Auswirkung des Satzes von der Erhaltung der Energie in der Physik.“
„Das Verhältnis der Quantenmechanik zur Philosophie Kants.“
„Eine Studie über das Symbolische in der Naturwissenschaft.“
„Naturgesetz und Theodizee.“
„Komplementarität und Logik.“
„Wohin führt uns die Wissenschaft?“
Querverbindungen ziehen, ungewöhnliche Gedankenfelder erschließen, philosophische Grundsatzfragen stellen, dies alles ist typisch für Weizsäcker. Man kann den Physiker nicht vom Philosophen trennen.
Der Wissenschaftler folgte einer unbändigen Neugier. Doch der Mensch folgte stets seinem humanistischen Ansatz – im Alter mit zunehmender Bewusstheit und Zielstrebigkeit –, der Gesellschaft, sogar der Menschheit als Ganzes zu dienen.
Immer herrscht in Weizsäcker der Wille vor, ein gewähltes Thema mit größtmöglicher Gründlichkeit zu durchdringen. Die Methode, dies zu leisten, ist die wissenschaftliche; und die Physik ist eine objektive Wissenschaft, gleichsam das Aushängeschild an wissenschaftlicher Objektivität und rationaler Logik, eine kulturelle Errungenschaft der Menschheit, tief verwurzelt in der geistesgeschichtlichen Aufklärung. Weizsäcker war die traditionelle, effiziente, sachliche Denkweise des Wissenschaftlers in Fleisch und Blut übergegangen, dennoch versäumte es der große Physiker nie, auch die anderen, subjektiven Bezüge sowie Kultur und Geschichte und die sozialen und globalen Folgerungen einzubeziehen.
Die Physik war sein übergeordnetes Lebensthema, und er strebte danach, es in allen bedeutsamen Beziehungen und Querverbindungen zu untersuchen, als Forscher im Bereich der theoretischen Kernphysik sowie auch als Philosoph. Fragte man ihn im Interview, als was er sich selbst sehe, welchen Beruf er eigentlich ausübe, so kam die Antwort ohne zu zögern und im Brustton der Überzeugung: „Ich bin Physiker!“
Die Quantentheorie als wissenschaftliche Revolution
Man kann die revolutionären Entdeckungen der Physik zu Beginn des 20. Jahrhunderts sehr übersichtlich chronologisch auflisten. Das empfiehlt sich auch, um den Überblick zu behalten.
Diese Übersicht, sie ist gleichzeitig ein kurzer Abriss zur Wissenschaftsgeschichte, enthält die großen Namen der bedeutendsten Physiker, alles Nobelpreisträger, wobei die meisten aus Deutschland stammen. Niels Bohr, der Däne, taucht allerdings zweimal in der Liste auf. Hier interessiert dabei in erster Linie die Entdeckungsgeschichte der Quantentheorie.
1900 Max Planck:
Planck formuliert ein neues physikalisches Gesetz (E = h x f), wonach Lichtwellen auch als Quanten (also „Teilchen“, sogenannte Photonen) deutbar sind. „h“ ist eine universelle Naturkonstante, die man als „Plancksches Wirkungsquantum“ bezeichnet. „f“ ist die Frequenz der Welle, „E“ die Energie.
Nobelpreis 1918 (verliehen 1919) für seine Verdienste zur Entwicklung der Physik mit Hilfe der Quantentheorie.
1905 Albert Einstein:
Spezielle Relativitätstheorie und andere wissenschaftliche Arbeiten, z.B. „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“. Der in den Annalen der Physik veröffentlichte Aufsatz enthielt die heute sehr berühmte Formel E = m x c² (m ist die Masse, c die Lichtgeschwindigkeit).
Nobelpreis 1921 (verliehen 1922), rückwirkend für die Entdeckungen im Jahr 1905, jedoch nicht für die Relativitätstheorie, sondern für seine Deutung des photoelektrischen Effekts mit Hilfe der Lichtquantenhypothese.
1909 Ernest Rutherford:
Streuversuch – Beschuss einer Metallfolie mit Alphateilchen (positiv geladene und relativ massereiche Teilchen). An den Experimenten war u.a. auch der deutsche Physiker Hans Geiger beteiligt. Ernest Rutherford (1871-1937) wurde in Neuseeland geboren, war aber als Wissenschaftler in England (Cambridge) tätig.
Nobelpreis 1908 (für Chemie).
1913 Niels Bohr:
Stark vereinfachtes Atommodell (wie ein Planetensystem im Kleinen).
Die Atomhülle besteht aus negativ geladenen Elektronen, die auf ganz bestimmten Bahnen den Atomkern umkreisen. Jedoch bewegen sich die Elektronen im Mikrokosmos des Atoms so, dass sie keine Energie verlieren (entgegen den Gesetzen der Elektrodynamik, die in der klassischen Physik gelten). Bei entsprechender Energieaufnahme oder -abgabe wechselt ein Elektron auf eine äußere oder innere „Umlaufbahn“ (Quantensprung). Bei sehr starker Energiezufuhr verlässt das Elektron die Atomhülle endgültig, und es bleibt ein positiv geladenes Atom (sogenanntes Ion) zurück.
Nobelpreis 1922 „für seine Verdienste um die Erforschung der Struktur der Atome und der von ihnen ausgehenden Strahlung“.
1926 Erwin Schrödinger:
Wellenmechanisches Atommodell. – Es gibt keine scharfe Außengrenze des Atoms, vielmehr kann für jedes Elektron nur eine Wahrscheinlichkeit berechnet werden, mit der es sich an einem bestimmten Ort in der Atomhülle aufhält. Eine bildhafte Vorstellung des Atoms ergibt sich hier aufgrund der sogenannten Wahrscheinlichkeitsdichte (entsprechend einer speziell geformten „Elektronenwolke“).
Nobelpreis 1933 für seine Weiterentwicklung der Quantenmechanik.
1927 Werner Heisenberg:
Unschärferelation – Es ist prinzipiell unmöglich, Ort und Impuls (Geschwindigkeit) eines Elementarteilchens gleichzeitig völlig exakt zu messen. Ist z.B. der Ort genau bekannt, so wird der Impuls unbestimmt (unscharf) und umgekehrt. Der Zusammenhang gilt in der Quantenphysik allgemein für alle komplementären Eigenschaften eines Teilchens. Es gibt auch eine Unschärferelation zwischen Energie und Zeit.
Nobelpreis 1932 (verliehen 1933) für die Begründung der Quantenmechanik.
1927 Niels Bohr:
Komplementaritätsprinzip (entdeckt in Diskussion mit Heisenberg). – „Wellen- und Teilchenbild sind komplementär. Beweist eine Messung den Wellencharakter von Strahlung oder Materie, dann ist es unmöglich, in derselben Messung den Teilchencharakter nachzuweisen. Das Experiment bestimmt, welches Bild zu benutzen ist.“
Die Bedeutung der Quantentheorie
Max Planck entdeckte die Formel zur Berechnung der Quantenenergie und legte damit den ersten Grundstein zur umwälzend neuen Theorie. Niels Bohr hat dann mit seinem Komplementaritätsprinzip den entscheidenden Schritt zur Ausarbeitung der Quantentheorie getan. Doch erst Heisenberg und Schrödinger brachten die Theorie in eine mathematisch ausformulierte, abgeschlossene Form.
Bohr und Heisenberg zusammen entwickelten die sogenannte „Kopenhagener Deutung“: ,,Die Quantentheorie bezieht sich auf das atomare Naturgeschehen, wie es sich zeigt, wenn es mit realisierbaren Messgeräten untersucht wird.“
Dies ist gleichsam der Vorgedanke zur umstrittenen
