Die Goldenen Zwanziger der Physik - wissenschaft.de
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Die Goldenen Zwanziger der Physik

Wie ein Jahrzehnt unser Jahrhundert prägte. Atomphysik, Quantenmechanik und Relativitätstheorie – in nur drei Jahrzehnten haben sie unser Weltbild völlig umgekrempelt. Auch gesellschaftlich und politisch hat die Physik tiefen Eindruck hinterlassen.

Das Jahrhundert der Physik begann vor genau 100 Jahren. 1896 bemerkte Henri Becquerel in Paris, daß uranhaltige Kristalle Strahlen aussenden, die selbst feste Materialien durchdringen. Marie Curie nannte das Phänomen „Radioaktivität“.

Diese Laune der Natur, die für uns heute gleichermaßen Geschenk und Fluch ist, nutzte ein Forscher, um erstmals ein Bild von den Bausteinen der Materie zu skizzieren: Ernest Rutherford. Er hatte herausgefunden, daß die Radioaktivität auf dem Zerfall von Atomen beruht. In ihrem Zentrum, folgerte Rutherford später, muß es einen winzigen Atomkern geben, der in großen Abständen von Elektronen umkreist wird. Demnach waren die Atome Miniaturausgaben des Planetensystems, in dem die Planeten die Sonne umlaufen. Dies war die Geburtsstunde der Atomphysik.

Einer von Rutherfords Schülern, Niels Bohr aus Kopenhagen, begeisterte sich für das neue Atommodell und nahm es noch ernster als sein Schöpfer. 1913 verfaßte der erst 28jährige eine dreiteilige Veröffentlichung, die einen der entscheidenden Wendepunkte in der Physik bedeutete. In dieser „Trilogie“ brach der Theoretiker mit den Prinzipien der klassischen Physik und proklamierte für die Welt der kleinsten Teilchen neue Gesetze.

Er legte fest, daß sich ein Atom in einem „stationären Zustand“ befindet, wenn es keine Strahlung aufnimmt oder abgibt. Die Elektronen umlaufen den Kern auf festgelegten Bahnen, wobei die Energie eines Elektrons um so größer ist, je weiter es vom Kern entfernt ist. Durch Hüpfen kann ein Elektron von einer Bahn auf eine andere übergehen. Springt ein Elektron von einer äußeren Bahn auf eine weiter innen gelegene, so verliert es Energie, die es in Form eines „Lichtpakets“ (oder Quantums) abstrahlt.

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Die Frage nach der richtigen Interpretation der Quantenmechanik brachte die Physiker zur Verzweiflung. Bohr lud immer wieder die besten Forscher an sein Institut ein, um in exzessiven Diskussionen nach einer Lösung zu suchen. Doch diese hitzigen Debatten um das neue Weltbild des Mikrokosmos reichen bis in die heutige Zeit.

Die Allgemeine Relativitätstheorie schließlich revolutionierte unsere Vorstellung vom Universum. Denn sie erklärt theoretisch die Ausdehnung des Weltalls und ist somit die Grundlage für unsere heutige Urknalltheorie. Am 6. November 1919 wurde die Relativitätstheorie erstmals experimentell bestätigt, als der britische Physiker Sir Arthur Eddington bei einer totalen Sonnenfinsternis feststellte, daß das Licht der Sterne von der Sonne genauso abgelenkt wurde, wie es Einsteins Theorie vorhersagte. Die Nachricht schlug ein wie eine Bombe: Über Nacht war Einstein weltberühmt.

Daß man die Erfolge der Wissenschaftler auch als Mittel nationaler Interessen nutzen konnte, hatten die Politiker bereits Anfang des Jahrhunderts bemerkt. Und die Forscher spielten nicht selten mit. Die folgenschwerste Einflußnahme auf die Politik und das gesamte Weltgeschehen war zweifelsohne die Entwicklung der Atombombe. Spätestens seit diesem tragischen Ereignis können sich die Wissenschaftler einer gesellschaftlichen Verantwortung nicht mehr entziehen.

Die praktischen Auswirkungen der Quantenmechanik sind unübersehbar: Ohne sie gäbe es keine mikroelektronischen Bauteile, also weder Radio und Fernsehen noch Computer, keinen Laser, also auch keine CD-Player, und auch nicht die Kernenergie. Selbst die unserem Alltagsleben so ferne Allgemeine Relativitätstheorie findet langsam ihre Anwendungen. So wären die verblüffend genauen Positionsangaben des satellitengestützten Navigationssystems GPS ohne die Formeln der Einsteinschen Theorie nicht möglich.

Darüber hinaus ist es das große, vielleicht sogar letzte Ziel der Physiker, alle Naturkräfte auf eine Urkraft zurückzuführen – das heißt die Quantentheorie und die Allgemeine Relativitätstheorie zu vereinigen. An dieser Aufgabe sind bislang alle Theoretiker, einschließlich Einstein, Heisenberg und Hawking, gescheitert.

Thomas Bührke
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