Die Quantentheorie ist, wie wir in Kapitel XXVII gesehen haben, aus Betrachtungen über das Problem des Wärmestrahlungsgesetzes entstanden. Ihre weitere Entwicklung erfolgte jedoch seit den grundlegenden Arbeiten von Bohr aus dem Jahre 1913 in engster Anlehnung an die Probleme des Atombaues und die Erklärung der Gesetzmäßigkeiten der Spektren. Von den hauptsächlichsten theoretischen Gesichtspunkten und Ergebnissen, die hierbei in neuerer Zeit zutage getreten sind, soll dieses Kapitel handeln2). Bevor wir auf die Quantentheorie das Atombaues eingehen, wollen wir in diesem Abschnitt die allgemeinen Vorstellungen über die Art und Anzahl der Bausteine der Atome besprechen, zu denen die physikalischen und chemischen Erfahrungsergebnisse geführt haben.
Die Quantentheorie ist, wie wir in Kapitel XXVII gesehen haben, aus Betrachtungen über das Problem des Wärmestrahlungsgesetzes entstanden. Ihre weitere Entwicklung erfolgte jedoch seit den grundlegenden Arbeiten von Bohr aus dem Jahre 1913 in engster Anlehnung an die Probleme des Atombaues und die Erklärung der Gesetzmäßigkeiten der Spektren. Von den hauptsächlichsten theoretischen Gesichtspunkten und Ergebnissen, die hierbei in neuerer Zeit zutage getreten sind, soll dieses Kapitel handeln2). Bevor wir auf die Quantentheorie das Atombaues eingehen, wollen wir in diesem Abschnitt die allgemeinen Vorstellungen über die Art und Anzahl der Bausteine der Atome besprechen, zu denen die physikalischen und chemischen Erfahrungsergebnisse geführt haben.
Die Bohrs che Theorie, die uns eine Vorstellung vom Bau des Atoms gegeben hat, und die mit ihr aufs engste verknüpfte Quantenlehre, die dieser Theorie zugrunde liegt, sind nicht nur in fast alle Gebiete der Physik eingedrungen, sondern haben auch in der Chemie eine gewaltige, beständig wachsende Bedeutung erlangt. Diese Wissenschaft befaßt sich vor allem mit Atomen und Molekülen, und daher ist es von vornherein klar, daß eine Lehre, die so viel Neues über diese Atome gebracht hat, auch für die Chemie als eine Art Offenbarung erscheinen, ihr einen Zufluß von neuen Ideen geben, neue weite Horizonte eröffnen und zur Entwicklung sowie Vertiefung der theoretischen Grundlagen beitragen mußte, mit denen diese Wissenschaft das von ihr erlangte, fast unübersehbare Versuchsmaterial zusammengefaßt und synthesiert. Es ist ohne weiteres klar, daß wir der Anwendung der neuen Lehre auf die Chemie nur wenig Platz einräumen können und nur bei den Fragen verweilen werden, die für die Physik von Interesse sind. Ohne auf Einzelheiten einzugehen, und sich in jedem speziellen Falle auf ein oder zwei Beispiele beschränkend, werden wir unser Hauptaugenmerk auf die leitenden Grundgedanken und Tatsachen richten, durch die die Anwendungen der neuen, auf dem Boden der Physik entstandenen und zur Blüte gelangten Ideen auf die Chemie charakterisiert werden.
Die Aufstellung des Planckschen Strahlungsgesetzes um die Jahrhundertwende bedeutet den Beginn einer einzigartigen Krise in der theoretischen Physik, deren Beendigung wir auch heute noch nicht vorauszusehen vermögen. Die Anfänge ihrer Frucht, der Quantentheorie, finden sich diesem Ausgangspunkte gemäß in V 23: Theorie der Strahlung von W. Wien behandelt, welche Darstellung dem eigentlichen Thema des vorliegenden Artikels historisch daher am nächsten steht. Die neuere Entwicklung hingegen, gekennzeichnet durch die Namen Einstein, Bohr, Sommerfeld, hat die Quantentheorie im wesentlichen immer deutlicher zu einer Theorie der Materie fortgebildet; als Inbegriff molekularer Gesetzmäßigkeiten ist sie dadurch nicht nur in Beziehung zu den makroskopischen Gesetzen der gesamten Massischen*) Physik getreten, sondern hat auch — worauf es hier allerdings nicht ankommen wird — in mancherlei Hinsicht; die Chemie der Physik tributpflichtig gemacht.
Es könnte auf Grund der Tatsachen, die wir im letzten Kapitel besprochen haben, scheinen, als wenn die physikalische Forschung zu einer fast vollständigen Bestätigung dessen geführt hätte, was die griechischen Philosophen der materialistischen Schule vorausgeahnt haben — wenn auch in der Bezeichnungs- und Ausdrucksweise Unterschiede bestehen von solcher Art, daß wir beispielsweise das Wort „Atom“ heute gerade auf ein nicht unzerlegbares, sondern vielmehr seinerseits noch aus einfacheren Teilen aufgebautes Gebilde anwenden. Wir haben eben nicht dasjenige, was wir heute „Atom” nennen, sondern vielmehr die Elektronen, Protonen, Neutronen mit den Atomen der Griechen zu vergleichen. Aber das nach den im vorigen Kapitel behandelten Ergebnissen so klar und durchsichtig erscheinende Gebiet der Atomforschung bekommt ganz neue, unerwartete und verwirrende Züge durch weitere Feststellungen; und es liegt eine gewisse Ironie der Entwicklung darin, daß die Entdeckung dieser neuen, wieder völlig verwirrenden Tatsachen bereits begonnen wurde, bevor noch die wirklichen Beweise für die Realität der Atome gewonnen waren. Gerade im Jahre 1900 machte Max Planck diejenige Entdeckung, welche die Entwicklung der Atomforschung in ganz neue Bahnen lenken und der experimentellen und theoretischen Arbeit der Physiker ein riesiges Forschungsgebiet ganz neu erschließen sollte. So drängen sich gerade um die Jahrhundertwende die für die Atomphysik bedeutendsten Entwicklungen zusammen: Gerade damals meldete sich die auf den Positivismus gestützte Kritik der bis dahin ausgebildeten atomistischen Ideen: Ernst Mach vor allem legte klar, daß in Wirklichkeit die Atomhypothese noch etwas durchaus Unbewiesenes und nach dem damaligen Stande der Dinge völlig Entbehrliches sei. Bald nach 1900 jedoch wurden die ersten experimentellen Beweise für die Realität der Atome erzielt. Aber schon 1900 machte Planck diejenige Entdeckung, deren tiefsten Sinn zu erfassen erst vor wenigen Jahren abschließend gelungen ist, und aus der uns allmählich die Einsicht erwachsen ist, daß in Wahrheit die Atome doch etwas völlig anderes sind, als das, was die alten Philosophen sich darunter dachten.
Die Veröffentlichung dieses Vortrages erfolgt in der Hoffnung, mit diesem kleinen Beitrag diejenigen größeren Bestrebungen zu fördern, welche im allgemeinen das Ziel verfolgen, die verschiedenen Teildisziplinen, in welche unsere Geistigkeit auseinandergefallen ist, einander wieder näherzubringen. Die Abspaltung der Naturwissenschaften und der Mathematik als selbständige Teildisziplinen aus einer ursprünglich einheitlichen, aber vorwissenschaftlichen Naturphilosophie, welche im 17. Jahrhundert einsetzte, war zwar eine notwendige Bedingung für die weitere geistige Entwicklung des Abendlandes. Aber heute scheinen mir die Voraussetzungen für ein erneutes Einverständnis der Physiker und der Philosophen über die erkenntnistheoretischen Grundlagen der wissenschaftlichen Naturbeschreibung erfüllt zu sein. Die Entwicklung der Atomistik und Quantentheorie seit 1910 hat nämlich dazu geführt, daß die Physik allmählich gezwungen war, ihren stolzen Anspruch, im Prinzip die ganze Welt verstehen zu können, aufzugeben. Alle Physiker, welche die Entwicklung bejahen, die in der systematischen Konstruktion des mathematischen Formalismus der Wellenmechanik im Jahre 1927 einen vorläufigen Abschluß fand, müssen zugeben, daß wir heute zwar Naturwissenschaften, aber kein naturwissenschaftliches Weltbild mehr besitzen. Eben dieser Umstand könnte aber als Korrektur der früheren Einseitigkeit den Keim eines Fortschrittes in Richtung auf ein einheitliches Gesamtweltbild in sich tragen, in welchem die Naturwissenschaften nur ein Teil sind. Hierin möchte ich die allgemeinere Bedeutung der Idee der Komplementarität erblicken, welche dank dem dänischen Physiker Niels Bohr aus dem Boden der Physik gewachsen ist.
ZusammenfassungDie Veröffentlichung dieses Vortrages erfolgt in der Hoffnung, mit diesem kleinen Beitrag diejenigen größeren Bestrebungen zu fördern, welche im allgemeinen das Ziel verfolgen, die verschiedenen Teildisziplinen, in welche unsere Geistigkeit auseinandergefallen ist, einander wieder näherzubringen. Die Abspaltung der Naturwissenschaften und der Mathematik als selbständige Teildisziplinen aus einer ursprünglich einheitlichen, aber vorwissenschaftlichen Naturphilosophie, welche im 17. Jahrhundert einsetzte, war zwar eine notwendige Bedingung für die weitere geistige Entwicklung des Abendlandes. Aber heute scheinen mir die Voraussetzungen für ein erneutes Einverständnis der Physiker und der Philosophen über die erkenntnistheoretischen Grundlagen der wissenschaftlichen Naturbeschreibung erfüllt zu sein. Die Entwicklung der Atomistik und Quantentheorie seit 1910 hat nämlich dazu geführt, daß die Physik allmählich gezwungen war, ihren stolzen Anspruch, im Prinzip die ganze Welt verstehen zu können, aufzugeben. Alle Physiker, welche die Entwicklung bejahen, die in der systematischen Konstruktion des mathematischen Formalismus der Wellenmechanik im Jahre 1927 einen vorläufigen Abschluß fand, müssen zugeben, daß wir heute zwar Naturwissenschaften, aber kein naturwissenschaftliches Weltbild mehr besitzen.
Wir haben als eilige Wanderer die Gebiete der physikalischen Forschung durchwandert; und indem wir ganz darauf verzichtet haben, die schweren Waffen der Mathematik mitzunehmen, haben wir uns sozusagen auf die Rolle eines Kriegsberichterstatters im Gelände der physikalischen Forschungsarbeit beschränkt, der sich damit begnügen muß, einige Stimmungsbilder von dem dortigen Geschehen aufzufangen, ohne ernstlich auf die strategischen und technischen Probleme einzugehen. Wir sind an reichen Wissensgebieten von großer Mannigfaltigkeit und Schönheit ihres Inhalts schnell vorübergegangen, um nicht in der Betrachtung der Einzelheiten die großen Leitlinien der Gedankenentwicklung aus den Augen zu verlieren. Wenn wir jetzt dazu übergehen, das Gedankengebäude zu betrachten, in welchem das moderne physikalische Denken triumphiert über die scheinbar so hoffnungslosen Paradoxien und Schwierigkeiten, die uns in der quantenphysikalischen experimentellen Erfahrung entgegentraten, dann werden wir in noch höherem Grade Bescheidung üben müssen. Ohne das Schwergewicht der experimentellen quantitativen Beweise für den gedanklichen Inhalt und die mathematischen Gesetze der heutigen Quantentheorie hier erkennbar und fühlbar machen zu können, müssen wir es uns genug sein lassen, den philosophisch-erkenntnistheoretischen Charakter dieser Theorie uns andeutungsweise klarzumachen. Aber auch dafür muß der Verfasser, der dem Leser hierzu den Zugang erleichtern möchte, um ganz besondere Aufmerksamkeit bitten.