Physik mit einem Quäntchen Glück

23. April 2008, 12:24
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"Nach welchem Gesetz strahlen heiße Körper?", fragte sich Max Planck - Mit seiner Antwort leitete er die Geburt der Quantenphysik ein - Heute wäre Planck 150 Jahre alt

"Nach welchem Gesetz strahlen heiße Körper?", fragte sich Max Planck. Mit seiner Antwort - einer "glücklich erratenen" Formel, wie er selbst meinte - leitete er die Geburt der Quantenphysik ein. Ohne sie gäbe es heute keine Laser. Heute wäre Planck 150 Jahre alt.

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Am Freitag, den 14. Dezember 1900, steigt ein Mann mit hohem Haaransatz, kleiner Nickelbrille und buschigem Schnurrbart in dem großen, gut geheizten Hörsaal des Physikalischen Institutes in Berlin hinauf zum Rednerpult. Es ist der 42-jährige Max Planck, Rechnungsführer der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, die hier jeden zweiten Freitag tagt. Vor elf Jahren hat er den Lehrstuhl Kirchhoffs übernommen, für viele überraschend, da er nur als Dritter gereiht war. Aber Ludwig Boltzmann, in erster Wahl, konnte sich nicht für Berlin, das damalige Zentrum der Physik, entscheiden. Zuerst bestätigte er seine Ernennung, elf Wochen später folgte seine überraschende Absage, was er unmittelbar danach wieder bereute und anfragte, ob es nicht eine Möglichkeit gäbe, die „verscherzte“ Professur doch noch zu gewinnen. Die ehrenvolle Berufung entwickelte sich für ihn tragisch, denn als er endgültig zustimmen wollte, kam er zu spät. War es zuerst Abneigung gegen die in Berlin herrschende preußische Atmosphäre? Über die Beweggründe Boltzmanns zu seiner Ablehnung ist viel gerätselt worden. Da der zweitgereihte Heinrich Hertz ebenso absagte, erhielt der junge Max Planck die attraktive Stelle.

Er galt als Außenseiter, seine Arbeiten wurden kaum gelesen. Der Eindruck seiner Dissertation war "gleich Null" gewesen. Er fühlte, dass ihm, einem Theoretiker, gewissermaßen als Physiker "sui generis", die Herren Assistenten mit einer gewissen betonten Zurückhaltung begegneten. Seit sechs Jahren fesselt Planck eine spezielle Frage: Nach welchem Gesetz strahlen heiße Körper? Bereits im Oktober 1900 ist ihm die mathematische Beschreibung gelungen, aber er konnte der Formel keinen wirklichen physikalischen Sinn geben. Er musste Boltzmanns Methoden der statistischen Mechanik benutzen, mit denen er wenig vertraut war und an die er vor allem viel weniger glaubte. Seit einigen Wochen aber beginnt sich das Dunkel zu lichten. Planck entdeckt etwas, dessen Tragweite er für die weitere Entwicklung der Physik nicht erkannt hat. Dennoch wird er heute den ersten Schritt hin zu einer neue Physik tun, zu einer Physik, die als reine Grundlagenforschung unabsehbare Folgen für unser heutiges Leben haben wird. Heute hat Planck, ohne dass es ihm bewusst ist, seinen großen Tag. Es ist der Tag, der als der "Geburtstag der Quantentheorie" in die Geschichte der Physik eingehen soll. Ohne die Quantenphysik gäbe es keine Laser, keine Mikroelektronik, mithin keine moderne Informations- und Computertechnik.

Planck wurde vor 150 Jahren, am 23. April 1858, in Kiel als Nachkomme einer Familie von Juristen und protestantischen Geistlichen geboren. Sein Vater, ein erfolgreicher Rechtsgelehrter, erzog seine Kinder in preußisch deutscher Tradition: Ehrlichkeit, Pflichtbewusstsein und auch eine gewisse charakterliche Steifheit waren typisch für diese Familie. Plancks Neigungen gehörten der Musik und dem Bergsteigen. Mit absolutem Gehör begabt, sang er in Knabenchören und spielte Orgel in den Gottesdiensten. Noch im Alter von 79 Jahren bestieg er den Großvenediger, einen 3674 Meter hohen Gipfel in den Alpen.

Als Schüler war Max ein klarer, logischer Kopf, ganz nach dem Gusto des Herrn Vater. Er erhielt zwar eine humanistische Ausbildung, aber dank eines guten Mathematiklehrers erlebte er früh die Faszination für die Physik. Das Prinzip der Erhaltung der Energie nahm er wie eine Heilsbotschaft in sich auf. Unvergesslich ist ihm die Schilderung von einem Maurer, der einen schweren Ziegelstein mühsam auf das Dach eines Hauses hinauf schleppt. Die Arbeit, die er dabei leistet, geht nicht verloren: Sie bleibt unversehrt gespeichert, jahrelang, bis sich der Stein vielleicht eines Tages löst und einem vorübergehenden Menschen auf den Kopf fällt.

Kurz nach halb sieben beginnt Planck mit seinem Vortrag. Ist seine "glücklich erratene" Formel nur eine glückliche Interpolation gewesen? Aber sie scheint zu stimmen. Heute freilich muss er das Ergebnis theoretisch rechtfertigen. Dazu muss er tief in Boltzmannsche Gedankengänge einsteigen. Es erscheint uns heute als Ironie der Geschichte, dass ausgerechnet die atomistische Lehre, der Planck ablehnend gegenübergestanden ist, den Schlüssel zum Verständnis seines Strahlungsgesetzes liefert. Die Frage ist: Wie richten es die Atome als Strahler ein, dass die beobachtete Energieverteilung als Ergebnis erscheint? Die Antwort, zu deren Erlangung schon Boltzmanns Rechnungen wie vorausahnend den Weg über stufenweise Energieverteilung gezeigt haben, ist eindeutig: er muss aus unerfindlichen Gründen annehmen, dass sich die Energie in kleinste „Energieelemente“ aufteilen lässt. Ein Austausch von Energie zwischen Materie und Strahlung findet nur in diskreten Schritten statt. Die Konstante, die den "Abstand" der Schritte misst, wird Planck das Wirkungsquantum h nennen.

Sein Vortrag wurde zwar nicht ignoriert, aber auch nicht aufmerksam aufgenommen. Kein Wunder: Es passte einfach nicht in den Rahmen der damaligen Physik, dass die Natur Sprünge machen würde. Allein Boltzmann gab sein Einverständnis. So blieb die Natur der Energieelemente ungeklärt, bis Einstein 1905 das Rätsel durch die Annahme löst, dass Licht sowohl Welle als auch Teilchen sein kann, und dass diese beiden Aspekte durch die Plancksche Konstante zusammenhängen. Nun folgt die „Ära“ Planck. Die Ausgestaltung der Quantenphysik aber bleibt jüngeren Kräften vorbehalten. Planck ist nicht der hierzu nötige revolutionäre Geist gewesen.

Hatte Planck an Ehrungen auch alles erreicht, was sich ein Physiker erträumen konnte, so wurde er in seinem Leben von schweren Schicksalsschlägen nicht verschont. Nach dem Tod seiner ersten Frau (1909) verlor er während des Ersten Weltkriegs drei seiner vier Kinder. 1945 wurde sein Sohn aus erster Ehe als Beteiligter an der Verschwörung gegen Hitler von den Nazis hingerichtet.

Trotz seiner Parole: "Durchhalten und Weiterarbeiten" war Planck im Weltkrieg den Nazi stets ein Dorn im Auge und blieb der Deutschen Physik ihr Gewissen. Heimatlos – sein Haus im Grunewald war durch einen Bombenangriff vollständig zerstört worden – gelangte er schließlich im Jeep eines amerikanischen Offiziers, eines bekannten Astronomen, nach Göttingen. Als die Royal Society in London 1946 einen Festakt anlässlich des 300. Geburtstages von Isaac Newton plante, war Planck der einzige Deutsche, den sie einlud. Kurz danach, am 4. Oktober 1947, starb er in Göttingen. (Peter Maria Schuster/DER STANDARD, Printausgabe, 23.4.2008)

Zur Person
Peter Maria Schuster ist Physiker und Schriftsteller.
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    Die logischen Köpfe: Max Planck, der Mann mit Bart und Brille in der Mitte, im Kreis der Kollegen: Walther Nernst, Albert Einstein, Robert Millikan, Max von Laue, 1928 (von links).

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