Als Albert Einstein am 17. März 1905 seine Arbeit zum photoelektrischen Effekt abschloss, war er 26 Jahre alt. Unerhört jung für einen Gelehrten, obendrein Außenseiter der akademischen Zirkel an den ehrwürdigen Universitäten in Berlin, Leipzig, Prag oder Paris. Denn bis Mai 1905 galt der bis dahin unbekannte Einstein als technischer Experte dritter Klasse und war beim Schweizer Patentamt in Bern angestellt.

Offenbar viel Langeweile

Offenbar hatte Einstein als Angestellter des Patentamts viel Zeit, denn intensiv widmete er sich dem Elektromagnetismus und den Maxwellschen Gleichungen. Dann, mit der Veröffentlichung seiner Schrift Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichts betreffenden heuristischen Gesichtspunkt, geriet er beinahe schlagartig ins Rampenlicht der Wissenschaft.

Der junge Mann aus dem Berner Patentamt hatte den sogenannten Hallwachs-Effekt gedeutet, der seit zwanzig Jahren bekannt war – aber von den Physikern nicht verstanden wurde.

Licht als Quantum und als Welle

Heinrich Hertz hatte 1886 festgestellt, dass mit ultraviolettes Licht bestrahlte Metallplatten einen Stromstoß abgeben, nachgewiesen über eine sogenannte Funkenstrecke. Ein Jahr später setzte Wilhelm Hallwachs die Untersuchungen fort. Mit den damaligen Theorien war dem merkwürdigen Effekt nicht beizukommen.

Einstein, der die Versuche aufmerksam studiert hatte, führte eine völlig neue Theorie des Lichts ein: Statt einer elektromagnetischen Welle oder eines Wellenbündels definierte er das Licht als Teilchen, besser gesagt als Zwitter aus Welle und Teilchen.

Dieses Teilchen bezeichnete er als Lichtquant oder Photon, das seine Energie beim Übergang ins Metall an gebundene Elektronen im Metallgitter abgibt und sie so aus dem Gitterverbund befreit.

Die Elektronen als Wandervögel

Die Folge: Die negativ geladenen Elektronen bewegen sich frei durch die Metallstruktur und erzeugten einen elektrischen Impuls. Zwar werden sie vom Metall sehr schnell wieder absorbiert, doch der Impuls ist nachweisbar. Hallwachs bezeichnete diesen Vorgang als Photoeffekt.

Viel später wurde ein ähnlicher Vorgang bei Halbleitern wie Silizium entdeckt: Dort führt der Einfall von Sonnenlicht zur Trennung von Elektronen (negativ geladen) und Valenzen (positiv geladen), die man früher auch als Löcher oder Störstellen bezeichnete.

Gelingt es, diese beiden Ladungen zu trennen, lässt sich elektrischer Strom gewinnen. Dieser Vorgang bildet die Grundlage der modernen Solarzellen.

Mittlerweile ist der umgekehrte Effekt bekannt: Legt man an bestimmte Materialien einen elektrischen Strom an, emittieren sie Licht. Dieser Vorgang wird in LEDs genutzt.

Auf der Höhe seines Ruhms

Als das Nobelkomitee 1921 die Deutung des lichtelektrischen Effekts zur Auszeichnung vorschlug, stand Albert Einstein bereits auf der Höhe seines akademischen Ruhms. 1905 war es seine erste wichtige Veröffentlichung, der im gleichen Jahr die spezielle Relativitätstheorie (Titel der Veröffentlichung: Zur Elektrodynamik bewegter Körper) folgte.

1909 wurde er Dozent für theoretische Physik an der Universität Zürich, bald außerordentlicher Professor. Im Januar 1911 wurde er zum ordentlichen Professor an der deutschen Universität Prag ernannt. Im Oktober 1912 kehrte er nach Zürich zurück, an die Eidgenössische Technische Hochschule.

Der Wechsel nach Berlin

1913 wurde Einstein durch Fürsprache von Max Planck zum hauptamtlichen Mitglied der Preußische Akademie der Wissenschaften berufen, verbunden mit der Lehrberechtigung an der Berliner Universität – allerdings ohne Lehrverpflichtung. Das war damals ein ungeheures Privileg. Faktisch konnte er – hochbezahlt – tun und lassen, was er wollte.

In Berlin formulierte er 1915 die allgemeine Relativitätstheorie. Im Oktober 1917 wurde er Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Physik, das er bis zur Machtergreifung durch die Nazis im Jahr 1933 leitete.

Deutsche und Jüdische Physik

Einen Nobelpreis für Phyik gab es im Jahr 1921 jedoch nicht. Denn der Vorschlag des Nobelkomitees „für seine Verdienste um die theoretische Physik, besonders für seine Entdeckung des Gesetzes des photoelektrischen Effekts“ rief zahlreiche Widersacher auf den Plan.

Für die Mehrheit der verbeamteten Professorenschaft galt Einstein als Querulant und Emporkömmling. Seine seltsamen Denkmodelle – der Begriff Gedankenexperiment fand sogar Eingang ins Englische – blieben vor allem älteren Kollegen fremd.

Zwischen dem Beginn des 20. Jahrhunderts und der Machtergreifung durch die Nazis galten die deutschen und britischen Universitäten als Mekka der Physik. Erst durch den Exodus jüdischer Wissenschaftler nach Übersee stiegen die Universitäten und Forschungslabors in den USA in die erste Riege auf. (gekürzt)

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