Aus einem Artikel der Süddeutschen Zeitung vom 9.12.2000:

"Ich dachte mir nicht viel dabei"


Die wichtigste Gedankenschöpfung des 20. Jahrhunderts: Wie Max Planck auf die Idee der Quantentheorie kam

Mehr als ein halbes Jahrhundert hat Max Planck als Professor der theoretischen Physik, als Präsident der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft und in vielen anderen Ehrenämtern in Berlin gewirkt. Zuletzt galt er als" die größte wissenschaftliche Persönlichkeit, die wir in Deutschland haben". Auch seinen zahlreichen Verehrern war gar nicht mehr bewusst, dass er als Schüler, Student und junger Privatdozent fast zwei Jahrzehnte in München verbracht und sich im Akademischen Gesangverein, dem heute noch existierenden AGV, als Pianist, Sänger, Dirigent und Komponist aktiv am Musik- leben der Stadt beteiligt hat. Planck besuchte das Maximiliansgymnasium in Schwabing, und im Zeugnis hieß es: "Verspricht etwas Rechtes." Beim Abitur im Jahre 1874 erhielt er in allen Fächern die Note zwei. Noch nichts deutete auf die späteren Spitzenleistungen hin. Mit seinem Zweierzeugnis hatte er keine Chance, in die Höchstbegabtenstiftung Maximilianeum aufgenommen zu werden. Bei den hochgezogenen Maßstäben ist (damals wie heute) die Note "gut" geradezu ein Makel. Genialität hat man dem Schüler Planck nicht bescheinigt, immerhin aber einen "klaren logischen Kopf". So ist auch Planck seine epochale Leistung, die Begründung der Quantentheorie und damit eines neu- en Denkstils in der Physik, nicht in einem kühnen Wurf gelungen, sondern in einer sechs Jahre dauernden und konsequent durchgehaltenen Untersuchung.

Universeller Maßstab

Nach Promotion und Habilitation in München wirkte Planck von 1389 an als Professor der theoretischen Physik an der Universität Berlin. In den Diskussionen mit den Kollegen ging es bald um die Eigenschaften der von erhitzten Metallen ausgesandten Wärmestrahlung. Man denke dabei an die damals aufkommen- den Glühlampen mit Metallfaden. Für Planck, der am humanistischen Gymnasium den Geist des Griechentums aufgenommen hatte, zählte nicht das technische Interesse, sondern die prinzipielle Bedeutung des Problems. Für die Verteilung der Strahlungsenergie auf die einzelnen Spektralbereiche (oder Farben) fand der Physiker Wilhelm Wien eine Formel, die zunächst als richtig angesehen wurde. Bei der Beschäftigung mit diesem "Wienschen Strahlungsgesetz" entdeckte Planck eine neue Naturkonstante, die man später das "Plancksche Wirkungsquantum" nannte und mit dem Buchstaben h bezeichnete. Eine Naturkonstante ist eine Art universeller Maßstab in der Natur, im vorliegenden Fall freilich nicht für eine Strecke, sondern für eine andere physikalische Größe, eine Wirkung - oder in der Sprache der Physiker: Energie mal Zeit. Die fortgesetzten Messungen an der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt und an der Technischen Hochschule in Charlottenburg zeigten bei hohen Temperaturen und langen Wellen Abweichungen vom Wienschen Gesetz. Planck zog daraus den richtigen Schluss, dass die Wiensche Strahlungsformel nur "den Charakter eines Grenzgesetzes" hat. Bei hohen Temperaturen und langen Wellen muss eine andere Formel gelten. Am 19. Oktober 1900 teilte Planck bei einer Sitzung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft zum ersten Mal sein neues Strahlungsgesetz mit. Er hatte es durch eine tief schürfende, den Charakter der beiden Grenzgesetze erfassende Interpolation abgeleitet. Ein paar Jahre später sagten Kollegen, dass das Planck- sehe Strahlungsgesetz "zu den hervorragendsten Errungenschaften der neueren Physik" gehöre und sich Planck damit den Nobelpreis verdient habe. Und doch war das Strahlungsgesetz nur eine weitere Vorstufe zu seiner epochalen Entdeckung. Denn jetzt stellte sich ihm die Aufgabe, das neue Strahlungsgesetz aus den Prinzipien der Physik herzuleiten.

Das physikalische Opfer

Das geschah innerhalb von wenigen Wochen. Auf der Sitzung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft am 14. Dezember 1900 hielt Planck sein Referat: "Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum". Diesen Vortrag betrachten wir heute als den Geburtstag der Quantentheorie.

Planck ging es darum, seine Untersuchungen über die Wärmestrahlung endlich zum Abschluss zu bringen. Dabei offenbarte er eine gewisse, ihm sonst fremde Ungeduld, und einige Ableitungen waren nicht ganz einwandfrei. In dieser Arbeit machte er zum ersten Mal von einer Quantenformel Gebrauch und schrieb p- = h - v. Die Formel bezieht sich nicht auf ein Atom, sondern auf ein artifizielles Mikrogebilde, einen sogenannten Oszillator, der elektromagnetische Strahlungsenergie der Frequenz v absorbiert und emittiert; h ist das heute so genannte Plancksche Wirkungsquantum. E bedeutet die kleinste Energiemenge, die der Oszillator abgibt oder aufnimmt.

Ein Produkt ist dann und nur dann Null, wenn einer der Faktoren Null ist. Nun kann weder h (als Naturkonstante mit einem bestimmten Zahlenwert)'noch v als Frequenz des Oszillators Null sein. Also ist e eine zwar sehr kleine, aber nicht unendlich kleine Größe. Und das ist ein Widerspruch zur klassischen Physik. "Natura non faeit saltus", hatte Leibniz konstatiert: Die Natur macht keine Sprünge. In diesem Kernsatz ist sozusagen das Wesen der klassischen Physik ausgedrückt. Alle Vorgänge verlaufen stetig. Die Plancksche Formel aber postuliert "Quantensprünge", das heißt unstetige Energieübergänge. Auf Spaziergängen im Grunewald soll Planck damals seinem jüngsten Sohn, dem siebenjährigen Erwin, erzählt haben, ihm sei "eine der größten Entdeckungen seit Newton" gelungen. Planck war ein bescheidener Mann. Hat er wirklich, um sich seinem Sohn verständlich zu machen, solche ihm sonst fremden Superlative gebraucht? Dies scheint tatsächlich der Fall gewesen zu sein.

Die Bedeutung des (heute so genannten) Planckschen Quantenansatzes erkannte damals noch niemand. Auch Planck selbst war sich nicht bewusst, da- mit die bisherige Physik verlassen und ein neues Modell begründet zu haben. Was aber hat er dann mit der Formulierung "eine der größten Entdeckungen seit Newton" gemeint? Darüber geben Plancks wissenschaftliche Veröffentlichungen von 1899 Auskunft. Planck er- blickte in der Naturkonstanten h eine, wie er sich ausdrückte, "absolute Gegebenheit". Aufgabe der Physik sei es, sagte Planck, aus den vielen Messungen "das Absolute, Allgemeingültige, Invariante" herauszufinden. Als schönste und höchste Forschungsaufgabe erschien ihm immer die "Suche nach dem Absoluten" - und in der Naturkonstanten h hatte er einen Teil davon gefunden.

Im Laufe seines Lebens ist Planck von vielen Kollegen auf die Begründung der Quantentheorie angesprochen worden. 1931 kam er als Präsident der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft nach England. Dort nutzte ein amerikanischer Physiker die Gelegenheit, ihn nach der "psychologischen Seite" seiner Überlegung zu fragen. An Ort und Stelle konnte Planck keine ausführliche Antwort geben. Er schrieb aber dem Kollegen einen Brief. In dem sprach er von einem "Akt der Verzweiflung". Eine Lösung des Problems habe "um jeden Preis gefunden werden" müssen. Den Satz von der Erhaltung der Energie ausgenommen, sei er "zu jedem Opfer" an seinen physikalischen Überzeugungen bereit gewesen.

Das darf nicht auf die Quantensprünge, also auf unstetige Energieübergänge, bezogen werden. Diese Konsequenz war zur Jahrhundertwende noch nicht abzusehen. Was aber ist dann mit dem "Opfer" an seinen physikalischen Überzeugungen gemeint? Heute ist jedem Physiker selbstverständlich, dass die Materie atomistisch konstituiert ist. Mit dieser Vorstellung und den Gesetzen der Wahrscheinlichkeitsrechnung hatte der österreichische Physiker Ludwig Boltzmann bereits 1877 die statistische Verteilung der Energie auf die einzelnen Gasmoleküle ermittelt und die Gasgesetze begründet.

Planck war ein heftiger Gegner dieser Auffassung. Jetzt aber, Ende des Jahres 1900, geriet er in eine Zwangslage. Er musste "um jeden Preis, und wäre er noch so hoch", eine theoretische Deutung seines Strahlungsgesetzes finden: "Da sich mir aber kein anderer Ausweg öffnete, versuchte ich es nüt der Methode Boltzmann. " Als Ultima Ratio griff Planck zur Berechnung von Wahrscheinlichkeiten. Um Statistik treiben zu können, hatte Boltzmann in Gedanken die Energie eines Gasmoleküls in bestimmte Elemente E geteilt. E ist eine beliebig kleine Energieportion. Nach der Rechnung vollzog Boltzmann dann den Grenzübergang E - 0. Damit verschwand die Hilfsgröße e aus seinen Formeln.

Der zweite Schritt

Nach diesem Beispiel ging nun auch Max Planck vor. Es gelang ihm tatsächlich, aus den Grundlagen eine Formel herzuleiten. Dieser zeigt eine "ins Auge springende" Übereinstimmung mit einem anderen Ausdruck, den Planck direkt aus seiner Strahlungsformel gewonnen hatte und der deshalb die experimentell ermittelte Realität repräsentierte. Um vollends Identität der beiden Ausdrücke zu erreichen, musste Planck setzen: E = h v. Anders als Boltzmann konnte Planck jedoch den Grenzübergang E - 0 nicht ausführen. Ihm blieb nichts übrig, als diese Formel stehen zu lassen, wie sie war, und er kommentierte: "Das war eine rein formale Annahme, und ich dachte mir eigentlich nicht viel dabei."

Die Physiker Lord Rayleigh, James Jeans und Hendrik Antoon Lorentz wollten das Rad zurückdrehen. Sie argumentierten, dass die Formel E = h v nicht stimmen könne und dass h = 0 gesetzt werden müsse. Folglich könne auch die Plancksche Strahlungsformel nicht stimmen. Als der große niederländische Theoretiker Lorentz solche Gedankengänge beim Internationalen Mathematikerkongress in Rom im April 1908 vortrug, empörten sich einige Kollegen. Lorentz habe sich "diesmal nicht als Führer der Wissenschaft erwiesen".

Der erste, der sich weiter nach vorne wagte, war Albert Einstein. Er veröffentlichte 1905 zwei große Arbeiten: die Lichtquantenhypothese und die Spezielle Relativitätstheorie. Die Lichtquantenhypothese betrachten wir heute als den entscheidenden zweiten Schritt in der Entwicklung der Quantentheorie. Max Planck hat dies damals ganz anders gesehen. Er glaubte, dass Einstein damit "über das Ziel hinausgeschossen" habe.

Planck gehörte zu den Konservativen im Lande. Die klassische Physik und ins- besondere die Wellentheorie des Lichts betrachtete er als ehrwürdige und "nachgerade sehr stark fundierte Gebäude". Deshalb hielt er Einstein entgegen: Sollen diese herrlichen Errungenschaften der Naturforschung preisgegeben wer- den "um einiger noch recht anfechtbarer Betrachtungen willen"? Da bedürfe es "doch noch schwereren Geschützes, um das nachgerade sehr stark fundierte Gebäude der elektromagnetischen Lichttheorie ins Wanken zu bringen". Zu diesen Einwänden meinte Einstein: Planck sei ein ganz ehrlicher Mensch, der keine Rücksicht auf sich selber nehme. Nur ha- be er den Fehler, "sich in fremde Gedankengänge schwer hineinzufinden".

Auf Einsteins zweite Arbeit von 1905 hat Planck aber ungewöhnlich positiv reagiert und alles zur schnellen Durchsetzung der Speziellen Relativitätstheorie getan. Wir wissen heute, dass dabei auch ein persönlicher Faktor eine Rolle spielte. Überall in der Physik hat Planck das Absolute gesucht. Nun verlieren in der Speziellen Relativitätstheorie Raum und Zeit ihren absoluten Charakter. Dagegen rückt die Lichtgeschwindigkeit als Naturkonstante und damit "absolute Gegebenheit" ganz in den Mittelpunkt. Die für Planck entscheidende Frage war: Behält die von ihm entdeckte und für die Eigenschaften der Wärmestrahlung maßgebende Größe h ihren Charakter als Naturkonstante? In einem Brief Plancks vom Februar 1908 lesen wir: "Interessant war mir immer, dass diese Naturkonstante auch dann invariant bleibt, wenn man gemäß dem Relativitätsprinzip von einem vorhandenen Koordinatensystem auf ein bewegtes übergeht, wobei doch fast alle übrigen Größen wie Raum, Zeit, Energie sich ändern."

Damals traf Planck der erste schwere Schicksalsschlag. Seine geliebte Frau, mit der er vier Kinder hatte, starb an Lungenkrebs. Im Ersten Weltkrieg fiel sein ältester Sohn, seine beiden Töchter starben 1917 und 1919 im Kindbett. "Planck hält sich wunderbar tapfer und aufrecht", berichtete Einstein, "aber man sieht ihm den nagenden Kummer an." Das geschah in der Zeit, als Planck von allen Seiten Gratulationen zum Nobelpreis erhielt. Entgegengenommen hat er ihn 1920 bei der ersten Preisverleihung nach dem Krieg.

In diesen Jahren war die von Planck eingeleitete Entwicklung der Quantentheorie in vollem Gange. Je weiter sich die Theorie von der klassischen Physik entfernte, desto aggressiver reagierten einige Kollegen. Als sich der seit 1920 als Nachfolger Röntgens an der Universität München wirkende Wilhelm Wien über die" Neuerungssucht" in der Physik beklagte, zeigte Planck, dass auch er mit dem Herzen an der klassischen Physik hing: 'Früher war die Physik einfacher, harmonischer und daher auch befriedigender. Man hatte schöne Theorien und durfte auf sie vertrauen. Heute ist das anders geworden." Im Unterschied zu seinem Kollegen war sich Planck aber im Klaren, dass es einen Weg zurück nicht geben könne: "Neue Ideen sind aufgetaucht, nicht als überflüssiger Luxus, sondern als unerbittliche Folgerungen aus neuen Tatsachen, und die alten Anschauungen lassen sich nun einmal nicht ganz unverändert aufrechterhalten."

Wie radikal der Bruch sein würde, ahnte freilich auch Planck nicht. 1925/26 gab es einen neuen Entwicklungsschub, und im folgenden Jahr wurde die Quantentheorie von Niels Bohr und Werner Heisenberg vollendet. Bald sprach man vom "Umsturz im Weltbild der Physik".

Eine physikalische Theorie lässt sich nach zwei Kriterien beurteilen: nach ihrer philosophisch-erkenntnistheoretischen Bedeutung und nach den technischen Anwendungen, die sie zur Folge hat. Nach beiden Kriterien ist die Quantentheorie die wichtigste Gedankenschöpfung des gesamten 20. Jahrhunderts. Beispiele für die technischen Anwendungen sind der Maser und der Laser sowie der Transistor, also die gesamte Mikroelektronik.

Was die philosophisch-erkenntnistheoretische Bedeutung betrifft, sei nur die Widerlegung des sogenannten "Determinismus" erwähnt der das Denken des 18. und 19. Jahrhunderts beherrscht hatte. In seiner berühmten Unschärferelation von 1927 sagt Werner Heisenberg, dass die Voraussetzungen, auf denen der Determinismus beruht, prinzipiell nicht erfüllt werden können. Damit löste sich das Problem der Willensfreiheit, eines der "Sieben Welträtsel", die Emil Du Bois-Reymond 1880 formuliert hatte: Das Weltgeschehen ist nicht determiniert, die Willensfreiheit des Menschen ist keine Fiktion.

Der Aufbau der Quantentheorie nahm fast drei Jahrzehnte in Anspruch, von 1900 bis 1927, und nach und nach beteiligten sich daran fast alle führenden Physiker. Zuletzt mögen es etwa drei- bis vierhundert meist sehr junge Wissenschaftler gewesen sein. Einer von ihnen, der aus Wien stammende und später in die Vereinigten Staaten emigrierte Victor F. Weisskopf, hat das bekannte Wort Churchills über die Rolle der britischen Jagdflieger in der Luftschlacht um England 1940 im Rückblick auf die Quantenphysik übertragen und gesagt: "Selten, vielleicht noch nie in der Geistesgeschichte, haben so wenig Leute so viel in so kurzer Zeit erreicht. " In der Tat kann man die Quantentheorie die wichtigste Gedankenschöpfung im 20. Jahrhundert nennen.

Längst war Planck nicht nur das anerkannte Oberhaupt der deutschen Physiker; er galt der Universität, der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft, den Gelehrten- und Künstlerkreisen in Berlin und in ganz Deutschland als ihr Repräsentant. Zur Feier seines goldenen Doktorjubiläums 1929 stiftete die Deutsche Physikalische Gesellschaft die heute noch alljährlich verliehene Max-Planck-Medaille.

Während Adolf Hitler die Sudetenkrise provozierte, um die Tschechoslowakei in die Knie zu zwingen, wurde Plancks 80. Geburtstag am 23. April 1938 zu einer von Planck bewusst inszenierten Demonstration des Friedenswillens. "Möge ein gütiges Geschick es fügen", sagte Planck im überfüllten Helmholtz-Saal des Harnack-Hauses in Berlin, "dass Frankreich und Deutschland zusammenfinden, ehe es für Europa zu spät wird."

Einspruch von Goebbels

1943 wollte die Stadt Frankfurt ihren Goethe-Preis an Max Planck verleihen. Reichspropagandaminister Joseph Goebbels - verweigerte sein Einverständnis, "da Planck sich bis in die letzte Zeit hinein für den Juden Albert Einstein eingesetzt hat". Sohn Erwin, das letzte ihm verbliebene Kind aus der ersten Ehe, wurde nach dem Attentat auf Hitler verhaftet und am 23. Januar 1945 hingerichtet. Bombenangriff auf die Reichshauptstadt hatte Plancks Haus völlig zerstört, und er lebte mit seiner zweiten Frau in Rogätz an der Elbe auf dem Gutshof eines Freundes.

Zuletzt musste der Hof geräumt werden, und der 87 Jahre alte und schwer an Arthrose leidende Planck kampierte mit seiner Frau im Wald. Nach dem Ende der Kampfhandlungen nahm eine Melkerfamilie die beiden in ihre Kate auf, wo sich das ganze Leben mit Kindern und Säugling in einem Raum abspielte. Planck wurde von einem amerikanischen Offizier gerettet, der den greisen Gelehrten in das unzerstörte Göttingen brachte.

So unglaublich es klingt: Max Planck hat noch einmal einen für die deutsche Wissenschaft wichtigen Erfolg errungen, nicht durch eigene geistige Arbeit, sondern indirekt durch seine Persönlichkeit und sein Ansehen in der Welt. Noch vor Kriegsende war die Generalverwaltung der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft von Berlin nach Göttingen verlagert worden. Planck führte sie als kommissarischer Präsident, bis Otto Hahn aus der englischen Internierung zurückkehrte und am 1. April 1946 seine Nachfolge antrat.

Im Juli 1946 nahm Planck als einziger geladener Deutscher an der großen Newton-Feier der Royal Society in London teil. Dort machte er tiefen Eindruck als Repräsentant der alten deutschen Geisteskultur. Lise Meitner war glücklich, nach schweren Jahren der Emigration den von ihr hochverehrten Geheimrat wiederzusehen. "Seine geistigen und menschlichen Qualitäten waren wunderbar wie immer."

Die englische Lösung

Am Rande der Feierlichkeiten ging es um das Schicksal der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft. Die Siegermächte (mit Ausnahme der Briten) wollten sie auflösen, während die deutschen Gelehrten auf die wissenschaftliche Bedeutung hinwiesen, als dritter Säule der deutschen Wissenschaft neben den Universitäten und Technischen Hochschulen. Zwei Engländer fanden die Lösung. Der eine war Sir Henry Dale, der Chefberater der britischen Regierung in wissenschaftlichen Angelegenheiten, der andere Oberst Bertie K. Blount von der britischen Militärregierung in Bad Oeynhausen und Minden. "Es ist nur der Name, gegen den sie etwas haben", sagte Dale. "Allein die Wörter, Kaiser-Wilhelm 'beschwören ein Bild von rasselnden Säbeln und maritimer Expansion. " Das Gespräch fand im Hause Dales in London kurz nach dem Newton-Kongress statt. Beiden Männern stand die Persönlichkeit des großen Physikers vor Augen, und Dale setzte hinzu: "Nennen Sie es die Max-Planck-Gesellschaft, und jedermann wird zufrieden sein."

Am 11. September 1946 kam es in Bad Driburg zur offiziellen Gründung der "Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften in der britischen Zone". Auf Wunsch aller Anwesen- den wurde" Herr Geheimrat Planck zum Ehrenpräsidenten ernannt" .

Dem großen Physiker waren noch zwei verhältnismäßig ruhige Jahre beschieden. Fast entschuldigte er sich: "Wissenschaftlich produktiv kann ich mit meinen 89 Jahren nicht mehr sein." Als er am 4. Oktober 1947 starb, trauerten um ihn seine Freunde, seine Schüler und die Schüler seiner Schüler in der ganzen Welt. Ein Freund und Verehrer, der nach Irland emigrierte Physiker Erwin Schrödinger, sagte: "Erfolg, Ehren, Anerkennung, innere Befriedigung im, Bewusstsein größter Leistung - und doch vom bittersten Unglück verfolgt sein ganzes Leben lang, immer ärger, immer ärger, genau wie im Buch Hiob. "

Armin Hermann ist Professor für Geschichte der Naturwissenschaften an der Universität Stuttgart.