Wie Albert Einstein für den europäischen Frieden und die theoretische Physik kämpfte

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 03:51

Über die enge Verflechtung der Wissenschaft mit der Politik.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden in der Physik kolossale Entdeckungen gemacht, von denen einige Albert Einstein gehörten, dem Schöpfer der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Die Wissenschaftler standen am Rande einer völlig neuen Sicht auf das Universum, die ihnen intellektuellen Mut, die Bereitschaft zum Eintauchen in die Theorie und Fähigkeiten im Umgang mit einem komplexen mathematischen Apparat abverlangte. Die Herausforderung wurde nicht von allen angenommen, und wie es manchmal vorkommt, überlagerten wissenschaftliche Auseinandersetzungen politische Differenzen, die zuerst durch den Ersten Weltkrieg und dann durch Hitlers Machtergreifung in Deutschland verursacht wurden. Einstein war auch eine Schlüsselfigur, um die herum Speere brachen.

Einstein gegen alle

Der Ausbruch des Ersten Weltkriegs wurde von einem patriotischen Aufschwung in der Bevölkerung der Teilnehmerstaaten, einschließlich der Wissenschaftler, begleitet.

In Deutschland veröffentlichten 1914 93 Wissenschaftler und Kulturschaffende, darunter Max Planck, Fritz Haber und Wilhelm Roentgen, ein Manifest, in dem sie ihre volle Unterstützung für den Staat und den von ihm geführten Krieg ausdrückten: „Wir, Vertreter der deutschen Wissenschaft und Kunst, protestieren vor die gesamte Kulturwelt gegen die Lügen und Verleumdungen, mit denen unsere Feinde im harten Kampf ums Dasein, der ihr auferlegt wird, die gerechte Sache Deutschlands zu beschmutzen versuchen. Ohne den deutschen Militarismus wäre die deutsche Kultur schon bei ihrer Entstehung längst zerstört worden. Der deutsche Militarismus ist ein Produkt deutscher Kultur, und er wurde in einem Land geboren, das wie kein anderes Land der Welt seit Jahrhunderten räuberischen Überfällen ausgesetzt war.

Dennoch gab es einen deutschen Wissenschaftler, der sich scharf gegen solche Ideen aussprach. Albert Einstein veröffentlichte 1915 ein Manifest „An die Europäer“: „Nie zuvor hat der Krieg die Interaktion der Kulturen so gestört. Es ist die Pflicht der Europäer, gebildet und guten Willens, Europa nicht untergehen zu lassen. Dieser Aufruf wurde jedoch außer Einstein selbst nur von drei Personen unterschrieben.

Einstein wurde erst vor kurzem deutscher Wissenschaftler, obwohl er in Deutschland geboren wurde. Schul- und Universitätsabschluss machte er in der Schweiz, danach verweigerten ihn fast zehn Jahre lang verschiedene Universitäten in Europa. Dies lag zum Teil an der Art und Weise, wie Einstein an die Bitte heranging, seine Kandidatur zu prüfen.

So wies er in einem Brief an Paul Drude, den Schöpfer der elektronischen Theorie der Metalle, zunächst auf zwei Fehler in seiner Theorie hin und bat erst dann um eine Anstellung.

In der Folge musste Einstein eine Anstellung beim Schweizerischen Patentamt in Bern bekommen und konnte erst Ende 1909 eine Stelle an der Universität Zürich bekommen. Und schon 1913 kam Max Planck selbst zusammen mit dem späteren Chemie-Nobelpreisträger Walter Nernst persönlich nach Zürich, um Einstein zu überreden, die deutsche Staatsbürgerschaft anzunehmen, nach Berlin zu ziehen und Mitglied der Preußischen Akademie der Wissenschaften und Direktor des Instituts zu werden der Physik.

Einstein fand seine Arbeit beim Patentamt aus wissenschaftlicher Sicht erstaunlich produktiv. „Wenn jemand vorbeikam, legte ich meine Notizen in eine Schublade und tat so, als würde ich Patentarbeiten machen“, erinnert er sich. Das Jahr 1905 ging als annus mirabilis, „das Jahr der Wunder“, in die Wissenschaftsgeschichte ein.

In diesem Jahr veröffentlichte die Zeitschrift Annalen der Physik vier Artikel von Einstein, in denen er die Brownsche Bewegung theoretisch beschreiben konnte, mit Hilfe der Planckschen Idee der Lichtquanten den Photoeffekt bzw es wird mit Licht bestrahlt (in einem solchen Experiment entdeckte JJ Thomson das Elektron) und tragen entscheidend zur Entstehung der speziellen Relativitätstheorie bei.

Ein erstaunlicher Zufall: Die Relativitätstheorie entstand fast zeitgleich mit der Quantentheorie und veränderte ebenso unerwartet und unwiderruflich die Grundlagen der Physik.

Im 19. Jahrhundert war die Wellennatur des Lichts fest etabliert, und Wissenschaftler interessierten sich dafür, wie die Substanz angeordnet ist, in der sich diese Wellen ausbreiten.

Trotz der Tatsache, dass noch niemand den Äther (so heißt dieser Stoff) direkt beobachtet hat, kamen keine Zweifel auf, dass er existiert und das gesamte Universum durchdringt: Es war klar, dass sich die Welle in einem elastischen Medium ausbreiten sollte, in Analogie zu Kreisen eines auf das Wasser geworfenen Steins: Die Wasseroberfläche beginnt am Fallpunkt des Steins zu schwingen, und da sie elastisch ist, werden die Schwingungen auf benachbarte Punkte übertragen, von diesen auf benachbarte usw An. Nach der Entdeckung von Atomen und Elektronen überraschte auch die Existenz physikalischer Objekte, die mit den vorhandenen Instrumenten nicht sichtbar sind, niemanden.

Eine der einfachen Fragen, auf die die klassische Physik keine Antwort finden konnte, lautete: Wird der Äther von darin bewegten Körpern fortgetragen? Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts zeigten einige Experimente überzeugend, dass der Äther von sich bewegenden Körpern vollständig weggetragen wurde, während andere, nicht weniger überzeugend, dass er nur teilweise weggetragen wurde.

Kreise auf dem Wasser sind ein Beispiel für eine Welle in einem elastischen Medium. Wenn der sich bewegende Körper den Äther nicht mitnimmt, dann ist die Lichtgeschwindigkeit relativ zum Körper die Summe der Lichtgeschwindigkeit relativ zum Äther und der Geschwindigkeit des Körpers selbst. Wenn es den Äther vollständig mitnimmt (wie es bei der Bewegung in einer viskosen Flüssigkeit geschieht), dann ist die Lichtgeschwindigkeit relativ zum Körper gleich der Lichtgeschwindigkeit relativ zum Äther und hängt in keiner Weise von der Geschwindigkeit des Körper selbst.

Der französische Physiker Louis Fizeau zeigte 1851, dass der Äther teilweise vom bewegten Wasserstrom mitgerissen wird. In einer Reihe von Experimenten von 1880-1887 bestätigten die Amerikaner Albert Michelson und Edward Morley einerseits Fizeaus Schlussfolgerung mit höherer Genauigkeit und fanden andererseits heraus, dass die Erde, die sich um die Sonne dreht, vollständig mitreißt der Äther mit, das heißt die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde ist unabhängig davon, wie sie sich bewegt.

Um zu bestimmen, wie sich die Erde im Verhältnis zum Äther bewegt, konstruierten Michelson und Morley ein spezielles Instrument, ein Interferometer (siehe Abbildung unten). Das Licht der Quelle fällt auf die halbtransparente Platte, von wo es teilweise im Spiegel 1 reflektiert wird und teilweise zum Spiegel 2 gelangt (die Spiegel haben den gleichen Abstand von der Platte). Die von den Spiegeln reflektierten Strahlen fallen dann wieder auf die semitransparente Platte und gelangen von dieser gemeinsam zum Detektor, auf dem ein Interferenzmuster entsteht.

Bewegt sich die Erde relativ zum Äther beispielsweise in Richtung Spiegel 2, dann fallen die Lichtgeschwindigkeiten in horizontaler und vertikaler Richtung nicht zusammen, was zu einer Phasenverschiebung der von verschiedenen Spiegeln auf der Detektor (z. B. wie in der Abbildung unten rechts dargestellt). In Wirklichkeit wurde keine Verschiebung beobachtet (siehe unten links).

Einstein vs. Newton

Lorentz und der französische Mathematiker Henri Poincaré mussten bei ihren Versuchen, die Bewegung des Äthers und die Lichtausbreitung in ihm zu verstehen, davon ausgehen, dass sich die Dimensionen bewegter Körper im Vergleich zu den Dimensionen stationärer Körper verändern und darüber hinaus die Zeit für bewegte Körper fließen langsamer. Es ist schwer vorstellbar – und Lorentz behandelte diese Annahmen eher wie einen mathematischen Trick als einen physikalischen Effekt –, aber sie ermöglichten die Versöhnung von Mechanik, elektromagnetischer Lichttheorie und experimentellen Daten.

Einstein konnte 1905 in zwei Artikeln auf der Grundlage dieser intuitiven Überlegungen eine kohärente Theorie aufstellen, in der all diese erstaunlichen Effekte eine Folge von zwei Postulaten sind:

• die Lichtgeschwindigkeit ist konstant und hängt nicht davon ab, wie sich Quelle und Empfänger bewegen (und beträgt etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde);
• Für jedes physikalische System wirken physikalische Gesetze gleich, unabhängig davon, ob es sich ohne Beschleunigung (mit beliebiger Geschwindigkeit) bewegt oder ruht.

Und er leitete die berühmteste physikalische Formel ab - E = mc²! Darüber hinaus hat die Bewegung des Äthers aufgrund des ersten Postulats aufgehört, von Bedeutung zu sein, und Einstein hat sie einfach aufgegeben - Licht kann sich in der Leere ausbreiten.

Vor allem der Zeitdilatationseffekt führt zum berühmten „Zwillingsparadoxon“. Wenn einer der beiden Zwillinge, Ivan, mit einem Raumschiff zu den Sternen fliegt und der zweite, Peter, auf der Erde auf ihn wartet, wird sich nach seiner Rückkehr herausstellen, dass Ivan seit jeher weniger gealtert ist als Peter sein sich schnell bewegendes Raumschiff flog langsamer als auf der Erde.

Dieser Effekt, wie auch andere Unterschiede zwischen der Relativitätstheorie und der gewöhnlichen Mechanik, manifestiert sich nur bei einer enormen Bewegungsgeschwindigkeit, vergleichbar mit der Lichtgeschwindigkeit, und begegnet ihm daher im Alltag nie. Für die üblichen Geschwindigkeiten, mit denen wir uns auf der Erde treffen, unterscheidet sich der Bruch v / c (Erinnerung, c = 300.000 Kilometer pro Sekunde) kaum von Null, und wir kehren zur vertrauten und gemütlichen Welt der Schulmechanik zurück.

Dennoch müssen die Auswirkungen der Relativitätstheorie berücksichtigt werden, zum Beispiel bei der Synchronisation von Uhren auf GPS-Satelliten mit terrestrischen für einen genauen Betrieb des Ortungssystems. Darüber hinaus zeigt sich der Effekt der Zeitdilatation bei der Untersuchung von Elementarteilchen. Viele von ihnen sind instabil und verwandeln sich innerhalb kürzester Zeit in andere. Sie bewegen sich jedoch in der Regel schnell, und dadurch wird die Zeit vor ihrer Transformation aus der Sicht des Betrachters gestreckt, was es ermöglicht, sie zu registrieren und zu studieren.

Die spezielle Relativitätstheorie entstand aus der Notwendigkeit, die elektromagnetische Lichttheorie mit der Mechanik schnell (und mit konstanter Geschwindigkeit) bewegter Körper in Einklang zu bringen. Nach seinem Umzug nach Deutschland vollendete Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie (GTR), in der er elektromagnetischen und mechanischen Phänomenen die Gravitation hinzufügte. Es stellte sich heraus, dass das Gravitationsfeld als Deformation durch einen massiven Körper aus Raum und Zeit beschrieben werden kann.

Eine der Folgen der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Krümmung der Strahlenbahn, wenn Licht in der Nähe einer großen Masse passiert. Der erste Versuch, die Allgemeine Relativitätstheorie experimentell zu verifizieren, sollte im Sommer 1914 bei der Beobachtung einer Sonnenfinsternis auf der Krim erfolgen. Im Zusammenhang mit dem Ausbruch des Krieges wurde jedoch ein Team deutscher Astronomen interniert. Dies rettete in gewisser Weise den Ruf der Allgemeinen Relativitätstheorie, da die Theorie zu diesem Zeitpunkt Fehler enthielt und eine falsche Vorhersage des Ablenkwinkels des Strahls lieferte.

Im Jahr 1919 konnte der englische Physiker Arthur Eddington bei der Beobachtung einer Sonnenfinsternis auf der Insel Principe vor der Westküste Afrikas bestätigen, dass das Licht eines Sterns (es wurde sichtbar, weil die Sonne ihn nicht verfinsterte), die an der Sonne vorbeigeht, weicht genau im gleichen Winkel ab wie die vorhergesagten Einstein-Gleichungen.

Eddingtons Entdeckung machte Einstein zu einem Superstar.

Am 7. November 1919, inmitten der Pariser Friedenskonferenz, als alle Aufmerksamkeit auf die Existenz der Welt nach dem Ersten Weltkrieg zu richten schien, veröffentlichte die Londoner Zeitung The Times einen Leitartikel: „A Revolution in Science: A Neue Theorie des Universums, Newtons Ideen sind besiegt."

Reporter jagten Einstein überall hin und belästigten ihn mit Bitten, die Relativitätstheorie auf den Punkt zu bringen, und die Säle, in denen er öffentliche Vorträge hielt, waren überfüllt (gleichzeitig war Einstein nach den Rezensionen seiner Zeitgenossen kein sehr guter Dozent; das Publikum verstand die Essenz des Vortrags nicht, kam aber trotzdem, um die Berühmtheit zu sehen).

1921 unternahm Einstein zusammen mit dem englischen Biochemiker und zukünftigen Präsidenten Israels, Chaim Weizmann, eine Vortragsreise durch die Vereinigten Staaten, um Gelder zur Unterstützung jüdischer Siedlungen in Palästina zu sammeln. Laut The New York Times "jeder Platz an der Metropolitan Opera war besetzt, vom Orchestergraben bis zur letzten Reihe der Galerie standen Hunderte von Menschen in den Gängen."Der Korrespondent der Zeitung betonte: "Einstein sprach deutsch, aber begierig darauf, einen Mann zu sehen und zu hören, der das wissenschaftliche Konzept des Universums durch eine neue Theorie von Raum, Zeit und Bewegung ergänzte, nahm alle Plätze im Saal ein."

Trotz des Erfolges in der breiten Öffentlichkeit wurde die Relativitätstheorie in der wissenschaftlichen Gemeinschaft nur schwer akzeptiert.

Von 1910 bis 1921 nominierten fortschrittlich denkende Kollegen Einstein zehnmal für den Nobelpreis für Physik, doch das konservative Nobelkomitee lehnte jedes Mal ab, da die Relativitätstheorie noch keine ausreichende experimentelle Bestätigung erhalten habe.

Nach Eddingtons Expedition fühlte sich dies immer skandalöser an, und 1921 trafen die Mitglieder des Komitees, immer noch nicht überzeugt, eine elegante Entscheidung - Einstein einen Preis zu verleihen, ohne die Relativitätstheorie überhaupt zu erwähnen, nämlich: For Verdienste um die theoretische Physik und insbesondere für seine Entdeckung des Gesetzes des photoelektrischen Effekts“.

Arische Physik versus Einstein

Einsteins Popularität im Westen provozierte eine schmerzhafte Reaktion von Kollegen in Deutschland, die nach dem militanten Manifest von 1914 und der Niederlage im Ersten Weltkrieg praktisch isoliert waren. 1921 erhielt Einstein als einziger deutscher Wissenschaftler eine Einladung zum World Solvay Physics Congress in Brüssel (die er jedoch zugunsten einer USA-Reise mit Weizmann ignorierte).

Gleichzeitig gelang es Einstein trotz ideologischer Differenzen, freundschaftliche Beziehungen zu den meisten seiner patriotischen Kollegen zu pflegen. Aber vom rechtsextremen Flügel der College-Studenten und Akademiker hat sich Einstein den Ruf eines Verräters erworben, der die deutsche Wissenschaft in die Irre führt.

Einer der Vertreter dieses Flügels war Philip Leonard. Trotz der Tatsache, dass Lenard 1905 den Nobelpreis für Physik für die experimentelle Untersuchung der durch den photoelektrischen Effekt erzeugten Elektronen erhielt, litt er die ganze Zeit darunter, dass sein Beitrag zur Wissenschaft nicht ausreichend anerkannt wurde.

Zuerst lieh er Röntgen 1893 eine Entladungsröhre seiner eigenen Herstellung, und 1895 entdeckte Roentgen, dass die Entladungsröhren Strahlen aussendeten, die der Wissenschaft noch unbekannt waren. Lenard glaubte, dass die Entdeckung zumindest als gemeinsam betrachtet werden sollte, aber der ganze Ruhm der Entdeckung und der Nobelpreis für Physik im Jahr 1901 gingen allein an Röntgen. Lenard war empört und erklärte, er sei die Mutter der Strahlen, während Roentgen nur Hebamme sei. Gleichzeitig hat Röntgen die Lenard-Röhre offenbar nicht in entscheidenden Experimenten verwendet.

Die Entladungsröhre, mit der Lenard Elektronen im photoelektrischen Effekt untersuchte und Röntgen seine Strahlung entdeckte

Die Entladungsröhre, mit der Lenard Elektronen im photoelektrischen Effekt untersuchte und Röntgen seine Strahlung entdeckte

Zweitens war Lenard von der britischen Physik zutiefst beleidigt. Er bestritt die Priorität von Thomsons Entdeckung des Elektrons und warf dem englischen Wissenschaftler vor, sich fälschlicherweise auf seine Arbeit zu beziehen. Lenard erstellte ein Atommodell, das als Vorgänger von Rutherfords Modell angesehen werden kann, aber dies wurde nicht richtig bemerkt. Es ist nicht verwunderlich, dass Lenard die Briten als eine Nation von Söldnern und betrügerischen Händlern bezeichnete, die Deutschen dagegen als eine Nation von Helden, und nach Ausbruch des Ersten Weltkriegs schlug er vor, eine intellektuelle Kontinentalblockade Großbritanniens einzurichten.

Drittens konnte Einstein den photoelektrischen Effekt theoretisch erklären, und Lenard empfahl ihm 1913, noch vor den kriegsbedingten Meinungsverschiedenheiten, sogar eine Professur. Aber der Nobelpreis für die Entdeckung des Gesetzes des photoelektrischen Effekts im Jahr 1921 ging allein an Einstein.

Die frühen 1920er Jahre waren generell eine schwierige Zeit für Lenard. Er stieß mit begeisterten linken Studenten zusammen und wurde öffentlich gedemütigt, als er sich nach der Ermordung des liberalen Politikers jüdischer Herkunft und des deutschen Außenministers Walter Rathenau weigerte, die Fahne am Gebäude seines Instituts in Heidelberg zu hissen.

Seine Ersparnisse, investiert in Staatsschulden, wurden durch die Inflation aufgebraucht, und 1922 starb sein einziger Sohn an den Folgen der Unterernährung während des Krieges. Lenard neigte dazu zu glauben, dass die Probleme Deutschlands (einschließlich der deutschen Wissenschaft) das Ergebnis einer jüdischen Verschwörung sind.

Ein enger Mitarbeiter Lenards zu dieser Zeit war Johannes Stark, der 1919 Nobelpreisträger für Physik, der ebenfalls geneigt war, die Machenschaften der Juden für sein eigenes Versagen verantwortlich zu machen. Nach dem Krieg organisierte Stark im Gegensatz zur liberalen Physikalischen Gesellschaft die konservative "Deutsche Berufsgemeinschaft der Hochschullehrer", mit deren Hilfe er die Finanzierung von Forschung und Berufungen in Wissenschaft und Lehre zu kontrollieren versuchte, was jedoch nicht gelang. Nach einer erfolglosen Verteidigung eines Doktoranden im Jahr 1922 erklärte Stark, dass er von Bewunderern Einsteins umgeben sei, und trat als Professor an der Universität zurück.

1924, sechs Monate nach dem Bierputsch, veröffentlichte die Großdeutsche Zeitung einen Artikel von Lenard und Stark, "Hitlers Geist und Wissenschaft". Die Autoren verglichen Hitler mit solchen Giganten der Wissenschaft wie Galileo, Kepler, Newton und Faraday ("Welch ein Segen, dass dieses Genie im Fleisch unter uns lebt!"), lobten auch das arische Genie und verurteilten das korrumpierende Judentum.

Laut Lenard und Stark manifestierte sich der verderbliche jüdische Einfluss in der Wissenschaft in neuen Richtungen der theoretischen Physik - der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie, die eine Ablehnung alter Konzepte erforderten und einen komplexen und unbekannten mathematischen Apparat verwendeten.

Für ältere Wissenschaftler, selbst für so talentierte wie Lenard, war dies eine Herausforderung, die nur wenige annehmen konnten.

Lenard stellte der "jüdischen", also der theoretischen Physik, der "arischen", also der experimentellen, gegenüber und forderte, dass sich die deutsche Wissenschaft auf letztere konzentriert. Im Vorwort zum Lehrbuch „Deutsche Physik“schrieb er: „Deutsche Physik? - Leute werden fragen. Ich könnte auch arische Physik sagen, oder die Physik der nordischen Völker, die Physik der Wahrheitssucher, die Physik derer, die die wissenschaftliche Forschung begründet haben.“

Lange Zeit blieb die "arische Physik" von Lenard und Stark eine Randerscheinung, und Physiker unterschiedlicher Herkunft beschäftigten sich in Deutschland mit theoretischer und experimenteller Forschung auf höchstem Niveau.

Das änderte sich, als Adolf Hitler 1933 Bundeskanzler wurde. Einstein, der sich damals in den USA aufhielt, verzichtete auf die deutsche Staatsbürgerschaft und die Mitgliedschaft in der Akademie der Wissenschaften, und Akademiepräsident Max Planck begrüßte diese Entscheidung: „Trotz der tiefen Kluft, die unsere politischen Ansichten spaltet, werden unsere persönlichen Freundschaften immer unverändert bleiben “, versicherte er, dass es sich um Einsteins persönliche Korrespondenz handelt. Gleichzeitig ärgerten sich einige Mitglieder der Akademie darüber, dass Einstein nicht demonstrativ aus ihr ausgeschlossen worden war.

Johannes Stark wurde bald Präsident des Physikalisch-Technischen Instituts und der Deutschen Forschungsgesellschaft. Im Laufe des nächsten Jahres verließen ein Viertel aller Physiker und die Hälfte der theoretischen Physiker Deutschland.