Max Planck und seine Quantentheorie

Das Atommodell, die Entdeckung des Penicillins, die Entschlüsselung des Erbguts: All diese Meilensteine waren nicht nur riesige Fortschritte in der Wissenschaft, sondern hatten auch für das Leben der Menschheit eine große Bedeutung. Der Cóndor stellt diejenigen vor, die diese Fortschritte möglich gemacht haben.

Es ist der 14. Dezember 1900. Emil Warburg, der damalige Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, läutet die diesjährige Sitzung ein. Der Schriftführer H. Du Bois sitzt daneben und schreibt mit Tinte fein säuberlich den Namen «Max Planck» in das Protokoll in die Spalte «Vortragende». Der 42-jährige Planck tritt nach vorne und stellt vor ein paar Dutzend Physikern seine neuesten Forschungsergebnisse vor.

«Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum» heißt sein Vortrag. So richtig ernst nimmt ihn zu dem Zeitpunkt niemand. Keiner von den Anwesenden hätte geahnt, dass dieses Ereignis später als Geburtsstunde der Quantenphysik gefeiert wird.

Computer, Laserstrahlen und die Nutzung von Sonnenenergie: All das wäre ohne die Erkenntnisse von Max Planck nur schwer möglich gewesen. Und das alles nur durch den kleinen Buchstaben «h», den man heute in jedem Physik-Schulbuch findet. Über diesen Buchstaben referierte Max Planck am 14. Dezember 1900. Es steht für das «Plancksche Wirkungsquantum» und ist eine feste Zahl, die nicht veränderlich ist. Die Physiker sprechen von einer Naturkonstante.

Max Planck kam auf genau diese Zahl, indem er strahlende Körper untersuchte. Er erforschte genauestens, wie diese Körper Licht und Wärme abgeben. Bisher dachten die Physiker immer, dass diese Energie ununterbrochen ausgestrahlt wird. Diese Vorstellung hat aber nie richtig zu den Ergebnissen gepasst, die die Physiker in ihren Experimenten gemessen haben. Lange nahmen die Wissenschaftler an, dass es sich hierbei nur um einen Schönheitsfehler handelte. Doch Max Planck näherte sich dem Problem von einer anderen Seite als seine Zeitgenossen.

Er fand heraus, dass Energie nicht kontinuierlich abgegeben wird, sondern in kleinen Portionen, den Quanten. Genau dafür steht das Plancksche Wirkungsquantum h: Energie wird immer nur in Vielfachen von h abgegeben, sei es in einem Atom oder in der Sonne. Max Planck krempelte damit das ganze Weltbild um. Er schuf ein neues Verständnis von den Phänomenen der Natur. 1918 erhielt für seine Entdeckung den Nobelpreis für Physik.

 

Physik statt Musik

Dabei wäre es fast gar nicht dazu gekommen. Denn der damals 16-jährige Max Planck wusste nicht recht, was er studieren sollte, als er sein Abitur in der Tasche hatte. Dass er studieren würde, war ihm früh klar. Denn er stammt aus einer traditionsreichen Gelehrtenfamilie. Nur die Wahl des Studienfachs fiel ihm alles andere als leicht. Er tendierte zunächst dazu, Musik zu studieren. Denn der junge Planck war sehr talentiert, er spielte mehrere Instrumente.

Aber auch die Naturwissenschaften faszinierten ihn. Zwar gab es das Fach in seinem Münchener Gymnasium nicht. Aber bereits damals hing Max Planck seinem Mathematiklehrer an den Lippen, wenn dieser in die Physik abschweifte. Hin und hergerissen holte sich der junge Planck einen Rat von Johann von Jolly, einem Freund der Familie. «Physik, das ist ja ein ganz schönes Fach», sagte dieser zu Max Planck, «aber etwas grundsätzlich Neues werden Sie darin kaum mehr leisten können». Doch Max Planck ließ sich davon nicht überzeugen. Zum Wintersemester 1874 schrieb er sich an der Ludwig-Maximilians-Universität München für das Studium der Mathematik und der Naturwissenschaft ein.

Ein Glücksfall für die Wissenschaft, wie sich später herausstellte. Nach seinem erfolgreichen Studium promovierte Max Planck. Endnote: 1 mit der Auszeichnung summa cum laude. Mit gerade einmal 22 Jahren war er Doktor, Hochschullehrer und Privatdozent an der Münchener Universität.

Nach einigen Jahren in München wurde er als Professor nach Kiel berufen. Erst hier legte sich Planck endgültig auf sein Fachgebiet fest: Theoretische Physik. Dieses Fach stand damals im Schatten seiner großen Schwester, der Experimentalphysik. Viele Physiker hielten das Fach für ziemlich überflüssig.

Später, im Jahr 1889, übernahm er sogar den Lehrstuhl für Theoretische Physik. Ein halbes Jahrhundert später hatte sich die Situation umgekehrt: Die Theoretische Physik wurde zur Leitdisziplin in der physikalischen Forschung. Diesen Wandel hat Max Planck nicht nur begleitet, sondern auch eindeutig mitbestimmt. Mit seiner Entdeckung des Wirkungsquantums hat er viel dazu beigetragen, dass sein Fach anerkannt wurde. Heute gehören seine Bücher zur theoretischen Physik zu den Standardwerken seines Fachs.

 

Die Antwort auf viele Rätsel

Dass er überhaupt darauf kam, dass Energie in kleinen Paketen abgegeben wird, hat er seinem detaillierten Wissen über Thermodynamik zu verdanken. Mit dieser Lehre der Physik über Energie und Arbeit hatte er sich schon in seiner Doktorarbeit beschäftigt. Dadurch konnte er für die Wärmestrahlung eine Formel finden, die mit allen Messergebnissen übereinstimmte, über die sich die Physiker zuvor den Kopf zerbrachen. Doch die Formel funktionierte nur um den Preis, dass die Energie in wohl definierten Portionen abgegeben wird, den Quanten.

Durch diese Erkenntnisse fanden Physiker nach und nach viele Prozesse, die gequantelt verlaufen. Plötzlich fand man Antworten auf viele Rätsel in der Physik. Erst durch diese Fortschritte konnte man vieles in der Technik entwickeln, was für uns heute selbstverständlich ist: CD-Player, Laser und Transistor gehören dazu.

Max Planck erlangte als Physiker Ruhm und Anerkennung, sein Leben war jedoch von schweren Schicksalsschlägen geprägt. Mehrere seiner Kinder wurden ihm im ersten Weltkrieg entrissen. Seine beiden Töchter starben bei der Geburt ihrer ersten Kinder. Zudem wurde seine eigentlich positive Einstellung und Loyalität zum Staat im Dritten Reich hart auf die Probe gestellt. Denn sein Sohn Erwin wurde zum Opfer Hitlers, weil er sich gegen diesen stellte. Max Planck versuchte, mit Briefen an Himmler seinen Sohn zu retten, aber vergeblich: Erwin Planck wurde 1945 von den Nationalsozialisten hingerichtet.

 

Engagement im hohen Alter

Nicht nur in die Wissenschaft und in seine Familie steckte Max Planck seinen Ehrgeiz. Er engagierte sich auch für Wissenschaftsorganisation und -politik. Über ein Vierteljahrhundert war er Sekretär der Preußischen Akademie der Wissenschaften. Zwei Jahre lang übernahm er das Amt des Rektors an der Berliner Universität. Im Alter von 72 Jahren übernahm Max Planck sogar noch das Präsidentenamt der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft. Damit leitete er die zu der Zeit wichtigste deutsche Forschungsinstitution.

Verantwortung für so viele Aufgaben zu übernehmen war für den Wissenschaftler eine Frage des beruflichen Ethos und der Pflicht. Er war stets daran bemüht, ein hohes wissenschaftliches Niveau zu halten. Das sind die Gründe dafür, warum der Name Max Planck auch heute immer wieder auftaucht: Denn zu seiner Ehren wurde die Nachfolgeorganisation der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft nach ihm benannt. In diversen Max-Planck-Instituten von Archäologie bis Zoologie wird heute in Deutschland Spitzenforschung betrieben.

 

Von Katrin Ewert

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