Wer heute ein Smartphone benutzt, seinen Computer anschaltet oder seinen Einkauf an der Supermarktkasse abscannen lässt, denkt meist nicht daran, dass all diese Innovationen aus dem "Goldenen Zeitalter" der Physik stammen.

In diesen entscheidenden Jahrzehnten zwischen Beginn und Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelten kühne Forscher neue Theorien, die das bisherige Gedankengebäude der Naturwissenschaften umstürzten und durch neuartige Theorien ersetzten. Ein entscheidender Zwischenschritt auf diesem Weg jährt sich nun zum 100. Mal: das Bohr’sche Atommodell.

Der 1885 als Sohn eines Professors für Physiologie in Kopenhagen geborene Niels Bohr gehörte zu den brillantesten Wissenschaftlern. Der breiteren Öffentlichkeit war er aber nicht so gut bekannt wie einige seiner Schüler, zu denen Nobelpreisträger wie Heisenberg, Schrödinger und Pauli zählten. Das mag daran liegen, dass er sich gerne etwas umständlich auszudrücken pflegte.

Bohr konnte um die Ecke denken

Das Denken in Alternativen entsprach aber durchweg seinem nachdenklichen Naturell. Seiner Arbeit als Wissenschaftler nutzte es sehr, Dinge aus mehreren Perspektiven zu betrachten. Vor allem auf dem unanschaulichen Terrain der Atomphysik.

Die Physik stand um die vorletzte Jahrhundertwende vor einigen schwer zu knackenden Rätseln. Eine Sorte Probleme betraf den Zusammenhang von Raum und Zeit. Diese konnte Albert Einstein mit seinem genialen Wurf, der Relativitätstheorie, lösen.

Die andere Klasse von Problemen handelte von der Struktur der Materie, vom Aufbau der kleinsten Teilchen und ihrer Wechselwirkung mit Licht und anderen Formen von Strahlung.

Max Planck hatte gezeigt, dass Energie und Strahlung nur in kleinsten, diskreten Einheiten, den Quanten, vorkommen. Diese Erkenntnis sprengte das Weltbild der damaligen Physik, wie sie sich nach der Mechanik Newtons und der Maxwell'schen Elektrizitätslehre darstellte.

Nach der klassischen Physik sollten alle Übergänge kontinuierlich sein. Alles sollte sich in beliebig feine Einheiten unterteilen lassen, auch Energie und Strahlung. Mit einem Satz der alten Philosophen: Die Natur macht keine Sprünge.

Mit Plancks Entdeckung wurde den Physikern jedoch bewusst, dass die Natur durchaus Sprünge macht – ja sogar, dass das meiste in der Welt der Atome überhaupt nur in Sprüngen vor sich geht.

Wenn es uns als kontinuierliches Geschehen erscheint, dann nur, weil wir so grobkörnig und verwaschen hinschauen, dass uns die vielen kleinen Sprünge nicht weiter auffallen. Mit neuen Instrumenten, insbesondere in der Spektroskopie, konnten die Physiker die Welt des Kleinsten aber immer besser erkunden.

Bohr suchte sich extra eine besonders schwere Aufgabe

Dabei fanden sie immer mehr über die Atome als Bausteine der Materie heraus. Doch zugleich stellten sie fest, dass ihre Erkenntnisse sich nicht zu einem schlüssigen Bild zusammenfügten.

Das Dilemma: Nach dem, was man über elektrische Felder und Ladungen wusste, mussten beschleunigte geladene Körper Strahlung aussenden. Der englische Physiker Ernest Rutherford hatte herausgefunden, dass Atome aus einem winzigen Atomkern aus positiv geladenen Protonen bestehen, um den negativ geladene Elektronen kreisen.

Auf ihren Bahnen erfahren die Elektronen Beschleunigungen. Dies müsste sie dazu veranlassen, Strahlung auszusenden. Dabei verlören sie Energie und würden sich auf immer engeren Kreisen um den Atomkern bewegen, bis sie schließlich in ihn stürzen. Die Realität sieht aber anders aus, Atome sind grundsätzlich stabil.

Niels Bohr hatte bereits als junger Mann auf vielen Gebieten hervorragende Arbeit geleistet. Um seine wissenschaftliche Neugier und seinen Ehrgeiz zu befriedigen, suchte er nach einer wirklich großen Aufgabe. Als er das Stabilitätsproblem der Atome erkannt hatte, machte er sich verbissen an die Arbeit zu einem neuen Ansatz, den er schließlich in drei Teilen ab Juli 1913 im Philosophical Journal publizierte.