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Abb.: Hans-Erich Fröhlich
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Liebe Leserin, lieber Leser,

vor 100 Jahren, am 11. Mai 1918, wurde in New York Richard P. Feynman geboren. Er starb 1988 in Los Angeles. Der legendäre Physiker hatte mit diversen Unendlichkeiten zu kämpfen, bevor es ihm gelang, vor 70 Jahren die „seltsame Theorie des Lichts und der Materie“ – so der Untertitel eines seiner Bücher – aufzustellen, die Quanten-Elektrodynamik, kurz QED genannt. Gemeinsam mit Julian Schwinger (1918–1994) und Sin-Itiro Tomonaga (1906–1979) nahm er 1965 den Physiknobelpreis aus den Händen des schwedischen Königs entgegen. Die QED erfasst alles, was im Alltag von Belang ist: die ganze Chemie und fast die gesamte Physik. Was fehlt sind Radioaktivität, Kernphysik – und die Schwerkraft. Ihre Vorhersagen sind inzwischen auf 10 und mehr Nachkommastellen genau, was auch ein Lob für die Kunst der Experimentatoren ist! Und dennoch ist die Mathematik der QED, jedenfalls für Mathematiker, ein Graus. Das hat mit der Behandlung von Unendlichkeiten zu tun. Feynman gab zu, die QED sei „ein Verfahren, um die Schwierigkeiten unter den Teppich zu kehren.“

Den Anstoß zur Entwicklung der QED hatte vor 90 Jahren der Physiker Paul Dirac (1902–1984) gegeben. Er passte die Quantenmechanik der Vorgänger Heisenberg (1901–1976) und Schrödinger (1887–1961) den Erfordernissen der Speziellen Relativitätstheorie an. Das änderte einiges. Das Elektron bekam einen Eigendrehimpuls (Spin) und ein Spiegelbild seiner selbst, das Positron. Prompt wurde dieses 1932 in der kosmischen Strahlung entdeckt. Gamma-Astronomen registrieren seit 40 Jahren die 511-keV-Strahlung des galaktischen Zentrums. Sie entsteht bei der Zerstrahlung (Annihilation) von Positronen! Annihaltion und Teilchenerzeugung gehen auf Einsteins Konto! Teilchen­erhaltung war einmal.

Der einfachste Zugang zur Quanten- ist die Himmelsmechanik. Das Atommodel von Niels Bohr (1885–1962) aus dem Jahre 1913 war ein Sonnensystem en miniature: Im Zentrum ein winziger schwerer Kern, umkreist von Elektronen auf auserwählten Bahnen. Die Verwandtschaft zur Himmelsmechanik wundert nicht. Das Kraftgesetz ist das nämliche. Für Planeten gilt Newtons 1/r²-Gesetz der Schwerkraft, die Bewegung von Hüllen­elektronen wird beherrscht durch Coulombs 1/r²-Gesetz der elektrischen Anziehung bzw. Abstoßung. Beim Wasserstoffatom mit nur einem Hüllenelektron reduziert sich die atomare Mechanik auf das Zweikörperproblem. Das Elektron beschreibt eine Keplerellipse. Allerdings erreicht es im Grundzustand 1/137 der Lichtgeschwindigkeit. Da sollte man füglich relativistisch rechnen. (Der flinke Merkur bringt es auf nur 1/5083 der Lichtgeschwindigkeit.) Durch die rasante Periheldrehung der Bahnellipse stieß das Bohr-Sommerfeldsche Atommodel an seine Grenzen. Mitte der zwanziger Jahre fand man sich damit ab: So etwas wie eine „Bahn“ gibt es nicht!

Interesse geweckt? Der Kosmos-Bote hat sich kundig gemacht und ist verblüfft, wie viel Gedankengut aus der klassischen Himmelsmechanik in der Quantenphysik steckt.

In der Hoffnung, nicht zuviel versprochen zu haben, wünscht eine vergnügliche Lektüre

Hans-Erich Fröhlich

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