Roethlein B. Das Innerste der Dinge.. Einfuehrung in - tiera.ru

Da Atome nach außen hin neutral sind, musste die Atomhülle
zum Ausgleich der elektrischen Ladungen ebenso viele
negativ geladene Elektronen enthalten wie der Kern positiv
geladene Protonen. Wie die Planeten die Sonne - so glaubte
man - umkreisten diese Elektronen den Kern.
Elektronen und Protonen galten fortan als Elementarteilchen,
aus denen man sich die Atome zusammengesetzt vorstellte.
Die überschüssigen positiven Ladungen im Kern sollten
durch Elektronen ausgeglichen werden, die zwischen ihnen
saßen.
Damit konnte man auch erklären, warum Atome Beta-
Strahlung, also Elektronen, aussenden konnten. Rutherford
selbst war jedoch einer der ersten, die sich von dieser Vorstellung
einer Protonen-Elektronen-Welt lösten. Dies geschah
aber erst knapp zwanzig Jahre später.
Das Rutherfordsche Atommodell mit seinem positiv geladenen
Kern, der von negativen Elektronen umkreist wird,
krankte trotz seiner Brillanz von Anfang an daran, daß es nicht
erklären konnte, warum die Elektronen auf ihrem Weg um den
Kern keine Energie abstrahlten. Denn eines war seit der
Theorie des Elektromagnetismus, die der Brite James Clerk
Maxwell in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts
entwickelt hatte, klar: Eine bewegte elektrische Ladung sendet
eine elektromagnetische Welle aus und verliert damit ständig
an Energie. Wenn auch die Elektronen im Atom diesem
Naturgesetz gehorchten, würden sie sehr schnell abgebremst
werden und auf einer Spiralbahn in den Kern hineinfallen.
Nahm man aber an, daß Atome stabil sind, musste man davon
ausgehen, daß hier ein besonderer Mechanismus am Werk
war, der die Energieabstrahlung durch die Elektronen
verhinderte.
Der junge dänische Physiker Niels Bohr, der 1912 nach
Manchester gekommen war, um im Labor des großen Rutherford
zu arbeiten, nahm dieses Problem sehr ernst und versuch-
te, eine Lösung aus dem Dilemma zu finden. Seine Überlegungen
gingen von der seltsamen Struktur des Wasserstoffspektrums
aus: Wenn Wasserstoffgas zum Beispiel in
einer Flamme zum Leuchten gebracht wird, sendet es farbiges
Licht aus, das durch ein Prisma in einzelne Linien aufgespalten
wird. »Normales« weißes Licht wird durch ein Prisma in die
Spektralfarben aufgefächert, nicht in einzelne Linien. Der
Schweizer Zahlenakrobatiker Johann Jakob Balmer hatte für
die Abstände zwischen diesen so genannten Wasserstofflinien
eine bis dahin unerklärliche Formel gefunden.
Niels Bohr hatte außerdem die Arbeiten des großen Neuerers
Max Planck studiert, der die umstürzlerische Erkenntnis
vertrat, daß Energie kein Kontinuum sei, sondern in der Natur
in Form winziger Pakete vorkam. Vor allem Atome eines
glühenden Körpers, so hatte der Gelehrte postuliert, können
Licht nicht kontinuierliche, sondern nur in Form bestimmter
Energiepakete ausstrahlen, die er Quanten nannte. Die Energie
eines Quants sollte mit der Frequenz des Lichts zunehmen,
weiße Quanten müssten also energiereicher sein als gelbe oder
rote. Planck veröffentlichte diese Theorie am 14. Dezember
1900.
Bohr griff diese Idee auf, passte sie doch irgendwie zu der
Tatsache, daß es auch für Atome besondere Energiezustände
geben musste. Als Bohr Balmers Formel für die Spektrallinien
des Wasserstoffs analysierte, erkannte er, daß sie sich auf den
Bau des Wasserstoffatoms anwenden ließ, wenn man ganz
bestimmte Einschränkungen vornahm. Er formulierte sie in
einer Arbeit, die am 5. April 1913 im britischen >Philosophi-cal
Magazine< veröffentlicht wurde.
Bohr hielt darin die grundlegende Theorie, daß nämlich die
Elektronen den Kern auf bestimmten Bahnen umkreisen,
durchaus für richtig. Er stellte aber zusätzlich die Behauptung
auf, daß diese Bahnen der Elektronen um den Atomkern zwar
mit Hilfe der klassischen Physik beschrieben werden können,