Der Forscher wurde 70 Jahre alt

An der Wende unseres Säkulums – es war an einem regnerischen Dezembertag des Jahres 1900 – trug Max Planck vor der Berliner Akademie der Wissenschaften seine Quantentheorie vor. Sie war – um es kurz zu sagen – der Beginn der modernen sogenannten nichtklassischen Physik und der Beginn einer neuen Weltepoche, die uns vor die Alternative einer universalen menschlichen Solidarität oder eines gemeinsamen grauenhaften Unterganges geführt hat. Das Weltbild des ausgehenden neunzehnten Jahrhunderts konnte alles, was sich in unserer Umwelt abspielte, nahezu lückenlos erklären. Die Mechanik und das elektrische Feld waren die Fundamente, die das Weltbild trugen. Planck gelangte, während er sich mit der Strahlung des sogenannten schwarzen Körpers beschäftigte, zu der Überzeugung, daß – entgegen allen bisherigen Vorstellungen – Energie nicht in jeder beliebig kleinen Menge übertragen werden kann. Es müsse, so lautete seine Folgerung, einen kleinsten Energiebetrag, ein Energieatom geben. Er nannte es das Elementarquantum.

Es ist für den Nichtfachmann auch heute noch schwierig, die Tragweite dieser Entdeckung hoch genug einzuschätzen. Natura non facit saltus – die Natur macht keine Sprünge – so hatte Leibniz gelehrt; und Philosophen und Wissenschaftler waren bis zu Planck fest von diesem fundamentalen Satz überzeugt. Das alles sollte nun nicht mehr wahr sein? – Das bedeutete, daß man die ganze ausgeklügelte Vorstellung vom Feinbau und der Bewegung unserer Materie aufgeben mußte – ohne dafür eine andere Erklärung zu haben. Das Atom war plötzlich zum rätselhaften Ding geworden. Was sollte man sich darunter vorstellen?

Den ersten Versuch, diese so brennende Frage zu beantworten, unternahm der Engländer Sir Ernest Rutherford. Sein Atommodell entnahm er dem Kepler-Newtonschen Planetensystem. Aber seine Erklärung befriedigte nicht, denn sie vermochte nicht zu erklären, warum die Atome stabil blieben, warum nicht einfach die kreisenden Elektronen in den Kern hineinstürzten und das Atom verschwand. Da gab 1913 der junge dänische Physiker Niels Bohr mit einem Aufsatz „Über den Aufbau von Atomen und Molekülen“ in den Philosophical Magazins eine umfassende Deutung des inneren Baues der Atome. Die äußere Gestalt des Rutherfordschen Modells behielt er bei. Aber die innere Gesetzmäßigkeit war völlig neu. Indem er die bisherigen Erkenntnisse und Beobachtungen mit der Planckschen Quantentheorie verband, erschloß er der Wissenschaft und der Welt zum erstenmal das Wunderwerk des Mikrokosmos, die inneren Geheimnisse des Atoms.

Um diesen komplizierten Mechanismus zu verstehen, setzte er zwei Grundannahmen voraus: Erstens: Jedes den Atomkern umkreisende Elektron kann nur zwischen einer ganz bestimmten Anzahl von Bahnen wählen. Jede Elektronenbahn hat einen ganz bestimmten Durchmesser, und jedes rotierende Elektron besitzt durch seine Masse und seine Bewegung einen ganz bestimmten Energiebetrag. Es sind nur solche Bahnen möglich, deren Energie einem ganzzahligen vielfachen Betrag des Planckschen Elementarquantums entspricht. Das bedeutet einen grundlegenden Unterschied zwischen Atom- und Planetenwelt.

Die zweite kühne Voraussetzung Bohrs bezog sich auf den Strahlungsprozeß. Wie kommt es, daß Atome plötzlich Licht aussenden? Alle bisherigen Erklärungen waren unbefriedigend. Bohr nahm an, daß ein Elektron – während es um den Kern kreist – überhaupt kein Licht aussenden kann. Jeder Lichtstrahl ist Zeuge einer winzigen kosmischen Katastrophe. Er entsteht nämlich immer dann, wenn ein Elektron von einer höheren Bahn auf eine niedrige „zurückfällt“. Die dabei freiwerdende Energie nehmen wir als Licht wahr. Mit dieser Behauptung befand sich Bohr im Widerspruch zu den ganzen bisherigen Auffassungen von den elektrischen Wellen. Aber das kümmerte ihn wenig.

Zunächst konnte er damit die scharfen Spektrallinien des Wasserstoffs erklären, eine Beobachtung, die bisher fremd im Raum gestanden hatte. Doch sie leistete noch mehr. Es gelang nicht nur, den Aufbau des Atoms aus den Spektren zu ergründen, sondern man lernte aus diesem Wechselspiel von Kern und kreisenden Elektronen auch seine chemischen Eigenschaften zu begreifen. Man bemerkte, daß die Elektronenhüllen der Atome charakteristisch für deren chemisches Verhalten sind. Plötzlich war die Frage der chemischen Affinität, wonach verschiedene Moleküle oder Molekülgruppen besonders „gern“ miteinander zu einer Verbindung zusammentreten, zu einer Frage ihres elektronischen Aufbaues geworden. Und dies zuerst erkannt zu haben, ist eben Bohrs großes Verdienst.

Hans Reichenbach hat diese Arbeitsweise Bohrs einmal einen Rückgriff auf die Methoden eines Galilei genannt. Und es ist wahr: mit ihm ist eine geradezu revolutionierende Denkweise in die Physik eingegangen. Was man später das Heisenberg-Programm genannt hat, nämlich die Theorie an den Tatsachen „aufzuhängen“, wurde bei Bohr in einer großartigen Weise vorweggenommen. „Es ist das glückliche Schicksal einer wirklich großen Entdeckung“, so schreibt Reichenbach über sein Atommodell, „daß sie stets viel mehr erklärt, als ursprünglich mit ihr beabsichtigt war. Darin gerade offenbart sie ihren Charakter als Wahrheit am schönsten: ist eine Annahme wahr, so wird sie nicht nur für den Zweck passen, für den sie erfunden ist, sondern sie wird die Wurzeln aller mit ihr zusammenhängenden Erscheinungen in sich tragen.“ L. N.