{"id":51370,"date":"2021-06-15T14:25:00","date_gmt":"2021-06-15T12:25:00","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=51370"},"modified":"2022-04-10T14:52:47","modified_gmt":"2022-04-10T12:52:47","slug":"alfred-lande-der-vergessene-pionier","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/menschen\/alfred-lande-der-vergessene-pionier\/","title":{"rendered":"Alfred Land\u00e9 \u2013 Der vergessene Pionier"},"content":{"rendered":"\n

Vor 100 Jahren l\u00f6ste der Physiker in Frankfurt ein R\u00e4tsel der Quantentheorie.<\/h3>\n\n\n\n
\"\"<\/a>
Otto Stern und Alfred Land\u00e9
ca. 1935 bei Sterns Besuch an der
Ohio State University, an der Land\u00e9
1931 eine Professur angenommen
hatte. (Foto: Universit\u00e4tsarchiv Frankfurt)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Im April 1921 reichte Alfred Land\u00e9, Privatdozent an der Universit\u00e4t Frankfurt, eine Arbeit mit dem Titel \u201e\u00dcber den anomalen Zeeman Effekt\u201c zur Publikation ein. Sie war die L\u00f6sung f\u00fcr ein Problem, das zu dieser Zeit \u201eein Steinchen im Schuh jedes Physikers\u201c war. Gemeint ist die Aufspaltung von Spektrallinien in Magnetfeldern, die der Niederl\u00e4nder Pieter Zeeman 1896 entdeckt hatte. Nachdem er und Hendrik Antoon Lorentz f\u00fcr die theoretische Deutung 1902 den Nobelpreis f\u00fcr Physik erhalten hatten, begannen die Schwierigkeiten: Immer mehr Atomspektren zeigten kompliziertere Muster. Der \u201eanomale Zeeman Effekt\u201c erwies sich bald als Regelfall. Einer der f\u00fchrenden Atomphysiker, Arnold Sommerfeld, hatte sich bereits Jahre vergeblich darum bem\u00fcht, das Ph\u00e4nomen mithilfe der neuen Quantentheorie zu erkl\u00e4ren.<\/p>\n\n\n\n

Land\u00e9s einflussreiche Arbeit entstand im Wintersemester 1920\/21. Er war 32 Jahre alt und lehrte im dritten Semester als Privatdozent. Am Physikalischen Institut war Max Born, den er aus G\u00f6ttinger Zeiten kannte, Ordinarius f\u00fcr Theoretische Physik. Der Theoretiker Otto Stern und der Experimentalphysiker Walther Gerlach waren ebenfalls Privatdozenten. Sie arbeiteten etwa zeitgleich an ihrem bahnbrechenden Versuch zur Aufspaltung von Atomstrahlen im Magnetfeld.<\/p>\n\n\n\n

Allerdings hatte es bisher nicht viel Austausch untereinander gegeben, weil Land\u00e9 als Lehrer an der Odenwaldschule arbeitete und wohnte. Er kam nur einmal pro Woche f\u00fcr seine Vorlesung nach Frankfurt. Ende 1920 bezog er dann ein Zimmer bei der Witwe des Chemieprofessors Geheimrat Freund in Frankfurt. Seine beruflichen Aussichten waren zu diesem Zeitpunkt alles andere als rosig.<\/p>\n\n\n\n

Studienjahre in M\u00fcnchen und G\u00f6ttingen<\/h3>\n\n\n\n

Geboren am 13. Dezember 1888 in Elberfeld bei K\u00f6ln, war Land\u00e9 der Sohn eines Juristen. Der accent <\/em>in seinem Namen geht auf das 18. Jahrhundert zur\u00fcck, als im Rheinland alles Franz\u00f6sische in Mode war. Der junge Land\u00e9 galt in der Schule als Wunderkind. Er studierte Mathematik und Physik, wobei er zwischen M\u00fcnchen und G\u00f6ttingen mehrere Male wechselte. Das waren damals die beiden wichtigsten mathematisch-naturwissenschaftlichen Zentren neben Berlin. Weil er nicht sicher war, ob er die Wissenschaft zum Beruf w\u00fcrde machen k\u00f6nnen, legte er vorsorglich das Staatsexamen f\u00fcr Gymnasiallehrer ab.<\/p>\n\n\n\n

Im Fr\u00fchjahr 1913, w\u00e4hrend er bei Arnold Sommerfeld in M\u00fcnchen an seiner Dissertation sa\u00df, verschaffte ihm der G\u00f6ttinger Privatdozent Max Born eine Assistentenstelle bei David Hilbert. Als dessen \u201eHauslehrer\u201c sollte er den ber\u00fchmten Mathematiker \u00fcber die neuesten physikalischen Publikationen auf dem Laufenden halten \u2013 was seine Stellung in der akademischen Welt festigte. Zwei Wochen vor Ausbruch des Ersten Weltkriegs schloss Land\u00e9 seine Dissertation ab.<\/p>\n\n\n\n

Erste Weltkrieg: Forschung nach Feierabend<\/h3>\n\n\n\n

Die ersten Kriegsjahre verbrachte Land\u00e9 im Rotkreuz-Dienst an der Ostfront, bevor er \u2013 wieder durch die Vermittlung Max Borns \u2013 zur Artillerie-Pr\u00fcfungskommission (A.P.K.) nach Berlin versetzt wurde. Deren Aufgabe war es, die Entfernung der feindlichen Gesch\u00fctze anhand der Schallwellen von Detonationen zu ermitteln. In der Freizeit gingen sie ihren eigenen Forschungsfragen nach. \u201eAls Land\u00e9 in Berlin ankam \u2013 wo Institutionen wie die Preu\u00dfische Akademie der Wissenschaften und die Deutsche Physikalische Gesellschaft weiterhin arbeiteten \u2013 fand er die Schubladen von Born und der anderen Physiker bei der A.P.K. voll mit eigenen B\u00fcchern und Manuskripten. Land\u00e9 brauchte nur eine Forschungsfrage zu w\u00e4hlen\u201c, schreibt der Historiker Paul Forman.<\/p>\n\n\n\n

R\u00e4tseln um Atomspektren und Atommodelle<\/h3>\n\n\n\n
\"\"<\/a>
Alfred Land\u00e9 1920 in Frankfurt. (Foto: Universit\u00e4tsarchiv Frankfurt)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Eines der Probleme, die aus der Vorkriegszeit noch ungel\u00f6st waren, betraf den Aufbau der Atome. 1913 hatte der d\u00e4nische Physiker Niels Bohr 1913 ein Modell f\u00fcr den Wasserstoff entworfen, bei dem das Elektron den Atomkern wie in einem miniaturisierten Sonnensystem umkreist. Zur \u00dcberpr\u00fcfung wurden Spektren herangezogen. Man hatte schon Ende des 19. Jahrhunderts beobachtet, dass Atome Licht absorbieren und es in bestimmten Wellenl\u00e4ngen wieder abstrahlen. Dieses Linienspektrum ist f\u00fcr jedes Element so charakteristisch wie ein Fingerabdruck. Das Verst\u00e4ndnis der Spektren galt als ein Schl\u00fcssel zum Verst\u00e4ndnis der atomaren Struktur.<\/p>\n\n\n\n

Bohr hatte angenommen, dass Elektronen den Kern nur in bestimmten Abst\u00e4nden umkreisen k\u00f6nnen. Das ging mit einer Quantisierung der Energiezust\u00e4nde einher. Wenn das Elektron durch Licht einer bestimmten Wellenl\u00e4nge angeregt wird, springt es auf eine der \u00e4u\u00dferen Umlaufbahnen. F\u00e4llt es in den Grundzustand zur\u00fcck, gibt es Licht einer ganz bestimmten Wellenl\u00e4nge ab. Bohr konnte den Zusammenhang zwischen der Energie und der Wellenl\u00e4nge mithilfe des bereits von Max Planck eingef\u00fchrten Wirkungsquantums und einer Quantenzahl n herstellen. Land\u00e9s Doktorvater Arnold Sommerfeld hatte dieses Modell 1916 verfeinert, wobei er auch elliptische Bahnen zulie\u00df, was die Einf\u00fchrung einer weiteren Quantenzahl erforderte. (Diese wurde sp\u00e4ter mit dem Bahndrehimpuls der kreisenden Elektronen gleichgesetzt.)<\/p>\n\n\n\n

Beim Zeeman-Effekt kam eine zus\u00e4tzliche Aufspaltung der Energieniveaus im Magnetfeld hinzu, weil das kreisende Elektron, \u00e4hnlich einer Kompassnadel, ein magnetisches Moment besitzt, das sich im Magnetfeld ausrichtet. Die gleichm\u00e4\u00dfigen Abst\u00e4nde zwischen den Spektrallinien legten einer Quantelung der Energieniveaus nahe. Sommerfeld war aber mit seiner Theorie nicht zufrieden. Er schrieb: \u201eIch glaube, da\u00df diese Verwendung der Quantentheorie [\u2026] trotz ihrer au\u00dferordentlichen Leistungsf\u00e4higkeit […] doch nur ,provisorisch\u2018 ist. […] Dazu aber m\u00fc\u00dften ganz neue Gesetze der Mechanik gefunden werden.\u201c<\/em><\/p>\n\n\n\n

Eine verborgene Revolution<\/h3>\n\n\n\n

Born und Land\u00e9 machten beim A.P.K Ende 1919 eine unerwartete Entdeckung: Die Umlaufbahnen der Elektronen mussten eine r\u00e4umliche Ausdehnung haben. Damit hatten sie eine fundamentale \u00dcberzeugung der Atomphysik umgesto\u00dfen, die sich am Vorbild des Sonnensystems orientierte. W\u00e4hrend sich in Deutschland Anfang November 1918 die Matrosen und Arbeiteraufst\u00e4nde die Republik einl\u00e4uteten, hatten Born und Land\u00e9 eine kleine wissenschaftliche Revolution proklamiert (Forman).<\/p>\n\n\n\n

Ermutigt durch diesen ersten wissenschaftlichen Erfolg, beschloss Land\u00e9 zu habilitieren. Max Born, der das Ordinariat f\u00fcr Physik in Frankfurt \u00fcbernehmen sollte, wollte ihn dabei unterst\u00fctzen. So legte der junge Physiker seine Uniform eilig ab und brach in den letzten Tagen des Dezembers nach Frankfurt auf. Die kommenden drei Jahre sollten die wichtigsten seines physikalischen Schaffens werden.<\/p>\n\n\n\n

An der Odenwaldschule mit ihren fortschrittlichen Erziehungsmethoden f\u00fchlte er sich wohl: \u201eMorgens hatte ich frei f\u00fcr die Theoretische Physik, nachmittags verdiente ich meinen Lebensunterhalt durch Musikunterricht in einer geistig sehr anregenden Atmosph\u00e4re unter Erziehern, K\u00fcnstlern, Naturliebhabern u. a.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Das Ende der Zahlenmystik<\/h3>\n\n\n\n

In seiner Habilitation besch\u00e4ftigte sich Land\u00e9 mit dem Spektrum des Heliums, das experimentell durch Friedrich Paschen in T\u00fcbingen exakt gemessen, aber theoretisch nicht erkl\u00e4rt worden war. Eine seiner Ideen brachte ihn schon n\u00e4her an des R\u00e4tsels L\u00f6sung: Er behandelte die zwei quantenmechanischen Drehimpulse als Vektoren, die man addieren muss.<\/p>\n\n\n\n

Nachdem er im Sommersemester 1919 die venia legendi<\/em> erhalten hatte, wandte er sich dem anomalen Zeeman-Effekt zu. \u201eWir heutigen Physiker k\u00f6nnen uns kaum noch vorstellen, wie schwierig, langwierig und m\u00fchsam es war, die R\u00e4tsel, die die komplexen Spektren aufgaben, zu l\u00f6sen\u201c, schreibt Land\u00e9s Biograph Azim Barut. \u201eSolange keine vollst\u00e4ndige physikalische Theorie vorliegt, sind wir gezwungen, systematisch zu beobachten und verschiedene empirische Regeln miteinander zu kombinieren suchen.\u201c Genau das tat Land\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Sein erster entscheidender Beitrag zur Erkl\u00e4rung der \u201eZahlenmystik\u201c, wie Sommerfeld sie nannte, war die Einf\u00fchrung einer zus\u00e4tzlichen Quantenzahl, die halbzahlige Werte haben durfte. Aus Sicht der damaligen Physiker fiel diese Zahl vom Himmel, aber sie passte zu den experimentellen Daten. Erst Jahre sp\u00e4ter wurde sie mit dem bis dahin nicht bekannten Eigendrehimpuls des Elektrons \u2013 dem Spin \u2013 identifiziert. Nach einem Besuch bei Paschen in T\u00fcbingen im Oktober 1922 f\u00fchrte Land\u00e9 auf die zweite wichtige Neuerung, den heute nach ihm benannten \u201eg-Faktor\u201c ein. Mithilfe dieser Korrektur lie\u00dfen sich die Energieniveaus des anomalen Zeeman-Effekts beim Helium exakt berechnen. Paschen sorgte daf\u00fcr, dass Land\u00e9 noch in demselben Jahr als Extra-Ordinarius nach T\u00fcbingen berufen wurde. Nun konnte der Physiker auch heiraten. Mit Elisabeth Grunewald hatte er zwei S\u00f6hne.<\/p>\n\n\n\n

Weiterer Lebensweg<\/h3>\n\n\n\n

Aufgrund des zunehmenden Antisemitismus in Deutschland nahm Land\u00e9 1931 eine Professur an der Ohio State University an, die er bereits zwei Jahre zuvor auf einer Vortragsreise besucht hatte. Dort lehrte und forschte er bis zu seiner Emeritierung. Er starb 1975 im Alter von 86 Jahren in Columbus, Ohio.<\/p>\n\n\n\n

\u201eEr war ehrgeizig und streitbar in wissenschaftlichen Fragen, scheute keine Schwierigkeiten und formulierte klar\u201c, charakterisiert ihn der Historiker Helmut Rechenberg. \u201ePers\u00f6nlich war Land\u00e9 freundlich und bescheiden; er besa\u00df einen feinen, leicht ironischen Humor und war gro\u00dfz\u00fcgig nicht nur solchen gegen\u00fcber, denen er verpflichtet war.\u201c<\/p>\n\n\n\n

<\/div>\n\n\n\n

Anne Hardy<\/em><\/p>\n\n\n\n

<\/div>\n\n\n\n

Dieser Beitrag ist in der\u00a0Ausgabe 3\/2021\u00a0(PDF)<\/a>\u00a0des UniReport\u00a0erschienen.<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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