Die Physik war im Frühsommer 1925 sehr verfahren. In München wurde weiterhin auf der Grundlage des Bohr-Sommerfeldschen Atommodells gearbeitet. Bohr hingegen hatte erkannt, daß nur die Abkehr von anschaulichen Vorstellungen zu einer Lösung führen konnte. Um die Vorgänge im Atom zu fassen, hatte er sogar das Energieerhaltungsprinzip aufgegeben. Aber auch dieser Versuch scheiterte.
Die neue Idee kam schließlich von Werner Heisenberg, der inzwischen Privatdozent an der Universität Göttingen war. “Grundsatz ist: Bei der Berechnung von irgendwelchen Größen, als Energie, Frequenz usw. dürfen nur Beziehungen zwischen prinzipiell kontrollierbaren Größen vorkommen.” <Brief an Wolfgang Pauli, 24. Juni 1925> Dies war eine Besinnung auf die Erkenntnistheorie des Positivismus, welche besagt, daß man sich in der Wissenschaft nur auf Tatsachen, nur auf wirklich Beobachtbares, stützen dürfe. Bekanntlich läßt sich gegen die formalen Regeln, die allgemein in der Quantentheorie zur Berechnung beobachtbarer Größen (z.B. der Energie im Wasserstoffatom) benutzt werden, der schwerwiegende Einwand erheben, daß jene Rechenregeln als wesentlichen Bestandteil Beziehungen enthalten zwischen Größen, die...prinzipiell nicht beobachtet werden können (wie z.B. Ort, Umlaufzeit des Elektrons), daß also jenen Regeln offenbar jedes anschauliche physikalische Fundament mangelt...”1
Was aber sollte an die Stelle der Bahnen treten? Heisenberg fand, zunächst tastend, die richtige Lösung: “Der Grundgedanke ist: In der klassischen Theorie genügt die Kenntnis der Fourierreihe der Bewegung, um alles auszurechnen, nicht etwa nur das Dipolmoment (und die Ausstrahlung), sondern auch das Quadrupolmoment, höhere Pole usw....es liegt nun nahe, anzunehmen, daß auch in der Quantentheorie durch die Kenntnis der Übergangswahrscheinlichkeiten oder der korrespondierenden Amplituden alles gegeben ist. Man wird daher versuchen, die Gleichungen...quantentheoretisch umzudeuten, und zwar ergibt sich eine Umdeutung zwangsläufig...”2
Heisenberg betrat neues Land. Das Problem des Atoms war noch zu schwierig. Die neuen Ideen mußten zunächst an einem einfacheren Gebilde erprobt werden.
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Mitten in der Ausarbeitung seiner Gedanken mußte er aufgrund von Heufieberanfällen nach Helgoland fahren. Dort erschuf er die Konzeption für eine neue Physik. “In Helgoland war ein Augenblick, in dem es mir wie eine Erleuchtung kam, als ich sah, daß die Energie zeitlich konstant war. Es war ziemlich spät in der Nacht. Ich rechnete es mühsam aus, und es stimmte. Da bin ich auf einen Felsen gestiegen und habe den Sonnenaufgang gesehen und war glücklich.”3
Am 11. Oder 12. Juni 1925 schloß Heisenberg seine Ausarbeitung ab. “Ich zeigte die Arbeit Born, der sie interessant, aber etwas befremdend fand; befremdend insofern, als der Begriff der Elektronenbahnen völlig eliminiert war. Aber er sandte sie zur Publikation an die Zeitschrift für Physik. Born und Jordan vertieften sich
Auf dem Bodensee
vertieften sich nun in die mathematischen Konsequenzen der Arbeit, diesmal ohne mein Beisein, da ich von Ehrenfest und Fowler zu Vorträgen in Holland und in Cambridge in England eingeladen worden war. Born und Jordan fanden in wenigen Tagen die entscheidende Beziehung pq-qp = h/2 heraus, mit deren Hilfe das ganze mathematische Schema durchsichtig gemacht werden konnte.”4
Die Schriften “Zur Quantenmechanik I” von Born und Jordan und “Zur Quantenmechanik II” von Bohr, Jordan und dem von Bohr zurückgekehrtem Heisenberg wurden veröffentlicht. Die entscheidenden Schritte zur mathematischen Ausarbeitung von Heisenbergs physikalischen Grundgedanken waren getan. Die Arbeit ist auch unter dem Namen “Dreimännerarbeit” berühmt geworden.
Quellen:
1Über die quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen.
In: Zeitschrift für Physik, Bd. 33/1925
2Brief an Ralf Konig, 5. Juli 1925
3Mitteilung Heisenbergs an B.L. van der Waerden
4Die Anfänge der Quantenmechanik in Göttingen, Unveröffentl. Manuskript
1997 Daniel Maringer