100 Jahre Quantentheorie/Quantenphysik in der Staatsbibliothek: Die Ausstellung/Eine universelle Theorie: Die Symposien/Physiker aus nah und fern: Der Weltkongress/Die Welt ist ein Trick: Die Talkshow und die Abendvorträge
hielt Max Planck auf einer Sitzung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in Berlin einen Vortrag "Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum".Dieses Datum gilt als die Geburtsstunde
Am Anfang des 20. Jahrhunderts hatten in der Physik zwei bemerkenswerte Fortschritte stattgefunden, die zusammen einer wissenschaftlichen Revolution gleichkamen. 1901 hatte der deutsche Physiker Max Planck (1858—1947) seine Quantentheorie veröffentlicht. Ihr Ziel war es, die Energieverteilung, die man in der Wärmestrahlung eines heißen „schwarzen“ Körpers1 beobachtete, mit der anerkannten Theorie in Einklang zu bringen, derzufolge die Energie mit kürzer werdenden Wellenlängen unbegrenzt anwachsen sollte. Die Experimente zeigten, daß die abgestrahlte Energiemenge stark von der theoretisch vorhergesagten abwich: Die abgestrahlte Energie erreicht je nach Temperatur bei einer bestimmten Wellenlänge ein Maximum (beträgt die Temperatur z.B. 2500 K, so liegt das Maximum bei einer Wellenlänge von 2 μm) und fällt zu noch kürzeren Wellenlängen hin wieder ab. Planck entdeckte eine Formel, welche die experimentellen Ergebnisse wiedergeben konnte. Diese Formel beruhte auf der von ihm aufgestellten „Quantenhypothese“, die besagt, daß Strahlungsenergie gewissermaßen nur in Paketen gestaffelt emittiert oder absorbiert werden kann, wobei die Größe der Pakete durch das Produkt aus der Frequenz und einer neuen Konstanten h — des Planckschen Wirkungsquantums — gegeben ist. Planck hielt diese Lösung des Problems zunächst nur für einen vorübergehenden Notbehelf, denn eine diskontinuierliche Energieaufnahme oder -abgabe widersprach dem bis dahin geltenden physikalischen Weltbild. Sie wurde aber in völligem Gegensatz zu Plancks Erwartung zu einem Hauptpfeiler der Physik des 20. Jahrhunderts, da sie auch viele andere wichtige Probleme zu lösen vermochte und in ihrer Vorhersagekraft zunehmend besser verstanden wurde.
AuszugIm Jahre 1900 gelang es dem Deutschen Physiker Max Planck (1858 –1947) das Strahlungsspektrum eines schwarzen Körpers zu beschreiben. Dazu führte er, „in einem Akt der Verzweiflung“, eine mathematische Hilfsgrösse ein, die unter dem Namen Planck’sches Wirkungs-quantum bekannt wurde. Einige Jahre später gelang es Albert Einstein, damit den Photoeffekt zu erklären und es wurde deutlich, dass sämtliche elektromagnetische Strahlung nur als Vielfaches von unteilbaren Portionen auftritt, also quantisiert ist. In seinem Artikel [21], welcher ihm 1921 den Nobelpreis einbrachte, formulierte dies Einstein wie folgt „Es scheint mir nun in der Tat, dass die Beobachtungen über die „schwarze Strahlung“, Photolumineszenz, (...) besser verständlich erscheinen unter der Annahme, dass die Energie des Lichtes diskontinuierlich im Raum verteilt sei. “ Diese Erkenntnis bereitete den Physikern zu Beginn einiges an Kopfzerbrechen, führte aber im Verlauf des 20. Jahrhunderts zur Entstehung eines neuen und mittlerweile sehr erfolgreichen Teilgebiets der Physik, der Quantenphysik.
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.
Der Darwin der Physik ist noch unbekannt Max Plancks Quantenmechanik widerspricht der Alltagserfahrunggerade deshalb muss sie in den Kanon Von Markus Pössel Wer sich vor 100 Jahren die Grundlagen der Physik erklären ließ, dem bot sich ein anschauliches Bild des Naturgeschehens: eine mechanische Welt, gegründet auf die Gesetze, die Isaac Newton Ende des 17.Jahrhunderts aufgestellt hatte, eine Welt von Objekten, deren Eigenschaften uns auch heute selbstverständlich vorkommen: Jedes Objekt, Apfel, Planet oder Gasmolekül, hat zu jedem Zeitpunkt eine genau bestimmbare Lage im Raum und einen wohldefinierten Bewegungszustand -es ruht oder es bewegt sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit.
Die Debatte über die Grundlagen der Quantentheorie, die auf eine mehr als fünfzigjährige Tradition zurückblickt, war in zwei Perioden besonders intensiv, nämlich unmittelbar nach der Begründung der Quantentheorie und wiederum in den letzten Jahren. An die Frühzeit der Quantenphysik erinnerte Max Born in seiner Rede, die er anläßlich der Verleihung des Nobelpreises im Jahre 1954 hielt. Er beschrieb die tiefgreifende Meinungsverschiedenheit, die die berühmtesten Quantentheoretiker in zwei Lager schied1 : „Wenn ich sagte, die Physiker hätten 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 Männern, die am meisten zum Aufbau der Quantentheorie beigetragen haben. Planck selbst gehörte zu den Skeptikern bis zu seinem Tode. Einstein, de Broglie und Schrödinger haben nicht aufgehört, das Unbefriedigende der statistischen Interpretation der Quantenmechanik zu betonen.“
Wenn heutzutage eine Gesellschaft von Physikern zusammenkommt, um Fragen der theoretischen Physik zu diskutieren, so wird das Gespräch früher oder später eine ganz bestimmte Wendung nehmen. Vielleicht haben Sie die Gesellschaft verlassen, als gerade die eigenen Spezialfragen oder die neuesten physikalischen Entdeckungen besprochen wurden; aber wenn Sie nach einer Stunde zurückkommen, können Sie jede Wette eingehen, daß man inzwischen bei einem alles überwuchernden Gesprächsthema angelangt sein wird: bei dem verzweifelten Stand der eigenen Unwissenheit. Und das ist keine Phrase. Es ist nicht einmal wissenschaftliche Bescheidenheit. Im Gegenteil, häufig ist die Einstellung eher ein naives Erstaunen darüber, daß die Natur ihr letztes Geheimnis so erfolgreich vor dem scharfsinnigen menschlichen Intellekt hat verbergen können. Die Sache liegt einfach so, daß wir auf dem Wege des Fortschritts urn eine Ecke gelangt sind, und nun steht plötzlich unsere Unwissenheit unverhüllt vor uns, erschreckend und unabweisbar.