Unger: Grundbegriffe der modernen Physik/Landau: General Physics/Päsler: Prinzipe der Mechanik/Barut: The Theory of the Scattering Matrix/Guggenheim: Elements and Formulae of Special Relativity/Chow: Non‐Compact Groups in Particle Physics/Moesta: Chemisorption und Ionisation in Metall‐Metall‐Systemen/Knof: Thermodynamics of Irreversible Processes in Liquid Metals/Schmidt: Thermodynamics/Weller: Ferroelectricity/Haissinsky u. Adloff: Radiochem. Lexikon der Elemente und ihrer Isotope/Hart u. Womack: Fuel Cells
Wilhelm Macke, Eberhard Mettler, G. Haungs, David Geißler, J. Wess, Arthur Scharmann, Hans Gerhard Zachmann, Horst E. Müser, Harold Joseph Born, F. Beck
Grundbegriffe der modernen Physik U n g e r, G. (Teil 111: Quanten, Teilchen, Relativitat), 224 S., Verlag Freies Geistesleben, Stuttgart.Gln.DM 24,- Die Tatsache, daB im Rahmen physikalischer Erkenntnis zunehmend unanfechtbares Wissen uber die Natur gewonnen wird, hat die gesamte Menschheit so tief beeindruckt, daB sich jede Weltanschauung mit ihr auseinandersetzen muB.Dabei ist heutedem Physiker selbst weitgehend un-bewuDtdie Widerspruchsfreiheit gegenuber physikalischer Erkenntnis und Methode far jede Weltdeutung zum notwendigen und unerlaBlichen Kriterium der Wahrheit geworden.Diesem Anliegen dient auch das vorliegende Buch.Um ihm wirklich gerecht zu werden, ist es vielleicht nicht miiBig, einmal dieim vorliegenden Fall durchaus unberechtigten -Vorbehalte aufzu-
Unger: Grundbegriffe der modernen Physik/Landau: General Physics/Päsler: Prinzipe der Mechanik/Barut: The Theory of the Scattering Matrix/Guggenheim: Elements and Formulae of Special Relativity/Chow: Non‐Compact Groups in Particle Physics/Moesta: Chemisorption und Ionisation in Metall‐Metall‐Systemen/Knof: Thermodynamics of Irreversible Processes in Liquid Metals/Schmidt: Thermodynamics/Weller: Ferroelectricity/Haissinsky u. Adloff: Radiochem. Lexikon der Elemente und ihrer Isotope/Hart u. Womack: Fuel Cells
Grundbegriffe der modernen Physik U n g e r, G. (Teil 111: Quanten, Teilchen, Relativitat), 224 S., Verlag Freies Geistesleben, Stuttgart.Gln.DM 24,- Die Tatsache, daB im Rahmen physikalischer Erkenntnis zunehmend unanfechtbares Wissen uber die Natur gewonnen wird, hat die gesamte Menschheit so tief beeindruckt, daB sich jede Weltanschauung mit ihr auseinandersetzen muB.Dabei ist heutedem Physiker selbst weitgehend un-bewuDtdie Widerspruchsfreiheit gegenuber physikalischer Erkenntnis und Methode far jede Weltdeutung zum notwendigen und unerlaBlichen Kriterium der Wahrheit geworden.Diesem Anliegen dient auch das vorliegende Buch.Um ihm wirklich gerecht zu werden, ist es vielleicht nicht miiBig, einmal dieim vorliegenden Fall durchaus unberechtigten -Vorbehalte aufzu-
ZusammenfassungWenn man es mit Korpuskeln hoher Relativgeschwindigkeit zu tun hat — d.h. in dem Fall, wo die klassische Physik an Stelle der Newtonschen Gleichungen die relativistischen Gleichungen verwenden würde — kann die Quantenmechanik nicht mehr so ohne weiteres herangezogen werden. Ihre Formulierung muß erweitert werden. Jedoch bleiben ihre Basisaxiome gültig, und die grundsätzlichen Probleme bei ihrer Deutung sind dieselben wie in der nicht-relativistischen Physik. Der einzige wesentliche Punkt, den man hier erwähnen muß, ist der, daß allein die relativistischen Phänomene der Materie die Möglichkeit geben, sich in Energie umzuwandeln und umgekehrt. Es ist folglich nicht mehr gestattet, die Elementarteilchen als stabile Bestandteile des Universums aufzufassen, die in Ewigkeit existieren und agieren. Es ist daher nicht mehr möglich, zwischen der Existenz eines Teilchens und seinen übrigen Eigenschaften eine deutliche, ebenso qualitative wie fundamentale Unterscheidung zu treffen. Von nun ab hat die Theorie selbst in der Existenz eines Teilchens (oder eines Teilchenpaares) genauso wie in seiner Lage, seiner Geschwindigkeit usw. nahezu eine Art physikalische Eigenschaft zu sehen (nicht des Teilchens, sondern irgendeines Grundelementes). Die Teilchen sind selbst „physikalische Eigenschaften“. Diese Tatsache — daß unter die Eigenschaften eines physikalischen Systems auf gewisse Art auch dessen Existenz zu zählen ist — ist in der Folge beizubehalten. Dies ist genau genommen von allen aus der relativistischen Quantenmechanik herrührenden Tatsachen die einzige, die man zu berücksichtigen hat.
Physique atomique et connaissance humaine B o h r , N., 98 S., Paris: Gauthier-Villars, 1961.Kart.Mit Ausnahme eines besonders reizvoll zu lesenden Berichtes uber Diskussionen mit Einstein in den Entstehungsjahren der Quantenmechanik handelt es sich um eine Sammlung von Vortragen, die Niels Bohr zu verschiedenen Gelegenheiten zwischen 1932 und 1955 gehalten hat.Kernpunkt sind darin die wesentlich durch die Begriffe Komplementaritat und Relativitat gekennzeichnete erkenntnistheoretische Situation der modernen Physik und Parallelen hierzu in anderen Wissensgebieten, wie der Biologie und Psychologie.Auch in der vorliegenden franzosischen Obersetzung ist die Durchsichtigkeit der Gedankengange, die sich nirgends in Spekulationen verlieren, von nachhaltigem Eindruck.Dem Referenten ist nicht bekannt, ob diese Sammlung auDerdem in englischer oder deutscher Sprache erschienen ist.
Die erste Auflage dieses kleinen Buches erschien 1955 rnit der Aufgabe, ein moglichst klares Bild der Situation der Physik zu vermitteln.Das war dem Autor hervorragend gelungen, und sein Wunsch, bei der Interpretation des auantenmechanischen Formalismus manches iiberhaupt erst aus der Verstecktheit ans Tageslicht zu bringen, war ihm gegluckt.Zweieinhalb Jahre, nachdem March das Vorwort seines Buches geschrieben hatte, starb der Autor, und F. Cap, aer in seinem Nachruf auf March (Phys.B1. 13, 317, 1957) darauf hinwies, daB Marchs Name mit der ,,kleinsten Lange", der neuen fundamentalen Naturkonstanten, verbunden bleiben wird, hat nun die zweite Auflage herausgegeben.Das uberarbeitete Buch wurde von ihm bis an die heutigen Grenzen der Kenntnis durch Berucksichtigung der Paritatsgedanken und der Heisenbergschen Weltformel erweitert.Ein sehr anregendes kleines Werk, dessen acht Kapitel vom Gegenstand der physikalischen Erkenntnis bis zu Raum und Zeit in der Mikrophysik fiihren und das kein Leser ohne Gewinn aus der Hand legt.Br.
Während unseres Weges durch die theoretische Physik ist uns der Begriff der Wahrscheinlichkeit immer wieder begegnet. Wir haben mathematische Bilder kennengelernt (VI, § 5.7; XI, § 1.7; XIII, § 1.2), sie vielfältig angewandt, besonders auch in der statistischen Mechanik (XV); und wir haben eine Interpretation dieser Bilder gegeben, indem wir sagten, daß gemessene Häufigkeiten mit den mathematischen Wahrscheinlichkeiten zu vergleichen seien (siehe insbesondere XIII, § 1.2). Dieser sogenannte physikalische Wahrscheinlichkeitsbegriff lag allen unseren Überlegungen zugrunde. Es hat sich gezeigt, daß er für alle physikalischen Theorien auf das in XIII, § 1.2 beschriebene mathematische Bild der statistischen Auswahlverfahren mit ihrer Interpretation zurückgeführt werden kann. In XIII, § 1 bis 3 haben wir die zunächst in XI, § 1.7 heuristisch für die Quantenmechanik eingeführte Beschreibung der Wahrscheinlichkeiten auf die in XIII, § 1.2 dargestellten Grundlagen explizit zurückgeführt. Auch die in VI, § 5.7 eingeführte Beschreibung läßt sich auf XIII, § 1.2 zurückführen, auch wenn wir dies in diesem Buch nicht ausführlich dargestellt haben. Für unsere Darstellung der Theorie makroskopischer Systeme in XV haben wir gleich die Grundlagen aus XIII, §§ 1.2 und 1.3 benutzt.
Kurzlich hat Louis de Broglie, ein Mitbegrunder der modernen Physik, die durch gewisse neuere Arbeiten von Bohr u. A. hervorgerufene Lage in der Beurteilung des Komplementaritatsbegriffes einer enneuten Priifung unterzogen und sieht sich dadurch auf Moglichkeiten gefuhrt, die im Gegensatz zur bisherigen Entwicklung, insbesondere auch zur Einstellung des Schopfers des Komplementaritatsbegriffes, Niels Bohr, stehen, den er gelegentlich den ,,Rembrandt der Physik" nennt, weil ihm das ,,clair-obscur" seiner Entwicklungen bedenklich erscheintalles selbstredend, ohne die grandiose Leistung des danischen Forschers zu verkennenl).Vielleicht sind zwei Grunde hieran beteiligt: Einmal ist der franzosische wisscnschaftliche Geist, zu dessen groBen Vertretern de Broglie zu rechnen ist, von jeher an begrifflich klarem Denken orientiert, wie schon die klassischen franzosischen Physiker: Lagrange, Laplace, Arago, Amp&e, Fresnel u.A,, beweisen; ferner ist aber die Problematik der Komplementaritat, wie die vieler anderer Begriffe von hochster Allgemeinheit, von der Art, daB auch die Philosophie daran ein berechtigtes Interesse nimmt.Die Einstellung Einsteins, auf den de Broglie Bezug nimmt, hat ja in der Tat gezeigt, daR die heutige Physik in zwei nach ihren Intentionen getrennte Lager zerfallt, deren eines sich an der allgemeinen Relativitatstheorie orientiert, wahrend das andere die quantenmechanische Einstellung bevorzugt.Das erste, dessen Fuhrer bis zu seinem Tode Einstein selbst gewesen ist, hat die strenge Logik der Grundeinstel- lung fur sich; es darf aber nicht verkannt werden, daR auch ihr ein grundsatzlich philosophischer Zug anhaftet.Bei Einsteins gegensatzlicher Einstellung zu Niels Bohrs Physik geht es geradezu um den Relativitatsbegriff der Physik, wie v .Weizsacker in seiner Arbeit ,,Einstein und Bohr" in klarster Formulierung herausgearbeitet hat2).Jenen philosophischen Grundzug der Relativitatstheorie hat Einstein selbst bekannt.An der Spitze der a11cenieinen Theorie steht ein Satz von philosophischer Allgeneinheit: In der Tat, wenn Bewegung etwas Reelles ist, wenn nur von Bewegung der Korper zueinander gesprochen werden kann, ist die Folgerung, daB Naturgesetze invariant gegenuber allen Koordinatentransformationen sein mussen, eine denknotwendige.Andererseits hat sich gezeigt, daR die philosophische Einstellung der fuhrenden Physiker im allgemeinen weitgehend ,,ihre eigene Erfindung" ist.Das muR zur Folge haben, daB sich der Philosophie gegenuber ein gewisses MiBtrauen einstellt.Die Komplementaritat in der von Bohr und Heisenberg vertretenen Form laBt eine Abhangigkeit vom beobachtenden Subjekt erkennen, insofern es vom Experiment abhangt, ob ein Elementarteilchen einen bestimmten Ort oder einen bestimmten Impuls hat.Dieses in den Unbestimmtheitsrelationen begrundete Verhaltnis ist die Grundlage der Quantenmechanik, wird aber von Einstein bekanntlich abgelehnt.Einstein erwartete eine kunftige Physik, die den Begriff einer an 1 ) 2)
Die Quantenmechanik ist eine der wichtigsten Theorien der modernen Physik.Mit ihr lassen sich nicht nur grundlegende Phänomene wie z.B. das Emissionsspektrum von Atomen oder die Stabilität von Materie erklären, sondern sie steckt auch in vielen technischen Anwendungen vom MP3-Player bis zum Tunnelmikroskop, und in Zukunft werden wir vermutlich Technologien wie Quantenkryptographie oder Quantencomputer mit großer Selbstverständlichkeit einsetzen.Die Kenntnis der Quantenmechanik ist daher nicht nur ein Schlüssel für das Verständnis unserer Welt, sondern unabdingbar für die Entwicklung moderner Technologien.Folgerichtig wird die Quantenmechanik heute oft schon in der Schule gelehrt; in jedem Fall jedoch an Universitäten, wo sie in den meisten Naturwissenschaften und auch in vielen Ingenieurwissenschaften zum Curriculum gehört.Eine große Hürde bei der Vermittlung und damit auch auf dem Weg zum Verständnis der Quantenmechanik ist nun nicht, wie man etwa vermuten könnte, die Mathematik, auch wenn diese an der einen oder anderen Stelle sicherlich einige Herausforderungen beinhaltet, sondern die Sprache.Der Grund dafür liegt darin, dass Sprache kein gegebenes Konstrukt ist, welches unabhängig vom Menschen und dessen Wissen über die Welt existiert, sondern sich vielmehr im Laufe der Menschheitsgeschichte durch die Auseinandersetzung des Menschen mit seiner Umwelt entwickelt hat.Sprache ist damit auch immer ein Abbild der Welt, so wie sie der Mensch wahrnimmt.Und dass diese Wahrnehmung gelegentlich trügt, wissen wir spätestens seit Einstein, der uns gezeigt hat, dass unsere Vorstellung von Raum und Zeit nicht der physikalischen Wirklichkeit entspricht.Die Quantenmechanik führt uns nun, mehr noch als die Relativitätstheorie, weg von den uns vertrauten Vorstellungen von der physikalischen Wirklichkeit.Damit verliert aber auch die Sprache ihre Legitimation als ein Werkzeug zur Beschreibung der Quantenmechanik.Streng genommen verbleibt als einzig legitimer Zugang zur Quantenmechanik daher die Mathematik.Mit ihr lassen sich, aufbauend auf einer Handvoll Axiome, alle Gesetze der Quantenmechanik ableiten und damit alle physikalischen Beobachtungen korrekt und widerspruchsfrei beschreiben.Allerdings sind diese Axiome, im Gegensatz zu z.B. denen der Newton'schen Mechanik, alles andere als unmittelbar einsichtig.Um daher auch solchen Leserinnen und Lesern den Zugang zur Quantenmechanik zu ermöglichen, welche die Quantenmechanik nicht als Teildisziplin der Mathematik oder der theoretischen Physik betreiben wollen, werden wir in diesem Buch trotz aller Gefahren den Weg der Sprache und der Bilder beschreiten.Dabei gehen wir von wenigen einfachen Schlüsselexperimenten aus, mit denen sich die Grundgleichungen der Quantenmechanik anschaulich begründen lassen.Im Gegensatz zu vielen anderen Lehrbüchern greifen wir jedoch nicht auf das berühmte Doppelspaltexperiment mit Elektronen oder das Experiment von Stern-Gerlach zurück, sondern wir arbeiten in den ersten Kapiteln ausschließlich mit einem Interferometer und Polarisationsfiltern