Geschichte

Der realistische Bohr

Haben Physiker vor der Quantenmechanik wirklich an die Realität kleiner atomarer Planetensysteme geglaubt?

  • Arne Schirrmacher
  • 07 / 2013 Seite: 43

Mit seinem Atommodell von 1913 erklärte Niels Bohr auf einen Schlag die Atomspektren, aber es war nur der zweite Versuch auf seiner Suche nach der Realität der Atome, nachdem sich Hoffnungen auf ein einfacheres Modell zerschlagen hatten. Wie reagierten die Physiker auf seinen kühnen Vorschlag?

Wenige Themen der Physik sind so gut bekannt, wie das Atommodell eines dänischen Newcomers, das sofort eine anschauliche Vorstellung hervorruft. Als 28-Jähriger, nach seinem Studium in Kopenhagen, entwickelte er es, wie wir heute sagen würden, als Postdoc in England. Niels Bohr erscheint heute als Zentrum einer Professorenfamilie – Vater Christian für Physiologie, Bruder Harald für Mathematik, und einer seiner Söhne, Aage, erhielt sogar wie er den Physik-Nobelpreis. Nach dem Ersten Weltkrieg wurde er das wissenschaftliche Aushängeschild Dänemarks schlechthin, wie auch das für ihn gebaute Institut ein wichtiges wissenschaftliches Zentrum in den 1920er- und 1930er-Jahren wurde, vor allem für die Quantentheorie.

Bohrs Weg zu seiner Atomtheorie ist schon lange von Historikern im Detail nachverfolgt worden, wobei sich wohl drei wesentliche Stadien seiner Arbeit abgrenzen lassen. Zunächst war Bohr gar nicht am Atombau interessiert, sondern kam 1911 mit einem Forschungs­projekt zur Elektronentheorie in Metallen nach England und so zu J. J. Thomson nach Cambridge und zu Ernest Rutherford nach Manchester. Die Frage nach gebundenen Elektronen in Metallen ließ ihn Ausschau halten nach speziellen Annahmen über ihre Anordnung und Bewegung, und zwar ganz im Rahmen von Thomsons verbreiteten Modellvorstellungen. Zu Rutherford wechselte er aufgrund dessen aktuellen Arbeiten über Radioaktivität (und nicht, weil ihn dessen Atommodell mit Atomkern eher zugesagt hätte als Thomsons „Plum Pudding“-Modell). Dann kam Bohr mit Rutherfords Mitarbeiter Charles G. Darwin über die Absorption von α-Teilchen in Metallen ins Gespräch, und hier setzten seine ersten Überlegungen zur Atomstruktur ein. Diese führten zum so genannten Manchester Memorandum, einer Ausarbeitung auf sechs Blättern, in aller Eile für Rutherford geschrieben. Es enthält Bohrs erste Version eines Atommodells, noch ganz im Stil Thomsons: Die Frequenzen der Lichtabstrahlung entsprachen bestimmten Oszillationen von Elektronen im Atom, nur dass Bohr Ideen hinzunahm, die er in seinen Forschungsarbeiten über Metalle gewonnen hatte. Demnach würden zur Erklärung der Materie die normale Mechanik und Elektrodynamik nicht ausreichen, vielmehr müssten sie, wie in der Theorie der spezifischen Wärme gerade gezeigt worden war, ergänzt werden durch Quantenbedingungen. ...

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