Zusammenfassung
Kapitel 4 diskutiert mentale Modelle früher Akteure; in 4.1 zunächst Sir Isaac Newtons Vorstellungen zu „globuli of light“ sowie ergänzende Überlegungen einiger seiner wichtigsten Anhänger, in den beiden folgenden Abschnitten dann Einsteins mentales Modell von Lichtquanten um 1909 als eine Singularität des Strahlungsfeldes, sowie Einsteins eigene Zweifel an Lichtquanten 1910–1915. In den Abschn. 4.4-6 folgen Überlegungen von drei einflußreichen Experimentatoren: Johannes Starks mentales Modell von Lichtquanten, J.J. Thomsons mentales Modell harter Röntgen-Strahlung sowie 4.6. Braggs mentales Paar-Teilchen-Modell von γ-Strahlung. Abschn. 4.7 behandelt Plancks, Debyes und Sommerfelds mentales Modell, das die Quantisierung von Energie und Impuls (erfolglos) auf die materiellen Resonatoren im schwarzen Körper zu reduzieren versuchte. Abschn. 4.8 behandelt Gilbert Lewis‚ mentales Modell von Photonen, mit dem der amerikanische Physiko-Chemiker 1926 aus Überlegungen über die zeitliche Symmetrie von Emission und Absorption den Begriff ‚Photon‘ einführte, aber noch völlig falsche Vorstellungen über die angebliche Erhaltung der Photonen-Zahl hatte.
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Notes
- 1.
- 2.
MS Add. 3996, Cambridge University Library, Cambridge, UK, fol. 104v, online unter http://www.enlighteningscience.sussex.ac.uk/view/texts/normalized/THEM00092 ; vgl. ibid., fol. 98r und Herivel (1965) S. 122 für eine exakte hydrodynamische Analogie zur obigen Skizze in Form des Umströmens einer Kugel durch Wasser mit Bugwelle vorne (rechts) und Wirbel hinten (links).
- 3.
Alle vorstehenden Zitate aus Newtons Questiones, auf 1664/65 datiert in der textkritischen Edition dieses Notizbuchs durch J.E. McGuire und Martin Tamny, Cambridge 1983, S. 384–385.
- 4.
- 5.
Siehe Hentschel (2001) zur Entdeckung des Brechungsgesetzes durch Snel.
- 6.
Siehe dazu Cantor (1983), Eisenstaedt (2007) sowie Standardgeschichten der Optik wie etwa Park (1997) oder Darrigol (2012) sowie hier Abschn. 3.1.
- 7.
Siehe CPAE, die anfangs annähernd alle erhaltenen Briefe Einsteins wiedergeben, in den späteren Bänden jedoch leider aus ökonomischen Gründen zunehmend selektiv auswählen.
- 8.
Einstein (1909), Zitat S. 499 (annotiert wiederabgedruckt in CPAE, Bd. 2, S. 563–583, Zitat S. 581). In ähnlichem Sinn ibid., S. 826 bzw. CPAE 2, S. 586. Analog spricht Einstein in einem Brief an Sommerfeld vom 29. Sept. 1909 (CPAE, Bd. 5 (1993), S. 210) von einer „Anordnung der Energie des Lichts um diskrete, mit Lichtgeschwindigkeit bewegte Punkte“ (nicht: Teilchen).
- 9.
Heinrich Kayser in seinen Erinnerungen aus meinem Leben, hrsg. v. Matthias Dörries & K. Hentschel (1996) S. 228 f., im Originaltyposkript von 1936 auf S. 250 f.
- 10.
Einstein (1909) S. 499–500 bzw. CPAE, Bd. 2, S. 581–582. Kojevnikov (2002) S. 188 ff. interpretiert diese Passagen als gedankliche Verlängerung der nicht-mechanischen, nicht-korpuskularen Lorentz’schen Elektronenkonzeption, während ich hier eher eine Vorwegnahme quantisierter Feldtheorien sehe. ‚Undulatorisch‘ heißt allgemein wellenförmig und meint hier: „von den Maxwell-Gleichungen beschrieben“.
- 11.
Max Planck im Anschluss an Einstein (1909) S. 825 bzw. CPAE 2, S. 585.
- 12.
Ibid., S. 825/826 bzw. CPAE 2, S. 585/586.
- 13.
Ibid., S. 826 bzw. CPAE 2, S. 586; zu Starks Reaktion darauf siehe hier Abschn. 4.4.
- 14.
A. Einstein an H.A. Lorentz, 27. Jan. 1911, CPAE, Bd. 5 (1993) S. 276.
- 15.
Siehe z. B. Lorentz an Einstein, 6. Mai 1909, CPAE Bd. 5, S. 170 ff., Kox (Hrsg.) 2008 sowie Lorentz (1910a) S. 354–355 und Lorentz (1910b) S. 1249. Dass die sogenannten Kohärenzlängen, bis zu denen Wellenzüge zur Interferenz gebracht werden können, bei modernen Lichtquellen durchaus einige Meter, bei Lasern sogar Kilometer betragen können, zeigt, wie groß diese Abweichungen von der Punktförmigkeit aus heutiger Sicht sind.
- 16.
Lorentz an Einstein, 6. Mai 1909, ibid., CPAE 5, S. 174. Mit ersterem sollte er Recht behalten, mit letzterem nicht.
- 17.
Ibid., S. 176 (Hervorh. orig.). Im niederländischen Entwurf dieses Briefes (Archiv der Einstein Papers, EA 16-417) heisst es: „Deze bezwaren jammer want theorie lichtquanta wel mooi“. Zu Vaihingers Fiktionalismus und seiner Anwendung in der Physik siehe Hentschel (1990) Abschn. 4.4, Hentschel (2014) und dort genannte Primärquellen.
- 18.
Siehe z. B. Lorentz (1910) S. 354: „Das Gesagte dürfte genügen, um zu zeigen, daß von Lichtquanten, die bei der Fortbewegung in kleinen Räumen konzentriert und stets ungeteilt bleiben, keine Rede sein kann.“
- 19.
Schon bevor beide einander getroffen hatten, schrieb Einstein in großer Wertschätzung über Lorentz an Dritte, so etwa an Jakob Laub am 17. Mai 1909 (CPAE Bd. 5, S. 187) über „H.A. Lorentz und Planck. Ersterer ist ein erstaunlich tiefsinniger und zugleich liebenswerter Mann.“
- 20.
A. Einstein an J. Laub, 4. Nov. 1910, zit. in CPAE 5 (1993), Dok. 231, S. 260 f. (Hervorhebung orig.); vgl. Einstein an Laub, 27. Aug. 1910, ibid., Dok. 224, S. 254: „Mit der Frage der Konstitution des Lichtes bin ich nicht weiter gekommen. Es steckt etwas ganz prinzipielles dahinter.“
- 21.
Einstein an Besso, 13. Mai 1911, in Speziali (Hrsg.) 1972, S. 19-20 bzw. CPAE 5 (1993), S. 295.
- 22.
Einstein (1911/12b) S. 347, hier zit. nach der erst 1914 publ. dt. Übers. durch Arnold Eucken.
- 23.
Sommerfeld (1911) S. 31.
- 24.
- 25.
Mehr zu Einstein (1916a-b) hier im Abschn. 3.9.
- 26.
Einstein (1916a) S. 322.
- 27.
Albert Einstein an Michele Besso, 9. März 1917, in Speziali (Hrsg.) 1972, S. 103.
- 28.
Albert Einstein in einem Brief an Michele Besso, 12. Dez. 1951, in: Speziali (Hrsg.) 1972, S. 453.
- 29.
- 30.
Zu diesen frühen Kontakten von Stark und Einstein siehe Hermann (1969/71) sowie CPAE Bde. 1–2.
- 31.
Johannes Stark in der Diskussion im Anschluss an Einstein (1909) S. 826 bzw. CPAE 2, S. 586.
- 32.
Ibid. Daraufhin entwickelte Einstein dann seine oben in Abschn. 4.2 schon dargestellten Hypothesen zu von Vektorfeldern umgebenen Singularitäten.
- 33.
Stark (1909a) S. 583. Der Einheitlichkeit halber habe ich in diesem Zitat Starks Konvention, die Frequenz mit n zu bezeichnen, durchgängig in ν geändert.
- 34.
- 35.
- 36.
- 37.
- 38.
Über letzteres siehe Stark (1908c).
- 39.
- 40.
- 41.
Stark (1950) S. 22 im Abschnitt II.5 „Die Existenz von Lichtkörperchen“ bzw. im Motto S. 5. Hingegen wählte Stark ibid. auf S. 50 eine vorsichtigere Formulierung: : „lediglich ein Vorschlag, der zu weiteren Beobachtungen anregen mag“, aber diese Passage entstammt dem Entwurf eines in sein letztes Buch eingearbeiteten Aufsatzes, mit dem Stark (vergeblich) „dogmatische Gegner“ zu überzeugen versucht hatte; sie hat also eher strategischen Charakter, aber zeigt doch, wie Stark – was den ontologischen Status der „Lichtwirbel“ (s.u.) betraf – bis zuletzt lavierte.
- 42.
- 43.
Siehe Stark (1908b) S. 889: „Es entspricht der fundamentalen Bedeutung eines so allgemeinen Prinzips, wie es die Lichtquantenhypothese ist, dass sie sowohl neue Erscheinungen voraussagen läßt als auch die Bedeutung bis jetzt nur wenig beachteter Vorgänge erkennen läßt. […] im zweiten Teil der vorliegenden Mitteilung wird zum ersten Male eine Anwendung dieser [Lichtquanten]hypothese auf die Photochemie versucht, welche drei fundamentale photochemische Gesetze liefert.“
- 44.
Stark (1912a) S. 468; analog auch Stark (1909a) S. 583: „Auf Grund der Anwendung der Lichtquantenhypothese auf die Erfahrungen über die Röntgenstrahlen komme ich auf anderem Wege als Einstein, der vielleicht kürzer und einfacher ist [dieser Seitenhieb musste offenbar sein, KH], zu derselben Folgerung wie Einstein.“
- 45.
- 46.
Stark (1912b) S. 496.
- 47.
Siehe dazu Hermann (1968).
- 48.
H. Nagaoka an E. Rutherford, 22. Febr. 1911, zit. nach Stuewer (2014) S. 147.
- 49.
Siehe Stark (1922) sowie die vernichtende Kritik daran in der Rezension durch Max von Laue (1923) S. 30: „Alles in allem wünschten wir, dieses Buch wäre ungeschrieben geblieben, und zwar im Interesse der Wissenschaft im allgemeinen, der deutschen Wissenschaft im besonderen, und nicht zuletzt im Interesse des Verfassers.“
- 50.
- 51.
Stark (1927) S. 33. Man kann diese Licht- und Quantenwirbel als Starks anschauliche Reinterpretation des Spins von Photonen und Elektronen deuten, der bei Emissions- und Absorptionsvorgängen erhalten bleibt. Bezeichnenderweise haben sich Starks Mitarbeiter Robert Döpel und Rudolf von Hirsch von diesem Manuskript distanziert und es abgelehnt, als Mitverfasser genannt zu werden: siehe v. Hirsch & Döpel (1928) sowie Kleinert (2002) S. 217.
- 52.
Stark (1950) S. 61 ff.
- 53.
Stark (1950) S. 22; analog auch ibid., S. 31 und S. 62 f.
- 54.
Ibid., S. 40. In diesen Passagen erinnert Starks anschauliches Denken an Michael Faraday.
- 55.
Ibid., S. 41–50, dort ein unpubl. achtseitiges Manuskript über „Experimentelle Untersuchungen über die Natur des Lichtes“ reproduzierend, das Stark nirgendwo zur Veröffentlichung untergebracht hatte. Auch sein Behelfslabor im Eppenstatter Bauernhof seines Sohnes war zu diesem Zeitpunkt als Flüchtlingsunterkunft beschlagnahmt worden, nachdem Stark aus seinem eigenen Haus in Traunstein bereits 1947 vom Militärgouverneur Thom ausgewiesen worden war (ibid., S. 61).
- 56.
Zur Gruppierung der ‚Deutschen Physik’ und ihrem schwachen Einfluss siehe z. B. Hentschel (1996) S. lxx-lxxvii, (2005) S. 90–95, Eckert in Hoffmann & Walker (Hrsg.) 2006 sowie Schneider (2015) u. dort jeweils genannte weiterführende Quellen, auch zur Abstempelung von Lenard und Stark als Sündenböcken einer sich ansonsten reinwaschenden Physik-Community.
- 57.
- 58.
- 59.
- 60.
- 61.
- 62.
Curie (1904) S. 41.
- 63.
Zu W.H. Braggs australischem Hintergrund, seiner Ausbildung in England, Rückkehr nach Australien und Remigration nach England 1909 sowie zu seinem Werk siehe Wheaton (1983) S. 81 ff., Jenkin (2004), (2007). Über seinen Opponenten Barkla, der 1905 die Polarisierbarkeit der Röntgenstrahlung experimentell nachgewiesen hatte, siehe hier Abschn. 3.3.
- 64.
So erstmals in Bragg (1907) S. 440 f. Diese von Bragg gelegentlich auch als ‚neutrons‘ bezeichneten Teilchenpaare sind nicht identisch mit den heute als ‚Neutronen‘ bezeichneten ungeladenen Kernbausteinen, den Hadronen!
- 65.
Bragg (1912/13b) S. IV; vgl. ibid., S. V: „Unter diesem Gesichtspunkte besteht kein Unterschied zwischen den Röntgen[- und γ]-strahlen und dem Licht, außer in der Wellenlänge.“
- 66.
Bragg (1912/13b) S. 131; dort auch über den ausbleibenden Nachweis der Beugung.
- 67.
- 68.
- 69.
Barkla (1907) S. 662.
- 70.
Siehe z. B. Bragg (1908a) S. 270: „the kathode [sic] radiations from a given stratum of matter traversed by γ rays possess momentum in the original direction of motion of the rays, and this shows that the rays are material.“
- 71.
- 72.
Siehe Pohl (1912) S. VI, 18.
- 73.
Siehe zum ersteren beispielsweise Kleeman (1907) S. 638, 662; die zweite Option mündete später in der γ-Spektroskopie.
- 74.
E. Regener, ca. 1912, S. 103: ‚Die Strahlen der radioaktiven Substanzen‘, Separatabdruck eines Kapitels aus einem nicht ermittelbaren Buch im Regener-Nachlass, Universitätsarchiv Stuttgart; analog auch Regener, 1915, S. 8: „Dem Wesen nach den Röntgenstrahlen ähnlich sind die sog. γ-Strahlen.“
- 75.
- 76.
Bragg (1912/13b) S. 236.
- 77.
- 78.
Bragg (1912/13b), S. 237 f.
- 79.
- 80.
Einen guten Literaturüberblick bietet der selbst derartige Alternativmodelle entwickelnde Biologe an der Cornell University, Bruce Wayne (2016) S. 23 ff.
- 81.
Planck an Robert Williams Wood, 7. Oktober 1931, zit. in Hermann (1969/71b) S. 23; vgl. hier S. 19 für den Kontext der Planckschen Arbeiten um 1900.
- 82.
Siehe Ehrenfest (1911) S. 92.
- 83.
M. Planck an R.W. Wood, 1931; vgl. hier S. 19 für eine quellenkritische Bewertung dieses Zitats.
- 84.
- 85.
Debye & Sommerfeld (1913) S. 875.
- 86.
Debye & Sommerfeld (1913) S. 874 – im Original z. T. kursiv hervorgehoben.
- 87.
- 88.
- 89.
Sommerfeld (1909) S. 976.
- 90.
Millikan (1913) S. 123–124 (Hervorhebungen orig.).
- 91.
Debye & Sommerfeld (1913) S. 927–928.
- 92.
Siehe hier Abschn. 3.4–3.6 sowie z. B. Ramsauer (1914).
- 93.
- 94.
Über diesen Punkt siehe den Briefwechsel von H.A. Lorentz an E. Schrödinger, 27. Mai 1926 sowie Schrödinger an Planck, 31. Mai 1926 bzw. an Lorentz, 6. Juni 1926, beide abgedruckt in Przibram (Hrsg.) 1963, insbesondere S. 9 u. 43–45 bzw. 54.
- 95.
- 96.
- 97.
- 98.
- 99.
- 100.
So der programmatische Titel von Schrödinger (1926a).
- 101.
Einstein (1927) S. 546 spricht z. B. von „Hunderttausende[n] oder Millionen von Schwingungen“, die notwendig seien, um die Welle zu erzeugen. Mit Heisenberg (1927) wurde klar, dass die mit seiner Unschärferelation zusammenhängende Relation ΔE · Δt ≤ ћ zwischen zeitlicher Dauer Δt und der Breite des Energiespektrums ΔE sehr große Zeiten t verlangt, um die Energieunschärfe ΔE und damit auch die Frequenzunschärfe Δν hinreichend klein zu machen.
- 102.
Lewis (1926c) S. 874; zu den Streuexperimenten von Compton sowie Bothe & Geiger siehe hier S. 169 ff. und 175 f.
- 103.
Lewis (1926c) S. 875.
- 104.
Siehe dazu Abschn. 2.3 und dort gegebenen historischen und statistischen Nachweise.
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Hentschel, K. (2017). Verschiedene mentale Modelle früher Akteure. In: Lichtquanten. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-55273-5_4
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