Klassische Texte der Wissenschaft. Herausgeber Prof. Dr. Dr. Olaf Breidbach Prof. Dr. Jürgen Jost

Transkript

1 Klassische Texte der Wissenschaft Herausgeber Prof. Dr. Dr. Olaf Breidbach Prof. Dr. Jürgen Jost

2 Die Reihe bietet zentrale Publikationen der Wissenschaftsentwicklung der Mathematik und Naturwissenschaften in sorgfältig editierten, detailliert kommentierten und kompetent interpretierten Neuausgaben. In informativer und leicht lesbarer Form erschließen die von renommierten WissenschaftlerInnen stammenden Kommentare den historischen und wissenschaftlichen Hintergrund der Werke und schaffen so eine verlässliche Grundlage für Seminare an Universitäten und Schulen wie auch zu einer ersten Orientierung für am Thema Interessierte.

3 Arnold Sommerfeld Die Bohr-Sommerfeldsche Atomtheorie Sommerfelds Erweiterung des Bohrschen Atommodells 1915/16 kommentiert von Michael Eckert

4 Arnold Sommerfeld ( ) ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Spektrum Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Spektrum ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media.

5 IhrBriefhatmichsehrgefreut,Ihre Mitteilung über die Theorie der Spektrallinien entzückt. Eine Offenbarung! [Einstein an Sommerfeld, 8. Februar 1916]

6 Vorwort Auch im 21. Jahrhundert ist in Physiklehrbüchern noch vom Bohrschen und dem Bohr- Sommerfeldschen Atommodell die Rede. Sogar in der aktuellen Forschung finden sich noch Anklänge daran, wenn in der Semiklassik modifizierte Bohr-Sommerfeldsche Quantenbedingungen eine Wiedergeburt erleben und beim Quantenchaos daran angeknüpft wird. Die mit Sommerfelds Namen verbundenen Gesetze und Formeln ( Bohr- Sommerfeld-Quantisierung, Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante ) wurden der Bohrschen Theorie jedoch nicht einfach hinzugefügt. Ihre Entstehung erschließt sich auch nicht allein aus den einschlägigen Publikationen in der physikalischen Fachliteratur, sondern erst beim weiteren Studium der in Archiven und Nachlässen aufgespürten Quellen, aus denen auch die persönlichen Lebensumstände und das gesellschaftliche Umfeld hervorgehen. Sommerfelds Arbeit an der Bohrschen Theorie begann im Ersten Weltkrieg. In den Fachaufsätzen ist von diesen Zeitumständen nur in einer Nebenbemerkung die Rede, wenn Sommerfeld einen Feldpostbrief seines Assistenten als Quelle für die Ableitung einer Formel zitiert. Erst unter Einbeziehen solcher Briefwechsel wird die Erweiterung von der Bohrschen zur Bohr-Sommerfeldsche Atomtheorie verständlich. Diese Rekonstruktion wäre ohne das im Sommerfeld-Nachlass aufgefundene Quellenmaterial nicht möglich gewesen. Daher gebührt der erste Dank den Nachfahren Sommerfelds, die diesen wissenschaftshistorisch überaus wertvollen Bestand an Briefen, Manuskripten undbildern der physikhistorischenforschung zugänglich gemacht haben. Ferner sei den zahlreichen Kollegen gedankt, die seit einem halben Jahrhundert durch intensive Quellenforschung zur Geschichte der Quantenphysik die Physikgeschichte insgesamt zu einer respektablen wissenschaftshistorischen Teildisziplin gemacht haben. Ihre Namen finden sich im Quellen- und Literaturverzeichnis. Last, but not least, richtet sich mein Dank an die Kollegen im Forschungsinstitut des Deutschen Museums und an die Deutsche Forschungsgemeinschaft, deren Förderung die Bearbeitung des Sommerfeldschen Nachlasses ermöglicht hat. München, Dezember 2012 Michael Eckert VII

7 Inhaltsverzeichnis Abkürzungen... XI Teil I Historische Annäherung 1 Quantentheorie in München ( ) Von den Röntgenstrahlen zur Quantentheorie Die h-hypothese Röntgenstrahlen, Kristalle, Quanten Sommerfelds Reaktion auf das Bohrsche Atommodell ( ) Zeeman- und Paschen-Back-Effekt Starkeffekt Das Bohrsche Atommodell in der Diskussionder Münchner Physiker Sommerfelds Erweiterung (1915) Eine Vorlesung über Spektrallinien Quantenbedingungen Die Keplerbewegung Relativistische Erweiterung Testfall: Die Spektrallinien des ionisierten Heliums Testfall: Röntgenspektren Der weitere Ausbau des Bohr-Sommerfeldschen Atommodells (1916) Plancks Quantelung des Phasenraumes Epstein und Schwarzschild erklären den Starkeffekt Die Feinstrukturformel Der (normale) Zeemaneffekt im Rahmen des Bohr-Sommerfeldschen Atommodells Reaktionen Ausblick IX

8 X Inhaltsverzeichnis Teil II Sommerfelds Abhandlungen 1915/16 5 Sitzungsberichte der mathematisch-physikalischen Klasse Inhaltsübersicht Theorie der Balmerschen Serie Die Feinstruktur der Wasserstoff- und der Wasserstoff-ähnlichen Linien Glossar Literaturverzeichnis

9 Abkürzungen A1 Arnold Sommerfeld: Zur Theorie der Balmerschen Serie. In: Sitzungsberichte der mathematisch-physikalischen Klasse der K.B. Akademie der Wissenschaften zu München, 1915, S A2 Arnold Sommerfeld: Die Feinstruktur der Wasserstoff- und der Wasserstoffähnlichen Linien. In: Sitzungsberichte der mathematisch-physikalischen Klasse der K.B. Akademie der Wissenschaften zu München, 1915, S AHQP Archive for the History of Quantum Physics ASGS Arnold Sommerfeld. Gesammelte Schriften. 4 Bände. Herausgegeben im Auftrag und mit Unterstützung der Bayerischen Akademie der Wissenschaften von Prof. F. Sauter. Braunschweig: Vieweg, 1968 ASWB Arnold Sommerfeld. Wissenschaftlicher Briefwechsel. Band I: ; Band II: Herausgegeben von Michael Eckert und Karl Märker. München, Berlin, Diepholz: Deutsches Museum und GNT-Verlag, 2000 und 2004 DMA Deutsches Museum, Archiv. München ESPC École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris, Centre de ressources historiques, Paris NBCW Niels Bohr Collected Works. 12 Bände. North-Holland Publishing Company: Amsterdam, New York, Oxford, RANH Rijksarchief in Noord-Holland, Haarlem SUB Staats- und Universitätsbibliothek, Göttingen UAM Universitätsarchiv, München XI