Im November 1983 trafen sich ehemalige Schüler und Freunde Wolfgang Paulis in seiner Vaterstadt Wien, um seinem Hinschied vor 25 Jahren zu gedenken. Obschon Pauli bei allen, die ihn näher gekannt hatten, in großer Verehrung stand und unter seinen Fachkollegen den Ruf genossen hatte, “das lebende Gewissen der theoretischen Physik“1 (daher der Titel des vorliegenden Buches) und „ein Meister der Kritik“2 zu sein, ist er außerhalb der Physik weniger bekannt wie seine gleich berühmten Zeitgenossen Bohr, Heisenberg und andere.3 Er war eben trotz seiner bedeutenden Rolle als Mitbegründer der modernen Quantenmechanik doch eher ein Bewahrer als ein Revolutionär gewesen.4 Er war es, der in Diskussionen und in einer ausgedehnten Korrespondenz (Pauli [1979/85], siehe dazu den Beitrag I,3 von K. von Meyenn) immer wieder die wesentlichen Fragen formulierte und Antworten im Rahmen des schon gesicherten Wissens suchte. Die Ambition, alle seine Ideen selber auszuwerten und zu publizieren lag ihm fern; er konnte sich über geglückte Arbeiten anderer genau so freuen wie über eigene. Diese echte Bescheidenheit kommt in seiner Autobiographie (II, 1) sehr schön zur Geltung.
Im November 1983 trafen sich ehemalige Schüler und Freunde Wolfgang Paulis in seiner Vaterstadt Wien, um seinem Hinschied vor 25 Jahren zu gedenken. Obschon Pauli bei allen, die ihn näher gekannt hatten, in großer Verehrung stand und unter seinen Fachkollegen den Ruf genossen hatte, “das lebende Gewissen der theoretischen Physik“1 (daher der Titel des vorliegenden Buches) und „ein Meister der Kritik“2 zu sein, ist er außerhalb der Physik weniger bekannt wie seine gleich berühmten Zeitgenossen Bohr, Heisenberg und andere.3 Er war eben trotz seiner bedeutenden Rolle als Mitbegründer der modernen Quantenmechanik doch eher ein Bewahrer als ein Revolutionär gewesen.4 Er war es, der in Diskussionen und in einer ausgedehnten Korrespondenz (Pauli [1979/85], siehe dazu den Beitrag I,3 von K. von Meyenn) immer wieder die wesentlichen Fragen formulierte und Antworten im Rahmen des schon gesicherten Wissens suchte. Die Ambition, alle seine Ideen selber auszuwerten und zu publizieren lag ihm fern; er konnte sich über geglückte Arbeiten anderer genau so freuen wie über eigene. Diese echte Bescheidenheit kommt in seiner Autobiographie (II, 1) sehr schön zur Geltung.
Der Tod WOLFGANG PAULIS hat unter uns eine Lücke gerissen, die niemand ausfüllen kann.Wenn ich auf die Bitte der Herausgeber hier einige Erinnerungen an ihn aufschreibe, so möchte ich nicht in erster Linie über seine größeren wissenschaftlichen Arbeiten sprechen; sie sind ein Denkmal, das er sich in unser aller Bewußtsein gesetzt hat.Auch und gerade den Jüngeren unter uns sind sie wohlbekannt, und sie werden dauern.Vielleicht darf ich versuchen, stattdessen etwas von der unvergleichlichen und so schwer zu fassenden Person aufzuzeichnen, die wir nun nicht mehr unter uns sehen werden.Wer gegen Ende der Zwanziger jähre theoretische Physik zu studieren begann, für den bedeutete der Autorenname W. PAULI JR., dessen Träger damals etwa 30 Jahre alt war, schon so etwas wie einen Klassiker.PAULIS Enzyklopädie-Artikel über die Relativitätstheorie, den er auf Anregung seines Lehrers SOMMERFELD schon als Student, angeblich im zweiten Semester, geschrieben hatte, ist bis zum heutigen Tag in seiner Klarheit und Präzision wohl nicht übertroffen.PAULIS eigene Forschung galt fast ausschließlich der Atomphysik.Er gehörte mit HEISENBERG, DIRAC, FERMI und JORDAN ZU jener erstaunlichen Generation von "jungen Quantentheoretikern", die um 1925 im Durchschnittsalter von 25 Jahren der Quantenmechanik die endgültige Form gaben.Sie stammten aus den Schulen von München, Göttingen und Cambridge; ihr Mittelpunkt war NIELS BOHRS Institut in Kopenhagen.PAULIS bekanntester eigener Beitrag wurde das Ausschließungsprinzip (1924).In ihm zeigt sich schon eine eigentümliche Stärke des PAULischen Denkens, das Interesse für die genaue Abzählung bestehender Möglichkeiten, für Faktoren 2 und für Vorzeichen, die man nach seinem eigenen Wort nicht wissen kann, sondern rechnen muß.In seinem Artikel über Quantentheorie in der 1. Auflage des Blauen Handbuches (1925) vollbrachte er das Kunstwerk, unmittelbar vor der Auffindung der Quantenmechanik, also mit scheinbar noch unzureichenden Hilfsmitteln, praktisch jede physikalische Frage richtig zu beantworten.Von seinem entsprechenden Artikel in der 2. Auflage (1933) soll er gesagt haben, so gut wie der erste werde er nicht, aber immer noch der beste Artikel über dieses Gebiet.Jedenfalls hat man ihn vor wenigen Jahren mit nur geringen Kürzungen und wohl ohne Änderungen nachdrucken können.
In den Jahren unmittelbar vor dem Entstehen der Quantenmechanik 1925/26 harrte neben anderen eine Gruppe von Problemen ihrer Lösung, die in wesent- liehen Zügen auch schon vor dem Umschwung, den die Quantenmechanik brachte, zugänglich waren: die Feinstruktur der Spektralterme, insbesondere die Multiplettstruktur, ihre Aufspaltung im Magnetfeld und der Abschluß der Elektronen- schalen im Atom mit dem daraus resultierenden Aufbau des Periodensystems der Elemente.Die unübersichtliche Lage in der Atomphysik vor 1925 komplizierte die Entwicklung, denn man versuchte gleichzeitig die erstrebten Grundlagen einer neuen Quantentheorie zu schaffen und die Lösung der genannten Probleme zu erreichen.Auf diesem Wege entstanden das Ausschließungsprinzip und das Konzept des Elektronenspins.Einer der Hauptbeteiligten an dieser Entwicklung war Wolfgang Pauli.Obwohl er mit seinem Ausschließungsprinzip die Quantentheorie ein beträchtliches Stück vorangetrieben und auch den Boden für das Spin-Konzept bereitet hatte, konnte er sich lange nicht dazu entschließen, diesen nächsten Schritt, den andere tun mußten, zu vollziehen.Die Entwicklung der Paulischen Anschauungen erfolgte hier nicht linear, wie man es auf Grund seiner publizierten Arbeiten rekonstruie- ren könnte (1, 2-7).Vielmehr läßt sich bei Pauli ein ganz anderer Prozeß fest- stellen: die neue Theorie stieß bei ihm nicht etwa wegen ihres revolutionären Charakters auf Ablehnung; sie war im Gegenteil in seinen Augen nicht genügend revolutionäralso eine genaue Umkehrung des üblichen Schemas für die Akzep- tierung neuer Theorien.Dieser ungewöhnliche Prozeß läßt sich mit LIilfe der er- halten gebliebenen wissenschaftlichen Korrespondenz Paulis verstehen und in seinen LIintergründen und Argumentationsweisen aufhellen (8).Die Entwicklung des Spin-Konzepts ist eng verknüpft mit der Entstehung des Paulischen Ausschließungsprinzips. Einen Schlüssel zum Verständnis dieser Entwicklung bietennach seinem eigenen Zeugnis -Paulis frühe Arbeiten zum anomalen Zccmancffekt, der hartnäckig allen Deutungsversuchen mit Hilfe der älteren Quantentheorie widerstanden hatte.Pauli befaßte sich seit dem Herbst 1922 intensiver mit diesem ungelösten Problem, gerade in der Zeit, in der Alfred Lande erste Erfolge bei der Ordnung der Multipletts und ihrer Zeemaneffekte erzielte (9).Die ersten Schritte in dieser Richtung unternahm Pauli gemeinsam mit Niels Bohr, seinem Lehrer in Kopenhagen, mit dem er im Frühjahr 1923 eine Arbeit darüber publizieren wollte.Sie hofften darin, in einem «Verzweif-
1985 feiern die Physiker Niels Bohrs hundertsten Geburtstag.Diesem Gedenken sol1 auch der heutige Vortrag dienen.Soll man genau einen Physiker dieser hundert Jahre nennen, so ist es Einstein.Er war, so darf man sagen, der Genius des Jahrhunderts, von elementarer schopferischer Kraft.Die Relativitatstheorie ist sein Werk, die Quantentheorie ist durch ihn auf den Weg gekommen.Alle Jungeren stehen im Bann seiner Einsichten.Soll man einen zweiten nennen, so ist es Bohr.Er war der frdgende Meister der Atomtheorie.Er drang in Bereiche vor, denen Einstein sich verschloB.Die Vollendung der Quantentheorie ist das Werk seiner Schule.Die beiden Manner waren Freunde.Einsteins Sekretarin Helene Dukas sagte: ,,Sie haben sich heiB und innig geliebt."([l], S. 416) Als alter Mann schrieb Einstein uber Bohrs fruhe Arbeiten zur Quantentheorie des Atombaus: ,,Das ist hochste Musikalitat auf dem Gebiete des Gedankens."([2], S. 46) Aber in der Deutung der Quantentheorie trennten sich ihre Wege.Man wird sagen miissen, daB Bohr das lebenslange Streitgesprach der Freunde gewonnen hat.I. Bohr als Person Lebenslauf
Pauli, Schrödinger und der Streit um die Deutung der Quantentheorie Von Karl von Meyenn 7. JfeZZe, Zlü/r/ie/i im(Z andere feegriJ^ZicZie >S"cZurierZgZce;7 e n in der äZteren (7nrtnY(!n<ZieorieObwohl in der Einsteinschen Lichtquantenhypothese die Problematik des Welle-Teilchen-Dualismus beim Licht schon frühzeitig sichtbar geworden war, kam ihre Aufklärung nur langsam voran h «Der Schwerpunkt der ganzen Frage scheint mir darin zu liegen», resümierte der damals noch als Privatdozent an der Universität Zürich wirkende Einstein: «Lassen sich die Energiequanten einerseits und das Huygensche Prinzip andererseits vereini- gen?Der Schein ist dagegen, aber der Herrgott hat -wie es scheint -doch den Rank gefunden.»'"Die von Einstein sogenannte «h-Krankheit» machte sich aber auf anderen Gebieten bemerkbar und ließ schon damals erste Zweifel an der allgemeinen Gültigkeit der Mechanik aufkommen-'.Noch viel deutlicher zeichnete sich (1er Gegensatz zwischen der klassisch- kontinuierlichen und der quantentheoretisch-statistischen Beschreibung der Strahlungsvorgänge in Einsteins statistischer Herleitung des Planck- sehen Strahlungsgesetzes aus dem Jahre 1916 ab.Einstein hatte zu diesem soll einwandfrei nachgewiesen sein.Wie soll das mit der energetischen Gerichtetheit der Elementarvorgänge zusammengereimt werden?Wie arm- selig steht der theoretische Physiker vor der Natur und vorseinen Studenten!»®Offenbar bezog sich Einsteins Bemerkung auf ein Experiment des Wiener Privatdozenten Erwin Schrödinger über die «Kohärenz von Licht in weitgeöffneten Bündeln», ® dessen Ergebnis im August 1919 in den Annalen der Physik erschienen war.Schrödinger hatte sich schon früher eingehend mit der Analyse der Schwankungserscheinungen beim radioaktiven Zerfall (den sogenannten Schweidlerschen Schwankungen) befaßt und hatte ge- hofft, seine Erfahrungen zum Nachweis der Einsteinschen «Nadelstrah- lung» nutzbar machen zu können.Doch es stellte sich heraus, daß dieses Ex- périment als experimentum crucis für oder wider die Lichtquanten ungeeig- net war.Da man sich auch in München für die Lichtquanten zu interessieren begann, wurde Schrödinger im Novenber 1919 zu einem Vortrag im Münchner Mittwochskolloquium eingeladen.Arnold Sommerfeld hatte dort gerade sein berühmtes Werk über «Atombau und Spektrallinien» ahge- schlössen, das eine Zusammenfassung seiner Vorlesungen während der Kriegsjahre darstellte.Als «die schwierigste und zugleich interessanteste Frage» der Atomphysik wurde darin das Verhältnis von Wellen-und Quantentheorie in einem abschließenden Kapitel behandelt.Noch vor zwei Jahren habe es aussichtslos geschienen, eine «Brücke von der alten Welt der Wellen zu der neuen Welt der Quanten» schlagen zu wollen.«Jetzt ist die Brücke hergestellt» ' Ursache für diesen Stimmungsumschwung waren die erfolgreichen Überlegungen seines polnischen Mitarbeiters Adalbert Rubinowicz gewe- sen, dem kürzlich eine Herleitung der spektroskopischen Auswahl-und Polarisationsregeln durch Anwendung des Drehimpulssatzes auf das Ge- samtsystem von Atom und Strahlungsfeld bei einem LTbergangsprozeß gelungen war.Über die Einsteinsche Lichtquantentheorie hatte sich Som- merfeld in der ersten Auflage seines Buches dagegen nur mit großer Zurückhaltung geäußert.Daß in dieser Theorie «die Vorstellung der Kugel- welle keinen Platz» hatte, wurde von ihm als ein besonders schwerwiegender Mangel empfunden®.Schrödingers Vortrag über «Einsteins Theorie der Nadelstrahlung» dürfte deshalb einen Anlaß zu anregenden Diskussionen mit den Mitgliedern des Sommerfeldschen Instituts gegeben haben.Unter diesen befand sich
Von Lothar von Straufl und Torneu, Jena II.Der durch die Quantenmechanik veranderte Standpunkt *)In den letzten Jahrzehnten des 19.Jahrhunderts trat mit der Entdeckung der neuen Strahlenarten, Kathoden-und Rontgen-Strahlen, und des Elektrons wie auch der Radioaktivitat eine groRe Menge empirischen Materials in die Physik ein, dessen Einordnung in die Theorie in vollem MaRe erst durch die Quantentheorie ermoglicht wurde.Der Blitz, der diese Situation zum ersten Ma1 erleuchtete, war Plancks Entdeckung des Gesetzes der Hohlraumstrahlung, das den neuartigen und zunachst wenig verstandenen Begriff der Quanten in die Physik einfuhrte.Des weiteren ist die Atomtheorie Rutherfords zu erwahnen sowie, schon unter Benutzung des Wirkungsquantums, die Bohrsche Atomtheorie, die das Atomplanetensystem erkennen lieR, sich aber mit ihren ,,strahlungslosen" Elektronenbahnen zunachst in schroffem Gegensatz zur klassischen Elektrodynamik setzte.Durch eine Fulle experimenteller Bestatigungen erwies sich jedoch ihr Wahrheitswert, womit ein neues Zeitalter der Physik eroffnet wurde.Es ist bekannt, da13 die Bohrsche Theorie auch auf Schwierigkeiten sties, was aber ihre fundamentale Bedeutung nicht aufhob, und daI3 dann Heisenberg, Schrodinger, Dirac u. A. die Quantenmechanik aufstellten, die auch noch heute das physikalische Weltbild beherrscht.Heisenbergs groI3e Tat ist nicht nur die Quantentheorie der Matrizen, sondern auch vor allem die Entdeckung der Unscharfe-Relationen, welche den von de Broglie aufgedeckten Dualismus von Teilh e n -und Wellenbild begrundeten.Hier werden wir anzuknupfen haben, wenn die Bedeutung der modernen Physik fur den Begriff der Objektivierbarkeit, dem diese Arbeit gewidmet sein soll, ins Auge gefaRt wird.Heisenberg hat wohl zuerst die veranderte Stellung der Physik zur Objektivierbarkeit erfaI3t.In aufierordentlich klarer Weise hat er &on 1933 in einem Munchener Vortrag diese schopferische Idee ans Licht ge-~t e l l t .~) Die Unscharfe-Relationen sprechen in ihrer ersten Form die Komplementaritat zwischen Impuls und Ort einerseits, zwischen Energie und Zeit andererseits aus.Klassische und Quantenphysik haben die Satze von der Erhaltung der Energie und des Impulses gemeinsam.Wenn man mit der klassischen Physik in den Erhaltungssatzen die Kausalgesetzlichkeit als Ausdruck der Gesetzlichkeit der Naturvorgange annimmt, im Raum-Zeit-Bild die Anschaulichkeit, so wird man die beiden Kennzeichen der Kausalitat im klassischen Sinne, Energie und Impuls, als komplementar zu der Dimension der Anschauung setzen.Wir mussen auch hier die Kenntnis der quantenmechanischen Theorie im wesentlichen als bekannt voraussetzen.Schrodinger sah in seiner Wellen-
Werner Heisenberg hat mich in den letzten zwei Jahrzehnten mehrfach gefragt, ob ich nicht Lust hätte, mit ihm ein Buch zu schreiben, dem er den Arbeitstitel „Schachmeisterpartien“ gab. Er wollte darin die philosophische Relevanz der modernen Physik — die in ihr sich andeutende radikale Änderung unseres Denkens — in einer Anzahl von „Schachpartien“ gegen Anhänger der verschiedenen traditionellen Denksysteme durchdiskutieren; also z. B. gegen einen Materialisten, einen Thomisten, einen Positivisten, einen Kantianer, einen Hegelianer, einen Platoniker. Ich habe ihn enttäuscht durch ein konstantes „Noch nicht“. Mir wäre in einer Reihe der Partien ja wohl die Führung der gegnerischen Steine zugefallen, in der unbequemen Rolle dessen, der etwas präzise vertreten soll, was er selbst nicht glaubt. Dies leisten zu können, hätte mich brennend interessiert, aber ich bin trotz einigen Fleißes im Studium der klassischen Positionen nicht schnell genug vorgerückt. Ihm ist schließlich die Geduld gerissen, und er hat etwas geschrieben, wozu nur er allein fähig war, eine Art Lebenserinnerungen in der Form platonischer Dialoge, unter dem Titel „Der Teil und das Ganze“.