2019 entschied das Deutsche Museum, eine neue Sonderausstellung “Licht und Materie” zu bauen. Ein wichtiges Thema: Im Alltag sind Laser, Glasfaser und Kernspintomograph nicht mehr wegzudenken. Aber auch ein schwieriges: Licht als Teilchen und Welle, Doppelspaltexperiment, Planck und Einstein, Quantentheorie. “Das Thema zu veranschaulichen, war eine große Herausforderung”, sagt Eckhard Wallis. Der Physiker, der seine Masterarbeit in experimenteller Quantenoptik an der Ludwig-Maximilians-Universität geschrieben hatte, kam vor fünf Jahren als Volontär ins Deutsche Museum. Dann wurde er kuratorischer Mitarbeiter im Ausstellungsprojekt “Licht und Materie”. In dieser Zeit arbeitete er mit den Bildhauer- und Modellbauer-Werkstätten und vielen anderen Bereichen im Museum für die neue Sonderausstellung zusammen.

Im 17. Jahrhundert war Licht im Rahmen der Newtonschen Physik ein Strahl von ominösen, kleinsten Körnchen oder “Korpuskeln”. Man konnte es bündeln, damit Fernrohre und Teleskope bauen. Mehr wusste man nicht über das Licht. Dass es eine Welle sein könnte, wie im Wasser, wäre kaum jemandem eingefallen. Der Niederländer Christian Huygens zog jedoch schon sehr früh Analogien zwischen mechanischen Wellen wie bei Wasser und Schall und den Eigenschaften des Lichts. Dann kam Thomas Young. Er war wohlhabender Augenarzt und Gentleman in London und beschäftigte sich gerne mit Physik. Zum Beispiel experimentierte er mit der Ausbreitung von Wellen in Wasser. Um die Wellenmuster besser sichtbar zu machen, projizierte er sie mit Hilfe einer Kerze unter einer wassergefüllten Wellenwanne. Dann erforschte er um das Jahr 1800 das Licht: Mit einem Spiegel an seinem Fensterladen lenkte er das Sonnenlicht in sein Zimmer. Den Strahl ließ er durch zwei in ein Papier geritzte Spalten treten. Das hinterließ nicht nur einen schlichten Schatten an der Wand, sondern Streifen im Schatten – etwas das so gar nicht zur Korpuskeltheorie passte. Durch seine Erfahrung mit Wellen hatte Young eine mögliche Deutung parat: Interferenz! Die Wellen löschten sich an manchen Stellen gegenseitig aus. Dieser erste Doppelspaltversuch, den bis heute viele aus dem Physikunterricht kennen, stützte damit sehr klar die Wellentheorie des Lichts.

Doch die Wellennatur wurde von Youngs Nachfolgern bestätigt. Und auch der Teilchenaspekt sollte schließlich, in ganz neuer Form, wiederbelebt werden - im Rahmen der Quantenphysik. Und so springt das zweite Szenorama in das Berlin der 1890er Jahre. Auf einem historischen Foto sieht man das Gebäude der eben gegründeten Physikalisch-Technischen Reichsanstalt PTR (Vorgängerin der heutigen Physikalisch-Technischen Bundesanstalt). Davor steht dreidimensional modelliert eine historische Straßenlaterne. Die Bildhauerin Elisabeth Straßer modellierte den Kandelaber, die Kolleginnen aus der Modellbauwerkstatt löteten so manche Verzierung hinzu und kümmerten sich mit den Elektronikern um das warme Licht, das im Szenorama wie damals auf die PTR scheint. In der Reichsanstalt vermass man zu jener Zeit die Lichtstärken unterschiedlicher Leuchtquellen - elektrische Lampen machten damals der Gaslampe zunehmend Konkurrenz. In diesem Rahmen experimentierte der Physiker Otto Lummer in den Laboren der PTR ab 1897 mit einem schwarzen Strahler: So nennt man ein Gerät, das so gut wie kein Licht oder Wärme reflektiert, aber durch eine schmale Öffnung selbst Licht ausstrahlt. Dieses ist entsprechend sehr rein, wird also nur von seiner Frequenz, und keiner weiteren Störung wie der Eigenfarbe des Strahlers, beeinflusst. Bei seinen Messungen bestimmte Lummer sehr exakt, wie sich bei einem schwarzen Strahler die Intensität des Lichts auf die verschiedenen Wellenlängen verteilte, und wie diese Verteilung von der Temperatur abhängt. Wenige Jahre später machte sich Max Planck daran, Lummers Messkurven mathematisch zu erklären. Als Rechentrick unterteilte er die Lichtenergie in kleine Portionen, gab diesen Portionen aber noch keine physikalische Bedeutung. Albert Einstein interpretierte sie schließlich 1905 als physikalisch reale “Lichtquanten”. Nun bestand das Licht, wie schon 300 Jahre zuvor postuliert, auch aus Teilchen: Photonen, die jeweils eine minimal kleine Energiestufe tragen. 

“Licht und Materie” - das ist eine wechselvolle Geschichte menschlicher Schicksale, großartiger Entdeckungen, intensiver Dispute. In sechs großen Szenoramen haben die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Werkstätten im Deutschen Museum diese Geschichte meisterhaft dargestellt. An mehr als 20 weiteren interaktiven Stationen und zahlreichen Exponaten in der neuen Sonderausstellung kann man das Thema vertiefend für sich entdecken. Eckhard Wallis freut sich, dass die spannende Reise vom Licht bis zur Quantenphysik im Deutschen Museum nun fertig ist. Und sie wird bleiben: bis Ende 2025 als Sonderausstellung und voraussichtlich ab 2028 auch als Dauerausstellung.