Quantenmechanik

Zusammenfassung

Nach unserer gewöhnlichen „Anschauung“, d. h. bei Anwendung der üblichen Raum-Zeitbegriffe, werden Raum und Materie als in letzter Linie kontinuierlich und im Prinzip in beliebig kleine Teile zerlegbar vorgestellt — von der etwaigen technischen Undurchführbarkeit einer solchen Zerlegung abgesehen. Die physikalischen und chemischen Erfahrungen haben aber, entgegen dieser Folgerung aus unserer einfachen Anschauung, ergeben, daß bei den Vorgängen in ganz kleinen Räumen und Zeiten ein typisch diskontinuierliches Element eine hervorragende Rolle spielt. Die „ganzzahligen Proportionen“ in der Chemie schon legten den Gedanken an eine atomistische Struktur der Materie nahe, die sog. „Schwankungserscheinungen“ (Brownsche Bewegung, Streuung des Lichtes usw.) führten zur Vorstellung vom Aufbau der Materie aus Korpuskeln von wohldefinierter, endlicher Größe, in den Versuchen über Korpuskularstrahlen (Kathodenstrahlen, α-, β-Strahlen) gelangten diese kleinsten Bausteine der Materie direkt zur Beobachtung. Wegen dieser unmittelbaren experimentellen Evidenz der atomistischen Vorstellungen lag es daher nahe, den Grundbausteinen der Materie — also in letzter Linie dem positiven und dem negativen Elektron — die gleiche Art von Realität zuzusprechen, wie etwa den Gegenständen der uns umgebenden täglichen Welt; man stellte sich also diese Grundbausteine als außerordentlich kleine Körperchen bekannter (und zwar immer ein und derselben) Ladung und Masse, doch noch unbekannter inneren Struktur vor, die sich nach näher zu ergründenden Gesetzen in Raum und Zeit, und zwar in der unserer Anschauung entsprechenden bekannten kontinuierlichen Raum-Zeitwelt — bewegten. Diese Vorstellung hat sich wohl im Laufe der Zeit als falsch erwiesen, was ja auch im Hinblick auf die eigentliche prinzipielle Unanschaulichkeit jenes diskontinuierlichen Elements keineswegs zu verwundern war; die Elektronen bzw. die Atome besitzen nicht jenen Grad von unmittelbarer Realität, wie die Gegenstände der täglichen Erfahrung. Die Untersuchung der Art von physikalischer Realität, die den Elektronen und Atomen zukommt, ist eben der Gegenstand der Atomphysik und damit auch der „Quantenmechanik“ (Qu.M.). Jenes typisch diskontinuierliche Element, über das wir oben gesprochen haben, findet nicht nur in der Tatsache der atomistischen Struktur der Materie ihren Ausdruck, sondern auch in den Gesetzmäßigkeiten des Atombaues. Aus der Bohrschen Theorie, sowie experimentell aus den Franck — Hertzschen Stoßversuchen und dem Stern — Gerlachschen Molekularstrahlversuch schließen wir die Existenz diskreter stationärer Zustände der Atome, wobei die Übergangsprozesse von einem solchen Zustand zu einem andern als typisch diskontinuierliche Akte zu betrachten sind. Schließlich treffen wir dieses diskontinuierliche Element bei den Strahlungsphänomenen. Dies hat zuerst Planck aus dem von ihm gefundenen Gesetz der schwarzen Strahlung erschlossen, Einstein hat gezeigt, daß eben wieder die Schwankungserscheinungen auf die Vorstellung von „Lichtkorpuskeln“ ganz bestimmter wohldefinierter Energie und wohldefinierten Impulses führen und die Experimente über den lichtelektrischen Effekt, der Compton-Effekt und insbesondere das Geiger-Bothesche Experiment über den Compton-Effekt veranschaulichen die Fruchtbarkeit der Lichtquantenhypothese aufs Deutlichste. Trotzdem hat man den Lichtquanten — im Gegensatz zu den Materiepartikeln — von vornherein nie die Art von Realität zugesprochen, die den Gegenständen der täglichen Welt zukommt, da man sich durch eine solche Vorstellung in allzu große Widersprüche mit den bewährten Gesetzen der klassischen Optik verwickelt hätte. Wohl aber bestehen Anzeichen dafür — was besonders von Einstein betont worden ist —, daß umgekehrt den Elektronen ein ähnlicher Grad von Realität zukommt, wie den Lichtquanten; doch soll auf diese Frage erst später eingegangen werden. Hier kam es uns darauf an, zu betonen, daß die Untersuchung jenes typisch diskontinuierlichen Elementes und jener „Art von Realität“ das eigentliche Problem der Atomphysik und daher auch der Inhalt aller quantenmechanischen Überlegungen ist.

Vortrag, gehalten auf der 89. Versammlung Deutscher Naturforscher und Ärzte, Düsseldorf.