Von Berthold Lammert

Mitte Oktober jährte sich zum zehuten Male der Tag, an dem Ernest Rutherford of Nelson, einer der Entdecker der Atomphysik, starb.

Die Chemie des 19. Jahrhunderts fand das Leuchtlas und die Paraffinkerze, den Kunstdünger, der mit einem Schlage die Ernten vervielfachte, und die Kunstseide, den Wunderstoff Anilin und das Chloroform, Aspirin und Dynamit. Sie veränderte die Welt und schuf die chemische Großindustrie und ihre Trusts. Die Grundlage dieser Wissenschaft aber war die Erkenntnis, daß es eine gewisse Anzahl unverwandelbarer Grundstoffe gibt – heute findet der Chemiker in der Natur 90 Elements –, aus denen alle anderen Stoffe aufgebaut sind, und daß die letzten unzerlegbaren Teilchen der Materie die Atome dieser Elemente sind. Da erfolgte am Ende des Jahrhunderts eine Entdeckung, die dieses Fundament gewaltig erschütterte: eine wahrhaft revolutionäre Tatsache wurde gefunden: die Radioaktivität.

Ihr Entdecker ist Becquerel. Er findet 1896, daß Mineralien, die das Metall Uran enthalten, Strahlen aussenden. Zwei Jahre später findet das Ehepaar Curie in den Uranmineralien einen Stoff, der viel gewaltiger strahlt: ein neues chemisches Element, das sie Radium nennen. Das alles war unheimlich und unerklärlich. Man denke: von einem Gramm Radium geht ein dauernder Energiestrom aus, der 0,16 Watt beträgt! Und diese Strahlung klingt so gut wie überhaupt nicht ab: in 1500 Jahren erst sinkt sie auf die Hälfte. Man kann daraus entnehmen, daß ein Gramm Radium fast eine halbe Million Kilowattstunden Energie enthält; das ist 2,5 millionenmal soviel wie die Explosion von einem Gramm Dynamit liefert. Und dieseStrahlung geschieht ohne irgendeine chemische Umsetzung! Diese Tatsachen waren also nun da. Es ist aber nun ein Unterschied, Tatsachen zu finden und – Tatsachen zu erkennen. Das Problem hieß also: Was ist Radioaktivität? Um aber von der bloßen Kenntnis, der "Kunde", fortzuschreiten zur Erkenntnis, zur "Wissenschaft", dazu bedarf es der Genialität, der Schau des Sehers. Wo war der Newton des Atoms? So sehr das Atom nun das wesentliche Problem der Physik des 20. Jahrhunderts wurde, so wird doch ein Name stets als führend in der Geschichte der Atomphysik genannt werden: Ernest Rutherford.

Daß die ersten Männer, die das Dogma der Chemie, die Lehre von der Unverwandelbarkeit der Atome und von ihrem Charakter als letzte Einheiten, stürzten, die beiden deutschen Lehrer Elster und Geitel waren, soll nicht vergessen werden. Aber gelöst wurde das Problem der Radioaktivität erst 1902 von Rutherford, der auf Grund gemeinsame: Forschung mit Soddy erklärte, daß die radioaktiven Atome zerfallen, wobei Bruchstücke von ihnen als Strahlen in den Raum geschleudert werden, Wie die magnetische Ablenkbarkeit der Strahlen zeigt, sind diese Bruchstücke positiv oder negativ elektrisch geladen: a-Teilchen und ß-Teilchen. Mit Hilfe der Ablenkung solcher Strahlen durch elektische und magnetische Kräfte konnte man sogar das Gewicht und die Geschwindigkeit der fliegenden Teilchen bestimmen. Daraus ergab sich, daß die Teilchen des Radiums das Gewicht der Atome des Heliums haben, eines Gases, das als nicht explosive Ballonfüllung bekannt ist. Helium ist ein chemisches Element, Radium auch, das heißt, kein Chemiker kann diese Stoffe verwandeln. Sollte die Natur dies tun? Sollte das Radium ein anderes Element, nämlich das Helium, in Form von Strahlen aussenden? Durch geistvolle Experimente stellte Rutherford sicher, daß die Radioaktivität verbunden ist mit einer Umwandlung der Elemente ineinander Nachdem das Radium das Helium ausgesandt hat, verwandelt es sich in mehreren Etappen schließlich in nicht mehr radioaktives, stabiles Blei. Diese Umwandlung der Elemente geschieht in der Natur in einem Tempo, das sich durch keinerlei äußere Einrisse ändern läßt. Wo man daher im Gestein eingeschlossene radioaktive Stoffe findet, kann man aus ihrem Zerfallstadium die Zeit ihres Einschlusses, das heißt die Zeit, wo das Gestein noch flüssig war, feststellen. Danach weiß man nun, daß das Alter der Erde mindestens eineinhalb Milliarden Jahre beträgt.

Eine Revolution der-Chemie war vollzogen. Man mußte nun aber nach der Zusammensetzung des Atoms fragen. Aus welchen Teilen besteht es? Wie ist das Atom gebaut? Und wieder ist es Rutherford, der 1911 darauf die Antwort gibt: Er stellt sich das Atom als ein Planetensystem vor, in dem um einen positiv geladenen Kern als Sonne negative Elektronen als Planeten laufen. Bausteine des Kerns sind die positiv geladenen Uratome und negative Elektronen. Es gibt also nur noch zwei Bausteine für die Materie. Geistvolle Experimente erweisen, daß die eine Urmaterie der Uratome ein Gewicht von 140 Milliarden kg pro Kubikzentimeter hat, daß das ganze Atom so leer ist wie das Planetensystem, in dem auch so gut wie alle Materie in der Sonne enthalten ist, daß die Atomkerne so klein sind, daß, wenn man, die Atomkerne der Erde zu einer kompakten Kugel könnte zusammenfließen lassen, sie einen Durchmesser von nur 435 Meter hätte. Und schließlich fand man, daß diese winzigen Atomkerne von Billionsteln Millimeter Durchmesser ein elektrisches Kraftfeld um sich haben, das tausend quadrillionenmal so stark ist wie die Schwerkraft der Erde. Das heißt: die Materie ist so gut wie verschwunden, und der Raum ist statt ihrer mit gewaltigen Kraftfeldern erfüllt. Als Nils Bohr 1913 dieses Atommodell mit der großen Erkenntnis von Max Planck verbindet, daß die Lichtenergie des leuchtenden Atoms sich nicht kontinuierlich wie ein Wasserstrom aus ihm ergießt, sondern nur brockenweise in bestimmt abgeteilten Quanten – so daß danach auch der Energieinhalt des Atoms selbst offenbar nicht beliebig, sondern nur in Stufen bestimmter Höhe vorhanden sein kann –, da macht er die Entdeckung, daß wir diese Energiestufen der Atome unmittelbar in ihren Spektrallinien beobachten können. So lehrt Bohr die Schrift der Spektrallinien zu entziffern und den Bau der Atomhülle zu erforschen. Er entwirft Atommodelle für alle Elemente, die sowohl ihr chemisches Verhalten wie ihr Spektrum erklären. Der einzige Sendbote aus dem Kosmos zu um ist das Licht und sein Spektrum. Jetzt, da wir diese Geheimschrift auf Grund der Rutherford-Bohrschen Theorie entziffern können. eröffnet sich uns die Physik und Chemie des-Weltalls, die der Positivist Auguste Comte einst für ein "Ignorabimus" hielt.

Alle Vorgänge, auf deren Kenntnis unser Wissen vom Atom beruht, das heißt, die gesamte Chemie und die Optik der Materie, wodurch sie uns überhaupt sichtbar wird, spielen sich in der äußersten Schale der Elektronenhülle des Atoms ab, die – in Beinen eigenen Maßverhältnissen – vom Kern so weit entfernt ist, wie die Bahn des äußersten Pla neten Pluto von der Sonne. Dieser Atomkern glich einer abseits liegenden Welt, die sich durch kein Leuchten nach außen hin bemerkbar machte und allen Eingriffen von außen her entzogen war. Einzig und allein die Strahlen der radioaktiven Elemente brachten erst Kunde von ihrer Existenz. Wie konnte man in diese abgeschlossene Welt eindringen? Der Pionier, der in die durch so enorme Kraftfelder gepanzerte Welt des Atomkerns. einbrach, war wiederum Rutherford. Das geschah im Jahre 1919, als er Stickstoff mit a-Strahlen beschoß und entdeckte, daß dabei Strahlen aus Kernen des Wasserstoffs entstehen. Was war geschehen? Ein a-Teilchen, das heißt aber der Kern eines Heliumatoms war in den Kern eines Stickstoffatoms eingedrungen. Dann flog ein Kern des Wasserstoffatoms heraus, und das zurückbleibende Teilchen erwies.sich als Kern des Sauerstoffatoms.