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By Ernst Peter Fischer

Der gute Mensch von Kopenhagen - Niels Bohr und die Entfesselung des Atoms

Der Physiker und Nobelpreisträger Niels Bohr (1885–1962) veränderte durch seine Forschung unseren Blick auf die Welt. Mit seinem Atommodell konnte erstmals die Stabilität von Materie erklärt werden, doch zugleich machten die darauf aufbauende Atomphysik und Nukleartechnik unsere Welt so unsicher wie nie zuvor. Ernst Peter Fischer beleuchtet Leben und Werk dieses faszinierenden Mannes, dessen Erkenntnisse uns bis heute beschäftigen.

Niels Bohr struggle ein »Sokrates seiner Zeit«: 1912/13 entwickelte der überragende Physiker das erste funktionsfähige Modell eines Atoms, indem er Elemente der klassischen Physik mit der damals noch neuen Theorie des Quantensprungs verband. Dadurch ebnete er den Weg ins Atomzeitalter – mit all seinen Folgen in der Energieerzeugung und Waffentechnik.

Bohr verband mit seinem neuen Verständnis vom Atom zugleich einen anderen Umgang mit der Wirklichkeit. So veränderten seine Ideen, die gleichermaßen in den Bereich der Natur- und der Geisteswissenschaften wirkten, unser Denken über die Welt und die Wissenschaft nachhaltig. Am weltweit ersten Institut für Theoretische Physik schuf Bohr mit Forschern aus vielen Ländern den »Geist von Kopenhagen«, der die dänische Hauptstadt zum Athen des 20. Jahrhunderts machte.

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J. Thomson vorgelegt hatte und das nun verfeinert werden musste. Da Atome impartial waren, aber zugleich über die von Thomson entdeckten Elektronen verfügten, hatte jener sich vorgestellt, dass sie wie Rosinen in einem Teig schwammen, der sich als positiv geladener Brei um sie legte. Dieses Modell des Rosinenkuchens oder eines Plumpuddings, wie es ihn in England zu Weihnachten gibt, wollten Rutherford und Geiger testen, als ihnen etwas Unerhörtes auffiel: Wie die Messungen ohne jeden Zweifel zeigten, waren die meisten Alphastrahlen zwar durch die Folien gegangen und gestreut worden; einige von ihnen waren aber zurückgeprallt und zur Strahlenquelle gelenkt worden – als ob guy mit einem Gewehr Kugeln auf Zeitungspapier schießt und einige der Geschosse zurückkehren und den Schützen treffen. Es struggle zwar aus regulate Gewohnheit immer noch von Alphastrahlen die Rede, aber Rutherford und seine Kollegen wussten bei ihren Experimenten längst, dass diese Strahlen aus kleinen Teilchen – den Alphateilchen – bestehen und daher weniger wie ein Lichtstrahl als vielmehr wie Kugelhagel agieren. Dies erklärt auch Rutherfords Wortwahl – »Bullets! « (»Kugeln ! «) – bei seinem Ausruf über das überraschende Ergebnis der Messung. Mit diesem Bild der Strahlung als Teilchenstrom zeigte der Streuversuch, dass es in den Goldatomen etwas geben musste, das mit einem Alphateilchen direkt zusammenprallen und es zurückstoßen konnte. Dieses Etwas konnten nicht die Elektronen sein, sie waren dafür viel zu klein, zu leicht, zu unstet und viel zu beweglich. Und dieses Etwas konnte auch nicht so gleichmäßig verteilt sein wie der Teig in J. J. Thomsons Rosinenkuchenmodell. Es musste vielmehr eng konzentriert vorliegen, und damit conflict guter Rat teuer. Ein ganz neues Atommodell schien nötig zu sein. Je länger Rutherford über die Messergebnisse nachgrübelte, desto deutlicher trat eine eigentlich offenkundige replacement zutage, die sogar schon einmal in Physikerkreisen erörtert, letztlich aber doch wieder verworfen worden struggle. Sie bestand in der Annahme, das Atom habe einen Kern und sehe somit aus wie ein Planetensystem in Miniaturausgabe – die Elektronen würden in diesem Atom so um die zentrale Einheit des Kerns kreisen, wie es die Planeten um die Sonne tun. Natürlich wirkte das anschauliche »Saturn-Modell« des Atoms, wie Rutherford es manchmal nannte, auf den ersten Blick – vor allem für Laien – verlockend. Aber der zweite Blick zeigte seine komplette und offenkundig nicht zu behebende Unzulänglichkeit. Sie erklärt sich durch die Grundgesetze der Physik, die seit der Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt sind und verlangen, dass eine Ladung, die beschleunigt wird, Energie abstrahlt. Ein sich kreisförmig bewegendes Elektron produziert elektromagnetische Strahlung, wie der aus Hamburg stammende Physiker Heinrich Hertz Ende des 19. Jahrhundert zeigen konnte. Um ein Elektron auf einer Umlaufbahn zu halten, muss es beschleunigt werden – sonst fliegt es einfach geradeaus weiter. Dies bedeutet, dass es in einem Atom nach Rutherfords Vorstellung Energie verliert und seine Bahn nicht beibehalten kann.

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