Schon im 19. Jahrhundert konnte man die Strahlung von Hohlräumen (also von schwarzen Strahlern) im Labor messen (siehe Abb. rechts oben). Die gemessenen Werte waren aber mit klassischer Physik nicht zu erklären. Max Planck fand 1900 ein Strahlungsgesetz, das mit den gemessenen Werten übereinstimmte. Er musste dazu aber, wie er selber sagte, in einem „Akt der Verzweiflung“ annehmen, dass die Energie nur in Form von „Portionen“ aufgenommen bzw. abgegeben wird. Diese Portionen nennen wir heute Quanten bzw. beim Licht Photonen.
Um diese Energieportionen zu beschreiben führte Planck bei der Entwicklung seines Strahlungsgesetzes die Gleichung $E = h \cdot f$ ein, wobei h das nach ihm benannte Wirkungsquantum ist. Planck hatte in seiner „Verzweiflung“ die Quantenmechanik ins Rollen gebracht und dafür später den Nobelpreis bekommen. Einstein konnte 1905 mit Hilfe der Gleichung $E = h \cdot f$ den Fotoeffekt erklären.
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Intensitätsmessung eines schwarzen Strahlers (rechts oben). Das klassische Modell versagt bei kurzen Wellenlängen völlig. Die Strahlungsverteilung ist nur mit Hilfe der Quantenmechanik zu erklären.
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Der größte reale schwarze Strahler und gleichzeitig der perfekteste ist das ganze Universum selbst. Seine Strahlung, die uns aus allen Richtungen des Raums erreicht, nennt man Hintergrundstrahlung (Abb. 35.7). Sie ist überwiegend Mikrowellenstrahlung. Zum Auftauen einer Pizza taugt sie aber nicht, denn sie entspricht bloß 2,7 K! Wenn du also einen Satelliten ins All schießt, würde dieser so lange an Temperatur verlieren, bis er auf weniger als -270 °C abgekühlt ist, denn das ist die Temperatur des Universums (F6).
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Aufnahme der Hintergrundstrahlung mit der Sonde WMAP. Die Temperaturabweichungen von der Schwarzkörperstrahlung liegen in der Größe von 10.000stel Grad.
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Der Ursprung der Hintergrundstrahlung liegt etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall, also vor über 13 Milliarden Jahren. Damals war das Universum auf rund 3000 K abgekühlt, und Protonen und Elektronen kombinierten sich zu Atomen. Die Photonen konnten nicht mehr an den geladenen Teilchen gestreut werden, und das Universum wurde „durchsichtig“. Die schwarze Strahlung von damals „sieht“ man nun als Hintergrundstrahlung. Durch die Expansion des Universums kam es zur Rotverschiebung, und deshalb liegt die Strahlung heute bei nur mehr 2,7 K.
