Albert Einstein hat nie einen Nobelpreis für die Relativitätstheorie gewonnen – tatsächlich war es nur durch langes, politisches Gerangel innerhalb des Nobelkomitees möglich, dass er den Preis überhaupt erhielt. Als er 1921 den Nobelpreis für Physik erhielt (1922, nach langem Nobelpreis-internen Händeringen), erhielt er ihn vor allem für seine Erklärung des photoelektrischen Effekts. Außergewöhnlich genug, dass er sowohl seine Relativitätstheorie als auch den photoelektrischen Effekt im selben Jahr entwickelt hat: 1905.
Um die Jahrhundertwende wussten die Physiker bereits, dass die Bestrahlung bestimmter Materialien mit Licht unter bestimmten Umständen einen elektrischen Strom erzeugen kann. Ein Amerikaner namens Charles Fritts hatte mehr als zwei Jahrzehnte zuvor, in den frühen 1880er Jahren, sogar eine funktionierende Solarzelle aus Selen gebaut.
Aber die Beobachtung, dass Licht Elektrizität erzeugen kann, ist nicht dasselbe wie das Verständnis, warum Licht Elektrizität erzeugen kann. Das war verblüffend.
Zu diesem Zeitpunkt hatte man verstanden, dass Licht als Welle funktioniert. Aber wenn das stimmte, machte es keinen Sinn, dass Licht einen elektrischen Strom erzeugen konnte: Eine Lichtwelle hätte einfach nicht genug Energie, um Materialien wie Selen dazu zu bringen, Elektronen so schnell abzuschießen, wie sie es taten, wenn sie mit Licht bestrahlt wurden.
Im Jahr 1905 war Einstein 26 Jahre alt und verfasste physikalische Arbeiten, die die Art und Weise, wie wir über die Welt denken, für die nächsten Jahrzehnte verändern sollten. Er war noch nicht die wilde Berühmtheit:
Aber in einer im März 1905 veröffentlichten Arbeit schlug Einstein vor, dass Licht vielleicht keine Welle ist. Phänomene wie der photoelektrische Effekt, schrieb er,
sind leichter zu verstehen, wenn man annimmt, dass die Energie des Lichts diskontinuierlich im Raum verteilt ist. Gemäß der hier zu betrachtenden Annahme ist die Energie eines Lichtstrahls, der sich von einer Punktquelle ausbreitet, nicht kontinuierlich über einen zunehmenden Raum verteilt, sondern besteht aus einer endlichen Anzahl von Energiequanten, die an Punkten im Raum lokalisiert sind, die sich bewegen, ohne sich zu teilen, und die nur als vollständige Einheiten erzeugt und absorbiert werden können.
Mit anderen Worten: Licht könnte Elektrizität erzeugen, wenn es sich manchmal wie ein Teilchen und nicht wie eine Welle verhalten würde. (Das sollte jedem bekannt vorkommen, der sich an den Physikunterricht erinnert.)
Nur ein Abschnitt des Papiers behandelte den photoelektrischen Effekt, aber er beschrieb, wie ein Lichtteilchen auf einmal genug Energie liefern könnte, um ein Elektron aus einem Atom herauszuschlagen und einen elektrischen Strom zu erzeugen. Dies war, wie sich herausstellte, experimentell leichter zu zeigen als einige der anderen Ideen, die Einstein skizziert hatte. Innerhalb eines Jahrzehnts hatte Robert Millikan die Gleichung, mit der Einstein den photoelektrischen Effekt beschrieben hatte, experimentell verifiziert.
Die Idee, die Einstein 1905 beschrieb und für die er anderthalb Jahrzehnte später den Nobelpreis erhielt, ist das, was die heutigen Solarzellen überhaupt funktionieren lässt. Aber erst 1954 – fast 50 Jahre später – war jemand in der Lage, eine Solarzelle herzustellen, die genug Strom erzeugt, um tatsächlich elektrische Geräte zu betreiben. Genauso wie es eine Lücke gibt zwischen dem Beobachten von etwas und dem Wissen, wie es funktioniert, gibt es eine Lücke zwischen dem Wissen, wie etwas funktioniert, und der Fähigkeit, etwas Nützliches damit zu tun.