Albert Einstein wird oft mit der Erfindung des Lasers in Verbindung gebracht. Darin steckt schon etwas Wahrheit, aber nicht die ganze Wahrheit.

Albert Einstein wird Vieles zugeschrieben. Seine berühmte Gleichung E = mc² wird gelegentlich als der Schlüssel zum Bau der Atombombe bezeichnet, und manchen gilt Einstein auch als der Erfinder des Lasers. Was ist davon zu halten?
 
In einer seiner wichtigsten Veröffentlichungen ("Zur Quantentheorie der Strahlung") hat Einstein bereits in 1917 den Prozess der stimulierten Emission beschrieben. Hiernach kann ein Lichtquant, welches ein Atom (oder Ion oder Molekül) trifft, diesem nicht nur in einem Absorptionsprozess Energie zuführen, sondern umgekehrt auch ein bereits vorher schon angeregtes Atom wieder in einen Zustand tieferer Energie versetzen. Im letzteren Fall entsteht aus der dem Atom entnommenen Energie ein zusätzliches Lichtquant. Ein entscheidender Aspekt ist Einsteins Erkenntnis, dass sich dieses Lichtquant in die gleiche Richtung bewegen sollte wie das ursprünglich einfallende. Hiermit haben wir einen Verstärkungsprozess: Aus einem Lichtquant mache zwei, bzw. aus einem schwachen Lichtstrahl einen stärkeren. Weiterhin hat Einstein erkannt, dass in einem Ensemble von Atomen eine Netto-Verstärkung nur auftreten kann, wenn eine "Besetzungsinversion" erreicht wird: Der obere Energiezustand muss stärker bevölkert sein als der untere, damit die stimulierte Emission und nicht die Absorption überwiegt. Dieser Zustand wird oft durch "optisches Pumpen" z. B. eines Laserkristalls erreicht - eine Technik, deren Erfindung Alfred Kastler zugeschrieben wird.

Für einen Laser braucht man freilich noch mehr: einen "Resonator", in dem ein Lichtstrahl umläuft, wobei ein Verstärkungsmedium die Energieverluste pro Umlauf mindestens ausgleichen kann. Das Prinzip wurde zunächst mit Mikrowellen demonstriert (→ Maser), und durch die bahnbrechenden Arbeiten von Schawlow, Townes und Maiman um ca. 1960 konnte es auch auf Licht angewandt werden.
Nachdem die Arbeiten zwischen 1917 und 1960 sicherlich etwas mehr als nur kleine Details geklärt haben, muss es als reichlich übertrieben bezeichnet werden, Einstein als den Erfinder des Lasers darzustellen. Tatsächlich hat er die wohl wichtigste physikalische Grundlage des Lasers - den Prozess der stimulierten Emission - erkannt; dies übrigens durch theoretische Überlegungen, nicht durch Beobachtung physikalischer Vorgänge. Zum Laser war es danach immer noch ein weiter Weg.

Mit der Atombombe war es übrigens ähnlich. Gemäß der Gleichung E = mc² sollte sehr viel Energie frei werden, wenn auch nur ein paar Gramm Materie in Energie verwandelt werden. Dies ist zweifellos eine höchst bedeutende Erkenntnis. Trotzdem: Einen Weg zu finden, der diese Umwandlung tatsächlich ermöglicht, ist immer noch eine andere Sache. Ein solcher Weg ergab sich aus der Entdeckung der Kernspaltung durch das Team von Lise Meitner, Otto Hahn und Fritz Strassmann 1938, sowie insbesondere durch die bald danach erkannte Möglichkeit einer nuklearen Kettenreaktion. Insofern hat Einstein mit der Atombombe viel eher wegen seines berühmten Briefs an Roosevelt zu tun als wegen seiner Gleichung. Und Max Planck könnte zwar eine Gleichung vorweisen (E = hν), aber keinen Brief, und gilt auch nicht als der Vater des Lasers, sondern höchstens zusammen mit Einstein als der Vater des (später von Gilbert N. Lewis so benannten) Photons.


Autor
Dr. Rüdiger Paschotta, RP Photonics Consulting GmbH
Internet: http://www.rp-photonics.com/
Dr. Paschotta ist Experte auf den Gebieten Laser und Verstärker, nichtlineare Optik, Faseroptik und ultrakurze Laserpulse. Über seine Firma RP Photonics Consulting GmbH unterstützt er Firmen im Bereich der Lasertechnik und Photonik mit Produktdesigns, Machbarkeitsstudien, unabhängigen Beurteilungen sowie maßgeschneiderten Schulungen.