Owen Willans Richardson war ein britischer Physiker, der eine Frage beantwortete, die für die gesamte Elektronik des 20. Jahrhunderts grundlegend wurde: Wie verlassen Elektronen ein heißes Metall? Das Phänomen, das man heute Glühemission oder thermische Elektronenemission nennt, steckte in jeder Radioröhre, in jedem frühen Fernsehgerät und in den Röntgenröhren der Medizin. Für seine Arbeiten über die Glühelektronen und besonders für die Entdeckung des nach ihm benannten Gesetzes erhielt Richardson den Nobelpreis für Physik des Jahres 1928, der ihm 1929 nachträglich verliehen wurde. Er wurde am 26. April 1879 in Dewsbury in der englischen Grafschaft Yorkshire geboren und starb am 15. Februar 1959 in Alton in der Grafschaft Hampshire.
Herkunft und Ausbildung
Richardson wuchs in Dewsbury auf, einer Industriestadt im Norden Englands. Er war ein auffallend begabter Schüler und erhielt Stipendien, die ihm den Besuch der Batley Grammar School und später das Studium am Trinity College der Universität Cambridge ermöglichten. Dort studierte er Naturwissenschaften und schloss sein Studium in Physik, Chemie und Botanik mit Auszeichnung ab. Anschließend forschte er am berühmten Cavendish-Laboratorium unter der Leitung von Joseph John Thomson, der wenige Jahre zuvor das Elektron entdeckt hatte.
Das Cavendish-Laboratorium war um 1900 einer der lebendigsten Orte der Physik. Junge Forscher wie Ernest Rutherford, Charles Wilson und Richardson arbeiteten dort an den neuen Fragen nach Elektronen, Ionen und Strahlung. Thomson regte Richardson an, sich mit einem Effekt zu beschäftigen, der schon im 19. Jahrhundert beobachtet worden war: Heiße Körper geben elektrische Ladung an ihre Umgebung ab.
Was ist Glühemission?
Um Richardsons Leistung zu verstehen, hilft ein einfaches Bild. In einem Metall bewegen sich viele Elektronen relativ frei, sie werden aber an der Oberfläche durch eine Art Energieschwelle festgehalten. Bei Zimmertemperatur reicht die Bewegungsenergie der Elektronen nicht aus, um diese Schwelle zu überwinden. Erhitzt man das Metall jedoch stark, etwa einen Glühdraht, bewegen sich manche Elektronen so heftig, dass sie die Oberfläche verlassen können, ähnlich wie Wassermoleküle aus einer heißen Flüssigkeit verdampfen.
Thomas Edison hatte bei seinen Glühlampen beobachtet, dass in einer evakuierten Lampe ein Strom zu einer zusätzlichen Elektrode fließen kann, wenn der Glühfaden heiß ist. Dieser sogenannte Edison-Effekt war bekannt, aber nicht verstanden. Richardson zeigte zu Beginn des 20. Jahrhunderts, dass es sich dabei um Elektronen handelt, die aus dem heißen Metall austreten, und nicht etwa um Ionen aus Gasresten oder chemische Vorgänge an der Oberfläche.
Das Richardson-Gesetz
Richardson ging noch einen Schritt weiter. Er leitete her, wie stark der Elektronenstrom von der Temperatur abhängt. Das Ergebnis, das als Richardson-Gesetz oder Richardson-Dushman-Gleichung bekannt wurde, besagt im Kern, dass der Strom mit steigender Temperatur extrem schnell zunimmt, und zwar in einer Weise, die von einer für jedes Material typischen Größe abhängt, der sogenannten Austrittsarbeit. Diese gibt an, wie viel Energie ein Elektron mindestens braucht, um das Metall zu verlassen.
Richardson bestätigte sein Gesetz in sorgfältigen Messreihen an verschiedenen Metallen. Ursprünglich formulierte er es in einer etwas anderen mathematischen Form, später setzte sich eine verbesserte Fassung durch, an der auch der amerikanische Physiker Saul Dushman beteiligt war. Der Kern der Aussage blieb aber Richardsons Verdienst. Mit diesem Gesetz konnten Ingenieure gezielt Glühkathoden aus Materialien mit möglichst niedriger Austrittsarbeit entwickeln, die bei geringerer Temperatur viele Elektronen abgeben.
Richardson schuf auch den Begriff Thermionik, der im Englischen bis heute für das gesamte Gebiet verwendet wird. Seine Arbeiten waren nicht nur von theoretischem Interesse: Sie bildeten die physikalische Grundlage für die Elektronenröhre, die von Erfindern wie John Ambrose Fleming und Lee de Forest zur Gleichrichtung und Verstärkung elektrischer Signale genutzt wurde. Ohne Elektronenröhren hätte es weder den frühen Rundfunk noch die ersten elektronischen Rechenmaschinen gegeben.
Professor in Princeton und London
1906 ging Richardson als Professor an die Princeton University in den Vereinigten Staaten. Dort setzte er seine Forschungen fort und betreute Studenten, die später selbst bedeutende Physiker wurden. Zu ihnen gehörte Clinton Davisson, der 1937 den Nobelpreis für den Nachweis der Wellennatur von Elektronen erhielt. Davisson heiratete später Richardsons Schwester Charlotte. Auch familiär war Richardson eng mit der Physik verbunden: Er selbst heiratete Lilian Wilson, die Schwester seines Physikerkollegen Harold Albert Wilson, der ebenfalls aus dem Cavendish-Laboratorium kam.
1914 kehrte Richardson nach England zurück und übernahm eine Professur am King’s College in London. Während des Ersten Weltkriegs arbeitete er an militärisch wichtigen Fragen der Funktechnik und der Detektion. Nach dem Krieg erhielt er eine Forschungsprofessur der Royal Society, die ihn von Lehrverpflichtungen weitgehend freistellte, und leitete Forschungen am King’s College bis zu seiner Emeritierung.
Weitere Forschung
Richardson war ein vielseitiger Physiker. Neben der Glühemission beschäftigte er sich mit dem Photoeffekt, also dem Herauslösen von Elektronen durch Licht. Er stellte Überlegungen an, die Albert Einsteins Deutung des Photoeffekts experimentell stützten. Außerdem schlug er 1908 ein Experiment vor, das einen Zusammenhang zwischen Magnetismus und Drehimpuls aufzeigen sollte. Dieser Effekt wurde einige Jahre später von Einstein und Wander de Haas nachgewiesen und heißt heute meist Einstein-de-Haas-Effekt, gelegentlich auch Richardson-Effekt.
In späteren Jahren widmete sich Richardson der Spektroskopie, insbesondere den Spektren des Wasserstoffmoleküls. Diese Arbeiten waren mühsam und umfangreich, aber für das Verständnis von Molekülen wichtig. Er veröffentlichte zahlreiche Fachartikel und mehrere Bücher, darunter ein Standardwerk über die Elektronentheorie der Materie und eine Monografie über die Emission von Elektronen aus heißen Körpern.
Die Preisbegründung
Der Physiknobelpreis für das Jahr 1928 wurde zunächst nicht vergeben und 1929 nachträglich Richardson zuerkannt. Die Schwedische Akademie würdigte ihn sinngemäß für seine Arbeiten über das Phänomen der Glühelektronen und besonders für die Entdeckung des nach ihm benannten Gesetzes. Richardson teilte den Preis mit niemandem. Im selben Jahr 1929 erhielt Louis de Broglie den Physiknobelpreis für 1929 für die Entdeckung der Wellennatur der Elektronen.
Die Auszeichnung ist ein Beispiel dafür, dass das Nobelkomitee in jenen Jahren auch Arbeiten mit unmittelbarer technischer Bedeutung würdigte. Richardsons Gesetz erklärte einen Vorgang, der in einer schnell wachsenden Industrie Anwendung fand. Gleichzeitig war seine Arbeit ein frühes Beispiel dafür, wie die neue Vorstellung vom Elektron als Teilchen konkrete, messbare Vorhersagen ermöglichte.
Ehrungen und spätes Leben
Richardson wurde 1913 Mitglied der Royal Society, die ihm später auch die Hughes-Medaille und die Royal Medal verlieh. 1939 wurde er zum Ritter geschlagen und durfte fortan den Titel Sir führen. Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete er erneut an Fragen der Radar- und Funktechnik. 1944 zog er sich aus dem aktiven Dienst zurück, blieb aber wissenschaftlich interessiert. Nach dem Tod seiner ersten Frau heiratete er 1948 die Physikerin Henriette Rupp. Er starb 1959 im Alter von 79 Jahren.
Einordnung
Richardson gehört zu jenen Nobelpreisträgern, deren Namen außerhalb der Physik heute wenig bekannt sind, deren Arbeit aber in vielen Geräten des Alltags steckte. Wenn Sie an ein altes Röhrenradio, einen Röhrenfernseher oder an moderne Elektronenmikroskope und Röntgenröhren denken, dann begegnen Sie dem Prinzip, das er erklärt hat. Auch heute spielen Glühkathoden in der Forschung und Medizintechnik noch eine wichtige Rolle. Mit seinem Gesetz verband Richardson auf beispielhafte Weise die junge Elektronenphysik mit der Wärmelehre und schuf damit eine Grundlage, auf der Generationen von Ingenieuren aufbauen konnten.
Stand: 29.10.2026