1925 gab de Broglie den entscheidenden Anstoß dazu. De Broglie schloß aus der von Planck und Einstein entwickelten Quantentheorie auf ein Korpuskelmodell des Lichts. Schon vor 300 Jahren hatte Newton mit einer solchen Theorie gearbeitet, doch als Fresnel und andere die Erscheinungen der Beugung und Interferenz erforschten, geriet sie in Vergessenheit. Aber die im Zusammenhang mit der Quantenvorstellung aufgetauchten Fragen ließen sich nur mit einer derartigen Theorie deuten; die Idee von der Emission und Absorption von Photonen, wie man die Lichtteilchen jetzt nannte, brachte schlagartig Klarheit. Wellentheoretisch behandelt, bleiben die Dinge ganz unverständlich.
1925 gab de Broglie den entscheidenden Anstoß dazu. De Broglie schloß aus der von Planck und Einstein entwickelten Quantentheorie auf ein Korpuskelmodell des Lichts. Schon vor 300 Jahren hatte Newton mit einer solchen Theorie gearbeitet, doch als Fresnel und andere die Erscheinungen der Beugung und Interferenz erforschten, geriet sie in Vergessenheit. Aber die im Zusammenhang mit der Quantenvorstellung aufgetauchten Fragen ließen sich nur mit einer derartigen Theorie deuten; die Idee von der Emission und Absorption von Photonen, wie man die Lichtteilchen jetzt nannte, brachte schlagartig Klarheit. Wellentheoretisch behandelt, bleiben die Dinge ganz unverständlich.
Im Gegensatz zu den meisten Quantentheoretikern der 20er Jahre war Erwin Schrödinger ähnlich wie Albert Einstein ein Einzelgänger geblieben, der sich weder der Kopenhagener noch den Schulen von Göttingen und München anschließen mochte.Außerdem gehörte Schrödinger einer älteren Physikergeneration an, welche in der klassischen Tradition aufgewachsen war und welche den Welle- Teilchen-Dualismus des Lichtes und die durch die ältere Quantentheorie aufgezwungenen Quantisierungsvorschriften nur mit Widerstreben akzep- tierteh Als die Nachrichten über den berühmten Versuch von Arthur H.Compton nach Europa gelangten, der von den meisten Physikern als Bestätigung für die korpuskulare Natur der Lichtstrahlen angesehen wurde, schrieb er am 21.Juli 1925 kritisierend an Arnold Sommerfeld^: «Sie haben mit [Walther] Bothe und [Hans] Geiger, und den fast noch schöneren Versuchen von Compton alles, was nach klassischen Wellen riecht, zu Grabe getragen?Sie werden mich unverbesserlich nennen, aber ich kann mich dazu noch nicht so schnell entschließen.Ich habe schon das Gefühl: da ist irgend etwas ganz, ganz anderes als man bisher gedacht Man müßte trachten diese leerlaufenden Räder zu entfernen, eine Theorie zu machen, welche die Wellenphänomene nur liefert, wenn sie wirklich da sind.»Zu diesem Zeitpunkt hatte Werner Heisenberg diese neue Theorie bereits in den Händen, allerdings nicht in der Form, wie sie hier von Schrödinger gewünscht wurde.In Zürich, wo Schrödinger schon seit dem Wintersemester 1921/22 wirkte, arbeitete er insbesondere mit Hermann Weyl und Peter Debye zusammen.Außerdem verband ihn ein freundschaftliches Verhältnis mit den Experimentalphysikern Edgar Meyer, Paul Scherrer und Richard Bär. Weniger sagte ihm dagegen das gesellschaftliche Lehen der Stadt zu, wie auch aus folgendem Bericht hervorgeht, den er am 7. März 1925 Sommerfeld übermittelte zeitweilig von ihr zu trennen und die Beziehung zu seinen ehemaligen Jugendbekanntschaften zu erneuern.Bemerkenswert ist, daß Schrödinger gerade zu diesem Zeitpunkt seine berühmte Wellenmechanik ausarbeitete.Über die näheren Umstände, wie Schrödinger dann auf Louis de Broglies Idee der Materiewellen aufmerksam gemacht wurde und wie er daraus im Winter 1925/26 seine Wellenmcchanik in kürzester Zeit entwickelte, wollen wir hier nicht eingehen; darüber wurde schon des öfteren berichtet®.Interessant ist aber, was Schrödinger ursprünglich über das «Verhältnis zu Heisenbergs» Theorie dachte.Am 22. Februar 1926 äußerte er sich darüber in einem Schreiben an Wilhelm Wien: «Ich bin mit Geheimrat Sommerfeld von einer innerlich nahen Beziehung überzeugt.Sie muß aber ziemlich tief liegen, denn Weyl, der die Heisenbergsche Theorie gründlich studiert und selbst weiterentwickelt hat, sagt, er weiß das Verbindungsglied nicht zu finden.Deshalb hab' ich es aufgegeben, meinerseits zu suchen.Und das um so lieber, als mir der Matrixkalkül unerträglich war, lange bevor ich an meine Theorie auch nur entfernt dachte Jetzt hoffe ich natürlich fest, daß der Matrixkalkül, nach Aufsaugung seiner wertvollen Resultate, durch die Eigenwerttheorie wieder verschwinden wird ...» Und einen Monat später, am 19.März, kommt Schrödinger nochmals auf diesen Punkt zurück: Die Hoffnung, die ich aussprach, hat sich viel rascher erfüllt als ich dachte.Das Verhältnis zu Heisenberg ist nun restlos abgeklärt, und zwar in dem Sinn, daß, wer nicht will, nicht mit Matrizen rechnen braucht, weil die beiden Darstellungen vom rein mathematischen Standpunkt äquivalent sind.
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.
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.
In die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts fielen nicht nur die Umwälzungen der Physik durch Relativitätstheorie und Quantentheorie. Es war auch eine Zeit, in der die Physiker zu Philosophen wurden - und dies aus Notwendigkeit und mit Konsequenzen, wie dieses Buch zeigt. Zu Unrecht klage man darüber, daß unsere Generation keine Philosophen habe, soll schon Adolf von Harnack gesagt haben: "Die Philosophen sitzen jetzt nur in der anderen Fakultät, sie heißen Planck und Einstein." Einstein hat auch die Begründung dafür vorgezeichnet, warum er und seine Kollegen die Philosophie nicht den Philosophen überlassen konnten. In einer Zeit, in der die Physiker über ein festes, nicht angezweifeltes System verfügten, möge dies wohl in Ordnung gewesen sein, schreibt er, "nicht aber in einer Zeit, in welcher das ganze Fundament der Physik problematisch geworden ist". Nur der Physiker selbst jedoch fühle und wisse am besten, wo ihn der Schuh drückt. In einer aufwendig recherchierten, auf die Originalquellen zurückgreifenden und umfassenden Darstellung analysiert der Naturwissenschaftler und Philosophiehistoriker Erhard Scheibe dieses neue Verhältnis von Physik und Philosophie und den dazugehörigen Typus des philosophierenden Physikers, der die Physik bis heute nachhaltig prägt. Zum Buch In die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts fielen nicht nur die Umwälzungen der Physik durch Relativitätstheorie und Quantentheorie. Es war auch eine Zeit, in der die Physiker zu Philosophen wurden - und dies aus Notwendigkeit und mit Konsequenzen, wie dieses Buch zeigt. Zu Unrecht klage man darüber, daß unsere Generation keine Philosophen habe, soll schon Adolf von Harnack gesagt haben: "Die Philosophen sitzen jetzt nur in der anderen Fakultät, sie heißen Planck und Einstein." Einstein hat auch die Begründung dafür vorgezeichnet, warum er und seine Kollegen die Philosophie nicht den Philosophen überlassen konnten. In einer Zeit, in der die Physiker über ein festes, nicht angezweifeltes System verfügten, möge dies wohl in Ordnung gewesen sein, schreibt er, "nicht aber in einer Zeit, in welcher das ganze Fundament der Physik problematisch geworden ist". Nur der Physiker selbst jedoch fühle und wisse am besten, wo ihn der Schuh drückt. In einer aufwendig recherchierten, auf die Originalquellen zurückgreifenden und umfassenden Darstellung analysiert der Naturwissenschaftler und Philosophiehistoriker Erhard Scheibe dieses neue Verhältnis von Physik und Philosophie und den dazugehörigen Typus des philosophierenden Physikers, der die Physik bis heute nachhaltig prägt.
Der naturwissenschaftliche Laie kann sich vielleicht nur schwer vorstellen, wie sehr die Idee einer unstetigen Bewegung der Materie Physikern gegen den Strich geht, die Kontinuität suchen. Bereits Einstein verband die Diskontinuität in der Bewegung des Lichts mit einem mechanistischen Bild. Licht bestand aus Kügelchen. Doch dann kam Bohr mit seinem gequantelt springenden Elektron im Inneren des winzigen Atoms. Dieses Bild irritierte die Anhänger einer Stetigkeit in der Natur, da es ihr Verständnis überstieg, wie ein Teilchen sich so verhalten konnte. Als de Broglie und Schrödinger mit ihrer Wellendeutung auf den Plan traten, ging ein Seufzer der Erleichterung durch das Lager der Kontinuitätsanhänger.