sie liefern Informationen über ihre Temperatur, Zusammensetzung, Entfernung und Bewegung. Ohne Photonen könnten wir unser Universum kaum erkunden.
Auch in unserem Alltag und in moderner Technik ist der gezielte Einsatz von Photonen nicht mehr wegzudenken. Sie sind unverzichtbar für Laser, Glasfaserinternet, Solarzellen und Kameras.
