MPI 2008Plakat der Ausstellung des MPI, Ausschnitt

Anlässlich seines 150. Geburtstages am 23. April 2008 wollen wir hier zur Würdigung eines Menschen beitragen, der beispielhaft für die Idee »Intelligence Increase« steht. Er suchte in der Physik nach der Harmonie der Schöpfung und fand die Quantenmechanik, die der Idee seiner Erziehung, Herkunft und Weltanschauung komplett widersprach. Trotzdem war ihm die Wissenschaft wichtiger als die Überzeugung, er nahm fortschrittliche Ideen der Ideen willen an und förderte sogar einen jungen Chaoten, der so gar nicht zu ihm passte …

 

Max Planck zum 150. Geburtstag

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Die Ausstellung im MPI Berlin

Über Planck, dessen Wirken und Entdeckungen ist viel geschrieben – es soll hier nicht wiederholt werden, was nebenan online reichlich zu finden ist. Besonders interessant ist hierzu die Ausstellung des Max-Planck-Instituts und des Technikmuseums Berlin »Revolutionär wider Willen«¹.

Wir wollen an dieser Stelle besonders die Tatsachen würdigen, die Planck beispielhaft für die später formulierte Idee »intelligence increase« macht. Erst einmal hat Planck insbesondere mit deren Begründer nichts zu tun. Learys totale Ablehnung jeglicher Autoritäten passt nun gar nicht zu Planck, dem gewissenhaften Beamten preußischen Stils. Doch findet man bei näherer Betrachtung eine verblüffende Gemeinsamkeit:

»Denke selbst und stelle die Erkenntnis über alle anderen Werte«

Wenn so unterschiedliche Geister auf die gleiche Idee kommen, spricht das sehr dafür, dass die Idee richtig ist.

 

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Wer war Max Planck?

Geboren im (damals dänischen) Kiel als Sohn eines Göttinger (königlich-hannoveranischen) Gelehrten, besuchte er das Maximilians-Gymnasium in München (königlich-bayrisch). Während der Schulzeit erlebte er den politischen Umbruch in Deutschland; nach dem Krieg 1870-71 ließ sich Wilhelm I in Versailles krönen und war hinfort in Personalunion König von Preußen und Kaiser des einigen (wenngleich nicht ganz von Freiwilligkeit der Geeinigten gezeichneten) Deutschen Reichs mit Berlin als Hauptstadt.

Planck war ein guter Schüler mit vielen Neigungen – und hatte als solcher das Problem, sich für eine davon beruflich entscheiden zu müssen; letzlich Musik oder Physik. Man riet ihm zur Musik, denn die Physik sei doch am Ende ihrer wissenschaftlichen Existenzberechtigung, es sei doch praktisch alles geklärt. Doch entschied er sich für den damals neuen und recht unbedeutenden Zweig der Theoretischen Physik. Er sah darin ein Mittel, um die großen Fragen um die Beschaffenheit der Welt zu beantworten: War dieses neue atomistische Modell real oder nur ein verblüffendes mathematisches Werkzeug, das über ein die Berechnungen vereinfachendes Raster der Natur sehr nahe kam? War die Idee der harmonischen Schöpfung nur noch eine Idealisierung aus der menschlichen Anschauung, oder wäre diese vielleicht hinter dem modernen Materialismus doch wieder auffindbar?

Dem Studium in München und Berlin folgten schlecht bezahlte Dozentenstellen in München und Kiel. In dieser Zeit erkannte er in der Entropie ein universelles physikalisches Prinzip (zweiter Hauptsatz der Thermodynamik), dessen Bedeutung die Fachwelt erst später nachvollziehen konnte.

Aufsehen erregte er mit einer Abhandlung über das Prinzip der Energieerhaltung (erster Hauptsatz der Thermodynamik), für das ihn das Philosophische Institut Göttingen würdigte. Es folgte ein Ruf nach Berlin.

 

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Licht ins Dunkel

Begriffserklärungen

Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass in jedem physikalischen Prozess die Energie in der Summe gleich bleibt. So kann keine Maschine Energie aus dem Nichts gewinnen; bei einem Motor etwa ist die Energie, die aus der Verbrennung des Treibstoffes entsteht, gleich der Summe aus Nutzenergie, Abwärme, Reibung und Schall. Das klingt für uns selbstverständlich, musste allerdings erst einmal belegt werden – und als allgemein gültiges prinzip erkannt. Die Theoretische Physik bot das Mittel durch mathematschen Beweis – die Energieerhaltung ergibt sich zwingend aus anderen bekannten physikalischen Gesetzen.

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass physikalische Prozesse ohne weiteres Zutun immer in Richtung eines Energieausgleichs zwischen den Beteiligten ablaufen – eine Beobachtung, die zwar statistisch belegt, aber noch nicht theoretisch bewiesen ist; d.h., die Frage nach dem »Warum« ist letztlich noch offen. Nehmen wir als Beispiel Vogelkot, der von einer natürlichen Quelle in der Luft freigesetzt wird. Der Philosoph mag davon ausgehen, dass er, nachdem er einem fliegenden Vogel entsprang, weiter fliegen müsse. Dies ist nicht so. Er behält zwar eine gewisse Horizontalgeschwindigkeit bei und fällt nicht in gerader sondern in parabelformiger Linie nach unten, aber er fällt; ausnahmslos und immer. Und zwar so weit, bis er auf feste Materie trifft, die um die Schwerkrafquelle herum fest angesammelt ist. Damit gleicht er seine potentielle Energie dem Umgebungsniveau an.
Auch ein Eiswürfel, den man in ein Glas Wasser gibt, schmilzt – wenngleich der Philosoph etwa meinen mag, die kristalline Struktur sei die perfektere und müsse daher Bestand haben. Der Eiswürfel hat eine niedrigere Energiestufe (= thermisches Potential), also gibt das umgebende Wasser Energie an ihn ab, so dass er schmilzt und sich eine einheitliche Temperatur ergibt. Die Beobachtung, dass die Energiemenge, die das Wasser an den Eiswürfel genau so hoch ist wie die, die dieser aufnimmt, lässt auf den 1. Hauptsatz schließen – der tatsächlich später formuliert wurde.

Das hier ist kein Physikbuch. Die Darlegung soll dem grundlegenden Verständnis dienen; weitere Details sind in der Fachliteratur zu finden.

In Berlin beauftragte man Planck, das Wesen des Lichts zu untersuchen. Es ging um die Frage, ob man der Straßenbeleuchtung mit Gas oder elektrischen Lampen den Vorzug geben sollte. Insbesondere interessierte man sich für theoretische Grundlagen, die die Optimierung (Lichtausbeute vs. Kosten) selbiger voran bringen könnten. Zugegeben – dafür, dass man die Physik als eine nahezu vollständig erklärte und deshalb sterbende Wissenschaft betrachtete, war die Aufgabenstellung recht profan.

Es war bekannt, dass hochfrequentiges/kurzwelliges/blaues Licht energiereicher ist als niederfrequentiges/langwelliges/rotes – schon daher, dass erhitztes Stahl erst rot und bei höherer Temperatur gelb glüht. Die Theorie ging davon aus, dass ein idealer (»schwarzer«) Strahler ein temperaturabhängiges, aber nach den Gesetzen der (akustischen) Harmonielehre zusammengesetztes Spektrum abstrahlt. Dies hätte jedoch bedeutet, dass jede Licht- oder Wärmequelle größere Spektral-Anteile im ultravioletten Bereich aussenden müsste als man tatsächlich messen konnte.

 

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Quanten wider Willen

Quanten – was ist das?

Wir sitzen hier vor einem Bildschirm. Beispielsweise vor einem, der 1280 mal 1024 Bildpunkte zu ca. 0.28 mm Größe darstellen kann – er überzieht also alles mit einem Raster (90 dpi). Drucker und Fotokopierer machen das nicht anders, allerdings mit 0,085 mm kleinen Bildpunkten (bei 300 dpi). Damit kann man ganz gut Bilder der Wirklichkeit darstellen.

Aber entspricht dieses gerasterte Bild tatsächlich der Natur? Im Falle eines Digitalfotos natürlich nicht.

Und im Falle subatomarer Vorgänge? Bei bestimmten Problemen, etwa dem fotoelektrischen Effekt, eindeutig ja. Aber die Quantentheorie geht weiter – sie zwingt sogar die Zeit, die man ja eigentlich als eine kontinuierliche Größe ansieht, in ein Raster.

Die Antwort ist geradezu salomonisch: Da die Rechenergebnisse stimmen, ist es ziemlich egal, ob die Betrachtungsweise der Wirklichkeit entspricht. Vermutlich tut sie das nicht durchgängig, doch die Frage ist einer derer, die bislang offen bleiben.

Wir dürfen also weiter forschen und müssen uns nicht langweilen …

Planck fand die Antwort auf dieses Dilemma im statistischen Ansatz nach Boltzmann. Obwohl ihm diese Herangehensweise zu viele Aspekte der gesicherten Physik verletzte, sah er darin immerhin eine mathematische Methode, die die Messergebnisse richtig zu beschreiben in der Lage war. Darin eine Beschreibung der tatsächlichen Physik zu sehen, verneinte er vorerst.

Die mathematische Lösung war einfach: Wenn man annimmt, dass das Licht nur portionsweise abgestrahlt wird – wie wir heute sagen, in Form von Quanten –, dann bestimmt die (thermische) Energie des abstrahlenden Mediums die maximale Energie eines solchen Quants. Da die Energie des Quants abhängig von seiner Lichtfrequenz (Farbe) ist, ergibt sich aus der Temperatur des Strahlers die in den Messungen festgestellte Obergrenze (damit sind die fehlenden Anteile im UV-Bereich mathematisch beschrieben).

Auf Deutsch: Eine Lichtquelle kann nur Quanten aussenden, deren Energieinhalt sie selbst mittels ihrer eigenen Energie hervorbringen kann, und so ergibt sich automatisch ein Grenzwert für deren Energie bzw. Frequenz der ausgesendeten Lichtquanten.

Die physikalische Erklärung war allerdings problematischer – der hier offenbar vorliegende theoretische Beweis der Quanten (zur Lösung eines recht einfachen Problems) schien ein bisschen zu weit reichende Auswirkungen auf das Gesamtgebäude der Wissenschaft zu haben.

Planck erklärte, dass die mathematische Beschreibung zwar stimme, jedoch sei er sich nicht wirklich sicher, ob sie wirklich das Wesen der Natur wiederspiegle (vgl. Kasten: Wenn ich mit dem gerasterten Druck ein brauchbares Abbild eines fotografischen Motivs herstellen kann, dann bedeutet das noch lange nicht, dass das Motiv selbst gerastert ist). Wir können davon ausgehen, dass Herr Planck wochenlang wenig ansprechbar war, weil ausgerechnet die Anwendung einer Theorie, die ihm als komplett absurd erschien (nämlich Boltzmanns Science-Fiction), das einzig brauchbare Ergebnis lieferte. Somit hat er den 1918 verliehenen Nobelpreis auch in dieser Hinsicht verdient. Die Entdeckung der Quantenwelt war nicht mehr aufzuhalten, und Planck ließ sich durch Resultate überzeugen.

 

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E = h × ν

Die 1900 entwickelte Formel besagt, dass die Energie (E, in J, Joule) eines Lichtquants einer bestimten Farbe bzw. Frequenz (ν – »ny«, das griechische n, in Hz = ¹/s, ¹/Sekunde) mal einer Konstante (h = 6,6 × 10-34 Js, Joulesekunden) hat. Eine rote Leuchtdiode sendet ausschließlich Lichtquanten der Energie h × 4,6 × 1014 × ¹/s, (also 3 × 10-19 Joule) aus. Sie kann als Beweis der Richtigkeit von Plancks Annahmen gelten; wenn auch deren Entwicklung ohne dessen physikalische Erkenntnisse nicht möglich gewesen wäre.

Auch spätere Erkenntnisse, etwa de Broiglies Materiewellen, die Equivalenz von Materie und Energie (Einsteins berühmte Formel E = M × c²), die Betrachtung der Licht-Träger als Photonen, das Ende der Aether-Hypothese und einige andere Dinge bauen darauf auf. Der Forschungsauftrag der Berliner Straßenbeleuchter hat die Physik in der Tat revoluzioniert.

 

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Einstein

Einstein, ein in der wissenschaftlichen Szene weitgehend unbekannter Privatforscher, dem der Ruf eines Chaoten vorauseilte (jedenfalls für preußisch-korrekten Geschmack), hatte 1905 den Photoelektrischen Effekt erklären können (dafür gab es 1921 den Nobelpreis) – mittels einer Theorie, die noch viel mehr nach Science-Fiction ausgesehen haben mag als Boltzmanns statistisch-mathematische Physik. Danach sollte die Energie eines Partikels gleich dem Produkt aus seiner Masse und dem Quadrat der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit sein – E = m × c2. Planck erkannte die Qualität dieses Ansatzes und holte Einstein 1914 nach Berlin, wo er im Rahmen der Preußische Akademie der Wissenschaften seine Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie ausarbeiten konnte. Er blieb dort bis 1932; kehrte wegen der Ereignisse des Januar 1933 nicht mehr von einer Auslandreise zurück.

 

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»III. Reich«

Wir können davon ausgehen, dass Planck ein preußisch geprägtes Bild von der (sich erfahrungsgemäß immer wieder abwechselnden) Obrigkeit hatte. So sind Schriftstücke zu bewerten, die versprachen, »sich … in den Dienst des Reiches … zu stellen«. Das tat er keinesfalls in der von ihm erwarteten Konsequenz.

Wissenschaftler verließen reihenweise Deuschland oder »verschwanden«; was das bedeutet, wurde erst später manifest. Eine solche Politik wirklich mittragen zu wollen, kann man Planck nicht unterstellen. Andere, z.B. Lenard (der den photoelektrischen Effekt entdeckte, aber nicht erklären konnte) negründete gar eine dem Regime genehme »Deutsche Physik«, die praktisch alle Entdeckungen seit der Jahrhundertwende als »jüdiche Wahnideen« diskreditierte und verwarf (schon diese Tatsache spricht gegen die von Helsing und anderen behauptete Hightech-Forschung u.a. in Sachen »deutsche UFOs«). Wer Zugang zu einer entsprechenden Bibliothek hat, soll sich ruhig Lenards Lehrbücher hierzu ansehen und sich davon überzeugen, auf welch jämmerliches Niveau die Wissenschaft damit zurück fiel.

Als Ehren- bzw. Alterspräsident diverser akademischer Gesellschaften verwendete sich Planck dafür, dass die – wirkliche – Wissenschaft so gut oder schlecht es ging wenigstens weiterarbeiten konnte. Er konnte auch den einen oder anderen in Ungnade gefallenen Wissenschaftler vor weiterer Verfolgung retten – die Fürbitte für seinen im Zusammenhang mit dem Stauffenberg-Putch verhafteten Sohn Erwin half nichts – er wurde nach Verurteilung duch den sog. »Volksgerichtshof« umgebracht.

 

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Nachkriegszeit

Max Planck überlebte das III. Reich und den Krieg. Er beteiligte sich am Wiederaufbau der einst nach Kaiser Wilhelm benannten Akademischen Gesellschaft. 1946 wurde diese durch Dekret der Britischen Besatzer nach ihm benannt; Präsident war Otto Hahn, Ehrenpräsident war Max Planck. In diesem Amt reiste er noch im gleichen Jahr als einziger deutscher Teilnehmer zu den Feierlichkeiten um Isaac Newtons 300. Geburtstag nach London. Man kann sagen, dass er maßgeblich die Wissenschaft in Deutschland vor dem Niedergang bewahrt hat.

Planck verstarb am 4. Oktober 1947 in Göttingen.