Am Anfang lag Finsternis über der Urflut, und der Geist Gottes schwebte über dem Wasser. So steht es im Ersten Buch Mose, und so kann man es glauben und erzählen. Wissen sollte man aber, was die Physik seit dem 19. Jahrhundert in ihrem Ersten Hauptsatz erkannt hat, dass nämlich die Welt von ihrem Beginn an mit Energie gesegnet und gefüllt gewesen sein muss. Energie macht ihr Sein aus. Sie ist unzerstörbar, wie sich die Einsicht auch ausdrücken lässt, der zufolge die Energie der Welt konstant bleibt, während sie ihre Erscheinungsformen wechselt und etwa Wärme in Bewegung verwandelt wird oder umgekehrt. Und während die Energie erhalten bleibt, verändert sie mit ihrer variablen Form die Welt, ohne dabei von der geheimnisvollen Zeit zu lassen, in der sich ihr Wirken entfaltet.

Mit den Worten «Es werde Licht!», wurde der Energie befohlen, sichtbar zu werden. Die biblischen Erzähler konnten nicht wissen, dass die für Augen wahrnehmbaren Strahlen mit dem Spektrum ihrer Farben nur einen winzigen Ausschnitt des gesamten Lichts bilden, von dem Physiker heute Kenntnis haben. Im Laufe der Geschichte ist es gelungen, immer mehr unsichtbare Lichtenergie aufzuspüren, die für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. Diese Beobachtungen ziehen kulturelle Folgen nach sich, denn die Welt ist dadurch nicht mehr so, wie sie sich im äußeren Licht der Sonne zeigt. Sie ist vielmehr so, wie sie im inneren Licht der Phantasie erscheinen kann. Die Welt wird zur Erfindung von Menschen, was sich in der Wissenschaft in abstrakten Theorien – etwa denen von Albert Einstein – und in der Kunst in abstrakten Bildern – etwa denen von Pablo Picasso – zeigt.

Die Entdeckung von unsichtbarem Licht beginnt im 19. Jahrhundert mit der Wärmestrahlung und im Bereich des Ultravioletten; sie setzt sich mit dem Röntgenlicht über die Radiowellen fort und reicht bis zu den energiereichen Strahlen, die radioaktive Atome aussenden, wenn sie sich spontan wandeln, wobei aus dem Element Uran zum Beispiel Radium werden kann. Mit dieser Beobachtung des Zerfalls verloren die Atome erstmals ihren Nimbus der Unteilbarkeit, über den sie seit der Antike verfügten. Diese Vorstellung musste endgültig aufgegeben werden, als kurz vor Beginn des 20. Jahrhunderts der Nachweis gelang, dass Atome kleinere Einheiten namens «Elektronen» beherbergen, die sich aus ihnen lösen lassen: Atome sind teilbar, ohne dass man aufgehört hätte, sie weiter «unteilbar» – átomos – zu nennen. Eine lässliche Sünde sprachlicher Ungenauigkeit: Schwärmen doch Menschen auch nach wie vor von Sonnenuntergängen, obwohl sie seit Jahrhunderten wissen (können), dass es die Drehung der Erde ist, die sie abends besonders deutlich wahrnehmen, wenn sich der Horizont vor die Sonne schiebt; und sie machen sich ebenfalls kaum klar, dass sie die Hälfte ihres Lebens mit dem Kopf nach unten im Weltall hängen und deshalb gar nicht wissen, wo oben und wo unten ist.

Im 20. Jahrhundert wurden die Atome zweigeteilt, nämlich in einen Kern, in dem der Großteil ihrer Masse steckt, und die ihn umtanzenden Elektronen, die ihre Bewegungsenergie in Licht verwandeln können. Dieser Vorgang lässt sich zwar berechnen, aber damit versteht man noch nicht, wie er tatsächlich abläuft. Es weiß auch niemand so genau, wie die ebenfalls kalkulierbare Energie im Inneren der Sonne entsteht, die nach ihrer Lichtwerdung die Erde erreicht und das Leben auf dem Planeten versorgt. Man weiß allerdings, dass dabei Wasserstoffatome zu Helium fusionieren und so die Wärme produzieren, die allmählich nach außen wandert und als Strahlung in das All entlassen wird. Die Energiebilanz dieses Geschehens lässt sich berechnen, seit Albert Einstein 1905 den unheimlich wirkenden Zusammenhang bemerkt hat, der sich mit der Gleichung E = mc2 ausdrücken lässt. Die Energie E in einer Masse m ergibt sich, wenn man sie mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit c multipliziert, was eine immens große Zahl ergibt, da Licht mit knapp 300.000 km/sec unterwegs ist und nur etwas mehr als eine Sekunde bis zum Mond braucht.

Die Formel E = mc2 bringt erstaunliche Konsequenzen mit sich, zum Beispiel dann, wenn mit immer größerem Energieaufwand immer kleinere Teilchen zertrümmert werden sollen. Bei diesen Vorgängen kann sich die eingesetzte Energie zuletzt materialisieren, so dass die Stücke im Verlauf des Teilens paradoxerweise nicht kleiner, sondern größer werden. Und als Chemiker im Jahre 1938 die Versuche fortsetzten, die zuvor von der durch die Nationalsozialisten vertriebenen Physikerin Lise Meitner begonnen worden waren und in denen sie Neutronenstrahlen auf Uransalze gelenkt hatte, bemerkte Otto Hahn, dass dabei das Element Uran in Barium verwandelt wurde. Er informierte Lise Meitner, die im Exil ausrechnen konnte, dass bei dieser Kernspaltung etwas Besonderes passiert sein musste. Bariumatome verfügen über weniger Masse als das Uran, was bedeutete, dass bei seiner Umwandlung Energie frei geworden war. Lise Meitner konnte mit Einsteins Gleichung E = mc2 als Erste zu Weihnachten 1938 ausrechnen, dass sich mit diesem Prozess ein gefährlich helles Licht entzünden lässt. Es strahlte bald Heller als tausend Sonnen aus den Atombomben, die bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs erst gebaut und dann auch eingesetzt wurden.

Als Einstein die Äquivalenz von Masse und Energie erkannte, wussten die Physiker viel zu wenig von Atomen, um an Bomben zu denken. Zur historischen Wahrheit gehört weiter, dass Einstein gar nicht wissen wollte, wie viel Energie in Masse steckt. Ihn interessierte umgekehrt, wie sich die Trägheit eines Körpers ändert, wenn sein Energiegehalt steigt. Seine Gleichung sollte daher besser in der Form m = E/c2 geschrieben werden, was natürlich weniger spektakulär ist.

1905 wird gerne als Einsteins Wunderjahr bezeichnet, weil er damals fünf große Arbeiten vorlegte, die alle den Nobelpreis verdient hätten. Bekommen hat er ihn für einen Vorschlag, den er selbst als revolutionär bezeichnet hat und der vom Licht handelt, genauer von dessen Verwandlung in Strom, was man als photoelektrischen Effekt untersucht und nicht verstanden hatte. Bei der Bestrahlung von Metallen geraten offenbar deren Elektronen in Bewegung, und das liegt weniger an der Intensität des einfallenden Lichts und mehr an dessen Frequenz. So harmlos dieser Befund klingt, so revolutionierte Einstein mit seiner Hilfe doch die Physik, wobei er nach seiner Deutung des Geschehens meinte, jeden Boden unter den Füßen verloren zu haben.

Als der noch unbekannte Einstein sich den photoelektrischen Effekt vornahm und damit das Wechselspiel von Licht und Materie ins Auge fasste, gab es eine Gewissheit in seiner Wissenschaft, die er bald opfern musste – worauf gleich einzugehen sein wird –, und eine Neuerung, die vor ihm noch niemand ernst genommen hatte. Die Neuerung ging auf Max Planck zurück, der im Jahre 1900 einen folgenreichen Vorschlag unterbreitet hatte, um die Farben zu verstehen, in denen ein schwarzer Körper leuchtet, wenn er erhitzt wird. Nach jahrelangem erfolglosem Nachdenken über ein Strahlungsgesetz führte Planck in einem Akt der Verzweiflung in seine Wissenschaft das ein, was heute im Alltag sprachlich eher spielerisch als «Quantensprünge» gebraucht wird und in der Wissenschaft die Quantenmechanik entstehen ließ, die ein völlig neues Weltbild mit sich brachte und in ihrer Bedeutung für die Menschheit gar nicht hoch genug eingestuft werden kann.

Die Quantenmechanik handelt zunächst von Atomen und ihrem Licht. Sie hat aber zugleich nicht nur dem philosophischen Denken ein neues Terrain erschlossen, sondern auch technische Entwicklungen wie den Transistor ermöglicht, die inzwischen den Alltag durchdringen und massiv zur globalen Wirtschaft beitragen. Die Quantenmechanik steht somit am Anfang einer phänomenalen Entwicklung der Naturwissenschaften. Sie stellt aber zugleich Höhepunkt und Abschluss für ein Denken dar, das eine neue Art von Wissen hervorgebracht hatte. Gemeint ist ein Wissen in Wahrscheinlichkeiten, das keine deterministischen, dafür aber statistische Gesetze der Natur kennt und Häufigkeiten und Verteilungen angibt. Natürlich gehört dieses Wissen heute zum Alltag – etwa wenn Wahlprognosen unternommen oder die Chancen auf Regen gemeldet werden –, aber vielen Menschen macht der Gedanke Mühe, dass nirgendwo verborgene Parameter zu finden sind, mit denen man doch noch genau vorhersagen könnte, wie etwa das Wetter wird. Die Quantenmechanik kann nur die Wahrscheinlichkeit dafür angeben, wann etwa ein radioaktives Atom strahlt, wo ein Elektron zu finden ist und ob ein bestimmtes Lichtteilchen absorbiert oder reflektiert wird. Dieses bleibende statistische Element hat Einstein gefuchst und ihm den Satz ...