Als Schwarzer Körper wird in der Physik ein idealisierter Körper bezeichnet, der die gesamte einfallende elektromagnetische Strahlung absorbiert. Auch Licht wird geschluckt, deshalb der Name. Eine russgeschwärzte Oberfläche kommt dem Ideal nahe. Noch besser ist eine russgeschwärzte Box mit einem kleinen Loch: Das Licht, das in die Box einfällt, wird mehrfach reflektiert und abgeschwächt.

Um im thermischen Gleichgewicht zu bleiben, strahlt der Schwarze Körper auch Strahlung ab, abhängig von seiner Temperatur. So kann es sein, dass man durch das Loch eine Farbe sieht, je nach Temperatur Rot, Gelb oder sogar Weiss. Auch eine Glühbirne ist ein schwarzer Körper: Ist sie gedimmt, leuchtet sie nur ganz schwach rot. Je heisser sie wird, desto heller wird sie und leuchtet zuerst orange, dann gelb und schliesslich weiss. Das Spezielle an den Schwarzen Körpern ist nun, dass das Farbspektrum nur von der Temperatur abhängt und nicht vom Material – sowohl bei der Glühbirne als auch der Box.

Die ultraviolette Katastrophe

Physiker beobachteten schon früh, dass sich das spektrale Maximum von Rot über Gelb bis zu Grün, Blau und Violett verschob. Dass die Glühbirne weiss erscheint, liegt daran, dass das Spektrum zu den längeren Wellenlängen hin flach abfällt. Liegt also das Maximum im blauen Bereich, sind Gelb und Rot ebenfalls enthalten.

Die Physiker versuchten, den Zusammenhang von Farbe und Temperatur zu erklären. Beispielsweise über die Theorie der elektromagnetischen Wellen: In der Box können sich nur stehende Wellen ausbilden – zwischen den Wänden muss mindestens eine halbe Wellenlänge oder ein Vielfaches davon Platz haben. Dies erklärt, warum die Intensität zu den langen Wellenlängen hin abnimmt. Das würde aber auch bedeuten, dass die kurzwellige, ultravioletten Strahlung immer stärker zunehmen müsste, bis hin zur ultravioletten Katastrophe.

Quantisierung verhindert Katastrophe

Max Planck konnte die spektrale Verteilung erklären, indem er die Bedingung einführte, dass die Energie nicht kontinuierlich, sondern nur im Vielfachen von kleinsten Einheiten abgegeben werden kann. Und je kürzer die Wellenlänge, desto energiereicher sind diese Pakete. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Lichtpaket mit kurzer Wellenlänge ausgesendet wird, immer kleiner wird. Deshalb kommt es nicht zur ultravioletten Katastrophe und die Physiker konnten das Spektrum der Schwarzkörperstrahlung erklären. Zugleich war es die Geburtsstunde der Quantenphysik.