Auf der Reise mit Kolumbus
In seiner Autobiographie “Der Teil und das Ganze” schildert Heisenberg, was in einer langen Nacht auf Helgoland passierte, als er den Weg zu den Atomen fand. Wie Kolumbus auf dem Weg nach Amerika, so hätte er sich gefühlt. Und dessen Erfolg war nur möglich, so Heisenberg, weil Kolumbus selbst dann nicht kehrtmachte, als die Vorräte zuneige gingen und auch für die Heimfahrt nicht mehr reichten. Auch Heisenberg, der sich innerlich auf den Weg nach Amerika machte, wo eine ganz neue Physik auf ihn und die Menschheit wartete, gab alle Gedanken an eine Rückkehr in die klassische Physik auf. Zum Beispiel erwartete er nicht mehr, dass Atome ein Aussehen haben. Die Bahn, die ein Elektron in einem Atom durchläuft, gab es nur in den Köpfen der Physiker. Sie war ihre Erfindung. An dieser Konstruktion konnte nur der etwas ändern, der sich eine neue Form ausdachte.
Wie ging das: In der anvisierten Theorie der Atome benutzte Heisenberg nur Größen, die sich in Messungen ermitteln ließen. Auf alles andere verzichtete er. Bis auf eine Ausnahme, nämlich den Satz von der Erhaltung der Energie, Der besagt, dass die Energie an sich während physikalischer Prozesse weder verbraucht noch erzeugt wird. Sie bleibt stets gleich, auch wenn sie in andere Formen umgewandelt wird, etwa Bewegung in Wärme. Einige Atomphysiker meldeten Zweifel am Energieerhaltungssatz an, Heisenberg hielt daran fest.
Ohne Freiheit ins Atom
Als Heisenberg sich unter diesen Vorgaben von seinen Gedanken zu später Stunde treiben ließ, fühlte er, dass ihm “keine Freiheit” mehr blieb, wie er wörtlich in seiner Autobiografie schrieb. Genau in diesem Augenblick erkannte er, welche Struktur die Atome beschreiben könnte. Es war eine merkwürdige Welt, die sich ihm auftat, sie lag außerhalb der Realität, die Menschen im Alltag erfahren. Mithilfe der neuen Theorie konnte er nun die physikalischen Eigenschaften von Atomen berechnen, aber dies war nur mit imaginären Zahlen möglich, und die könnte kein Messgerät der Erde erzeugen. Atome werden von Größen erfasst, die es in der Realität nicht gibt. Wer anfängt, über die Quantenmechanik nachzudenken, die Heisenberg damals in Umrissen erblickte und die heute zu den Grundkursen des Physikstudiums gehört, kommt aus dem philosophischen Wundern nicht heraus.
Zum ersten Mal verstanden Wissenschaftler nun das Verhalten von Elektronen in Metallen. Etwa die merkwürdige Leitfähigkeit von Halbleitern wie Silizium. Mit diesem Wissen gelang es Wissenschaftlern, den Transistor zu ersinnen. Das Bauelement wird heute milliardenfach pro Tag hergestellt und steckt in Produkten, die einen zweistelligen Prozentsatz der Weltwirtschaft ausmachen. Eisenbahn und Glühbirne konnte man erfinden, ohne die dazugehörigen physikalischen Grundgesetze zu kennen. Den Transistor gibt es nur, weil es die Quantenmechanik gibt. Und die gibt es nur, weil Heisenberg seinen Heuschnupfen auf Helgoland auskurieren durfte.
