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kleine Geschichten: "Einstein und Planck

04/04/2012 - 18:46 von Sterbeglocke | Report spam
Das Verhàltnis von Max Planck und Albert Einstein kann man durch zwei
Sàtze charakterisieren, die Planck und Einstein wohl gemeinsam geteilt
haben:
Der erste Satz, viel nach Einstein zitiert – man könnte ihn auch mit
etwas
anderen Worten nach Planck zitieren – lautet: Gott würfelt nicht. Der
zweite
Satz, den man nach Einstein und nach Planck zitieren kann, besagt,
dass jede
physikalische Aussage nur in bezug auf eine Theorie einen Sinn
bekommt.
Nur die Theorie entscheidet, meint Planck, was man misst und ob man
etwas
Sinnvolles misst. Planck sagte auch, je abstrakter eine Theorie ist,
umso größer
ist ihre Möglichkeit, Wahrheit zu enthalten. Und jeder Fortschritt der
Ansichten
in der theoretischen Physik ist ein Fortschritt in der
Mathematisierung
dieser theoretischen Physik.
Alles andere, was nicht mathematisch fassbar ist, muss sich auf
Redewendungen
stützen, die missverstàndlich sein können und die vor allem auch
nicht die Garantie geben, dass man sich nicht selbst widerspricht. Die
mathematische
Theorie aber schließt den Selbstwiderspruch aus – den würde man
sehr schnell finden.
Die Begegnung zwischen Einstein und Planck war die Begegnung zwischen
zwei Generationen – Planck im Jahre 1858, Einstein 1879 geboren.
Planck kam aus einem großbürgerlichen Haus. Er wollte, wie wir wissen,
ursprünglich
Musiker werden. Sein Vater war Gerichtspràsident und führte ihn
zu dem damaligen großen Konzertmeister und Geiger, dem Direktor der
Berliner
Hochschule für Musik, Joachim. Er stellte ihm den Jungen vor und
fragte, ob Joachim zustimmen könne, dass er Musiker wird. Der fragte,
was
wollen Sie denn spielen – eine Geige, ein Orchesterinstrument? Planck
antwortete,
ich möchte gern Klavier spielen. Dann spielen Sie mir etwas vor!
Aber dann sagte er: Herr Planck, es ist ein schlechter Beruf, wenn man
Kla-
1 Vortrag auf dem wissenschaftlichen Kolloquium „Albert Einstein in
Berlin“ am 17. Màrz
2005. Nach einem Tonbandmitschnitt bearbeitet von Hannelore und Karl-
Heinz Bernhardt,
vierlehrer werden muss. Es gibt zu wenige Solisten, und zum Solisten
reicht
es bei Ihnen nicht. Können Sie nicht ein anderes Fach wàhlen?
Planck entschied sich dann zum Physikstudium in München und ging zu
einem damals sehr bekannten Physiker, der ihm sagte: Herr Planck, was
wollen
Sie eigentlich? Mit der Entdekkung des Satzes von der Erhaltung der
Energie
ist die Physik doch im wesentlichen abgeschlossen. Die Physik wird
überall gebraucht, aber Neues werden Sie in der Physik nicht finden.
Wir wissen, dass sich Planck zuerst dem Gebiet der Physik zuwandte,
das
noch neu dastand bzw. im Entstehen war – der Thermodynamik. Über ein
etwas
trauriges Erlebnis berichtet Planck: Als er, schon als Dozent, seine
Arbeiten
zum zweiten Hauptsatz an Clausius geschickt hatte, wollte er ihn
sprechen, ging zur Wohnung, gab seine Karte ab und bat um einen
Termin.
Die Wirtschafterin kam zurück und sagte, der Herr Geheimrat ist leider
nicht
anwesend. Aber als Planck dann wegging, zeigte sich Clausius am
Fenster.
Also er hatte kein Interesse an einer Diskussion.
Planck hat sehr bedauert, dass er in seiner Berliner Zeit nicht alles
hören
konnte, was er hören wollte, weil weder Helmholtz noch Kirchhoff
damals
über Thermodynamik lasen. Bei Helmholtz hatte er den Eindruck, dass
dieser
keine große Lust hatte zu lesen und sich àrgerte, dass nicht allzu
viele Studenten
da waren. Bei Kirchhoff war es ganz anders – man hatte das Gefühl,
dass ein Lehrbuch vorgetragen wurde. Planck hat von Helmholtz und von
Kirchhoff genau wie von Clausius unendlich viel gelernt und unendlich
viel
übernommen.
Die Thermodynamik war das Gebiet, von dem Planck ausging und die das
Gebiet der Physik darstellte, das er als das neue und keinesfalls
ausgeschöpfte,
keineswegs durchmathematisierte Gebiet der Physik ansah.
Ich komme jetzt schon zur Situation in der Theorie der Brownschen
Bewegung.
Die ist mit Recht von den Vortragenden hier schon ganz stark betont
worden. Die Schwierigkeiten in der Theorie der Brownschen Bewegung
lagen
in den Schwierigkeiten der statistischen Physik, und wir wissen, dass
Planck über Jahrzehnte ein großer Zweifler an der Boltzmannschen Form
der
statistischen Physik war. Planck als Chefredakteur der „Annalen der
Physik“
war begeistert, als er Einsteins Arbeit sah, die ja eine Dissertation
war, und
erkannte, dass es hier gelang, unabhàngig von allen ihm zweifelhaft
erscheinenden
Hypothesen der statistischen Physik durch die stochastischen Methoden
von Einstein zu Ergebnissen zu gelangen, die unabhàngig von der
Gültigkeit der Boltzmannschen Stastistik, der Boltzmannschen
Gastheorie
usw. sind.
Eine àhnliche Entwicklung hat, vielleicht unter dem Einfluß der
Arbeiten
von Planck, bei Einstein wàhrend seiner Professur an der Universitàt
Zürich
stattgefunden. Hier las er auch über Thermodynamik, Statistik und
kinetische
Gastheorie. Dabei machte Einstein eine höchst interessante Entwicklung
durch, von der er vielleicht nicht wusste, dass sie schon an anderer
Stelle geschehen
war. Er unterschied nàmlich – in unserer jetzigen Sprache – zwischen
den Ensembles der statistischen Physik und den Assembles der
kinetischen
Gastheorie. Bei der kinetischen Gastheorie ist Boltzmanns Methode
außerordentlich
hilfreich. Bei den Grundlagenfragen der Statistik führt sie dagegen
zu Widersprüchen. Die richtige Methode, die Einstein kennenlernte und
die
spàter von Planck in Europa populàr gemacht wurde, war natürlich die
Gibbssche
Statistik.
Das war also eine Begegnung auf einem Gebiet, auf dem beide, Planck
und Einstein, aus dem Zweifel an der Reife einer Methode zu der
Erkenntnis
kamen, dass man diese Methode mathematisch schàrfer fassen müsse, was
zu
dem Gibbsschen Ensemble der Assembles führte. Planck sah, dass auf dem
Gebiet, auf dem er der große Kenner war, Einstein ihm Dinge
nahebrachte,
die er, Planck, noch gar nicht so gesehen hatte.
Die zweite große Leistung dann, die Planck sofort aufnahm und die mit
Einsteins Doktorarbeit nichts zu tun hatte, war die Theorie der
Relativitàt.
Hier möchte ich auch nur Anekdoten erzàhlen. Man sagt, zwei große
Theorien
standen am Anfang des 20. Jahrhunderts – die Quantentheorie, angeregt
von Planck, und die Relativitàtstheorie, begründet von Einstein. Es
ist recht
interessant, aus dem Briefwechsel und aus den Notizen von Planck und
Einstein
zu sehen, dass diese Entwicklung ganz merkwürdig verlief – ohne Kritik
am anderen, sondern einfach durch selbstverstàndliches Übernehmen der
eigenen
Denk- und Fragestellungen. Man kann sagen, bei Planck steht niemals
eine Gleichung für E = hν. Es steht ΔE = hΔν. Und in den ersten
Arbeiten von
Einstein über die Masse der Energie steht nicht etwa E = mc², sondern
Δmc²
= ΔE: Also immer nur die Änderungen sind zueinander proportional,
nicht die
Größen selbst. Diese Frage ist für die spezielle Relativitàtstheorie
ohne jede
Bedeutung. und von dem anderen jeweils richtig gestellt worden, ohne
einen
Anspruch zu erheben oder ohne Einspruch einzulegen. Zum ersten Mal
steht
tatsàchlich mc² = E in Plancks Arbeit „Zur Dynamik bewegter Systeme“
(1908), die er 1907 in der Akademie vorzutragen begann. Und bei
Einstein
steht in der Arbeit „Zum gegenwàrtigen Stand des Strahlungsproblems“
aus
dem Jahre 1909 zum erstenmal die Aussage, dass E = hν ist.
Ein Unterschied war, daß Planck keinerlei Bedenken gegen die spezielle
Relativitàtstheorie, wohl aber einige Bedenken gegen seine eigene
Quantentheorie
hatte. Die spezielle Relativitàtstheorie erschien Planck als die
logische
Konsequenz der Tatsache, dass man eine Mechanik aufbauen sollte,
die mit der Elektrodynamik kompatibel ist und die nicht zwei
physikalische
Dinge nebeneinander stellt, dass man auch nicht etwa der Anregung von
Poincaré folgen sollte, die Elektrodynamik so lange abzuàndern, bis
sie in die
normale Kinematik hineinpasst. Planck war der Ansicht, eine Theorie
ist
umso schöner, je einfacher sie ist, und umso tiefer, je umfassender
die Denkmittel
sind, die man einsetzen muss, um sie voll zu erfassen – umso reifer
ist
die Theorie und umso wichtiger wird sie.
Für Planck war klar, dass die spezielle Relativitàtstheorie in
Lagrangescher
oder in Hamiltonscher Form geschrieben werden muss, und zweitens
war ihm klar, dass Einstein dies sofort einsehen würde. Und er hat das
auch
sofort eingesehen. Er hat es auch gar nicht übelgenommen und gar
nichts
dazu gesagt, das war selbstverstàndlich so. Er hat einfach in
Begeisterung für
die Konsequenzen den letzten Formalismus nicht hingeschrieben.
Bei der Planckschen Strahlungstheorie war es etwas schwieriger. In
seinem
Wahlvorschlag für Einstein in die Akademie hatte Planck angemerkt,
man dürfe es dem Kandidaten nicht allzu schwer anrechnen, dass er in
seinen
Spekulationen gelegentlich auch einmal über das Ziel hinausgeschossen
sei,
wie z. B. in seiner Hypothese der Lichtquanten. Planck hat also
Einstein kritisiert,
dass er die Quanten zu ernst nàhme – dass sei eine Übertreibung, er
sei
nicht der Meinung, dass diese Quanten die letzte Lösung aller Probleme
sein
könnten. Einstein dagegen hat einmal zu Planck gesagt: Sie irren, Herr
Planck, wenn Sie meinen, aus Hypothesen zu Atommodellen, wie dem von
J.
J. Thomson, kann man die Quantenstreuung des Lichtes ableiten. Den
Aufbau
der Atome müssen wir auf der Basis Ihrer Konstanten h verstehen. Der
Atomaufbau
wird durch die Existenz der Planckschen Konstanten reguliert. Ihre
Konstante ist die Garantie für die Existenz und für den Aufbau der
Atome.
Diese Ansicht wollte Planck nicht akzeptieren, hingegen akzeptierte er
die
einzelnen Beitràge von Einstein, aber erst relativ spàt. Es gibt nun
eine zweite
Diskussion, die vielleicht noch charakteristischer ist. Einstein hatte
ja zunàchst,
als er aus Zürich nach Berlin kam, bereits einige Ansàtze zur
allgemeinen
Relativitàt im Kopf. Er hatte in der Schweiz einen Mathematiker
kennen gelernt, Grossmann, der ein Spezialist in der darstellenden
Geometrie
war, ein offenbar etwas schwieriger Herr, ein Jahr àlter als Einstein,
der Einstein
überzeugte, dass es unmöglich sei, eine kovariante Gravitationstheorie
aufzubauen. Die Bestimmung der Geometrie durch die Feldgleichungen
würde
ja bereits die Kovarianz ausschließen – so Grossmanns Argument. Dieses
Vorurteil steht in der bekannten Arbeit von Einstein und Grossmann.
Das
brachte Einstein sehr schnell in eine etwas harte Diskussion mit
Planck.
Planck sagte etwa, Ihre neue Theorie, an die ich glaube und auf die
ich hoffe,
kann nicht weniger Symmetrieeigenschaften und nicht weniger
algebraische
Strukturen haben als die spezielle Relativitàtstheorie. Ein Vorteil
kann es nur
dann sein, wenn es Ihnen möglich ist, an Stelle der Kinematik nunmehr
die
gesamte Newtonsche Gravitationsmechanik in einer Theorie zu erfassen,
die
alle Invarianzeigenschaften der speziellen Relativitàtstheorie erfüllt
und keinerlei
Ausnahmen in der mathematischen Darstellung verlangt.
Die Situation war damals so, dass niemand von den Physikern und auch
viele Mathematiker nicht die neue Entwicklung der Mathematik in
Italien
kannten, die durch Namen wie Ricci, Bianchi und spàter Levi-Civita –
ein
Zeitgenosse Einsteins – gekennzeichnet war. Einstein hat fast noch
eineinhalb
Jahre gebraucht, um vom Einstein-Grossmannschen Standpunkt, wonach es
keine kovariante Gravitationstheorie gibt, zur kovarianten
Gravitationstheorie
vorzustoßen, und zwar über die Theorie von Nordström und Einstein-
Fokker,
in der zuerst einmal Ràume, die konform zu Minkowski-Ràumen sind,
behandelt
wurden, zur Theorie von 1915, die Einstein noch einmal kurz vor der
Veröffentlichung
mit den richtigen endgültigen Feldgleichungen ergànzt hat: Rik
= -κ(Tik - ½gikT).
Diese Theorie hat Planck begeistert. Jahre spàter hielt Planck 1924
einen
Vortrag „Vom Relativen zum Absoluten“. In diesem Vortrag erklàrt
Planck,
dass es der Fortschritt der Physik sei, von relativen, nur unter
bestimmten Bedingungen
geltenden zu immer absoluteren Gesetzen vorzustoßen, die mathematisch
ein viel größeres Gebiet viel abstrakter umfassen und die vorherigen
Entwicklungen als Spezialfall enthalten, indem sie sagen, wenn dies
und dies
und dies gilt, dann kriegen wir diese Theorie heraus, eine allgemeine
Theorie
in der möglichen Verfolgung eines Hamiltonschen oder Lagrangeschen
Formalismus.
Eine solche Theorie ist der Zugang zur Wahrheit. Und als man ihn
fragte, Herr Geheimrat, was sagen Sie da zur Relativitàtstheorie,
sagte er:
Nein, das ist statistisch gerade der beste Beweis – sie ist die größte
Absolutheitstheorie,
die es gibt. Sie hat tatsàchlich die gesamte Dynamik auf ein Niveau
gebracht, das man von einer theoretischen Physik zu fordern hat.
Nun zu einer anderen Anekdote, die die Frage der kosmologischen
Konstanten
und anderer physikalischer Konstanten betrifft. In seiner Arbeit „Über
irreversible Strahlungsvorgànge, 5. Mitteilung“ von 1899, in der
Planck die
Entdeckung seines Strahlungsgesetzes vorbereitet hatte, taucht zum
ersten
Mal, mit etwas anderen Buchstaben geschrieben, Plancks Konstante h
auf.
Und bei der weiteren Entwicklung dieser Dinge ist Planck, seiner
allgemeinen
Absolutheitsvorstellung folgend, dazu gelangt zu sagen: Das ist doch
wunderschön,
wir haben die Gravitationskonstante G, die Lichtgeschwindigkeit c, die
er beide für absolute Größen erklàrte, und wenn wir jetzt h
hinzunehmen, haben
wir ein vollstàndiges System von physikalischen Größen, mit denen wir
Lànge, Zeit und Masse definieren können, darunter die Plancksche
Elementarlànge
von 10-33 cm und die Plancksche Masse von etwa 10-5 g. Die
Elektrodynamik
kann das nicht bringen, denn es fehlt ja dort die
Gravitationskonstante.
Albert Einstein nun stieß zu einer àhnlichen Làngengröße vor,
allerdings
von ganz anderer Größenordnung: Statt 10-33 cm fand er etwas von
1027 cm – die kosmologische Konstante, die er 1917 in die Physik
einführte
und die, wie aus Diskussionen klar geworden ist, die fundamentale
Konstante
der heutigen Kosmologie darstellt.
Ich möchte mit einer Erinnerung schließen. 1965 war der 50. Jahrestag
der
allgemeinen Relativitàtstheorie, und an der Deutschen Akademie der
Wissenschaften
in Berlin waren mehrere hundert Teilnehmer zum Einstein-Symposium
erschienen, darunter viele Amerikaner, Englànder, Franzosen, aber auch
Niederlànder und Skandinavier. Und es gab zwei große Sensationen. Die
eine
wurde sogleich als Sensation empfunden, die andere stellte sich spàter
als die
viel größere heraus. Die erste war, dass der amerikanische Physiker
Wheeler,
bekannt durch das Kernmodell von Bohr, Wheeler usw., mitteilte, dass
nun
auch die amerikanischen Radioastronomen die bisher nur von den
Englàndern
gefundene schwarze Hintergrundstrahlung, die 3 K-Strahlung gefunden
haben. Damit sei endgültig klar, dass wir eine expandierende Welt
haben und
die allgemeine Relativitàtstheorie grundsàtzlich richtig ist. Das gab
einigen
großen Ärger unter den englischen Herren, die die Steady-State-Theorie
und
alle möglichen anderen neuerfundenen Kosmologien zur Hand hatten, die
man nun alle weglegen konnte, denn es gab die 3 K-Strahlung und den
expandierenden
Kosmos. Das war nun klar, es war bewiesen.
Eine Sensation, die nur wenige empfanden, aber viele spàter als solche
erkannten,
war eine Mitteilung von Léon Rosenfeld, dem Schüler und Mitarbeiter
von Nils Bohr. Rosenfeld trug über die Messbarkeit von kleinen Làngen
unter der Voraussetzung vor, dass sowohl die Quantentheorie als auch
die Relativitàtstheorie
gültig sind. In Wirklichkeit brauchte er relativ wenig vorauszusetzen,
nàmlich nur, dass die Messungen akausal sind, dass die
Heisenbergsche Unschàrferelation gilt und dass die tràge Masse eines
Mess-
körpers gleich seiner schweren Masse ist. Unter diesen Voraussetzungen
konnte Rosenfeld zeigen, dass es völlig unmöglich, grundsàtzlich
unmöglich
ist, mit irgendeinem physikalischen Instrument Làngen zu messen, die
kleiner
als 10-33 cm, also kleiner als die Plancksche Elementarlànge sind. Die
Plancksche
Elementarlànge wurde erst Wochen spàter herausgesucht, und es wurde
gefunden, dass schon alles bei Planck steht. Wieso aber kannte man die
Plancksche Elementarlànge nicht? Planck hat sie doch schon 1899
veröffentlicht
und in seine ersten Bücher über die Theorie der Wàrmestrahlung
aufgenommen.
In der 4. Auflage meinte Planck, wir haben so viel Stoff, da können
wir solche überflüssigen Sachen wie Fundamentalgrößen weglassen. Diese
weltweit verbreitete und mehrfach übersetzte Auflage wurde allgemein
gelesen
und kein Physiker hat gelesen, was in der alten Ausgabe stand. Auch
die
jungen deutschen Physiker, wie Heisenberg, hatten alle die letzte
Ausgabe
der Theorie der Wàrmestrahlung von Planck zur Hand, und in der hat
Planck
die Elementarlànge gestrichen. 1938, zum 80. Geburtstag von Planck,
wurde
ein Heft der „Naturwissenschaften“ veröffentlicht, in dem u. a. auch
Werner
Heisenberg über eine Elementarlànge schrieb, vor allem über seine
eigene
wie auch über die von Fermi. Er hat die Plancksche Lànge nicht
gekannt, die
Arbeit Planck gewidmet, der sich nicht beschwert hat und sie selbst
wohl
auch nicht mehr gekannt hat.
Einstein hat die kosmologische Konstante spàter eliminiert. Er hat
gesagt,
die kosmologische Konstante war eine große Dummheit, denn er àrgerte
sich
darüber, dass der statische Kosmos, den er haben wollte, nach dem
Machschen
Prinzip durch den de Sitterschen expandierenden Kosmos und vor allem
dann durch den Friedmann-Lemaîtreschen Kosmos ausgeschlossen war. Es
galt, mit und ohne kosmologischer Konstante, dass der Einsteinsche
Kosmos
nur ein ganz spezieller Fall ist, nur ein Kunstprodukt. Deswegen war
Einstein
mit dieser Konstanten nicht einverstanden.
Einstein hat dann in seinen Büchern nur noch geschimpft oder zumindest
die Stirn gerunzelt, wenn jemand mit der kosmologischen Konstanten
kam.
Wir sind jetzt wohl der Ansicht, dass die Einsteinsche kosmologische
Konstante
die viel diskutierte Hintergrundmaterie, die sogenannte unsichtbare
Materie
ergibt und dass die Plancksche Universallànge, die kleinste Lànge, der
Maßstab ist, der hinter den ganzen Spekulationen um Strings, Quarks
usw.
stehen muss. Das zeigt dann doch die Überlegenheit der Theorie selbst
vor
den Gedanken der Theoretiker."

Was soll das?
 

Lesen sie die antworten

#1 SUPERVOID
04/04/2012 - 19:47 | Warnen spam
On 4 Apr., 18:46, Sterbeglocke wrote:
Das Verhàltnis von Max Planck und Albert Einstein kann man durch zwei
Sàtze charakterisieren, die Planck und Einstein wohl gemeinsam geteilt
haben:
Der erste Satz, viel nach Einstein zitiert – man könnte ihn auch mit
etwas
anderen Worten nach Planck zitieren – lautet: Gott würfelt nicht. Der
zweite
Satz, den man nach Einstein und nach Planck zitieren kann, besagt,
dass jede



So jetzt nehmen wir mal das auseinander.

physikalische Aussage nur in bezug auf eine Theorie einen Sinn
bekommt.
Nur die Theorie entscheidet, meint Planck, was man misst und ob man
etwas
Sinnvolles misst. Planck sagte auch, je abstrakter eine Theorie ist,
umso größer
ist ihre Möglichkeit, Wahrheit zu enthalten. Und jeder Fortschritt der
Ansichten
in der theoretischen Physik ist ein Fortschritt in der
Mathematisierung
dieser theoretischen Physik.



So wie steht diese Aussage zu jener von Erika gemachten?

""Das ist Kreativismus in Reinkultur!


Und da brauchen wir gar nicht lange zu reden, so kann Wissenschaft
nicht
funktionieren! Wissenschaft arbeitet genau umgekehrt: *ERST* die
Beobachtung, *DANN ERST* die These, und dann der Beweis. Oder die
Falsifikation, falls die These fehlerhaft ist. Das allein ist der Weg
von der Finsternis ins Licht, Kreationisten aber gehen ihn in
umgekehrter Richtung (vom Sinn zum Unsinn)."

Also was meint ihr dazu Freunde der fröhlichen Wissenschaft?

gezeichnet
SUPERVOID




Alles andere, was nicht mathematisch fassbar ist, muss sich auf
Redewendungen
stützen, die missverstàndlich sein können und die vor allem auch
nicht die Garantie geben, dass man sich nicht selbst widerspricht. Die
mathematische
Theorie aber schließt den Selbstwiderspruch aus – den würde man
sehr schnell finden.
Die Begegnung zwischen Einstein und Planck war die Begegnung zwischen
zwei Generationen – Planck im Jahre 1858, Einstein 1879 geboren.
Planck kam aus einem großbürgerlichen Haus. Er wollte, wie wir wissen,
ursprünglich
Musiker werden. Sein Vater war Gerichtspràsident und führte ihn
zu dem damaligen großen Konzertmeister und Geiger, dem Direktor der
Berliner
Hochschule für Musik, Joachim. Er stellte ihm den Jungen vor und
fragte, ob Joachim zustimmen könne, dass er Musiker wird. Der fragte,
was
wollen Sie denn spielen – eine Geige, ein Orchesterinstrument? Planck
antwortete,
ich möchte gern Klavier spielen. Dann spielen Sie mir etwas vor!
Aber dann sagte er: Herr Planck, es ist ein schlechter Beruf, wenn man
Kla-
1 Vortrag auf dem wissenschaftlichen Kolloquium „Albert Einstein in
Berlin“ am 17. Màrz
2005. Nach einem Tonbandmitschnitt bearbeitet von Hannelore und Karl-
Heinz Bernhardt,
vierlehrer werden muss. Es gibt zu wenige Solisten, und zum Solisten
reicht
es bei Ihnen nicht. Können Sie nicht ein anderes Fach wàhlen?
Planck entschied sich dann zum Physikstudium in München und ging zu
einem damals sehr bekannten Physiker, der ihm sagte: Herr Planck, was
wollen
Sie eigentlich? Mit der Entdekkung des Satzes von der Erhaltung der
Energie
ist die Physik doch im wesentlichen abgeschlossen. Die Physik wird
überall gebraucht, aber Neues werden Sie in der Physik nicht finden.
Wir wissen, dass sich Planck zuerst dem Gebiet der Physik zuwandte,
das
noch neu dastand bzw. im Entstehen war – der Thermodynamik. Über ein
etwas
trauriges Erlebnis berichtet Planck: Als er, schon als Dozent, seine
Arbeiten
zum zweiten Hauptsatz an Clausius geschickt hatte, wollte er ihn
sprechen, ging zur Wohnung, gab seine Karte ab und bat um einen
Termin.
Die Wirtschafterin kam zurück und sagte, der Herr Geheimrat ist leider
nicht
anwesend. Aber als Planck dann wegging, zeigte sich Clausius am
Fenster.
Also er hatte kein Interesse an einer Diskussion.
Planck hat sehr bedauert, dass er in seiner Berliner Zeit nicht alles
hören
konnte, was er hören wollte, weil weder Helmholtz noch Kirchhoff
damals
über Thermodynamik lasen. Bei Helmholtz hatte er den Eindruck, dass
dieser
keine große Lust hatte zu lesen und sich àrgerte, dass nicht allzu
viele Studenten
da waren. Bei Kirchhoff war es ganz anders – man hatte das Gefühl,
dass ein Lehrbuch vorgetragen wurde. Planck hat von Helmholtz und von
Kirchhoff genau wie von Clausius unendlich viel gelernt und unendlich
viel
übernommen.
Die Thermodynamik war das Gebiet, von dem Planck ausging und die das
Gebiet der Physik darstellte, das er als das neue und keinesfalls
ausgeschöpfte,
keineswegs durchmathematisierte Gebiet der Physik ansah.
Ich komme jetzt schon zur Situation in der Theorie der Brownschen
Bewegung.
Die ist mit Recht von den Vortragenden hier schon ganz stark betont
worden. Die Schwierigkeiten in der Theorie der Brownschen Bewegung
lagen
in den Schwierigkeiten der statistischen Physik, und wir wissen, dass
Planck über Jahrzehnte ein großer Zweifler an der Boltzmannschen Form
der
statistischen Physik war. Planck als Chefredakteur der „Annalen der
Physik“
war begeistert, als er Einsteins Arbeit sah, die ja eine Dissertation
war, und
erkannte, dass es hier gelang, unabhàngig von allen ihm zweifelhaft
erscheinenden
Hypothesen der statistischen Physik durch die stochastischen Methoden
von Einstein zu Ergebnissen zu gelangen, die unabhàngig von der
Gültigkeit der Boltzmannschen Stastistik, der Boltzmannschen
Gastheorie
usw. sind.
Eine àhnliche Entwicklung hat, vielleicht unter dem Einfluß der
Arbeiten
von Planck, bei Einstein wàhrend seiner Professur an der Universitàt
Zürich
stattgefunden. Hier las er auch über Thermodynamik, Statistik und
kinetische
Gastheorie. Dabei machte Einstein eine höchst interessante Entwicklung
durch, von der er vielleicht nicht wusste, dass sie schon an anderer
Stelle geschehen
war. Er unterschied nàmlich – in unserer jetzigen Sprache – zwischen
den Ensembles der statistischen Physik und den Assembles der
kinetischen
Gastheorie. Bei der kinetischen Gastheorie ist Boltzmanns Methode
außerordentlich
hilfreich. Bei den Grundlagenfragen der Statistik führt sie dagegen
zu Widersprüchen. Die richtige Methode, die Einstein kennenlernte und
die
spàter von Planck in Europa populàr gemacht wurde, war natürlich die
Gibbssche
Statistik.
Das war also eine Begegnung auf einem Gebiet, auf dem beide, Planck
und Einstein, aus dem Zweifel an der Reife einer Methode zu der
Erkenntnis
kamen, dass man diese Methode mathematisch schàrfer fassen müsse, was
zu
dem Gibbsschen Ensemble der Assembles führte. Planck sah, dass auf dem
Gebiet, auf dem er der große Kenner war, Einstein ihm Dinge
nahebrachte,
die er, Planck, noch gar nicht so gesehen hatte.
Die zweite große Leistung dann, die Planck sofort aufnahm und die mit
Einsteins Doktorarbeit nichts zu tun hatte, war die Theorie der
Relativitàt.
Hier möchte ich auch nur Anekdoten erzàhlen. Man sagt, zwei große
Theorien
standen am Anfang des 20. Jahrhunderts – die Quantentheorie, angeregt
von Planck, und die Relativitàtstheorie, begründet von Einstein. Es
ist recht
interessant, aus dem Briefwechsel und aus den Notizen von Planck und
Einstein
zu sehen, dass diese Entwicklung ganz merkwürdig verlief – ohne Kritik
am anderen, sondern einfach durch selbstverstàndliches Übernehmen der
eigenen
Denk- und Fragestellungen. Man kann sagen, bei Planck steht niemals
eine Gleichung für E = hν. Es steht ΔE = hΔν. Und in den ersten
Arbeiten von
Einstein über die Masse der Energie steht nicht etwa E = mc², sondern
Δmc²
= ΔE: Also immer nur die Änderungen sind zueinander proportional,
nicht die
Größen selbst. Diese Frage ist für die spezielle Relativitàtstheorie
ohne jede
Bedeutung. und von dem anderen jeweils richtig gestellt worden, ohne
einen
Anspruch zu erheben oder ohne Einspruch einzulegen. Zum ersten Mal
steht
tatsàchlich mc² = E in Plancks Arbeit „Zur Dynamik bewegter Systeme“
(1908), die er 1907 in der Akademie vorzutragen begann. Und bei
Einstein
steht in der Arbeit „Zum gegenwàrtigen Stand des Strahlungsproblems“
aus
dem Jahre 1909 zum erstenmal die Aussage, dass E = hν ist.
Ein Unterschied war, daß Planck keinerlei Bedenken gegen die spezielle
Relativitàtstheorie, wohl aber einige Bedenken gegen seine eigene
Quantentheorie
hatte. Die spezielle Relativitàtstheorie erschien Planck als die
logische
Konsequenz der Tatsache, dass man eine Mechanik aufbauen sollte,
die mit der Elektrodynamik kompatibel ist und die nicht zwei
physikalische
Dinge nebeneinander stellt, dass man auch nicht etwa der Anregung von
Poincaré folgen sollte, die Elektrodynamik so lange abzuàndern, bis
sie in die
normale Kinematik hineinpasst. Planck war der Ansicht, eine Theorie
ist
umso schöner, je einfacher sie ist, und umso tiefer, je umfassender
die Denkmittel
sind, die man einsetzen muss, um sie voll zu erfassen – umso reifer
ist
die Theorie und umso wichtiger wird sie.
Für Planck war klar, dass die spezielle Relativitàtstheorie in
Lagrangescher
oder in Hamiltonscher Form geschrieben werden muss, und zweitens
war ihm klar, dass Einstein dies sofort einsehen würde. Und er hat das
auch
sofort eingesehen. Er hat es auch gar nicht übelgenommen und gar
nichts
dazu gesagt, das war selbstverstàndlich so. Er hat einfach in
Begeisterung für
die Konsequenzen den letzten Formalismus nicht hingeschrieben.
Bei der Planckschen Strahlungstheorie war es etwas schwieriger. In
seinem
Wahlvorschlag für Einstein in die Akademie hatte Planck angemerkt,
man dürfe es dem Kandidaten nicht allzu schwer anrechnen, dass er in
seinen
Spekulationen gelegentlich auch einmal über das Ziel hinausgeschossen
sei,
wie z. B. in seiner Hypothese der Lichtquanten. Planck hat also
Einstein kritisiert,
dass er die Quanten zu ernst nàhme – dass sei eine Übertreibung, er
sei
nicht der Meinung, dass diese Quanten die letzte Lösung aller Probleme
sein
könnten. Einstein dagegen hat einmal zu Planck gesagt: Sie irren, Herr
Planck, wenn Sie meinen, aus Hypothesen zu Atommodellen, wie dem von
J.
J. Thomson, kann man die Quantenstreuung des Lichtes ableiten. Den
Aufbau
der Atome müssen wir auf der Basis Ihrer Konstanten h verstehen. Der
Atomaufbau
wird durch die Existenz der Planckschen Konstanten reguliert. Ihre
Konstante ist die Garantie für die Existenz und für den Aufbau der
Atome.
Diese Ansicht wollte Planck nicht akzeptieren, hingegen akzeptierte er
die
einzelnen Beitràge von Einstein, aber erst relativ spàt. Es gibt nun
eine zweite
Diskussion, die vielleicht noch charakteristischer ist. Einstein hatte
ja zunàchst,
als er aus Zürich nach Berlin kam, bereits einige Ansàtze zur
allgemeinen
Relativitàt im Kopf. Er hatte in der Schweiz einen Mathematiker
kennen gelernt, Grossmann, der ein Spezialist in der darstellenden
Geometrie
war, ein offenbar etwas schwieriger Herr, ein Jahr àlter als Einstein,
der Einstein
überzeugte, dass es unmöglich sei, eine kovariante Gravitationstheorie
aufzubauen. Die Bestimmung der Geometrie durch die Feldgleichungen
würde
ja bereits die Kovarianz ausschließen – so Grossmanns Argument. Dieses
Vorurteil steht in der bekannten Arbeit von Einstein und Grossmann.
Das
brachte Einstein sehr schnell in eine etwas harte Diskussion mit
Planck.
Planck sagte etwa, Ihre neue Theorie, an die ich glaube und auf die
ich hoffe,
kann nicht weniger Symmetrieeigenschaften und nicht weniger
algebraische
Strukturen haben als die spezielle Relativitàtstheorie. Ein Vorteil
kann es nur
dann sein, wenn es Ihnen möglich ist, an Stelle der Kinematik nunmehr
die
gesamte Newtonsche Gravitationsmechanik in einer Theorie zu erfassen,
die
alle Invarianzeigenschaften der speziellen Relativitàtstheorie erfüllt
und keinerlei
Ausnahmen in der mathematischen Darstellung verlangt.
Die Situation war damals so, dass niemand von den Physikern und auch
viele Mathematiker nicht die neue Entwicklung der Mathematik in
Italien
kannten, die durch Namen wie Ricci, Bianchi und spàter Levi-Civita –
ein
Zeitgenosse Einsteins – gekennzeichnet war. Einstein hat fast noch
eineinhalb
Jahre gebraucht, um vom Einstein-Grossmannschen Standpunkt, wonach es
keine kovariante Gravitationstheorie gibt, zur kovarianten
Gravitationstheorie
vorzustoßen, und zwar über die Theorie von Nordström und Einstein-
Fokker,
in der zuerst einmal Ràume, die konform zu Minkowski-Ràumen sind,
behandelt
wurden, zur Theorie von 1915, die Einstein noch einmal kurz vor der
Veröffentlichung
mit den richtigen endgültigen Feldgleichungen ergànzt hat: Rik
= -κ(Tik - ½gikT).
Diese Theorie hat Planck begeistert. Jahre spàter hielt Planck 1924
einen
Vortrag „Vom Relativen zum Absoluten“. In diesem Vortrag erklàrt
Planck,
dass es der Fortschritt der Physik sei, von relativen, nur unter
bestimmten Bedingungen
geltenden zu immer absoluteren Gesetzen vorzustoßen, die mathematisch
ein viel größeres Gebiet viel abstrakter umfassen und die vorherigen
Entwicklungen als Spezialfall enthalten, indem sie sagen, wenn dies
und dies
und dies gilt, dann kriegen wir diese Theorie heraus, eine allgemeine
Theorie
in der möglichen Verfolgung eines Hamiltonschen oder Lagrangeschen
Formalismus.
Eine solche Theorie ist der Zugang zur Wahrheit. Und als man ihn
fragte, Herr Geheimrat, was sagen Sie da zur Relativitàtstheorie,
sagte er:
Nein, das ist statistisch gerade der beste Beweis – sie ist die größte
Absolutheitstheorie,
die es gibt. Sie hat tatsàchlich die gesamte Dynamik auf ein Niveau
gebracht, das man von einer theoretischen Physik zu fordern hat.
Nun zu einer anderen Anekdote, die die Frage der kosmologischen
Konstanten
und anderer physikalischer Konstanten betrifft. In seiner Arbeit „Über
irreversible Strahlungsvorgànge, 5. Mitteilung“ von 1899, in der
Planck die
Entdeckung seines Strahlungsgesetzes vorbereitet hatte, taucht zum
ersten
Mal, mit etwas anderen Buchstaben geschrieben, Plancks Konstante h
auf.
Und bei der weiteren Entwicklung dieser Dinge ist Planck, seiner
allgemeinen
Absolutheitsvorstellung folgend, dazu gelangt zu sagen: Das ist doch
wunderschön,
wir haben die Gravitationskonstante G, die Lichtgeschwindigkeit c, die
er beide für absolute Größen erklàrte, und wenn wir jetzt h
hinzunehmen, haben
wir ein vollstàndiges System von physikalischen Größen, mit denen wir
Lànge, Zeit und Masse definieren können, darunter die Plancksche
Elementarlànge
von 10-33 cm und die Plancksche Masse von etwa 10-5 g. Die
Elektrodynamik
kann das nicht bringen, denn es fehlt ja dort die
Gravitationskonstante.
Albert Einstein nun stieß zu einer àhnlichen Làngengröße vor,
allerdings
von ganz anderer Größenordnung: Statt 10-33 cm fand er etwas von
1027 cm – die kosmologische Konstante, die er 1917 in die Physik
einführte
und die, wie aus Diskussionen klar geworden ist, die fundamentale
Konstante
der heutigen Kosmologie darstellt.
Ich möchte mit einer Erinnerung schließen. 1965 war der 50. Jahrestag
der
allgemeinen Relativitàtstheorie, und an der Deutschen Akademie der
Wissenschaften
in Berlin waren mehrere hundert Teilnehmer zum Einstein-Symposium
erschienen, darunter viele Amerikaner, Englànder, Franzosen, aber auch
Niederlànder und Skandinavier. Und es gab zwei große Sensationen. Die
eine
wurde sogleich als Sensation empfunden, die andere stellte sich spàter
als die
viel größere heraus. Die erste war, dass der amerikanische Physiker
Wheeler,
bekannt durch das Kernmodell von Bohr, Wheeler usw., mitteilte, dass
nun
auch die amerikanischen Radioastronomen die bisher nur von den
Englàndern
gefundene schwarze Hintergrundstrahlung, die 3 K-Strahlung gefunden
haben. Damit sei endgültig klar, dass wir eine expandierende Welt
haben und
die allgemeine Relativitàtstheorie grundsàtzlich richtig ist. Das gab
einigen
großen Ärger unter den englischen Herren, die die Steady-State-Theorie
und
alle möglichen anderen neuerfundenen Kosmologien zur Hand hatten, die
man nun alle weglegen konnte, denn es gab die 3 K-Strahlung und den
expandierenden
Kosmos. Das war nun klar, es war bewiesen.
Eine Sensation, die nur wenige empfanden, aber viele spàter als solche
erkannten,
war eine Mitteilung von Léon Rosenfeld, dem Schüler und Mitarbeiter
von Nils Bohr. Rosenfeld trug über die Messbarkeit von kleinen Làngen
unter der Voraussetzung vor, dass sowohl die Quantentheorie als auch
die Relativitàtstheorie
gültig sind. In Wirklichkeit brauchte er relativ wenig vorauszusetzen,
nàmlich nur, dass die Messungen akausal sind, dass die
Heisenbergsche Unschàrferelation gilt und dass die tràge Masse eines
Mess-
körpers gleich seiner schweren Masse ist. Unter diesen Voraussetzungen
konnte Rosenfeld zeigen, dass es völlig unmöglich, grundsàtzlich
unmöglich
ist, mit irgendeinem physikalischen Instrument Làngen zu messen, die
kleiner
als 10-33 cm, also kleiner als die Plancksche Elementarlànge sind. Die
Plancksche
Elementarlànge wurde erst Wochen spàter herausgesucht, und es wurde
gefunden, dass schon alles bei Planck steht. Wieso aber kannte man die
Plancksche Elementarlànge nicht? Planck hat sie doch schon 1899
veröffentlicht
und in seine ersten Bücher über die Theorie der Wàrmestrahlung
aufgenommen.
In der 4. Auflage meinte Planck, wir haben so viel Stoff, da können
wir solche überflüssigen Sachen wie Fundamentalgrößen weglassen. Diese
weltweit verbreitete und mehrfach übersetzte Auflage wurde allgemein
gelesen
und kein Physiker hat gelesen, was in der alten Ausgabe stand. Auch
die
jungen deutschen Physiker, wie Heisenberg, hatten alle die letzte
Ausgabe
der Theorie der Wàrmestrahlung von Planck zur Hand, und in der hat
Planck
die Elementarlànge gestrichen. 1938, zum 80. Geburtstag von Planck,
wurde
ein Heft der „Naturwissenschaften“ veröffentlicht, in dem u. a. auch
Werner
Heisenberg über eine Elementarlànge schrieb, vor allem über seine
eigene
wie auch über die von Fermi. Er hat die Plancksche Lànge nicht
gekannt, die
Arbeit Planck gewidmet, der sich nicht beschwert hat und sie selbst
wohl
auch nicht mehr gekannt hat.
Einstein hat die kosmologische Konstante spàter eliminiert. Er hat
gesagt,
die kosmologische Konstante war eine große Dummheit, denn er àrgerte
sich
darüber, dass der statische Kosmos, den er haben wollte, nach dem
Machschen
Prinzip durch den de Sitterschen expandierenden Kosmos und vor allem
dann durch den Friedmann-Lemaîtreschen Kosmos ausgeschlossen war. Es
galt, mit und ohne kosmologischer Konstante, dass der Einsteinsche
Kosmos
nur ein ganz spezieller Fall ist, nur ein Kunstprodukt. Deswegen war
Einstein
mit dieser Konstanten nicht einverstanden.
Einstein hat dann in seinen Büchern nur noch geschimpft oder zumindest
die Stirn gerunzelt, wenn jemand mit der kosmologischen Konstanten
kam.
Wir sind jetzt wohl der Ansicht, dass die Einsteinsche kosmologische
Konstante
die viel diskutierte Hintergrundmaterie, die sogenannte unsichtbare
Materie
ergibt und dass die Plancksche Universallànge, die kleinste Lànge, der
Maßstab ist, der hinter den ganzen Spekulationen um Strings, Quarks
usw.
stehen muss. Das zeigt dann doch die Überlegenheit der Theorie selbst
vor
den Gedanken der Theoretiker."

Was soll das?

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