Welt der Naturwissenschaften
(Scientific Medley)

 Jahresübersicht 2014

Die schönsten Träume von Freiheit werden im Kerker geträumt.
(Friedrich Schiller)

27. Juli 2024

In den 1910er-Jahren war die moderne Physik in eine Sackgasse geraten. Der Neuseeländer Ernest Rutherford hatte nachgewiesen, dass ein Atom aus einem kleinen und kompakten Atomkern und mehreren Elektronen besteht. Der Atomkern ist elektrisch positiv geladen, die Elektronen negativ. Das Atom erscheint deshalb nach außen elektrisch neutral.

Rutherford nahm nun an, dass die Elektronen um den Kern kreisen. Sein Atom war ein Mini-Sonnensystem, aber das konnte nicht funktionieren, denn kreisende Elektronen sind beschleunigte Ladungen, die strahlen und somit Energie verlieren würden. Die Elektronen stürzten in diesem Atommodell in den Kern, das Atom fiele in Sekundenbruchteilen in sich zusammen. In dieser Situation betrat das junge Genie Niels Bohr die Bühne der Physik, und er hatte eine Lösung.

Erhitzt man ein chemisches Element, so senden die Atome Licht in ganz bestimmten Frequenzen aus. Unser Auge erkennt das nicht, man benötigt zur Messung spezielle optische Geräte. Bohr wertete die Lichtfrequenzen aus und entwickelte ein neues Bild vom Atom, wobei er alles, was den Physikern lieb und teuer war, kurzerhand über Bord warf. Bohr nahm „stationäre Zustände“ der Elektronen an und erklärte die Lichtfrequenzen mit „Quantensprüngen“ der Elektronen von einem Energiezustand zu einem anderen.

Dieses neue Bild vom Atom war mathematisch so abstrakt, so weit weg von allem, was dem Hausverstand entsprach, dass es bis heute fast nur in der Physik diskutiert wurde und wird. „Natura non facit saltus“ (Die Natur macht keine Sprünge) lautete das Prinzip des Philosophen Aristoteles, das nie hinterfragt wurde. Jetzt war alles anders. Die Natur macht Quantensprünge. Einer der Begründer der Quantenphysik, Max Planck, klagte: „Früher war die Physik einfacher, harmonischer und daher auch befriedigender. Man hatte schöne Theorien und durfte darauf vertrauen. Heute ist das anders geworden ... jede Neuerung ist mit unbehaglichen Übergangserscheinungen verbunden."

Das neue Weltbild der Quanten machte die Physiker nervös, in manchen Fällen sogar ängstlich. Erwin Schrödinger, der ein alternatives Atommodell vorgeschlagen hatte, wurde von Bohrs Freund Heisenberg angefaucht: „Je mehr ich über den physikalischen Teil der Schrödingerschen Theorie nachdenke, desto abscheulicher finde ich ihn … es ist Mist.“ Auch Einstein hatte, obwohl er zu den Begründern der Quantenphysik zählt, seine Probleme mit der neuen Theorie. Einstein und Bohr gerieten mehrfach aneinander, und der größte Quantenphysiker des 20. Jahrhunderts, der amerikanische Nobelpreisträger Richard Feynman, sagte einmal: "Wer sagt, er versteht die Quantenphysik, der hat sie nicht wirklich verstanden."

Neophobie

Helden der Wissenschaft:
Max Planck
(1858-1947) entdeckte den Quantensprung, das Allerkleinste, was die Natur an Energie zu bieten hat. In der Folge versuchte er mehrfach, seine eigene bahnbrechende Theorie zu widerlegen, was ihm nicht gelang.