BEGRÜNDET VON A. BERLINER UND C. THESING
H ER A U SG E G E BE N VON
ARNO LD B E R L IN E R
U N T E R B E S O N D E R E R M I T W I R K U N G V O N H ANS SPEM AN N IN F R E I B U R G I. B R .
O R G A N D E R G E S E L L S C H A F T D E U T S C H E R N A T U R F O R S C H E R U N D Ä R Z T E
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O R G A N D E R K A IS E R W IL H E L M -G E S E L L S C H A F T Z U R F Ö R D E R U N G D E R W IS S E N S C H A F T E N V E R L A G V O N J U L I U S S P R I N G E R I N B E R L I N W 9
H EFT 41 (S E IT E 765— 776) 12. O K T O B E R 1928 16. JAH RGANG
I N H A L T :
Be s p r e c h u n g e n :
S c u p i n , H., Ostbaltikum . I. Teil. (Ref.: S . v. Bubnoff, B r e s la u ) ... 772 K r a u s , E ., Ostbaltikum. II. Teil: (Ref.: S.
v. Bubnoff, Breslau) ...773 K o s s m a t , F r a n z , Übersicht der Geologie von
Sachsen. (Ref.: Hans Becker, Leipzig) . . 774 M i t t e i l u n g e n a u s v e r s c h i e d e n e n G e b i e t e n :
Alexander von W olkoff. Das Überleben von Geweben nach dem Tode des Individuums . 775
Material-Prüfungen
durch R ö n t g e n s t r a h le n
Der Charakter der Quantenphysik. Von P.
J o r d a n , H a m b u r g ...7 6 5 Zu s c h r i f t e n:
Ein neues h-Fructose-anhydrid. Von H. H.
S c h l u b a c h und H. E l s n e r , Hamburg . . 7 7 2 Eine neue Erscheinung bei der Lichtzerstreuung
in K rystallen. B e r ic h t ig u n g ...7 7 2
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Rieh. Seifert & Co., Hamburg 13
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II D I E N A T U R W I S S E N S C H A F T E N . 192S. H eft 41. 12. O ktober 1928.
DIE NATURWISSENSCHAFTEN
erscheinen wöchentlich und können im In- und Auslande durch jede Sortimentsbuchhandlung, jede Postanstalt oder den Unterzeichneten Verlag be
zogen werden. Preis vierteljährlich für das In- und Ausland RM 9.60. Hierzu tritt bei direkter Zustellung durch den V erlag das Porto bzw. beim Bezüge durch die Post die postalische Bestellgebühr. Einzelheft RM 1.— zuzüglich Porto.
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Die Naturwissenschaften, Berlin W 9, Linkstr. 23/24, erbeten.
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Q u a n t e n s p r ü n g e n m i t c h e m is c h e n R e a k t io n e n . — N a m e n - u n d S a c h v e r z e ic h n is .
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A u s d e n B e s p r e c h u n g e n : D e r V e r fa s s e r des v o r lie g e n d e n B u c h e s is t i n d ie se m S c h r if t t u m s e it la n g e m b e r v o r - la g e n d v e r tr e te n u n d e in e r d e r b e ste n K e n n e r dieses G eb ietes. A u f G r u n d d ie se r T a ts a c h e w u r d e e r e in g e la d e n , in d e r Z e i t v o m 14. N o v e m b e r 1925 b is z u m 27. J a n u a r 1926 in M a ssa c h u se tts I n s t it u t e o f T e c h n o l o g y i n C a m b r id g e (M ass.) V o r le s u n g e n ü b e r d ie ses G e b ie t z u h a lte n . D i e V o r le s u n g e n b ild e n d ie G r u n d la g e des v o r li e g e n d e n B u c h e s . Es is t b e z e ic h n e n d , d a ß in d e r k u r z e n Z e i t v o m E n d e d e r V o r le s u n g e n b is z u m D r u c k des B u c h e s d ie n e u e Q u a n t e n m e c h a n ik s ic h i n s o lc h e m M a ß e w e i t e r e n t w ic k e lt e , d aß es d e m V e r fa s s e r n ic h t a n g ä n g ig e r s c h ie n , d ie n e u e n R e s u lta te u n b e r ü c k s ic h t ig t z u la sse n , so d a ß s i c h d ie d e u tsc h e A u s g a b e e r h e b lic h v o n d e r f r ü h e r e r s c h ie n e n e n e n g lis c h e n u n t e r
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DIB NATURWISSENSCHAFTEN
16. J a h rga n g 12. O ktober 1928 H eft 41
Der Charakter der Quantenphysik1.
V o n P . Jo r d a n, H a m b u rg . E m sonderbarer Z u fall der G esch ich te h a t es
g e fü g t, d aß genau im Jahre 1900 die E n td e c k u n g d er E nergiequ anten geschah. V o n vo rn h erein w a r a u f diese W eise unser J a h rh u n d ert b ezü g lich der E n tw ick lu n g der P h y sik g ek en n zeich n et als das Jah rh u ndert der Q u an ten th eorie. W ir h ab en ja neben der E n tsteh u n g der Q u an ten th eo rie noch eine andere L eistu n g a u f dem G eb iete d er th e o re tischen P h y sik erlebt, w elch e fü r sich allein schon ausreichen w ürde, um unsere Z e it als gleich b erech t ig t neben die Z eiten d er Ga l i l e i u n d Ne w t o n
oder Fa r a d a y und Ma x w e l l z u stellen : näm lich die R e la tiv itä tsth e o rie . W e n n w ir uns aber den C h arak ter der R e la tiv itä ts th e o rie ve rg eg en w ä rtig en und wenn w ir einm al n ic h t d as A u s m a ß der in ihr enthalten en G ed a n ken leistu n g , sondern eben diesen C h arak ter der F ra g e ste llu n g e n und A n tw o rte n der R e la tiv itä tsth e o rie a ls K r ite riu m fü r ihre E in ordnung in d ie g e sch ich tlich e E n tw ic k lu n g der P h y sik b e tra c h te n , dann m u ß w oh l zw eifelsohne die R e la tiv itä tsth e o rie n ich t als ein A n fa n g , son
dern gerade als ein A b sc h lu ß in einer langen E n t w icklu n gslin ie b e tra c h te t w erden.
W en n w ir zunächst daran denken, m it w elch e r
lei E x perim en ten und B e o b a ch tu n g en die R e la t iv i
tä tsth e o rie em pirisch b e g rü n d e t w u rd e, so sind es v o r allem drei G ru p p en vo n F e stste llu n g e n : E is te n s rein op tisch e V ersu ch e, w ie die vo n Fi z e a u
und Mi c h e l s o n, zw eiten s V ersu ch e zu r E le k tr o d y n am ik b e w e g ter K ö rp e r; u n d d ritte n s en d lich F eststellu n gen ü b er die G ra v ita tio n , w ie der N a c h weis der P r o p o r tio n a litä t vo n trä g e r und sch w erer Masse oder die b e k a n n te n astron om isch en B e ob ach tu n gen zu r R e la tiv itä tsth e o rie . In allen d ie sen F älle n h a n d elt es sich um V ersu ch san o rd n u n g en und um F ra g estellu n g en , die in ga n z enger und o rgan isch er V e rb in d u n g steh en m it den E x p e r i
m enten au s der klassisch en P erio d e der P h y s ik : alle hierb ei b e n u tz te n A p p a ra te und V ersu ch s
m eth oden b iete n im P rin zip n u r V erfein eru n gen und w eitere U m fo rm u n g en d erjen igen V erfah ren , m it denen schon d ie B e g rü n d e r der klassisch en M ech an ik , O p tik und E le k triz itä tsle h re g e a rb e ite t h a tte n .
E n tsp rech en d liegen a u ch die th eoretisch en F r a g e s t e l l u n g e n , um w e l c h e s i c h diese E x p e rim e n te drehen, gew isserm aßen in der g erad lin igen F o r t setzu n g k lassisch er P ro b lem e. W ie m an w eiß , geh t die P ro b le m a tik des a b so lu ten R a u m e s ebenso w ie das G ra v ita tio n sg e se tz bis a u f Ne w t o n zu rü c k ; E x p e rim e n te in der A r t des M iC H E L S O N S ch e n oder F iZ E A U S c h e n bild en n atu rg em äß e F o rtsetzu n g en d er älteren M essungen der L ic h tg e sc h w in d ig k eit;
1 Ham burger Antrittsvorlesung.
N w . 1928
und die e lek tro m ag n etisch en P rob lem e und E x p e r i
m en te z u r R e la tiv itä ts th e o rie schließen sich u n m itte lb a r an die M A X W E L L -H E R T Z s c h e n U n te r
su ch u n gen an.
W a s n u n en d lich die B e a n tw o rtu n g der um das R e la tiv itä tsp ro b le m g elag erten F ra g e n a n b e trifft, so sind es b e k a n n tlic h zw ei seh r kü h n e, u n d zugleich vo lle n d e t ein fach e u n d k la re G ed an ken , die im w esen tlich en die gan ze A n tw o r t e n th a lte n : die A n n ah m e einer R e la t iv it ä t der G le ic h ze itig k e it und die A n n ah m e ein er Ä q u iv a le n z vo n G ra v ita tio n s und B esch leu n igu n g sfeld . A u c h diese G ed an ken zeigen — tro tz ih rer üb errasch en d en N e u a rtig k e it
— eine gan z enge V e rw a n d tsc h a ft ih res inneren C h arak ters m it den tragen d en G ed an ken gän gen der klassisch en T h eorien . D iese V e rw a n d tsc h a ft v e rrä t sich in der L e ic h tig k e it, m it der die neuen G edan ken m it den älteren T h eorien in V erb in d u n g g e setzt w erden k o n n te n : d ie M A x w E L L S c h e T h eorie e n t
h ie lt gew isserm aß en im p lizit schon die sp ezielle R e la tiv itä ts th e o rie ; u n d fü r das E iN S T E iN s c h e Ä q u iv a le n zp rin z ip fan d sich in der vo n Ri e m a n n
e n tw ic k elte n vera llge m ein erten G eo m etrie das passende m a th em a tisch e D a rste llu n g sm itte l.
V o llk o m m e n and ers v e rh ä lt sich dem gegenü b er die Q u an ten th eo rie. Ih re w ich tig sten em pirisch en U n terlag en stam m en au s G eb ieten , w ie dem der W ä rm estra h lu n g , d er S p e k tra la n a ly se , der E le k tr i
z itä tsle itu n g in G asen, also au s G eb ieten , w elch e grö ß ten teils lan g e Z e it h in d u rch gew isserm aßen in das R a ritä te n k a b in e tt der P h y s ik geh ö rt h ab en .
D ie S p e k tra la n a ly s e h a t vo n ih rer E n td e c k u n g an ein w e rtv o lle s a n a ly tisch es H ilfsm itte l des C h em ikers g e b ild e t; sie h a t die B e g rü n d u n g einer Chem ie der S tern e m öglich gem ach t. D ie U n te r
su ch u n g d er F re q u e n zen d er versch ied en en S p e k tra llin ien h a tte eine R eih e seltsam er G e se tzm ä ß ig ke iten erkennen lassen, w ie v o r allem die Ba l m e r- form el und die v e rw a n d te n G esetze and erer S p e k tren . D ie M eth oden der em pirisch en F re q u e n z b estim m u n g w aren zu solch er V o llk o m m e n h eit au sg eb ild et w orden, d a ß ihre G e n a u ig k e it m it der G en a u ig k e it a stron o m isch er M essu ngen w e tteifern ko n n te. A b e r d ies gan ze G eb ie t d er S p e k tr a l
fo rsch u n g b lieb v ö llig a u ß e rh a lb des S y stem s der klassisch en P h y s ik ; es ge lan g n ich t, irgendeine n äh ere V e rb in d u n g zw isch en den h ier gefundenen E rsch ein u n gen u n d den G ese tzm ä ß ig k eiten der klassisch en M ech anik, O p tik und E lek trizitä tsle h re h erzu stellen .
B e zü g lic h d er E le k triz itä tsle itu n g in G asen lagen die D in g e w en igsten s teilw eise gü n stiger.
Z w a r t r it t au ch h ier eine F ü lle zum T e il sehr v e r w ic k e lte r E rsch ein u n gen au f, fü r die erst sp äter
56
766 Jo r d a n: Der Charakter der Quantenphysik. r Die Natur
wissenschaften v o n q u a n ten th eo retisch en E rfa h ru n g en aus A u f
k lä ru n g gew onnen w erd en ko n n te. A b e r w en igsten s u n ter gew issen sp eziellen B e d in g u n gen ko n n te m an sich in d iesem G eb ie t z u re ch t finden, ohne schon die ch a ra k te ristisc h en Q u an ten ersch ein u n gen zu kennen. D ie E n td e c k u n g d er K a th o d en stra h len h a t d an n n ich t n u r d ie e/m -B estim m u ng fü r die E lek tro n e n erm ö glich t, sondern a u ch d arü b er h in au s — im V erein m it den au s der R a d io a k tiv itä t gew onnenen E in sich ten — ein ige d er w ich tig sten U n terlag en der h eu tigen A to m th e o rie zu gew innen geholfen.
D ie erste d e u tlich e und entsch eid en d e E rk e n n t
nis der w u n d erb aren N a tu rg esetze, die sich v e r b argen u n ter der gleich sam ch ao tisch en F ü lle seltsam er E rsch ein u n gen in der S p ek tro sko p ie, der E le k triz itä tsle itu n g in G asen und anderen, v e r w an d ten G ebieten, is t im Jah re 1900 v o n Pl a n c k
aus der U n tersu ch u n g des G esetzes d er sch w arzen S tra h lu n g gew onnen w ord en . M an k o n n te an diesem P ro b lem zu m ersten M ale d e u tlic h sehen, d a ß gan z b estim m te B e h a u p tu n g e n d er klassisch en T h eorien em pirisch u n ric h tig sind ; v o r allem der sog. G leich v e rteilu n g ssa tz d er k lassisch en s ta tis ti
schen M ech anik. D ie ein d rin glich e V e rfo lg u n g dieser S ch w ie rigk eite n h a t Pl a n c k z u jen er E n td e c k u n g gefü h rt, die a u f lan g e Z e it h in au s das e rstau n lich ste und au fregen d ste T h e m a u n serer W issen sch a ft liefern sollte.
D ie w eitere E n tw ic k lu n g h a t im m er kla re r e r
kennen lassen, d a ß die v o n P l a n c k a u fg e sp ü rten W irk u n g sq u a n te n v o n b eh errsch en d er B e d eu tu n g sind fü r alle G esetze d er A to m p h y s ik : W ir w issen h eu te, d aß eine A to m p h y s ik n ic h t m ö glich is t ohne Q u an ten p h y sik . W ir kö n n te n aus d iesem G ru n d e die v o r 1900 geschehen e E n tw ic k lu n g der A to m p h y s ik als eine V o rs tu fe der Q u an ten th e o rie be
tra ch te n . A b e r a u ch die A to m th e o rie is t als ein Z w eig der e x a k te n P h y s ik fa s t ebenso ju n g , w ie die Q u an ten th eorie, w enn sie a u c h als p h ilo soph ische S p ek u la tio n schon b ei den G riech en a u f
g etreten und in der E n tw ic k lu n g d er m odernen N a tu rw isse n sch aft v o n d er R e n a issan ce an n ic h t w ieder aus dem D e n k en der P h y s ik e r v ersch w u n d en ist. E rn s th a fte th e o retisch e U n tersu ch u n g en zur A to m leh re sind v o r der Z e it vo n Cl a u s i u s, B o l t z m ann und M a x w e l l k a u m zu v e rze ic h n e n ; u n d die em pirisch en E x iste n zb e w e ise der A to m e sind so neu, d aß n och zu A n fa n g unseres J ah rh u n d e rts b ed eu ten d e F o rsch er die R e a litä t der A to m e b e zw e ife lt h aben.
H e u te fre ilich w issen w ir m it v o lle r e m p irisch er G ew iß h eit, d aß die m a krosk op isch e M a terie, die dem n aiven A n b lic k so vo llk o m m en k o n tin u ie rlich ersch eint, d ie F lü ssig k e iten b eispielsw eise, die so gan z hom ogen zu sein scheinen, in W ir k lic h k e it aus zah lreich en , u n sich tb a r kleinen, d isk reten K o r p uskeln zu sam m en g esetzt sind. D a s is t eine T a t sache, die sich der V o rste llu n g sw e lt der klassisch en P h y sik , e tw a der F A R A D A Y - M A X W E L L s c h e n E le k t r i
zitätsleh re, n iem als b efried ig en d h a t ein fü gen lassen. D ie L o R E N T Z s c h e E lek tro n e n th eo rie e n t
h ie lt zw a r einen V ersu ch , beid es m itein a n d e r zu v e rb in d e n : In einem rein kon tinu ierlich en Ma x- W E L L s c h e n Ä th e r sch w im m en n ach L o r e n t z die co rp u scu laren E lek tro n e n . D ie große F r u c h t
b a rk e it dieser L o R E N T Z s c h e n T h eo rie is t allgem ein b e k an n t. A b e r sie e n th ie lt d o ch n u r eine l o c k e r e
und o b erfläch lich e V erb in d u n g zw eier heterogener V o rstellu n g en ; u n d es is t v ie l M üh e d a ra u f ver
w a n d t w orden, diesen g ru n d sätzlich en M angel aus
zu gleich en. D ie a lte n sp e k u la tiv e n A to m istik e r h a tte n in ra d ik a le r F o lg e ric h tig k e it au ch dem
„ W e lt ä th e r " eine a to m istisch e S tru k tu r zu gesch rie
ben. A b e r dieser G ed a n k e h a t sich n ic h t als fru c h t
b a r erw iesen ; u n d n ach d er sp äteren R e la tiv itä ts th eorie w u rd e er e n d g ü ltig u n m ö glich . A n d e re r
seits is t v e rs u c h t w ord en , die E lek tro n e n als n a tü r
lich e A u sg e b u rte n des k o n tin u ie rlich en F eld es zu v e rste h en ; ab er a u ch d as is t n ic h t gelu n gen — n ic h t ein m al dann, als m an s p ä te r d ie H ilfs m itte l der allgem ein en R e la tiv itä ts th e o rie zu r V e rfü g u n g h a tte .
D e r In h a lt d er P L A N C K s c h e n E n td e c k u n g is t nun b e k a n n tlic h der, d a ß d ie N a tu r gew isserm aßen n och v ie l a to m istisch e r ist, als d ie ra d ik a lsten A to m is tik e r jem a ls g e trä u m t h a tte n . D ie N a tu r b e g n ü g t sich n ic h t m it jen er A to m is tik d er M aterie, die seit zw ei J ah rtau se n d en s p e k u la tiv v e rm u te t und in un serer Z e it em p irisc h -greifb a r n a c h gew iesen w u rd e — u n d d eren E in fü g u n g in das V o rstellu n g sg eb ä u d e d er k la ssisch en th eoretisch en P h y s ik b e re its so u n ü b e rw in d lich e S ch w ierigk eiten m ach te. E s g ib t n och eine andere A r t vo n A to m i
stik , die k ein M ensch g e ah n t h a t, b e v o r Pl a n c k
ih re S p u r e n td e ck te. D ie E rfa h r u n g zeigt, w ie Pl a n c k als erster sah, d a ß n ic h t n u r die M aterie aus diskreten , d u rch e in a n d erb ew eg te n T eilch en b esteh t, sondern d a ß a u c h in d er B e w e g u n g dieser T eilch en d isk rete U n s te tig k e ite n a u ftrete n , d aß es sogar in d er E n e rg ie eine A r t vo n A to m is tik gib t.
W ir sind h e u te schon fa s t u m ein M ensch en alter vo n dem Z e itp u n k t dieser ersten E n td e c k u n g e n t
fe rn t; w as d am als üb errasch en d h e rv o rtra t, ohne jed o ch seinen C h a ra k te r schon a n d ers zu zeigen, als in ein em G estrü p p d u n k le r u n d u n v e rs tä n d lich er M e rk w ü rd ig k eiten , d as lie g t h eu te a u s
g e b re itet im h ellen L ic h te u n serer E rk en n tn is.
W ir ken n en u n d b eh errsch en h eu te die M ech an ik der A to m e u n d der in n eratom aren E le k tro n e n b ew egu n gen genau so sicher, w ie seit Ne w t o n u n d La g r a n g e die M ech an ik der H im m elsk ö rp er. A b er die A u fk lä ru n g , die w ir in d iesem G eb ie te gew onnen h ab en , is t in ganz w esen tlich e r W e ise versch ied en a rtig vo n derjen igen A u fk lä ru n g , die w ir beim R e la tiv itä tsp ro b le m e rh a lten h ab en . W äh ren d die F ra g e, w ie m an d as R e la tiv itä tsp r in z ip in der klassisch en P h y s ik d u rch fü h ren kön nte, der H a u p t
sache n ach d u rc h zw ei gan z k la r und e in fach a u s
zu sprech en de G ed a n k en b e a n tw o rte t w u rd e, g ib t es au f die an d ere F ra ge , w ie m an die q u a n te n h aften U n s te tig k e ite n des N atu rg esch eh en s übersehen und th e o retisch beh errsch en kan n , keine in zw ei oder drei S ä tze n k la r a u szu sp rech en d e A n tw o rt. G erade
Heft 41. 1
12. io . 1928J Jo r d a n: Der Charakter der Quantenphysik. 767
in d iesem U m sta n d offen b art sich die W e ite des W e g e s, den w ir vo n 1900 bis je tz t z u rü c k g e leg t h a b en . N ä m lich — daß es m öglich ist, den p h y s i
k a lisch e n In h a lt der R e lativitä tsth e o rie so d e u tlich in w en ige n , knappen W orten zu erläu tern , das z e ig t eben , w ie eng diese Theorie n och m it der kla ssisch en G edankenw elt v e rw a n d t u n d v e rb u n den ist. D ie B egriffsbildun gen, die A u s d ru c k s w eisen und die W ortb ed eu tu n gen , die m it den klassisch en Theorien e n tw ic k e lt w aren , eignen sich d a zu , die p h ysikalisch en G ru n d g ed an k en der R elativitä tsth e o rie in ga n z k n a p p er u n d d u rch sich tiger Form d a rzu stellen . In der Q u a n ten p h ysik dagegen liegen die D in g e anders. A lle die wunderbaren B e g riffe u n d V o rstellu n g en , die vo n der klassischen P h y s ik in V erb in d u n g m it der m ath em atischen E n tw ic k lu n g zu so hoh er V o ll
endung a u sg e b ild et sin d — m an denke z. B . an so extrem a b s tr a k te D in ge, w ie e tw a die V o rs te l
lu n g schw ingender K o n tin u a , oder p h ysik a lisch er K ra ft- und Z u sta n d sfe ld er, od er den klassisch en K a u salitä tsb e griff — a lle d iese h o ch en tw ick elten B egriffsbildungen, w o llte ich sagen, erw eisen sich als unpassend oder u n zu lä n g lic h g eg en ü b er der W irk lich k eit der q u a n te n h a fte n U n s te tig k e ite n im m ikroph ysikalisch en G esch eh en . U n d die p rim i
tiveren älteren B e g riffe , a u s denen diese klassisch en B egriffe erst d u rch ein e lange p h y sik a lisch e und m ath em atische E n tw ic k lu n g herau sgew ach sen sind, konnten erst re ch t n ic h t eine a d ä q u a te D a rste llu n g der neuen tdeckten W ir k lic h k e it geben. M an kan n sogar, wie von Bo h r e in m a l g e ä u ß e rt w u rd e, unsere g an ze Sprache, die d o ch die E rin n eru n g an den Jah rtau sen d e langen U m g a n g m it den D in g e n der m akroskopischen W e lt in sich trä g t, als ein e ig e n t
lich zu r B esch reibu n g d er M ik ro p h y sik n u r u n vollkom m en geeignetes G ed a n k en m ittel b e tra c h te n . W enn es also in der N a tu r d er S ach e lieg t, d a ß das Quantenproblem n ic h t eine L ö su n g haben kann, die m it klassisch en B e g riffe n zu erläu tern oder etw a gar in w en igen S ä tze n Idar au szu sp rech en ist, dann erhebt sich die F ra g e , w ie u n d in w elch em Sinne dies P roblem denn überhaupt gelö st w erd en kann, und wieso m an sogar b eh au p ten d arf, d a ß es heute schon im w esen tlich en seine L ö su n g g e funden h at. W ir h a b en ein w en ig erk e n n tn is
th eoretisch e B esin n u n g n ötig , u m uns diese F ra g e b ean tw o rten zu können.
In der erken n tn isth eo retisch en A u ffa ssu n g der P h y s ik h a t es k einesw egs im m er eine ein h eitlich e M ein u n g gegeben. Im m erhin sch ein t es, d aß die E n tw ic k lu n g d er letzten Jah rzeh n te im m er m ehr A n h ä n g e r fü r eine A u ffa ssu n g gew onnen h a t, die ihre e n tsch ie d en ste F orm u lieru n g d u rch Ma c h
erh ielt. Z w a r h a b en sich hervorragen de P h y sik e r leb h a ft gegen ein zeln e W end un gen der M A C H s c h e n G edan ken a u sgesp roch en . F a ß t m an ab er ein m al nur den G ru n d g e h a lt d er M A C H s c h e n L eh ren ins A uge, so kan n m an sagen , d a ß gerade die h eu tige Q u an ten p h ysik ein v o rtre fflic h e s B eisp iel zu Ma c h s e rk en n tn isth eo retisch en L ehren liefe rt;
und um gekehrt, d aß n u r eine m it Ma c h s A n sich ten
im w esen tlich en üb erein stim m en d e E rk e n n tn is
th eorie eine R e c h tfe rtig u n g geben k a n n fü r das V erfah re n , w elches die Q u a n ten th e o retik er t a t säc h lich ein gesch lagen haben .
D e r G ru n d sa tz d ieser M A C H s c h e n E rk e n n tn is
th e o rie — der übrigens au ch vo n anderen P h y sik ern in k u rzen , ab er b e to n ten B em erku n gen a u s
g espro ch en ist, und der letzten E n d es gar n ich ts and eres b ezeich n en soll, als d asjenige, w as die fü h ren d en D e n k er der P h y s ik zu allen Z eiten t a t säc h lich ge tan h a b en — dieser G ru n d satz is t der, d a ß die T h eorien d er P h y s ik n ic h t in irgendeinem p h ilosop h isch en oder m e ta p h y sisc h en Sinne eine
„ E r k lä r u n g “ der b e o b a c h te te n E rsch ein u n gen zu geben versu ch en sollen, d a ß sie n ic h t „ R ü c k sch lü sse“ a u f eine hinter d er „ E rs c h e in u n g “ lie
gende W ir k lic h k e it e n th a lten , sondern d a ß sie s t a t t dessen die A u fg a b e h ab en , ein B e g riffssyste m zu e n tw ick eln , w elch es eine Beschreibung der erfahr
baren Tatsachen erm ö g lich t; und z w a r eine solche B esch reib u n g, die m ö g lich st gen au und v o ll
stän d ig und zu gleich m ö glich st ein fach und ü b er
sich tlich ist.
A lso das sind die A u fg a b en der w issen sch aft
lich en F o rsc h u n g : die F eststellu n g vo n T atsa ch e n d u rch B e o b a c h tu n g und E x p e rim e n t; das Sam m eln und O rdnen d ieser T a ts a c h e n ; und ihre zu sam m en fassende B esc h reib u n g. B e i den m eisten der z a h l
losen neuen F eststellu n g e n und E n td eck u n g en , die den B e sitz s ta n d der W issen sch a ft b ereich ert h ab en und n och bereich ern, is t es n u n so, d aß sie, w en n gleich sie v ie lle ic h t zu n ä ch st ü b errasch en d und m it frü h er e rk a n n ten G ese tzm ä ß ig k eiten n ic h t z u sam m en passen d scheinen, sch ließ lich d och eine A u fk lä ru n g finden , d u rch die sie in d as schon besteh en de S y s te m th e o retisch -p h y sik a lisch e r B e griffe u n d V o rstellu n g en ein geo rd n et w erden — ohne d a ß es n ö tig ist, dies V o rstellu n g ssy stem selber a u fzu geb en od er einschneid end a b zu ä n d ern : es g e n ü g t ein sp eziellerer A u sb a u oder eine q u a n ti
ta tiv e V ersch ä rfu n g der vo rh an d en en V o rstellu n g en oder V o rstellu n g sm ö g lich k e iten . G erad e dieser V erla u f d er th eoretisch en B e a rb e itu n g einer neuen E n td e c k u n g g e w ä h rt eine besondere in te llek tu elle B e fried ig u n g : W ir gew in n en in solchen F älle n das höch ste M aß vo n G ew iß h eit, d aß w ir die ein d eu tig richtige „ E r k lä r u n g “ des E ffe k te s gefun den h aben .
A b er diese in te llek tu elle B efried ig u n g d a rf uns n ic h t d arü ber h in w egtäu sch en , d aß zu diesem am h äu figsten au f treten d en T y p u s v o n E n td eck u n g en n ic h t diejen igen gehören, die — w enn ich so sagen d a rf — den R u h m der th eoretisch en P h y s ik b e g rü n d et h ab en . A lle E n td eck u n g en v o m h öch sten R a n g — vo n Ga l i l e i u n d Ne w t o n ü b er Fa r a d a y
und Ma x w e l l bis zu r h eu tigen R e la tiv itä tsth e o rie
— w aren vo n solcher A rt, d aß es n ich t m öglich war, sie u n ter das S ch em a schon geläu fig er B egriffe zu brin gen , sondern d a ß eine tiefgeh en d e U m stellu n g u n d U m g ew ö h n u n g des gan zen p h ysikalisch en D en k en s ihre F o lg e gew esen ist.
Je w eiter sich die neuen V orstellu n gsw eisen e n t
fernen vo n den frü heren , d esto schw ieriger w ird es, 56*
768 Jo r d a n: Der Charakter der Quantenphysik. r Die N atur
wissenschaften den G ru n d g ed an k en der neuen T h eorie in einigen
ku rzen S ä tze n a u szu sp rec h e n ; d esto sch w ieriger w ird es ü brigens au ch , gegen ü b er den A n h än gern der alten V o rstellu n g sw eisen die Ü b e rze u gu n g zu begrü nd en , d a ß m it der E in fü h ru n g der neuen G ed an ken das P ro b lem seine sinn gem äße E rle d i
gu n g gefu n d en h a t.
D a ß w ir die G ru n d g ed a n k en der NEWTONschen M ech an ik und G ra v ita tio n sleh re h eu te in w enigen S ä tze n ga n z k la r u n d sch arf au ssprech en können, lie g t w esen tlich d aran, d a ß uns die V e rtra u th e it m it d er In fin ite sim a la n a ly sis lä n g st zu r S e lb st
v e rs tä n d lic h k e it gew orden ist. A b e r Ne w t o n h a t In fin itesim alrech n u n g und M ech an ik zusam m en e n tw ic k e lt; m it den z u v o r geläu fig en m a th e m atisch en B e g riffen w a r es n ic h t m öglich , seine G ed an ken in w enigen S ä tzen d e u tlich au szu sp re
chen. Seine G ra vita tio n sth eo rie ü b e rsch ritt den R ah m en der d am aligen A u ffassu n gsw eise, n ach der alle p h y sik a lisch en B e w irk u n g e n d u rch D r u c k und S to ß geschehen sollten, und h a t d esh alb einen F o r scher w ie Hu y g h e n s n ic h t zu üb erzeu gen v e r m o ch t. A ls sp äter Ma x w e l l in Fa r a d a y s G e d an ken die M ittel zu r A u fk lä ru n g üb er d as W esen des ,,L ic h tä th e rs “ fan d , w a r es w ied er eine gru n d sätzlich neue A u ffassu n gsw eise, die sich den frü h e ren m ech anisch en Ä th erth eo rien gegen ü b erstellte
— eine A u ffa ssu n g sw eise, deren Sin n u n d B e d e u tu n g n ic h t in w enigen S ä tzen ausgesprochen, sondern n u r d u rch allm äh lich e E in gew ö h n u n g v e r stan d en w erden ko n n te, u n d die ü b rigen s w ied eru m a u f langen W id e rsta n d tra f. E s e rü b rig t sich w oh l, w eiterh in zu erinnern an die tiefgeh en d e U m w an d lu n g unserer V o rstellu n g sfo rm en , die m it der R e la tiv itä tsth e o rie P la tz gegriffen h a t.
In allen diesen T h eorien ab er w ird d er r ü c k schauenden B e tr a c h tu n g ein ein h eitlich es T h em a s ic h tb a r: die im m er vo llk om m en ere H era u sb ild u n g der V o rstellu n g des stetig e n N atu rg esch eh en s, des p h y sik a lisch en K o n tin u u m s. W en n dem gegenü b er die Q u a n ten p h y sik elem entare U n stetig k eiten des p h y sik a lisch en G esch ehens erkenn en lä ß t, so is t es n u r n atu rgem äß , d aß sich h ier in beson d erem , v ie l
leich t ein zigartigen M aße die U n m ö g lic h k e it er
w eist, die neuen E rk en n tn isse in der a lten Sp rach e au szu d rü ck en ; u n d die N o tw e n d ig k e it, neue F o r m en des p h y sik a lisch en D en k en s und der p h y s ik a lischen A n sch a u u n g zu en tw ickeln .
In diesem Sinne is t es zu versteh en , w en n ge
s a g t w ird, das Q u an ten p ro b lem sei im w esen tlich en h eu te gelöst. E s is t n ich t m öglich , die L ösu n g , w elch e das P ro b lem gefu n d en h a t, in einigen ein fach en S ä tze n zu sam m en zu fassen , w elch e sich au f die klassisch en B e griffsb ild u n g e n stü tze n . A b e r es is t gelun gen, ein neues B e g riffssy ste m zu e n t
w ickeln , w elch es als eine V era llg em ein eru n g des zu en g g e fa ß te n klassisch en B e g riffssyste m s a n zusehen ist, und w elch es den neuen T atsa ch e n R ech n u n g trä g t. E s sch e in t m öglich , vo n diesem B e g riffssyste m e au s alle die G ese tzm ä ß ig k eiten d e d u k tiv zu versteh en , w elch e vo n den E x p e ri
m en tato ren in den q u a n te n p h y sik a lisch en R e
a ktio n en der E le k tro n e n u n d Atom e fe s tg e s te llt sind. S e lb stv e rstä n d lic h g ib t es immer noch u n gelöste P ro b lem e in der A to m p h y sik ; so lch e P rob lem e, die w egen rein m ath em atisch er Sch w ie
rig keiten n och n ic h t b e w ä ltig t w erd en können, und solche, die in fo lge d er U n v o lls tä n d ig k e it unseres em pirisch en W issen s oder unseres theoretischen G ed a n ken sch a tzes u n erled ig t sind. Jed en falls aber h ab en die e ig en tü m lich en q u a n te n h a ften U n s te tig k eiten des N a tu rg esch eh en s h eu te a u fgeh ö rt, ein g ru n d sätzlich es H in d ern is zu b ieten fü r die vo llstän d ig e th e o retisch e E rfa ssu n g der Q u an ten p h y sik .
W ir w ollen nun den P ro ze ß der allm äh lich en U m gew ö h n u n g u n serer G ed a n k en und der K o n s tru k tio n n eu er B e g riffe zu r E rfa ssu n g der q u a n te n p h y sik a lisch en E rsch ein u n g en an einigen B eispielen n äh er ve rfo lg e n .
E in e F ra g e , deren U n tersu ch u n g sehr d azu b e i
g etra g en h a t, d as V e rtra u e n zu dem vo n Pl a n c k
1900 ein gesch lagenen W eg e zu b estärk en , is t die n ach d er sp ezifisch en W ä rm e der festen K ö rp er.
D e r G leich v e rteilu n g ssa tz d er klassisch en s ta tis ti
schen M ech an ik liefe rt fü r diese sp ezifisch e W ärm e einen b estim m ten , vo n der T em p e ra tu r u n a b h än gigen k o n sta n te n W e rt, der d u rch viele B e o b ac h tu n g en em p irisch b e s tä tig t w u rd e. A b e r der G leich v e rteilu n g ssa tz w a r ja , w ie erw äh n t, schon bei d er U n tersu ch u n g d er W ä rm estra h lu n g als u n zu ve rlä ssig e rk a n n t w o rd en ; und als nun die E rfa h ru n g en zeigten , d a ß d ie sp ezifisch e W ä rm e der festen K ö rp e r n u r fü r gen ü gend h oh e T em p e ra tu ren k o n s ta n t ist, ab er n ach tieferen T em p e ra tu ren hin a b zu n eh m en b e g in n t, d a war bew iesen, d a ß er au ch in diesem F a ll n ic h t allg em ein ric h tig ist. E in e q u a n tita tiv e E rk lä r u n g der spezifisch en W ä rm e d er festen K ö rp e r h a t sich dann ergeben aus der A n n ah m e einer engeren A n a lo g ie zw ischen der T h e rm o d y n a m ik d er festen K ö rp e r und der H o h lrau m strah lu n g . N a ch den V o rstellu n g en der k in etisch en W ä rm eth e o rie w ird die bei der E r w ärm u n g eines festen K ö rp e rs au fgenom m ene E n e r
gie in innere elastisch e S ch w in g u n g en dieses K ö r pers u m g esetzt, deren W e llen lä n g e u n sich tb ar klein ist. E in e rw ä rm ter fester K ö rp er, e tw a ein K r y s ta ll, is t v o m S ta n d p u n k t der statistisch en M ech an ik ein sch w ingen d es elastisch es A to m g itte r, w äh ren d d er S tra h lu n g sh o h lra u m das sch w ingen de K o n tin u u m des e lek tro m agn etisch en V a k u u m s e n th ä lt. A bgeseh en also vo n dem U n tersch ied e der a to m istisch en S tru k tu r ein erseits u n d der k o n tin u ie r
lich en and ererseits z e ig t sich in beid en S ystem en eine enge form ale Ä h n lic h k e it; und es lie g t nahe, zu verm u ten , d a ß d e sh alb a u ch d ie an den beid en S ystem en festzu ste llen d en Q u an ten e ffe k te e in ander äh n lich sind . D a s is t in der T a t der F a ll.
B eson ders a u g e n fä llig w ird diese Ä h n lic h k e it, w enn w ir den festen K ö rp e r b ei sehr tiefe r T e m p e ra tu r b e tra c h te n . D a n n tre te n in ihm p ra k tisc h nur solche ela stisch e W e llen a u f, deren W e lle n länge groß gegen ü b er den A to m a b stä n d en is t; und der K ö rp e r v e rh ä lt sich ohne R ü c k s ic h t a u f seine
H eft 4 1. 1
12, 10. 1928] Jo r d a n: Der Charakter der Quantenphysik. 76 9
a to m istisch e S tru k tu r p ra k tisch w ie ein sch w in g en d es K o n tin u u m . Man d arf in folgedessen bei tiefen T em p eratu ren z. B . das vo n der W ä rm estra h lu n g b ek an n te S T E F A N -B o L T Z M A N N S ch e G esetz ohne w eiteres au f den festen K ö rp e r ü b e rtra g e n : D er gesam te therm ische E n e rg ie g e h a lt is t p ro p o rtio n a l der vierten P o ten z der a b so lu ten T e m p e ra tu r; die spezifische W ärm e also p ro p o rtio n a l der d ritte n P o ten z der T em p e ra tu r.
W enn man die B e d e u tu n g dieses P rob lem s der spezifischen W ä rm e fester K ö rp e r fü r die E n t w icklung der Q u an ten th eo rie w ü rd ig en w ill, so m uß man versu ch en — w as uns H e u tige n v ie lle ic h t schon schwer fä llt — sich zu rü ck zu d e n k en in die dam alige L ag e der P h y sik , u n d in den E in d ru c k , welchen eine im G eiste d er k lassisch en T h eorien geschulte F o rsch e rg en eratio n v o n d er Pl a n c k- schen E n td e c k u n g erh a lten m u ß te. N ich ts g ib t uns a priori eine G e w iß h e it, d aß die N a tu r G esetzen folgen m u ß , die u n serem m ensch lich en D en k en zugänglich u n d fa ß b a r sind . M it der E n td e c k u n g d e r Q u an ten sch ienen die T h eorien der klassisch en P h ysik in T rü m m e r zu sink en . D ie A u fk lä ru n g des Problem s d er sp ezifisch en W ä rm en d u rch die Q uan ten theorie h a t die erste u n d stä rk ste Zu- S ic h e r u n g g e g e b e n , d a ß die P h y s ik n ic h t d a u e r n d ein chaotisches T rü m m erfeld lo gisch u n zu sam m en h än gen d er E in ze lta tsa ch en bleiben so llte. D ie klassisch e, au f den B e g riff der S te tig k e it g egrü n d ete T h eorie versagt sowohl b eim H o h lrau m als au ch beim festen K ö rp er; ab er tro tz dieses d op pelten V ersagen s b leib t doch die Analogie der beid en P ro b lem e u n verän d ert e rh a lten : E s is t dieselbe E rsch einung, die in beid en F ä lle n die G ü ltig k e it der klassisch en Theorie b eg ren zt. D a m it w ird h in ter dem Chaos überrasch ender M e rk w ü rd ig k eiten eine einheitliche Linie n euer, ein fach er G esetze fü h lb a r.
Im Jahre 1 9 1 3 m a ch te Bo h r die w u n d erb are E n td eck u n g, daß die Q u an ten th eorie b eru fen w ar, endlich auch die rä tse lh a fte n F u n d e der S p ek tro - skopiker zu deuten u n d in sich au fzu n eh m en . W ir wollen aus dem G e d a n k e n g a n g , d u rch d e n er d am als die D eutun g der B A L M E R S c h e n F o rm el gab , j e t z t n u r e in ig e A nn ah m en h e r a u s g r e i f e n , die besonders eng an Pl a n c k s und Ei n s t e i n s G ed an ken a n knüpfen, und die au ch fü r alle anderen A to m e od er M oleküle gelten.
E in A to m kan n n a ch der Q u an ten th eorie n ic h t beliebige E n ergiew erte in n erh a lb eines gew issen In terva lls annehm en, sondern w a r in einer R eih e d iskreter statio n ä rer Z u stä n d e a u f t r e t e n . D ie E n ergiew erte der versch ied en en A n reg u n g s
zu stän d e k o n vergieren gegen b estim m te G renzen, w elche einer Io n isieru n g des A to m s en tsprech en . D i e E m ission und A b so rp tio n vo n L ic h t is t n ach der E iN S T E iN - B o H R s c h e n F r e q u e n z b e d i n g u n g m it u n stetig en Ü b erg än g en zw ischen den statio n ä re n Z u stä n d e n v e rk n ü p ft. D ie S p ek tra lterm e der S p ek tro sk o p ik er sind p rop ortional den E n ergien d er versch ied en en Z u stä n d e des A to m s. A u c h d u rch an d ere E in w irk u n ge n , z . B . d urch Z u sam m en stö ß e, kön nen solche Ü b ergän ge v e ra n la ß t w erden.
B e i allen d era rtig en Prozessen g ilt d er E n ergie- Im p u lssa tz.
In diesen gan z elem en taren und p rim itiv e n F o r
m u lieru n gen is t schon so vie l e n th a lten , d a ß eine g a n z u n geh eu re F ü lle v o n E rfa h ru n g sta tsa c h e n d a d u rch zu m großen T e il ve rstä n d lich w ird . O b w o h l diese D in ge jed erm an n ge läu fig sind, m a g es d o ch e rla u b t sein, ein m al k u rz daran zu erinnern.
N a c h diesen A u ssag en w ird z. B . ein D a m p f oder G as b ei n ic h t zu hoh er T em p e ra tu r n ic h t an säm tlich en L in ie n seines S p ek tru m s A b so rp tio n zeigen, sondern n u r an d enjenigen , in w elch en der tie fste S p e k tra lte rm des b etreffen d en A to m s als K o m b in a tio n ste rm a u ftr itt. E b en so leich t, w ie das A b so rp tio n ssp e k tru m , kön nen w ir die m an n ig
fa ltig e n F lu o rescen zersch ein u n gen übersehen und V oraussagen, die an einem solchen D a m p f zu erzeu gen sind ; w ir m üssen w ied er n u r im A u g e beh alten , d a ß die S p ek tra lte rm e n ich ts anderes als E n ergien b ed eu ten . W e n n w ir die A to m e des G ases m it E le k tro n e n b esch ießen, so kön nen w ir aus dem T erm sch em a entnehm en, w elch e E n e rg ie ve rlu ste die E le k tro n e n b ei den Z u sam m enstößen erleiden k ö n n en ; und andererseits, w elch e L ic h t em issionen oder sonstigen sekun dären Prozesse an den getro ffen en A to m e n au sgelöst w erden können.
D iese B eisp iele kö n n te n n och w esen tlich verm eh rt w erden. E s sei z. B . erin n ert an die besonderen V erw ic k lu n g e n , w elch e o ft d u rch d as H e re in spielen m e ta s ta b ile r A to m z u stä n d e v e ra n la ß t w e r
den, und w elch e sich gleich fa lls ga n z e in fach ü b er
sehen u n d ve rste h en lassen. M an k a n n en d lich s ta tis tis c h die A n za h len vo n an g ereg ten oder ion isierten A to m e n berechn en , die b ei einer b e stim m ten T e m p e ra tu r vo rh a n d en sind, und die bei gen ügend h oh er T e m p e ra tu r m e rk b a r w erd en ; und m an kan n a u f diese W eise versteh en , w ie sich das s p ek tra le V e rh a lte n der G ase ä n d e rt m it z u n eh m en der T e m p e ra tu r; ein P ro b lem , das gan z besonders fü r die A s tr o p h y s ik v o n gru n d leg en d er W ic h tig k e it ist.
In allen diesen, h ier n u r d u rch flü ch tig e A n d eu tu n gen b ezeich n eten D in gen h a n d elt es sich um F ra g en , denen m it klassisch en B e g riffen in kein er W eise b eizu k o m m en w ar. D ie klassisch e Th eorie stan d , w ie schon frü h er b e to n t w u rd e, den sp ektrosk op isch en G esetzen , w ie e tw a der Ba l m e r- F orm el, und ü b e rh a u p t dem gan zen P ro b lem der S tru k tu r der S p ek tren ra tlo s gegenü ber. A b e r die R a tlo s ig k e it h a tte gew isserm aßen n och eine and ere G rö ß en o rd n u n g gegen ü b er d er A u fg a b e , einen Sin n und eine innere O rd n u n g zu erkennen in den A b h ä n g ig k e ite n d er sp ek tralen E m issio n en ein und desselben E lem en te s vo n den A n reg u n g sb ed in gu n gen. O b w o h l die F req u en zen der L in ien , die ein A to m e m ittieren kan n , ein fü r allem al b estim m t sind, so h a t d och d as S p ek tru m je n ach den U m stän d en im m er w ied er ein anderes A ussehen in fo lge versch ied en er In ten sitätsve rh ä ltn isse. D ie ein fac h sten u n d p rim itiv sten A u ssagen der Q u an ten th e o rie sind gen ü gend , um die gan ze M an n ig
fa ltig k e it dieser E ffe k te w en igsten s q u a lita tiv
77° Jo r d a n: Der Charakter der Quantenphysik. r Die N atur- [wissenschaften a b zu le iten aus der K e n n tn is der S p ek tra lte rm e
selb st. W en n w ir uns daran erinnern, d aß aus denselben A n sä tze n b eisp ielsw eise a u ch d as G esetz des lich te le k trisch en E ffe k te s oder die G renze des R ö n tg en b re m sp ek tru m s a b zu le iten is t , so dürfen w ir w oh l sagen, d aß sch w erlich ein au s der k la ssi
schen P h y s ik b ek a n n te s G esetz diese q u a n te n th eoretisch en F o rm u lieru n g en zu gleich an E in fa c h h e it u n d an v ie lse itig ste r L e istu n g sfä h ig k e it ü b ertreffen k a n n . D iese F o rm u lieru n g en bilden zu d em ein w u n d erb ares B e isp iel fü r p h y sik a lisch e B e g riffsb ild u n g e n , w elch e n ic h t d u rch die a ll
m äh lich e U m fo rm u n g frü h erer B e g riffe entstan d en , sondern u n m itte lb a r au s der N a tu r und aus der E rfa h ru n g h erau s e n tw ic k e lt sind.
F re ilic h lassen A n sä tz e und Ü b erlegu n gen der e rläu terte n A r t zu n ä ch st in jed em F a ll n u r eine A n z a h l versch ied ener M ö glich keiten v o n R e a k tio n s verlä u fen ersch ließen , w äh ren d es o ffen b le ib t, w elche dieser M ö g lich k eiten in ein em k o n k reten E in ze lfa ll v e rw irk lic h t w ird . D ie h e u tig e T h eorie g ib t ab er eine w eitere A u s k u n f t : sie s a g t b e stim m te s ta tistisch e W ahrscheinlichkeiten fü r d as E in tre te n d er versch ied en en m ö glich en R e a k tio n e n v o rau s.
E s schien zu n ä c h st n ah elieg en d , zu denken, d aß a u ch m it d er G ew in n u n g dieser A u ssag en die A u f gab e der T h eorie erst zu m T e il gelö st sei, und d aß m an w eiterh in versu ch en m ü ß te, stre n g d e te rm i
n istisch e G esetze a u sfin d ig zu m achen, die au ch im E in ze lfa ll das G esch ehen ein d e u tig v o rh e rb e stim m en, und dann im s ta tistisc h en M itte l die ric h tig en W a h rsc h ein lich k eitsg e se tze ergeben . A b e r n a c h d em es gelu n gen w ar, die W a h rsc h ein lic h k eits
g esetze der Q u a n te n p h y sik a llg em ein u n d e x a k t zu form u lieren, d a zeigte es sich, d aß es n ic h t m ehr m öglich ist, einen k a u sa len M ech anism u s h in ter dieser S ta tis tik zu ve rm u ten . D ie h e u tig e Q u a n ten m e ch a n ik e n th ä lt eine a u sd rü ck lich e A b sa g e an d a s K a u sa lp rin z ip in seiner klassisch en F orm .
E s w ird n ic h t ü b erflü ssig sein, m it einigen W o rte n a u f die F ra g e einzugehen, o b denn w ir k lich diese A b leh n u n g des k la ssisch en K a u s a l
p rin zip s als n o tw en d ig und als e n d g ü ltig gelten m uß. W ir h ab en uns d ieser F ra g e gegen ü b er v o r allem k la r zu m ach en, d a ß im G ru n d e n ic h t die T h eorie, sondern d as E x p e rim e n t zu r A u fg a b e des K a u sa lp rin zip s g e fü h rt h a t. D ie T h eo rie h a t ja, w ie w ir fe s tg e s te llt h a tte n , g a r kein and eres Ziel, als d as einer B e sc h re ib u n g der im E x p e rim e n t a u f gefu n d en en T a tsa ch e n . U n d die e xp erim en telle E rfa h ru n g der Q u a n te n p h y sik h a t n ic h t n u r k e in e r
lei A n h a lts p u n k te fü r die G ü ltig k e it eines e x a k te n K a u sa lp rin zip s geliefert, sondern gerad ezu das V o rh an d en sein einer K a u s a litä t ä u ß e rst u n w a h r
sch ein lich g e m a ch t. A u s allen E x p e rim e n te n , die g e m a ch t w ord en sind, k o n n ten n iem als andere G ese tzm ä ß ig k eiten en tn om m en w erden , als A b h ä n g ig k eiten der W a h rsc h ein lich k eitsg rö ß en vo n den B ed in g u n gen des E x p e rim e n ts. U n d m an kan n sich im R a h m e n des h e u te B e k a n n te n ü b e rh a u p t k ein a to m p h y sik a lisch es E x p e rim e n t vo rste llen , in w elch em e tw as and eres als ein W ah rsc h ein lich
k e itsg ese tz z u ta g e tre te n kö n n te. Man m ü ß te d a s V o rh an d en sein b islan g ga n z unbekannter E ig e n sch a ften der A to m e , oder die k ü n ftig e E n td eck u n g n euer N a tu rk rä fte ann eh m en , w en n m an trotzd em die H o ffn u n g a u f eine k ü n ftig e W iederherstellung des K a u sa lp rin z ip s a u fre c h t e rh a lten w ollte.
W en n also die h e u tig e T h eo rie den K au salitäts- g ed an k en verlassen h a t, so h a t sie d a m it zunächst n u r — ih rer A u fg a b e en tsp rech en d — den h eutigen S ta n d unseres e x p erim en tellen W issen s besch rieben.
A b e r d a rü b e r h in au s v e rm a g sie n u n in zw eifa ch er H in sic h t die Ü b e rze u g u n g v o n der U n ric h tig k e it des K a u sa lp rin z ip s in der Q u a n te n p h y sik w esen t
lich zu u n te rstü tz e n . E rste n s n äm lich kan n n ic h t e tw a die V e r m u tu n g ge h e gt w erden , d aß die A u ssag en d er Q u a n te n m e c h a n ik z w a r ric h tig seien, d a ß a b er ein k a u s a le r M echanism us d a h in ter s te c k t. D en n m a n k a n n m a th em a tisch bew eisen , d aß diese V e r m u tu n g einen logischen W id e rsp ru ch e n th ä lt. W e n n m an glau b en w ill, d a ß es d och K a u s a litä t g ib t, so m u ß m an n o t
w en d ig folgern , d a ß die h e u tig e Q u an ten m e ch a n ik tro tz ih rer v ie lfä ltig e n em pirisch en B e stä tig u n g e n großen T eils u n ric h tig ist. Z w eiten s g ib t die Q u an ten m e ch a n ik eben d a d u rch eine sta rk e S tü tz e d er k a u sa litä tsle u g n e n d e n A u ffa s s u n g ab, d aß sie die lo gisch e E n tb e h r lic h k e it der K a u s a litä t im S y ste m d er th e o retisch e n P h y s ik erw eist.
M an kan n w irk lic h ein fo lg erich tig e s und lü c k en los in sich geschlossenes p h y sik a lisch es B e g riffs sy ste m e n tw ic k eln , in w elch em die K a u s a litä t kein en P la t z fin d e t; ein solches S y s te m b e sitzen w ir in der h e u tig e n Q u an ten m e ch a n ik .
E s is t also die S te llu n g der Q u an ten m ech a n ik zu m K a u s a litä ts p rin z ip ä h n lich , w ie die der R e la tiv itä ts th e o rie zu r Ä th e rh y p o th e s e . D ie e x p eri
m entelle E rfa h r u n g h a t g e ze ig t, d a ß ein a b so lu ter B e w e g u n g szu stan d n ic h t d e fin ie rt w erd en kan n, also ein Ä th e r n ic h t zu e xistieren sch eint. D ie R e la tiv itä tsth e o rie h a t d an n erw iesen, d aß m an w irk lich eine lo gisch ein h eitlich e und a b gesch lo s
sene T h eo rie d er o p tisch en u n d m ech an isch en E r scheinu ngen geb en kan n , ohne einen ru h end en Ä th e r anzu n eh m en . N a tü rlic h k a n n m an g la u ben, d a ß k ü n ftig e E x p e rim e n te die Q u an ten m ech a n ik w id erleg en u n d die K a u s a litä t w ied er
h erstellen w erd en . E b e n s o g u t k a n n m an die M einu n g h ab en , d a ß k ü n ftig e E x p e rim e n te d ie R e la tiv itä ts th e o rie w id erlegen und den Ä th e r w ied erh erstellen w erden. A b e r der P h y s ik e r w ill n ic h t M einungen h ab en , sond ern F eststellu n g e n m ach en.
D ie h eu tige T h eorie der q u a n te n p h y sik a lisch en E rsch ein u n gen, die in e in h e itlic h er W eise die M ö g
lich k eiten und W a h rsc h e in lic h k e ite n der E lem en tarprozesse q u a n t it a tiv vo rau szu seh en leh rt, h a t sich d arau s ergeb en , d a ß m an versu ch te, tr o tz d er g ru n d sätzlich en V ersch ie d en h e it vo n k lassisch en V o rstellu n g en u n d q u a n te n h a fte r W ir k lic h k e it gew isse fo rm a le A n a lo g ien zw isch en klassisch er und Q u an ten th eo rie au fzu fin d en , w elch e A n h a lts p u n k te fü r die G ew in n u n g einer e x a k te n B e sc h re ib u n g der
