Die Atomphysiker: Eine Geschichte der theoretischen Physik am Beispiel der Sommerfeldschule

308 Pages·1993·11.54 MB·German

by  Michael Eckert (auth.)

Michael Eckert
Die Atomphysiker
Arnold Sommerfeld im Jahre 1919
Michael Eckert
Die Atomphysiker
Eine Geschichte der theoretischen Physik
am Beispiel der Sommerfeldschule
Mit 24 Bildern
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Vleweg
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Eckert, Michael:
Die Atomphysiker: eine Geschichte der theoretischen Physik
am Beispiel der Sommerfeldschule I Michael Eckert. -
Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1993
Das Bild des Schutzumschlags zeigt den MOnchener Physikerclub im Jahr 1912 beim
Kegeln. Sondersammlung, Deutsches Museum, MOnchen. Vgl. S. 44 im Buch.
Aile Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 1993
Softcover reprint of the hardcover 1 st edition 1993
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ISBN -13 :978-3 -322-84992-2 e-ISBN-13 :978-3-322-84991-5
DOl: 10.1007/978-3-322-84991-5
Inhalt
Einleitung ................................................................ 1
1. Die Entstehung einer neuen Wissenschaft ........................... 5
Das hOhere Lehramt: Schrittmacher flir die Professionalisierung der
Physik .................................................................... 6
Das Konigsberger Modellseminar .................................... 7
Die Anfange der Physik in Munchen ................................. 9
Der Forschungsimperativ ................................................. 9
Friihe Theoretikerkarrieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10
«Wanderdynamilo> und Spezialisierung ............................ 12
Eine «institutionelle Revolution». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13
Konigsberg anno 1890 .............................................. 14
Boltzmanns Berufung nach Munchen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15
Patriarchalische Strukturen ............................................. 16
Die theoretische Physik als Privatdozentenfach .................... 17
Das «System Althoff». . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19
Felix Klein und seine Bestrebungen .................................... 21
«Annaherung an die Technilo> ..................................... 21
Reform des mathematisch-naturwissenschaftlichen
Unterrichts .......................................................... 23
Sommerfeld und Klein ............................................. , 25
Sommerfeld in Aachen ............................................. 27
Die theoretische Physik der lahrhundertwende im Spiegel der
Enzyklopadie der mathematischen Wissenschaften .................... 28
Die «HauptreferenteID>: Boltzmann, Lorentz und Wien ............ 29
Die intemationale theoretisch-physikalische Produktivitat . . . . . . . .. 31
Themen ............................................................. 33
Elektronentheorie der Metalle ..................................... , 35
2. Die Anfiinge der Sommerfeldscbule .............................. , 37
Eine «Pflanzstatte theoretischer Physik» ............................... 38
Rontgenstrahlen ....................................................... , 41
Bremsstrahlung ..................................................... 43
Die Entdeckung der Rontgeninterferenzen an Kristallen .......... , 45
Propaganda:fur eine neue Forschungsrichtung ..................... 48
Atombau und Spektrallinien ............... , ............................ 51
v
Reaktionen auf das Bohrsche Atommodell ......................... 52
Der Ausbau der Atomtheorie durch die Sommerfeldschule ........ 54
Die «Bibel» der Atomphysiker ...................................... 59
3. Aktivposten Atomtheorie ........................................... 61
Das Erbe des Ersten Weltkriegs ........................................ 61
Kriegsaufgaben rur Physiker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62
Industriespenden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65
Wissenschaft als Machtersatz .......................................... 70
Notgemeinschaft und Helmhotz-Gesellschaft ....................... 72
Internationale Beziehungen ......................................... 75
Prioritat rur die Atomtheorie ........................................ 78
4. «Autbruch in das neue Land» ...................................... 82
Munchen, G6ttingen, Kopenhagen: Zentren einer wissenschaftlichen
Revolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82
In Erwartung einer «neueD» Physik ................................ 84
Sommerfeld und die neuen Zentren ................................ 84
Eine neue Elite ......................................................... 87
Wolfgang Pauli ..................................................... 88
Werner Heisenberg ................................................. 89
Die «Bohr-Festspiele» .............................................. 90
Gruppendynamik im Expeditionskorps ................................. 93
Ehrgeiz und Rivalitat ............................................... 95
«Besetzungsklatsch» . . . . . .. . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . .. 97
Generationenwechsel in der theoretischen Physik.. . ................. 100
Ein neues Theoretikerprofil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 100
Ein Netzwerk rur die «moderne Atomtheorie» .................... 102
5. Die intemationale Verbreitung der theoretischen Physik ....... 105
«Education on an international scale» ................................. 106
Reisestipendien .................................................... 108
Sommerschulen in USA ........................................... 109
Die Expansion der amerikanischen Physik ........................ 112
Internationalisierung als Mittel nationaler Kulturpolitik .............. 116
Deutsch-sowjetische Wissenschaftsbeziehungen .................. 116
Kulturimperialismus ............................................... 118
Sommerfelds Weltreise ............................................ 119
Tagebuchnotizen von einer Kulturmission ........................ 121
VI
6. Anwendungen der Quantenmechanik ............................ 124
Ein Universalinstrument .............................................. 124
Sommerfelds Elektronentheorie der Metalle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 126
Die ersten quantenmechanischen Doktorarbeiten ................. 130
Die Entstehung neuer Hybridwissenschaften .......................... 134
Quantenchemie .................................................... 134
Molekularbiologie ................................................. 141
Astrophysik ........................................................ 144
7. Happy Thirties? Physiker im Exil ................................ 147
Die Vertreibung theoretischer Physiker aus Munchen ................ 149
Exil in der Sowjetunion: Werner Romberg und Herbert
Frohlich ............................................................ 150
Empfehlungen flir Hans Bethe ..................................... 153
Protektion fUr eine Elite ............................................... 156
Stellensuche fUr «unsere jungen Physiker» ........................ 158
Zuflucht in Provinzuniversitaten .................................. 163
«Hinausgestofien ... in den leeren RaUIn}) ............................. 164
Die Emigrantengeneration der Funfzigjahrigen ................... 165
Emigration ins Aufienseiter-Dasein ............................... 170
8. Die Verlagerung der Schwerpunkte theoretischer Physik
in den dreiOiger Jahren .............................................. 173
Neue Zentren der Festkorpertheorie ................................... 173
Massachusetts Institute of Technology (MIT) ..................... 174
Princeton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 178
Bristol .............................................................. 181
Das Aufkommen der Kernphysik ...................................... 186
Goldgrabermentalitat in der Kernphysik .......................... 188
Die Entstehung der «Bethe-Bibel» ................................. 190
«A multifacetted symbiosis}) ....................................... 192
9. Die Physik im (<Dritten Reich» .................................... 196
Praxis contra Ideologie: Die Uberscbatzung der «Deutschen Physik}) 198
Der Kampf der «Deutschen Physik» gegen die
Sommerfeldschule ................................................. 199
Industriephysiker als Anwalte der modernen Physik .............. 203
Zwischen Grundlagenforschung und Kriegsauftragen ................ 206
Die Kernphysik als «Mammut-Physik» ............................ 207
VII
Deutsche Traditionen in der Festkorperphysik .................... 212
Die Kriegsforschung eines Festkorpertheoretikers:
Halbleiterdetektoren fur «Funkme6» (Radar) ...................... 217
Die neue Allianz theoretischer Physiker mit Militar und
Industrie ........................................................... 220
10. Der Krieg der Physiker .......................................... 223
Mikrowellenradar ..................................................... 224
Das Magnetron .................................................... 225
Arbeitsstil und Motivation ......................................... 228
Radardetektoren - Schrittmacher der Halbleiterelektronik ........ 231
Die Atombombe ....................................................... 232
Von der «reinen» Theorie zum Kriegsprojekt ..................... 233
Projekt y ........................................................... 240
Die Implosionsmethode ............................................ 244
Zwischen Stolz und Irritation: Die Erfahrung von Los
Alamos ............................................................. 247
11. Epilog ............................................................. 250
1m Interesse der nationalen Sicherheit ................................ 250
Eine «strategische Allianz» ........................................ 251
Ein neuer Forschungsstil .......................................... 252
Kontinuitat und Wandel ............................................... 256
Das Traditionsbewu6tsein einer Elite .............................. 256
Die Mystifizierung des «Atomphysikers» ......................... 261
Anhang ................................................................ 265
Quellenverzeichnis ................................................. 265
Literaturverzeichnis ................................................ 265
Arunerkungen zu den Kapiteln .................................... 278
Personenregister ................................................... 296
Abbildungsnachweis ............................................... 300
VIII
Einleitung
Theoretische Physik - das ist die Wissenschaft Newtons und Einsteins,
das Nonplusuitra an physikalischer Erkenntnis iiber das, was die Welt im
Innersten zusammenhalt. So jedenfalls wird diese Disziplin in popuUiren
Biichem dargestellt. Ihre Geschichte erscheint als ein fortwiihrendes
«Ringen um ein neues Weltbild», bei dem «eine Entdeckung die andere
jag!» und «eine mit Bewunderung fur das Genie gepaarte Spannun~)
erzeugt wird.1
1m Unterschied dazu geht es in diesem Buch nicht um die Heroisierung
grofier Denker, sondem um eine Sozialgeschichte der theoretischen
Physik. Wissenschaftliche Disziplinen ktinnen ebensowenig wie andere
menschliche Aktivitiiten unabhangig von ihrem gesellschaftlichen Um
feid betrachtet werden. Das heillt nicht, daB nun das Individuum in der
Masse untergeht und nur noch statistisch erfafit wird. Schlie61ich geht es
nicht darum, den Anteil Einzelner zu schmalem, sondem einen histori
schen Kontext wiederherzustellen, der den wissenschaftlichen Errungen
schaften selbst nicht mehr anzusehen ist. Es gibt ausgezeichnete Bei
spiele von sozialhistorischen Biographien, die selbst am Beispiel von so
herausragenden Physikem wie Einstein oder Heisenberg der Versuchung
widerstehen, nichts als «Bewunderung fur das Genie)) zu erregen und
aufierwissenschaftliche Ereignisse nur als mehr oder weniger fOrderliche
Faktoren bei der Entwicklung des HeIden zu begreifen. Das Leben und
Denken von Wissenschaftlem so aus einem gesellschaftlichen Milieu
heraus verstandlich zu machen, ktinnte treffend mit dem Begriff «Oko-))
oder «Soziobiographie)) charakterisiert werden, denn die Einbettung
einer Lebensgeschichte in einen gesellschaftlichen Kontext bestimmt
dabei wie ein Leitmotiv die Form und den Inhalt der Darstellung.2
Ganz in diesem Sinn geht es auch hier darum, daS Umfeld Arnold
Sommerfelds (1868-1951) auszuleuchten. Darin spiegelt sich die
Geschichte der theoretischen Physik in ihrer ganzen Vielfalt wieder.
Sommerfelds Karriere fiel mit dem Aufstieg seiner Disziplin vom Privat
dozentenfach zur neuen Iahrhundertwissenschaft zusammen. Auch wenn
Sommerfelds Name nicht mit dem Attribut <Nobelpreistragen versehen
1
ist, so wurden seine Leistungen wie die seiner Zeitgenossen Einstein oder
Planck in zahlreichen Festschriften und auch in einer wissenschaftlichen
Biographie gewiirdigt.3 Als Pionier der theoretischen Atornphysik ist
Sommerfeld wohlbekannt, doch auch als Leitfigur durch die Sozialge
schichte der theoretischen Physik kann man sich kaum eine geeignetere
Gestalt denken, denn Sommerfeld begriindete eine der bedeutendsten
Theoretikerschulen des zwanzigsten lahrhunderts. Sommerfeld und sein
Kreis lassen wie keine andere Physikerschule vor allern die Sturm- und
Drangphase der theoretischen Physik zwischen den beiden Weltkriegen
deutlich hervortreten, als diese Disziplin zurn Inbegciff rnodemer Physik
schlechthin wurde.
Eine okobiographische Geschichte der theoretischen Physik kann
jedoch nicht den Anspruch erheben, ein reprasentatives Gesamtbild zu
zeichnen. Wie die Biograpbie hebt sie das Spezifische des Einzelfalles
fiber das Schernatische eines ganzen Systems; doch mit der sozial
historischen Perspektive verliert der Einzelfall seine isolierte Position
und wird zur Illustration flir grOBere Zusammenhange. Urn groBt
rnogliche Authentizitat zu erreiehen, werden viele zeitgenossische
Quellen herangezogen (siehe dazu die Ubersicht am Ende des Buches).
Die darnit wiedergewonnene Nahe zu den aktuellen historischen Zeiturn
standen laBt so rnanche Entwicklung, der aus heutiger Sieht kaurn noch
Bedeutung beigernessen wird, in einern neuen Licht erscheinen.
Sicherlich war schon die Physik Newtons <theoretisch> irn Sinn einer
konsequenten rnathernatischen Durchdringung des ernpirisch erfaBten
Materials, doch flir die Disziplinbildung war die Existenz von noch so
revolutionaren physikalischen Theorien bei wei tern kein binreichender
Grund. Entsprechend gliedem sich auch die Etappen, die in den ver
schiedenen Kapiteln dieses Buches beschrieben werden, nicht nach den
physikalischen Inhalten, sondem nach zeitspezifischen Erscheinungen,
in denen der gesellschaftliche Kontext der theoretischen Physik zurn
Ausdruck kommt. Sommerfelds zentrale Rolle bei der Entwicklung der
theoretischen Physik erinnert in mancher Hinsicht an das Bild eines
Patriarchen, der mit vaterlich-autoritarern Tatendrang flir das Wohl
seiner Farnilie Sorge tragt. Solche Assoziationen verfehlen jedoch das
Wesentliche: Die Kinder und Enkel des Patriarchen, die theoretischen
Physiker des Kreises urn Sommerfeld und ihre Nachfahren, fiben ihre
Tatigkeit nicht in den archaischen Strukturen einer GroBfarnilie, sondem
als Vertreter einer rnodemen Berufsgruppe aus, sei es als Universitats
angehOrige, als Lehrer irn Schul dienst, als Industriephysiker oder als
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