die quantenphysik..hm..also mann muss dafür ein stück in der geschichte zurückgehen...
ende des 19 jahrhunderts galt die physik als relativ abgeschlossen, es galt die newtonsche mechanik als grundlegende beschreibung sämtlicher ablaufender prozesse im ähm..festkörperbereich (die wirklichen physiker mögen mir verzeihen, ich meine selbstverständlich nicht die heutige festkörperphysik damit), es gab die maxwellsche deutung der elektromagnetischen erscheinungen,welche in seinen 4 formeln mündete und sämtliche erscheinungen in der natur wurden dahingehend untersucht, sie in ein einfaches , mechanistisches weltbild einzuordnen bzw. die struktur der abläufe auf mechanik zurückzuführen, das heisst, sie nach den eckpunkten zeit, raum, massenpunkt und kraft einzuordnen, eben jene sachen, mit denen man in der schule die physik kennenlernt.
man war damals im allgemeinen der ansicht, früher oder später auch die noch nicht vollständig geklärten angelegenheiten wie licht in diesem sinne klären zu können.bekannte physiker zu der zeit waren helmholtz und sommerfeld,boltzmann, kirchhoff, röntgen u.v.m., die o.g. ansichten vertraten und eine generation der physiker heranzogen, die ihnen alsbald über den kopf wachsen sollten.
aber zunächst zu maxwell (james clerk): mit dem licht gab es folgendes problem...nach der newtonschen mechanik galt es, auch licht als mit teilchencharakter behaftet zu deuten und entsprechend zu beschreiben und tatsächlich wies das licht einige eigenschaften auf, die vermuten liessen, man hätte es tatsächlich mit kleinen hellen teilchen zu tun. allerdings gab es da noch den holländischen physiker huygens, welcher versuchte, mithilfe einer wellentheorie das licht beschreibbar zu machen, jedoch daran aufgrund des überragend hohen ansehens von newton scheiterte, wiewohl seine einwände, nämlich z.b. das wellenähnliche verhalten von licht beim durchqueren eines doppelspaltes, nicht von der hand zu weisen waren.allerdings gab es folgendes problem bei der wellentheorie: laut aller bisherigen erkenntnisse bedingt eine welle immer ein trägermedium, also eine wasserwelle ohne wasser ist schwer vorstellbar, ebenso schallwellen, welche sich durch die luft verbreiten...nun überlegte man, worin sich dann licht bewegen würde... luft als trägermedium schied aus, als man erkannte, dass sich auch in luftleeren behältern licht ausbreiten konnte.
man ersann also den sogenannten "äther" als trägerstoff, der freilich aufgrund der bekannten eigenschaften einige seltsame charakterzüge tragen müsste.. er müsste absolut reibungsfrei für himmelskörper sein, eine äusserst geringe dichte besitzen, gleichzeitig aber härter als diamant und absolut störungsunempfindlich sein, damit es zu den beobachtbaren naturerscheinungen käme, kurzum, er blieb äusserst mysteriös und etwas unglaubwürdig...hm..langsam wird es zeit , zu maxwell zu kommen und zwar insofern, als dass dieser sich im eigenstudium mit elektrizität, elektromagnetismus und der ausbreitung elektromagnetischer erscheinungen beschäftigt hatte, ein feld, in dem m. faraday bereits beträchtliches an vorarbeit geleistet hatte, derselbe jedoch aufgrund mangelnder "klassischer " ausbildung seine erkenntnisse nicht mathematisch genug zu formulieren vermochte, sodass maxwell dies überlassen blieb, welcher sich im übrigen hervorragend dazu eignete. er erschuf eine komplettes, abgeschlossenes gebäude der "elektrodynamik", welches auf 4 simplen differentialgleichungen fußte, aber er tat nicht nur dies, was allein eines nobelpreises würdig war, nein er forschte weiter und fand auf rein mathematischem wege heraus, dass sich elektromagnetische erscheinungen im vakuum mit lichtgeschwindigkeit fortpflanzen müssten...der schluss lag nahe, dass licht, der streitpunkt zwischen newton und faraday, ebenfalls eine elektromagnetische erscheinung sein könnte.
leider war das mechanistische denken damals sehr verwurzelt, die wenigsten physiker konnten sich mit der neuen sachlage der elektromagnetischen deutung (und damit dem wellencharakter) des lichtes abfinden, nicht zuletzt war da die frage des äthers, auf irgendetwas MUSSTE es sich doch fortbewegen und schlussendlich war die beweisführung maxwells mathematischer natur..papier ist bekanntermassen geduldig und experimentelle beweise standen aus, ja, es mangelte an jeglicher idee, wie dies überhaupt umzusetzen sei.
maxwell selbst war das egal, er schien derart von seiner mathematischen beweisführung überzeugt, dass er jeglichen versuch, ein experiment zu seiner untermauerung zu ersinnen, unterliess (heinrich hertz setzte das dann 10 jahre nach maxwells tod um).
so, was hat das jetzt alles mit der quantenphysik zu tun...eigentlich soviel, dass nunmehr sowohl teilcheneigenschaften als auch wellencharakter des lichts vorlagen, 2 scheinbar unvereinbare ausdrucksweisen der natur.
nun zu einem der am anfang genannten schüler von helmholtz, kirchhoff usw., nämlich zu max planck.
mit seinem namen ist unzweifelhaft die geburtsstunde der quantenphysik zu verbinden, wenn auch schon reichlich vorarbeit durch andere geleistet wurde, so brachte er jedoch als erstes (wenn auch eher ungewollt und selbst überrascht) das mechanistische gedankengebäude zum wanken.
man muss sich immer vor augen halten, dass die obigen widersprüche des lichtcharakters, die absunderlichkeiten des "äthers" und alle anderen unvereinbarkeiten zwar bekannt waren, jedoch trotzdem als einrichtung des gebäudes begriffen wurden, welche eben noch nicht am rechten platze stünden und zwar der korrektur bedurften, jedoch sich mit anderen methoden sicher einfügen liessen, fern jeglicher gedanke, das grundkonzept könne falsch sein.
max planck gab jedoch den anstoss zum umdenken, und zwar als er einige messergebnisse von experimenten durchsah, die die physiker rubens und kurlbaum beim bestrahlen von flusspat und steinsalz mit langwelliger strahlung erhalten hatte.
es gab zu dem zeitpunkt eine strahlungsformel von w.wien, die zutreffend für kurzwellige strahlung und niedrige temperaturen war, jedoch entzogen sich die ergebnisse der beiden physiker hartnäckig jeglicher beschreibung durch das wien`sche gesetz, kurz, irgendetwas stimmte nicht. planck "ersann" eine formel, die die ergebnisse für langwellige strahlung passen liess und bei kurzwelliger strahlung das wiensche gesetz ergab, welches sich im laufe eines nachmittags von nimbus der allgemeingültigkeit verabschieden musste und sich als grenzgesetz wiederfand... das leben ist halt hart.
nun begab es sich und geschah, dass planck sich diese formel jedoch quasi aus den fingern gesaugt hatte, unter physikern nennt man so etwas .." auf halbempirischem wege gefunden..[ach, sieh da, was tritt zu tage..].." ,oder (o-ton plack) : "..glücklich erratene interpolationsformel....", eine beweisführung jedoch lag nicht vor, also musste planck wohl oder übel diese liefern, immerhin konnte er sich darauf stützen, dass die formel die ergebnisse und damit die " wirklichkeit" recht gut wiederspiegelte , er brauchte also nicht mehr um inhalt ringen, sondern um ausdruck, nämlich insofern, wie er herleiten könnte, dass die formel sich aus bisher bekannten tatsachen ergäbe. beim nachdenken über den weg der begründung jedoch ergab sich etwas völlig unvermutetes, für den armen planck als rechtschaffenen fast "preußischen" physiker, dem jegliches über gebühr revolutionäre denken an sich fremd war, sogar erschütterndes: die stetigkeit von energieabgaben und aufnahmen musste abgeschafft werden, also die vorstellung über kontinuierliche energieabgabe/aufnahme(strahlung trifft auf steinsalz und dieses gibt sie wieder ab)....das klingt jetzt nicht allzu dramatisch, jedoch man bedenke : waren nicht alle formeln newtons mit der differentialrechnung rechenbar, eine methode (wir erinnern uns ungern ans abitur), die ja grade auf der annahme der stetigkeit basiert, nämlich dem wählen von differentiell kleinen stücken von funktionen als zuhilfenahme zur bildung der grässlichen grenzwerte, die, wenn als funktionen von physikalischen ausdrücken an die tafel geschrieben, sozusagen die stetigkeit und kontinuität von verläufen als grundannahme vorweg nahm und trotzdem oder gerade deswegen die richtigen ergebnisse lieferte, auch wenn diese nie auf dem eigenen blatt standen sondern drüben beim nachbarn...nunja, nun standen sie eben bei planck,er hatte keine nachbarn mehr, es stand aber auch seine "ersonnene", "gefundene", seine arglistig erdachte "halbempirische" strahlungsformel daneben, die korrekte ergebnisse lieferte,die sogar das wiensche strahlungsgesetz entthront hatte und nun der herleitung harrte, sozusagen dem geburtsvorgang entgegenfieberte, obwohl sie bereits per kaiserschnitt auf die welt gebracht worden war, und nebenher und doch unabdinglich die stetigkeit mit der nachgeburt aus dem bauch der mutter natur verbannte... und auf all dieses war planck so eben gestossen.
max planck verfiel sofortig dem wahnsinn........nein, er merkte, dass er, wollte er die existenz und richtigkeit seiner formel nicht abstreiten, die vorstellung von unteilbaren energiemengen einführen musste... "quant" ist ja ein begriff für menge, wir alle kennen worte ( und verwenden sie mehr oder weniger geschickt) wie "quanitativ", und da es sich ja um mengen von energie handelte, konnte man nunmehr von der quantisierbarkeit sprechen, womit wir uns gaaanz langsam dem ziel, die quantenphysik und den weg zu ihr zu beschreiben, ein wenig nähern...immerhin taucht das wort "quant" schon auf.
planck fand nach rumrechnen heraus, dass der energiebetrag der kleinsten abgegebenen menge aus der schwingungszahl der strahlung sowie einer naturkonstante errechenbar war, die später ihm zu ehren "plancksche konstante h " genannt wurde, alias "plancksches wirkungsquantum", alias "wirkungselement".
nun gut, ein wirkungsquantum allein macht keine quantenphysik, aber es stellte einen schritt in diese richtung dar, da nunmehr bekannt wurde, dass die natur etwas knauserig mit ihrer energie umging und sie nicht einfach so fliessen liess, als sei genug da , sondern schön in häppchen verpackt abgibt....was newton sicher gefreut hätte, wäre er dieser information habhaft geworden, sah es doch ganz danach aus, als sei strahlung und, wie wir seit maxwell wissen, EVENTUEEELL licht eben doch aus teilchen aufgebaut....an die vormalig genannten welleneigenschaften, die ja deswegen immernoch da sind, denkt man einfach nicht und basta!
mit der neueingeführten konstante h, wir nennen sie der einfachheit halber z.b. h , ließen sich allerhand lustige sachen bewerkstelligen, so erlaubte sie es, die atomgrösse zu bestimmen, was den physiker loschmidt sehr zum leidwesen der besucher der grundkurse chemie an heutigen schulen bewog, den ersten genauen wert der zahl zu bestimmen, die heute seinen namen trägt und mithilfe derer man die anzahl der atome im "grammatom" bestimmen konnte, was etwa dem atomgewicht entspricht.
zurück jedoch zu planck. wie bereits erwähnt, war planck an sich kein berufsrevoluzzer in sachen wissenschaft wie etwa später albert einstein oder noch später richard feynman, die ständig von sich reden machten, albert so, wie es ihm grad in den kopf kam und ihm kamen sachen grad mal so nebenher in den kopf, für die andere ein bein, einen arm, zwei arme oder vielleicht noch wertvollere körperteile gegeben hätten und richard, weil er eben bekannt werden wollte, was er in physiker- und frauenkreisen auch sensationell schaffte.
wieder zurück zu planck. wie bereits erwähnt, war planck....?!??....?.......!...also planck war jedenfalls auf wahrung des alten gedankenkonzeptes aus, das konnte ihm auch keiner verübeln, schliesslich war dies die vorherrschende meinung des lehrkörpers , zu dem er schon seit längerem selbst gehörte und immernoch konnte man meinen, alles würde sich schon richten, man müsste nur finden, wie.achja, all diese sachen um das experiment mit langwelliger strahlung fand um 1900(+/-) rum statt, eher minus als plus, damit wir mal historientechnisch auf dem stand sind.
aber irgendwie hatte das schlichte h den charakter eines widerporstes, es ließ sich einfach nicht in die s.g. klassische physik einordnen, obwohl planck lange abende eben diese versuchte...allein...... die wissenschaftliche welt um ihn rum nahm all dies eher unter "ferner liefen.." wahr, wenn überhaupt, die basta-und-gibts-nicht masche funktionierte eben schon früher.
es hatte sich nun zu dieser zeit eingebürgert, dass sich die physiker alle jahre lang mal trafen um zu plaudern, auch mit den mathematikern, ohne die sie ja schon lange nicht mehr konnten, und diese zusammenkünfte nannten sich "solvay-kongresse". planck , der wohl das gefühl haben musste, statt eines pflegeleichten wunschkindes eher eine pubertierende , etwas stiefe, sperrige tochter erhalten zu haben, hielt trotz seiner eigenen bedenken bezüglich des erwachsenwerdens von tochter h und drumherum dort 1911 einen vortrag über:......." und die hypothese der elementaren wirkungsquanten", vielleicht meinend, sie ungesehen unter die haube zu bringen, dass sie den rechten mann fände, mit dessen verbindung man wieder froh und glücklich mit allem sein könnte, aber ein gewisser henri poincare, der sich wohl angesprochen, aber nicht angezogen (und an ausge- wohl garnicht ranwollte), verhielt sich ziemlich ablehnend gegenüber h.
dumm, dass poincare zu der zeit als der grösste lebende mathematiker galt und es mit einiger sicherheit auch war. einzig plancks lehrer und kollege sommerfeld verhielt sich wenigstens neutral, der rest wie poincare.
was er nicht ahnen konnte: in bern sass ein angestellter des patentamtes, wir nennen ihn der einfachheit halber Albert E., welcher sich in seiner dank des geringen arbeitsvolumens reichlich bemessenen freizeit mit physik beschäftigte, dieses auch studiert hatte, jedoch bei dem versuch, eine anstellung zu bekommen, bislang kläglich gescheitert war und eben jener kannte die skrupel eines planck gegenüber des herkömmlichen weltbildes nicht.
er kannte allerdings auch keinen der bekannten physiker, mit denen planck umgehen konnte, was ihm jedoch nicht zum nachteil gereichte, da er "mal eben nebenher".....JAAAAA wir kommen zum licht, gleich werdet ihr merken, wie sich alles wiedertrifft.... da er einfach so die quantenhypothese auf die strahlung überhaupt und somit im speziellen auch auf das licht übertrug und wiedermal nebenher eine komplett neue lehre vom licht erdachte, nämlich die der "lichtquanten".
damit ist für die fragenden, was denn nun quanten sind und was quantenphysik, was fisch, was fleisch, was welle , was teilchen eigentlich noch nichts erklärt, aber unter anderem gehts genau darum....dass es vermutlich beides ist, also ähnlich dem wal, der zwar säugetier und somit von fleische ist, aber mit fischlein sich umgibt und im wasser lebt und wenn es die pilze nicht sind, dann sind wohl die wale somit die quanten der biologie und das ergibt sich schon daher, als dass übergrosse füsse auch als quanten bezeichnet werden, eine menge fuss also, was bezug nimmt auf die schiere grösse der wale, aber ich schweife ab.....
albert e. hatte also einen plan, den plan vom licht sozusagen und obwohl sogar planck gegen die hypothese der lichtquanten war(im nachhinein stellt es sich als recht simpel dar, man vergleiche seinen vortragstitel bei solvay`s mit der wortneuschöpfung von albert e., und gebe ein wenig maxwell [ich erinnere: licht war doch irgendwie was mit elektromagnetischem zeugs, zumindest aufm paier] hinzu und schon erscheint einem das ganze als völlig klar und wie konnte der planck bloss, mein gooott, wie einfach, aber halt, damals waren diese begriffe voneinander getrennt, wellen waren wellen, quanten waren, wenn überhaupt, quanten, licht war licht und wale waren willkommene öl- und tranlieferanten , alles hatte seine eigenständigkeit und somit waren neuschöpfungen wie lichtquanten ziemlich extravagant und auch schwer vorstellbar), hinderte dass die lichtquanten nicht, eine reihe von erklärungen abzugeben, die zufällig eine andere reihe von offenen , unerklärten vorkommnissen in der physik des lichtes zu deute, wie den fotoelektrischen effekt, bei dem mithilfe von licht elektronen aus metalloberflächen herausgeschlagen werden,das konnte man nun sowohl über den impuls des quants als auch der ihm innewohnenden energie eklären.......planck kannte ja wie gesagt das gefühl, dass ja nun alle ergebnisse auf einmal herleitbar werden, leider aber die gute alte physik flöten geht, man quasi aus einem alten, liebgewonnenen gebäude rausmuss, plötzlich im dunklen steht und auf nachtwächter angewiesen ist, die albert heissen und mithilfe von lichtquanten wieder tag machen, er musste sich also irgenwann fügen, wollte er nicht, dass ihm wenn nicht der himmel, doch aber das gedankengebäude der mechanistischen welt auf den kopf fiele....ausserdem war er doch noch jung, der max, geht noch einiges.
übrigens revanchierte sich planck bei einstein später, da er zu den ersten physikern gehörte , die die spezielle relativitätstheorie inhaltlich korrekt erfassten und die tragweite derselben erkannten und den kleine patentangestellten stark unterstützten, ebenso wie einstein es bei planck tat.
zuerst jedoch verhielt sich planck wie alle männer nach dem ersten mal...er machte einen rückzieher.
er lies nämlich verlautbaren, nur die abgabe von energie gehe gequantelt vor sich, die aufnahme jedoch verlaufe selbstverständlich kontinuierlich. somit bliebe immerhin die hälfte beim alten,das war SEIN deal mit der etablierten gesellschaft, wie ein schönes haus eben,wo man aber die klingel abstellt und vorn zuschliesst, damit niemand hinein kann und feststellt, dass hinten alles zusammengefallen ist, aber hauptsache, die nachbarn wissens nicht und vorn schauts gut aus.
all das brachte planck jedoch nichts, als heinrich hertz und james franck 1913 den nachweis für lichtquanten experimentell lieferten. ab da war es aus mit verstecken, die quanten waren realität, h immernoch seine tochter, E. hatte wirklich irgendwie licht machen können und nun musste es weitergehen.
es ging auch weiter, allerdings begnügte sich planck dabei mit einem platz auf der tribüne, nicht dass ihm langweilig war...das spiel der quanten wohl konnte beginnen, ein tor war bereits offen dank seiner arbeit,ein gewisser patentangestellter arbeitete sogar an ganzen arenen, aber es bedurfte jemandes, der einen weiteren elementaren schlüssel zur unsichtbaren welt der theoretischen physik neueren datums finden sollte... eigentlich bedurfte es sogar zweier dazu und wenn man es genau nimmt, verbrachten beide später einen grossteil ihrer zeit damit, sich zu streiten , wer denn nun recht hätte und wem der ruhm und der rum zur feier gebühre und es bedurfte eines dritten, der diesen streit schlichtete und vieler weiterer, die mathematisch bewiesen, dass die beiden ersten eigentlich dasselbe erzählten.
des ersteren name war werner heisenberg, aber wir müssen mit dem dritten anfangen, nämlich niels bohr, was aber egal sein sollte, da hoffentlich klar geworden ist, dass in der natur manchmal alles ein bisschen seltsam ist, also warum nicht auch hier.
aber kurz eine zusammenfassung während die werbung läuft.
wir wissen also, dass licht seltsame eigenschaften aufweist, die wohl teilchen also auch wellencharakter verlautbaren lassen , wir wissen, dass licht vermutlich eine elektromagnetische strahlung(maxwells papierkram), also eine welle ist, wir wissen auch, dass lichtquanten gewisse diskrete energiemengen besitzen, die sie veranlassen z.b. elektronen aus metallen herauszuschlagen UND wir wissen, dass es aus mit der kontinuierlichkeit ist in der natur und wenn jemand probleme mit mathematik hat, so kann er getrost seinem lehrer (oder, wenn man auf noten bedacht ist, eher zu sich selbst) an den kopf werfen, dass das, was da vorn an der tafel steht, ja garnicht sein könne und wenn das hundertmal beim nachbarn im hefter steht und mit 15 punkten bewertet wird und wir wollen wissen, was denn nun quantenphysik ist...tja, ist noch ein gutes stück bis dahin.
was wir nicht wissen, ist, was noch fehlt, aber wer wären wir, wenn wirs wüssten und eh ich mich weiter auf diese frage einlasse, platz für herrn bohr.
niels bohr, ebenfalls ein sehr bekannter physiker dänischen ursprunges, trug, man ahnt es schon, ebenfalls sein scherflein zur quantenphysik bei, nicht nur, weil er einen streit schlichtete, der noch garnicht richtig dran war, sondern auch weil er die lichtquantenhypothese auf das atomare geschehen anwendete und zwar wie folgt: durch experimente an sehr dünnen goldfolien mit radioaktiver strahlung wurde festgestellt, dass die teilchen der strahlung nach durchdringen der folie einer gewissen streuung gehorchten, was physiker, die ja sonst nichts zu tun haben, sofort rätseln lässt, was wohl in der goldfolie da interessantes passieren mag, womit man sich später entweder gegenseitig, oder , so man etwas mehr phantasie, ein soziales umfeld oder den namen feynmann besitzt(ich erwähne ihn immermal mit, keine ahnung , ob ich ihn zur erklärung noch brauche, aber wenn man was über höhere physik wissen will, sollte man sich den namen mal vormerken, immerhin beeindruckte er irgendwie sogar das nobelpreiskomitee in den 60 er jahren), die frauen beeindrucken könnte.
gut, also die goldfolien ließen wie gesagt die teilchen einwenig streuen, was einen einblick in die tiefe gab. atome waren ja schon bekannt, bloss wie sie aussahen, wusste keiner, man stellte sich (rutherford sei hier erwähnt) darunter einen kern aus positiv geladenen teilchen vor und negativen elektronen vor, die den kern planetengleich umkreisten.leider wies diese vorstellung ein paar mankos auf, nach der verdammten newtonschen mechanik sollten elektronen in den kern stürzen, da minus und plus sich nunmal anziehen... es sei denn die fliehkraft wäre gross genug, um genau die waage zwischen wegfliegen und in-den-kern-stürzen zu halten...nicht auszudenken, wenn das universum so aufgebaut wäre, ein fürchterlich labiles gebilde, was wäre, es stösse mal jemand gegen etwas, alles flöge sofort auseinander....oder zusammen halt, nein da musste etwas anderes her.
es gab sogar noch ein problem, nämlich wurden bei bestimmten substanzen, deren abstrahlung man maß, immer einunddieselben spektren festegestellt, also die sachen gaben immer licht ganz bestimmter und scharfer wellenlängen von sich...wie das? ich meine,wir wissen ja nun dank planck, dass licht gequantelt abgegeben wird, soweit so gut, aber substanzabhängig? warum nicht einheitlich?
der kleine niels jedoch war ein schlauerle und kannte schon die lichtquantenhypothese und stellte sich folgendes vor: was wäre, wenn die elektronen, die ja das licht auch wiederabgaben, was sie aufnahmen, auf bestimmten, festgesetzten bahnen um den kern kreisten und zwischen diesen bahnen, die je nach element unterschiedliche abstände zueinander hätten, hin und herspringen und dabei energie entweder abgeben oder aufnehmen und was, wenn das richtig wäre und die frauen damit zu beeindrucken sind? tja, was wäre,ansporn war ja nun da, also gesagt, getan, gerechnet (wobei das letztere bei niels b. immer etwas bezweifelt wird, man sagte über ihn, er kenne nur 2 mathematische beziehungen zwischen grössen: "sehr viel kleiner als" und "ungefähr gleich"). niels kam auf die idee, dass der abstand zwischen den einzelnen bahnen der halben wellenlänge der abgegebenen strahlung entspräche und damit hatte er einen ansatz , wie er vorzugehen hatte, also ein fixpunkt im dunkel der noch nicht eingetretenen erkenntnis, der nachtwächter war grad verhindert und ausserdem der meinung, da leuchte genug licht, aber niels als hobbyfussballer verlies sich blind auf seine füsse und kam auch zurecht.er stellte das erste atommodell mit quantencharakter auf, erklärte dies und jenes damit und hatte im gegensatz zu planck auch eher weniger probleme mit neuem und altem und woher was käme, hautpsache es ließ sich etwas anfangen damit.
aufgrund seines modells der bahnen der elektronen in unterschiedlichen elementen waren die spektren plötzlich alle erklärbar (zumindest die vom wasserstoff, in wirklichkeit war alles viel komplizierter, aber das würde es nicht einfacher machen jetzt..... wie auch).
wir können also zusammenfassen, dass die lichtquantenlehre bzw. die quantelung der energie allgemein komischerweise auf viele andere sachen anwendbar war, es ergaben sich plötzlich neue sichtweisen auf die dinge, auf henri poincare hörte keiner mehr und als er das merkte, überlegte er kurz und ging dann den anderen hinterher. wir sind also wieder ein schritt weiter in der quantenphysik, wissen , woher es kommt, aber keiner schreibt hier, warum das so ist und der wal im meer schwimmt.
ich tu mal so, als hätte ich das eben nicht geschrieben und fahre fort. rein zufällig nämlich kannte niels werner .
werner, benachnamst mit heisenberg, hatte auch wie so viele , die hier vorkommen, physik studiert. über die gründe kann man spekulieren, ein gewisser feynmann wusste wohl, wofür er das tat, werner jedenfall auch und tat ein gutes daran, wiederum niels zu kennen und bei ihm weiterforschen zu können.er hatte schon einiges herausgefunden, genug jedenfalls, dass sich ein mägdlein fand, ihm die wäsche zu waschen, den herd zu heizen, das fell zu striegeln und sovieles mehr, was ein zusammenleben angenehm, bequem oder zumindest aushaltbar macht, jeder einzelne weiß selbst ein liedlein darauf zu singen.
werner war wie gesagt ein emsiger, er war bemüht, der neuen physik, die da aufkam, eine grundlage zu schaffen, während etliche ältere herren immernoch jammernd und klagend um das schöne alte haus zogen wie weiland josuas mannen um jericho, wohlwissend, die instrumente selbst geblasen zu haben, b(p)lan(c)k [E: ich würd gern blank stehen lassen, aber ich fürchte es rafft sonst keiner] jeglichen stolzes auf ihr werk.
er versuchte, aus dem anschaulichen modell von seinem freund niels ein physikalisches konstrukt zu machen, welches sich nur auf wirklich beobachtbare grössen bezöge und ohne die krücke der modellvorstellung und evt. ersonnen, erdachten, halbempirische gefundenen oder sonstwie das (nunmehr gequantelte)licht der welt erblickenden formeln auskäme.
das ergebnis war ein formalismus, wie ihn die welt ausser in spirituellen sitzungen von weissagern und propheten noch nicht kannte und welcher als "matrizenmechanik" im nachhinein zuerst berühmt, dann gehasst (von denen, die damit rechnen mussten) und zum schluss bzw. am anfang von was neuem, was jeder gute schluss ja sein sollte, zum streitpunkt zwischen werner und schrödingers erwin wurde, der da glaubte, er könne alles viel besser und schneller....was im bezug auf letzteres fatalerweise (für werner) stimmte bzw. sich als glücksfall für die physiker erwies, die schlichtweg irgendwas ausrechnen mussten. aber erstmal werner weiter. werner war ein ausgesprochenes mathematisches talent, man sagte ihm regelrechte virtuosität nach, was es ihm natürlich leicht machte, seinem eigenen kram zu kapieren. er verwendete die von ihm selbst vorgegegeben daten und fakten auf eine weise, die einen geschulten mathematiker aus göttingen, max born, in der struktur seiner formeln gewisse ähnlichkeiten der ihm bekannten matrizenrechnung (daher der name) fand und der ihm bei der auskleidung seiner gedankengänge half, wie viele andere auch, (jordan und pauli dürften die bekanntesten sein), die sich damit fast wegen geistiger mißhandlung schutzbefohlener studenten und promovierender strafbar gemacht hätten.
richtig berühmt wurde werner jedoch wegen einer anderen sache, er fand nämlich ein grundlegendes prinzip der angehenden quantenphysik heraus, dass später seinen namen tragen sollte.
man dachte sich nämlich anno dunnemals, dass ein teilchen, so man es ausreichend beschreiben wollte und seinen weg weiterverfolgen, zu einer genau bestimmten zeit an einem genau bestimmten ort mit einer genau bestimmten bewegeungsgrösse, also dem genau bestimmten impuls vorhanden sei und man ohne weiteres auf die eben genannten informationen zurückgreifen könne, sprich, man messe einfach drauflos.heisenberg jedoch entdeckte folgendes: aus seinen formeln, in denen er nach lust und laune rumfuhrwerkte, er war ja schliesslich fast der einzige , der sie verstand, ergab sich, dass man entweder nur den ort oder nur den impuls beliebig genau festellen konnte, beides gleichzeitig ging irgendwie nicht bzw nur mit einer bestimmten toleranz und plancks tochter h hatte einiges damit zu tun. er überlegte sehr sehr lange deswegen, schliesslich schien ihm die realität der dinge irgendwie zwischen seinen fingern zu zerinnen oder nur auf eine seltsame art sichtbar zu sein, praktisch von h irgendwie zusammengehalten, aber nicht direkt anfassbar....und das, wo doch max planck so sehr gehofft hatte, h irgendwie an jemanden abtreten zu können, aber wie sollte das gehen, wenn h und der rest der dinge, der noch da war, sich nicht richtig anfassen liessen... eine rein platonische beziehung schien unvermeidlich.
aber mal ernsthaft: dieses prinzip der quantenphysik deutet an, womit erst max, dann niels, nebenher albert, später werner und erwin und heute wir es zu tun haben: die dinge sind im mikroskopischen auf etwas seltsame weise "unscharf", nicht richtig bestimmbar, nebulös, im verschwommenen liegend. sie sind haben teilcheigenschaften und wellencharakter, aber sie lassen sich nicht ansehen, trotzdem ist die welt um uns rum fest, zumindest eine ganze weile lang.wenn man die formeln der quantenmechanik hernimmt und den wert h als unendlich klein annimmt, dann ergeben sich wieder die newtonschen gesetze, aber wir wissen, dass h nicht unendlich klein ist und hier waren nun die philosophen, die nur wie die geier darauf gewartet hatten, sich auf irgendetwas neues stürzen zu können ( sie hatten auch so ihre methoden wegen der frauen), gefragt, einen ausweg zu finden, sodass man sich in der welt trotzdem halbwegs sicher fühlen
konnte.niels bohr konnte nicht umhin, sich ebenso als philosoph zu betätigen (er wollte ihnen wohl zuvor kommen) und durchschlug den von heisenberg ziemlich stark zusammengefitzelten knoten mit der erschaffung des komplementaritätsprinzips, welches besagte, sowohl die welleneigenschaften, die zur orts und zeitbestimmung von teilchen genutzt wurden als auch die teilcheneigenschaften, aus denen man herrlich energiezustand oder impuls herausfiltern konnte, seien einfach bloss ein ausdruck für ein und dasselbe....tja, ziemlich leicht gemacht, man sagt also, ein quant ist einfach ein quant, basta!
nebenher löste er auch den besagten streit zwischen erwin und werner, der sich wie folgt entspann: erwin sass in wien, was er studiert hatte, braucht man wohl nicht zu erwähnen und dachte so vor sich hin.er dachte unter anderem an louis de broglie... nicht was manche jetzt denken, nein, er dachte darüber nach, worüber de broglie nachgedacht hatte.dieser wiederum hatte, wohl um jemandem zu gefallen, die these aufgestellt, nicht nur lichtquanten hätten welle UND teilchencharakter, sondern vielleicht auch dinge, die sich bisher als reine teilchen geoutet hatten. elektronen zum beispiel.sehr viel anderes gabs auch zu der zeit nicht, was klein und genug da war, um darüber fabulieren zu können , was es wohl den lieben lang tag so machte, aber für andere unsichtbar blieb, weil es hätte ja jemand mal nachschaun können, ob denn das wirklichkeit sei, was einem da erzählt wurde.
in louis`idee tauchte , wir ahnen es schon, wieder h auf, diesmal als beziehung zwischen frequenz der wellenlänge eines teilchens und der energie desselben.
diese idee war wie alle anderen angesprochenen, wie immer lösten sich sämtlich widersprüche im umfeld in luft auf, die elektronenbahnen im atom konnten nun als wellenschema der eigenwellenlänge des elektrons erklärt werden, alles andre fiel weg, da man ja mit wellen rechnen konnte und wusste, wann sich wellen stören und wann nicht.
über all diesem brütete nun erwin ein bisschen und ersann ebenfalls eine idee, nämlich die der wellenmechanik. er stellte eine gleichung auf, die unter dem namen "schrödingergleichung" in die physik einging und mit der sich, im gegensatz zur matrizenmechanik, erstaunlich gut und vor allem schnell rechnen ließ.
er ordnete damit so ziemlich allem eine allgemeine wellenfunktion zu und mithilfe diverser tricks seiner freunde, der mathematiker, die seltsame sachen wie "operatoren" erfanden, konnte man aus der funktion viel von dem rauskitzeln, was man wissen wollte. auch stellte man überrascht fest, dass das quadrat der funktion einer verteilung glich... flugs mal das wasserstoffatom damit durchgerechnet und siehe da, es ergab sich eine verteilung der elektronenladung um den kern rum, was wir heute als "orbital" vom mehr oder weniger freundlichen chemielehrer nahegbracht bekommen.
erwin war begeistert. erwin war sehr begeistert. erwin verlor vor lauter begeisterung fast den verstand und ging herum und erzählte, eigentlich sei alles ganz einfach, teilchen gibts nicht,ab heute kann man alles mit wellen erklären und newton war tot und konnte nicht einschreiten.
werner heisenberg wiederum bekam langsam spitz, dass die schrödingergleichung dieselben ergebnisse erbrachte wie sein eigener formalismus, auf den er so stolz war. er bekam sogar mit, dass sein mitarbeiter bei bestimmten aufgabenstellungen heimlich in ein kleines zimmer gingen und garnicht mehr lang zum rechnen brauchten wie vorher und er war nicht depp genug, zu überlegen, ob wohl wer eine neuartige rechenmaschine ersonnen hätte.
ausserdem erschien ihm das ganze gerede vonwegen überall wellen (wale täts freuen) mehr als suspekt und so entbrannte der streit, wer von beiden denn nun der wirklichkeit auf der spur war. beide hatten dieselben ergebnisse für berechnungen rund ums atom, gut, der eine schneller als der andere, dafür war letzterer aber der erste auf dem platz und wer zuerst kommt.....erwin schien diese spielregel nicht zu kennen, er ignorierte jegliche ansprüche von werner und erzählte weiter herum, wie die welt nach seiner vorstellung aufgebaut sei.
ein paar andere physiker schauten sich das eine weile lang an, und statt ihre zeit mit parteiergreifen und streiten zu verbringen, erkannten sie, dass es einen zusammenhang zwischen den unterschiedlichen herangehensweisen geben musste, schliesslich waren die ergebnisse von werner dieselben wie von erwin, bloss dass eben jeder daher redete, aus einer anderen welt zu kommen als der jeweilig anzugreifende.
nach langem sinnen und rechnen kamen sie darauf, dass beide formalismen, sowohl die matrizentechnik als auch die wellengleichung, mathematisch äquivalent zu einander waren....beide erzählten dasselbe! unfassbar! ja äh, beide erzählten tatsächlich dasselbe, die ergebnisse waren ja dieselben, worüber stritt man nun eigentlich? achja, wie ist die welt nun aufgebaut?
und da kam niels nochmals ins spiel, er hatte von philosophie mehr ahnung als die beiden streithähne und verklauslierte seine idee, dass einundasselbe einunddasselbe sei derart geschickt mit worten, dass beide mit einemal überzeugt waren, dass alles in ordnung sei und man zur tagesordnung übergehen könne, was man dann auch tat.
nichtsdestotrotz gehören beide werke zu den fundamentalsten dinge, die ein mensch je erdacht hat, immerhin ging es ja nebenher noch um die klassische physik, die die ganze zeit mit füssen getreten wurde, obwohl sie sich keiner schuld bewusst war, was hatte sie schon gross getan, ein paar planeten auf ihren bahnen halt verliehen, sachen nach unten fallen lassen (ok, daraus könnte man einen strick drehen) oder ein rad sich drehen lassen...egal, mit h wurde die welt anders, ob max planck nun wollte oder nicht und es konnte fürderhin nur noch darum gehen, zumindest die übergänge zwischen klassischer physik, also der physik der alltäglichen vorgänge und der physik des unsichtbaren, der quantenphysik zu klären und das eine in das andere übergehen zu lassen.
wissen wir eigentlich nun, was quantenphysik ist? nach all den geschichten? tja, da müsste der schreiber schlauer als er selbst sein, er meint, dass quantenphysik schlicht die beschreibung subatomarer prozesse ist, welche auf bestimmten prinzipien und betrachtungsweisen wie der welle/teilchen-eigenschaften der materie oder der heisenbergschen unschärferelation im beobachtbaren basiert und eigene berechnungsgrundlagen besitzt , die ein wenig seltsam anmuten und die mit ideen verbunden sind, mit denen einzelne menschen völlig neue wege gingen, bahnbrechende entdeckungen machten, seelische kämpfe ausfochten und zum dank einen blick in die tiefe und struktur des universums tun durften, oder wie Werner Heisenberg es formulierte:
".... und durch die oberfläche der symbole hindurch erblickte ich ein reich voll fremdartiger und seltsamer schönheit".
Epilog:
henri poincare arbeitete fleissig mit an der neuen physik, manche neider einsteins meinen, eigentlich hätte er die relativitätstheorie (fast) gefunden und max planck nahm ihm den versauten kongress nicht weiter übel.
albert einstein selber hatte zu tun die ganze zeit, er war mal für, mal gegen die quantentheorie, die er selbst mit aufgebaut hatte, hauptsächlich stritt er sich mit dem zufall rum und bekam nebenher den nobelpreis und haufen frauen.
richard feymann lebte damals noch nicht, er kam später in new york zur welt, erfuhr alles aus büchern, lernte jedoch die meisten der genannten personen selbst noch kennen und ärgern, brachte sich selbst bei, was er wissen wollte und bekam 1965 zusammen mit schwinger und tomonaga den nobelpreis für theorie der quantenelektrodynamik. er hatte mehr frauen als die anderen beiden zusammen, vielleicht sogar deren eigene, wer weiss das schon.
werner heisenberg versuchte sich nach dem 2. wk nochmal an einer theorie "über alles", mit allem drin, was laune macht, wurde aber ausgebuht dafür, etliche hielten seine methoden für fragwürdig, ausserdem hatte er bereits einen nobelpreis, für die anderen sollte auch noch wer zum beeindrucken übrig bleiben.
erwin schrödingers weitere überlegungen waren für die katz`, einfach mal googeln, dann erfährt man, was ich meine.
niels bohr lebte glücklich und zufrieden weiter, allerdings so richtig glücklich erst nach dem 2. wk.
der äther wurde stillschweigend abgeschafft, allerdings jedesmal wieder rausgekramt, wenn wer meint, es sei doch alles anders, als gedacht.
der wal erfuhr ebenfalls diverse umdeutungen in seiner vermarktung, sodass er heute, anno 2006, in island und japan als hauptbedrohung der fischschwärme im ozean gilt und ist aus gutem hundefutter nicht mehr wegzudenken.