Wenn ich Einstein mit einem einzigen Wort charakterisieren sollte, so würde ich das Wort „In-sich-zurückgezogen-Sein“ wählen. Diese Haltung entsprach seinem tiefsten emotionellen Bedürfnis. Sie sollte ihm bei seinen zielstrebigen Studien — und ganz besonders auf seinem Weg des Triumphes von der speziellen zur allgemeinen Relativitätstheorie — eine große Hilfe sein. Sie sollte für ihn sogar zur praktischen Notwendigkeit werden, als es nämlich darum ging, seine von ihm so hochgeschätzte Privatsphäre vor einer Welt, die nach Legenden und Charisma verlangte, zu schützen. Während seiner gesamten wissenschaftlichen Karriere zeigte sich dieses „Für-sich-Sein“ Einsteins jedoch niemals ausgeprägter als in seiner Einstellung zur Quantentheorie. Zwei verschiedene Perioden lassen sich dabei unterscheiden. Von 1905 bis 1923 war er der einzige oder doch fast der einzige, der seine eigene Lichtquanten-Hypothese ernst nahm: Unter bestimmten Bedingungen verhält sich das Licht so, als ob es eine besondere Struktur hätte. Während der zweiten Periode, von 1926 bis zum Ende seines Lebens, war er wieder der einzige oder doch wieder fast der einzige, der eine zutiefst skeptische Haltung gegenüber der Quantenmechanik einnahm.
Wenn ich Einstein mit einem einzigen Wort charakterisieren sollte, so würde ich das Wort „In-sich-zurückgezogen-Sein“ wählen. Diese Haltung entsprach seinem tiefsten emotionellen Bedürfnis. Sie sollte ihm bei seinen zielstrebigen Studien — und ganz besonders auf seinem Weg des Triumphes von der speziellen zur allgemeinen Relativitätstheorie — eine große Hilfe sein. Sie sollte für ihn sogar zur praktischen Notwendigkeit werden, als es nämlich darum ging, seine von ihm so hochgeschätzte Privatsphäre vor einer Welt, die nach Legenden und Charisma verlangte, zu schützen. Während seiner gesamten wissenschaftlichen Karriere zeigte sich dieses „Für-sich-Sein“ Einsteins jedoch niemals ausgeprägter als in seiner Einstellung zur Quantentheorie. Zwei verschiedene Perioden lassen sich dabei unterscheiden. Von 1905 bis 1923 war er der einzige oder doch fast der einzige, der seine eigene Lichtquanten-Hypothese ernst nahm: Unter bestimmten Bedingungen verhält sich das Licht so, als ob es eine besondere Struktur hätte. Während der zweiten Periode, von 1926 bis zum Ende seines Lebens, war er wieder der einzige oder doch wieder fast der einzige, der eine zutiefst skeptische Haltung gegenüber der Quantenmechanik einnahm.
ZusammenfassungGegen Ende seines Lebens schrieb Einstein seinem ältesten Freund, daß ihn 50 lange Jahre des ununterbrochenen „bewußten Nachgrübelns“ über die Frage „Was sind Lichtquanten?“ der Antwort um nichts näher gebracht hätten. Wie immer übertrieb Einstein auch in diesem Falle keineswegs: Das Problem, Diskretheit ebenso wie Kontinuität in der natürlichen Welt zu verstehen, beschäftigte ihn während seiner ganzen wissenschaftlichen Laufbahn. Daß Einstein so viel Zeit und Energie darauf verwendete, sich mit der Quantentheorie auseinanderzusetzen, mag viele — sogar viele Physiker — überraschen. Denn sein Entwurf der speziellen und der allgemeinen Relativitätstheorie sowie seine vielen Versuche, eine noch allgemeinere Theorie, nämlich eine einheitliche Feldtheorie, zu schaffen, haben seine anderen Leistungen in den Schatten gestellt. Und doch wird vermutlich jeder, der das Werk Einsteins kennt, den Worten von Max Born, einer der bedeutendsten Persönlichkeiten in der Entwicklungsgeschichte der Quantenmechanik, zustimmen, als er schrieb: „Meiner Meinung nach müßte er selbst dann, wenn er nicht eine einzige Zeile über die Relativität geschrieben hätte, als einer der größten theoretischen Physiker aller Zeiten gelten.“ Diese Meinung gründete sich hauptsächlich auf jene Schriften, in denen Einstein über die erstaunlichen Ergebnisse seines „bewußten Nachgrübelns“ über das Quantenproblem berichtet.
Seit ich mich im Alter von 19 Jahren dem Studium der Theoretischen Physik zugewandt habe, bin ich stets ein glühender Bewunderer sowohl der Person als auch des Werkes von Albert Einstein gewesen. Ich wußte, daß dieser berühmte und immer noch jugendliche Gelehrte bereits im Alter von 25 Jahren Ideen in die Physik eingebracht hatte, die in ihrer Neuartigkeit so revolutionär waren, daß sie ihn zum Newton der modernen Naturwissenschaften werden ließen. Ich vertiefte mich mit Eifer und Sorgfalt in diese elegante Relativitätstheorie, die seinen Namen trug, denn ich war damals nur ein Anfänger. Ich wußte auch — und da ich die Quantentheorie intensiv studierte, interessierte mich dieser Teil seiner Arbeit natürlich besonders —, daß Einstein eine kühne Hypothese in bezug auf das Licht verfaßt hatte, seine Theorie der Lichtquanten, in der er den alten Korpuskularbegriff der Strahlung, der seit Fresnel aufgegeben worden war, neu formuliert hatte. Ich wußte außerdem, daß es ihm gelungen war, die Gesetze des photoelektrischen Effekts zu interpretieren und das Problem der Energieschwankungen (Fluktuationen) in der Strahlung eines schwarzen Körpers zu analysieren. Kurz gesagt: Bei jedem Schritt meiner Studien stieß ich mit ständig wachsender Begeisterung auf das Werk dieses erhabenen Denkers.
Es ist bemerkenswert, daß die Grundpfeiler sowohl der Quantenmechanik als auch der speziellen Relativitätstheorie in den ersten fünf Jahren dieses Jahrhunderts gelegt wurden, und interessant die Entwicklung der beiden zu vergleichen. Während die spezielle Relativitätstheorie als Ganzes (1905) ein Geniestreich Einsteins war, entwickelte sich die Quantenmechanik in einer Reihe von kleinen Schritten während eines Vierteljahrhunderts (1900–1925). Eine Erklärung dafür ist, daß es, während in der speziellen Relativitätstheorie das Verhalten von Raum und Zeit einzig und allein aus zwei Prinzipien folgt, in der Quantentheorie keine solch einfachen Prinzipien gab, von denen ausgehend alle Quantenphänomene abgeleitet werden konnten. Vielmehr war jeder Schritt eine weitere Hypothese, die entweder auf einem neuen experimentellen Ergebnis beruhte oder ein solches vorhersagte, was nicht unbedingt in einer logischen Reihenfolge geschah und schon gar nicht in Folge eines oder zweier Prinzipen. Die Quantenmechanik entstand also abwechselnd aus Hypothesen und Experimenten, in etwa fünfundzwanzig Jahren. Wie die Überschriften der folgenden Abschnitte zeigen, können die meisten Schritte auf diesem Weg eng mit einer Person in Verbindung gebracht werden; die Beschäftigung mit ihnen wird uns hier als Einführung in die Quantenmechanik dienen.
Die Debatte tiber die Grundlagen der Quantentheorie, die auf eine mehr als fiinfzigjiihrige Tradition zurtickblickt, war in zwei Perioden besonders intensiv, niimlich unmittelbar nach der Begrtindung der Quantentheorie und wiederum in den letzten Jahren. An die Frtihzeit der Quantenphysik erinnerte Max Born in seiner Rede, die er anliiBlich der Verleihung des Nobelpreises im Jahre 1954 hielt. Er beschrieb die tiefgreifende Meinungsverschiedenheit, die die bertihmtesten Quantentheoretiker in 1 zwei Lager schied: Wenn ich sagte, die Physiker hiitten die damals von uns entwickelte Denkweise angenommen, so war ich nicht ganz korrekt: es gibt ein paar sehr bemerkenswerte Ausnahmen, und zwar gerade unter den Miinnern, die am meisten zum Aufbau der Quantentheorie beigetragen haben. Planck selbst gehorte zu den Skeptikern bis zu seinem Tode. Einstein, de Broglie und Schrodinger haben nicht aufgehort, das Unbefriedigende der statistischen Interpretation der Quanten- mechanik zu betonen. Dieser intellektuelle Kampf betraf einige der grundlegendsten Fragen der gesamten Naturwissenschaft: existieren die atomaren Objekte unabhangig von der menschlichen Beobachtung und, wenn dies- der Fall ist, sind sie dann dem menschlichen Verstiindnis zugiinglich? 1m groBen und ganzen kann man sagen, daB die Kopenhagener und Gottinger Schulen (Bohr, Heisenberg, Born . . . ) diese Fragen ziemlich pessimistisch beantwor- teten. Niels Bohr befiirwortete beispielsweise den Gebrauch des Wortes Phanomen nur zur Beschreibung einer Messung, die notwendigerweise eine vollstandige Be- schreibung des MeBapparates mitenthielt und damit nicht das atomare Objekt selbst, sondern seine Wechselwirkung mit dem von Menschen gewahlten Apparate betraf.
ZusammenfassungDie Geschichte der Entdeckung des Ausschließungsprinzips, für die mir im Jahre 1945 die Ehre der Verleihung des Nobelpreises zuteil geworden ist, reicht bis in meine Studentenjahre in München zurück. Nachdem ich mir schon als Schüler in Wien einiges Wissen in der klassischen Physik und von Einsteins damals neuer Relativitätstheorie erworben hatte, geschah es an der Universität München, daß ich durch Sommerfeld in den — vom Standpunkt der klassischen Physik aus etwas sonderbaren — Bau des Atoms eingeführt wurde. Mir wurde der Schock nicht erspart, den jeder Physiker, an die klassische Denkweise gewohnt, erhielt, als er zuerst Bohrs „Grundpostulat der Quantentheorie“ kennen lernte. Es gab damals zwei Wege, auf denen man sich den schwierigen mit dem Wirkungsquantum verknüpften Problemen nähern konnte. Der eine bestand in dem Bemühen, eine abstrakte Ordnung in die neuen Gedanken zu bringen, indem man nach einem Schlüssel zur Übersetzung der klassischen Mechanik und Elektrodynamik in die Quantensprache suchte, die eine logische Verallgemeinerung jener wäre. In diese Richtung zielte Bohrs Korrespondenzprinzip. Sommerfeld dagegen zog angesichts der Schwierigkeiten, die sich dem Gebrauch der auf kinematische Modelle bezüglichen Begriffe entgegenstellten, eine Deutung der Spektralgesetze mit Hilfe ganzer Zahlen vor, indem er, wie einst Kepler bei seiner Untersuchung des Planetensystems, einem inneren Gefühl für Harmonie folgte. Beide Methoden, die mir nicht unversöhnlich zu sein schienen, beeinflußten mich. Die Folge der ganzen Zahlen 2, 8, 18, 32, ..., die die Längen der Perioden im Periodischen System der Elemente angeben, wurde in München eifrig diskutiert, einschließlich der Bemerkung des schwedischen Physikers Rydberg, daß diese Zahlen die einfache Gestalt 2n 2 haben, wenn n die Reihe der ganzen Zahlen durchläuft. Sommerfeld versuchte insbesondere, die Zahl 8 mit der Zahl der Ecken eines Würfels zu verknüpfen.
ZusammenfassungRückblickend mag es sonderbar erscheinen, daß zwischen der Entdeckung der Teilcheneigenschaften von Wellen im Jahre 1905 und der Vermutung, die im Jahre 1924 angestellt wurde, daß die Umkehrung ebenfalls wahr sein könnte, zwei Jahrzehnte verstreichen mußten. Es ist jedoch nicht dasselbe, eine revolutionäre Hypothese aufzustellen, um sonst unverständliche Daten zu erklären, wie eine gleichermaßen revolutionäre Hypothese vorzuschlagen, ohne daß für sie eine zwingende Notwendigkeit vorhanden ist. Letzteres tat Louis de Broglie, als er vorschlug, daß Materie sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften besitzen sollte. Während jedoch die frühere Quantentheorie des Lichts von Planck und Einstein trotz ihrer Übereinstimmung mit dem Experiment kaum Aufsehen erregt hatte, fand de Broglies Vorstellung sofort Beachtung. Die Existenz der de Broglie-Wellen wurde zwar nicht vor 1927 demonstriert, das ihnen zugrundeliegende Dualitätsprinzip bot jedoch den Ausgangspunkt für Schrödingers erfolgreiche Entwicklung der Quantenmechanik im Jahre 1925.