Umsturz im Weltbild der Physik [13 ed.]

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- IM WELTBILD DER

ZIMMER·

Fernsehen und Kühlschrank, Laserstrahl und Raumflug - die Reihe der Schlagworte könnte beliebig fortgesetzt werden um zu zeigen, welche Rolle die moderne Physik heute in unserem Leben spielt. Wie richtig der Gedanke Professor Zimmers war, einen großen interessierten Kreis von Nichtphysikern mit den Problemen der heutigen Physik durch eine auch dem Laien verständliche Darstellung bekanntzumachen und wie hervorragend der Autor dieses fast unmöglich scheinende Vorhaben gelöst hat, beweist der Erfolg , den das vorliegende Buch im In- und Ausland hatte . Ohne mathematische und physi kalische Fachkenntnisse vorauszusetzen wird hier die Entwicklung der modernen aus der klass _ischen Physik bis zu den neuesten Erkenntnissen hin behan delt und ihr philosophischer Gehalt aufgezeigt. Die Bearbeitung der Neuauflage wurde nach dem Tode von Prof . Ernst Zimmer von einem seiner Schüler , Prof . Dr.-lng . A. Hinzpeter, übernommen. Das Buch ist vollständig durchgesehen und verbessert und, wo notwendig - z. B. im Abschnitt „Atomkerne " - erweitert und mit neuen Abbildungen versehen . So ist dieses beliebte Einführungs- und Bildungswerk wieder auf dem letzten Stand und gibt zuverlässig Auskunft über die entscheidenden Fragen der Physik von heute. Bitte beachten Sie die Presseurteile

Carl Hanser Verlag München

auf der 2. Umschlagklappe

UMSTURZ

IM WELTBILD

DER PHYSIK

ERNST ZIMMER

UMSTURZ IM WELTBILD DER PHYSIK

Mit einem Geleitwort von Dr. Max Planck 134 Abbildungen im Text und auf Tafeln

13. Auflage, bearbeitet von Prof. Dr.-Ing. A. Hinzpeter

Ernst Zimmer

CARL HANSER VERLAG MÜNCHEN 1968

Eine englische Übersetzung dieses Werkes erschien 1936 unter dem Titel THE REVOLUTION IN PHYSICS im Verlag Faber & Faber in London (für USA in New York bei Harcourt, Brace and Company). Eine ungarische Übersetzung mit dem Titel FORRADALOM A FIZlKABAN erschien 1941 bei Franklin Tarsulat, Budapest, eine spanische UNA REVOLUCION EN EL CONCEPTO FISICO DEL MUNDO 1944 bei Gustavo Gili in Barcelona. Eine polnische Obersetzung ist 1966 erschienen unter dem Titel PRZEWOD W FIZYCZNYM OBRAZIE SWIATA bei Panstwowe Wydawoictwa Naukowe in Warschau.

Im Textteil fehlende Bilder befinden sich im Kunstdruckanhang.

Der Anregung des mir seit seinen Studienjahren bekannten Herrn Verfassers, seinem Buch ein kurzes Geleitwort mit auf den Weg zu geben, komme ich um so lieber nach, als mir jeder ernst­ hafte und geschickt angelegte Versuch, das Ver­ ständnis für die neuen Fortschritte der Physik in weitere Kreise zu tragen, gerade in der heutigen Zeit höchst verdienstlich und jeder Unterstüt­ zung wert erscheint. Möge das vorliegende Werk insbesondere auch die Einsicht verbreiten und befestigen helfen, daß die physikalische Wissen­ schaft ihre Lebensverbundenheit nicht nur durch ihre Unentbehrlichkeit für die Technik und Wirt­ schaft beweist, sondern daß sie auch im Kampf um die gesamte Weltanschauung ein gewichtiges Wort mitzureden hat.

Dr. Max Planck

68.-73. Tausend Alle Rechte vorbehalten © 1968 Gar! Hanser Verlag, München Satz und Druck: Buchdruckerei Georg Appl, Wemding

INHALT Vorwort.

9

Einleitung

13

Mathematik in der Physik Goethe und die Physik (16).

(13). Astrologie,

Anthroposophie

{15).

1. Kapitel. Die Materie in der klassischen Physik

23

Die physikalische Methode (23). Newtons Mechanik {24). Die RelativitiHstheorie {28}. Moleküle und Atome (39). Elektrische Theorie der Materie (44). Radioaktivität {47). Rutherfords Atommodell {52). Erste Atomumwandlung (53}.

2. Kapitel. Das Licht in der klassischen Physik

55

Korpuskulartheorie {56). Wellentheorie (57). Beugung des Lichtes (59). Unsichtbares Licht {67). Elektromagnetische Lichttheorie (68). Die Röntgenstrahlen {74). Zusammenfassung (76}.

3. Kapitel. Die Lichtquanten

. . . . .

78

Die Energiequanten (78). Die Lichtquantenhypothese (83). Der lichtelektrische Effekt (84). Der Energiegehalt eines Atoms (86). Härte einer Röntgenröhre (86). Lichtstöße (87}. Besinnung (90). Die Dimension der Wirkung {92). Ultrastrahlen (92).

4. Kapitel. Der Bau des Wasserstoffatoms

.

95

Die Spektrallinien leuchtender Gase (95). Balmers Gesetz (99). Das Bohrsche Atommodell des Wasserstoffs (101}. Ellipsenbahuen und Feinbau der Spektrallinien {107). Elektrische und magnetische Aufspaltun~ (llO). Einwände {ll2).

5. Kapitel. Die höheren Atome . Aufgabe (ll4). Das penodische System der Elemente und die Ordnungszahl, Isotope, Röutgenspektren (! 14). Das Leuchtelektronenmodell (122). Der Elektronendrall 026). Das formale Atommodell (129). Quantenzahl und Periodisd1es System (131 ). Elektronengruppierungen der einzelnen Elemente (132). Was sind chemische Kräfte? (138). Laser (141). Kritik der klassischen Quantenphysik (143).

114

8

Inhalt

6. Kapitel. Quantenmechanik und Materiewellen

148

7. Kapitel. Die Deutung der Materiewellen .

168

Die wahre Aufgabe der Physik? (149). Bohrs Korrespondenzprinzip und Heisenbergs Quantenmechanik (150). Die Wellennatur des Elektrons und das Elektronenmikroskop (155). Das Wasserstoffatom als räum­ liche, stehende Welle (165).

Vergleich zwischen Wellenmechanik und Quantenmechanik (168). Wel­ len elektrischer Ladung (173). Wahrscheinlichkeitswellen (181). Die Un­ schärfebeziehungen (187).

8. Kapitel. Anwendungen der Quantenmechanik in Physik und Chemie . . . . . . . . . . . . . . . .

191

9. Kapitel. Die Atomkerne . . . . . . . . . . . . . . . . . .

213

10. Kapitel. Naturphilosophie . . . . . . . . . . . . . . . .

310

Quellenverzeichnis

336

Neue Anwendungen der Quantenphysik (191). Das Heliumspektrum (197). Chemische Kräfte im Wasserstoffmolekül (205). Chemische Bin­ dung allgemein (207). Bandenspektren (Ortho- und Parawasserstoff) Quantenstatistik, Bosonen und Fermionen (210).

Meßinstrumente (216). Die Alphastrahlung (219). Künstliche Atom­ umwandlung (221). Die Teilchenbeschleuniger (223). Neutron und Posi­ tron, Elektronen-Paare (231). Künstliche Radioaktivität (236). Die Kern­ kräfte, Tröpfchen- und Schalenmodell des Kerns (241). Kernspaltung. Die Entwicklung der Atombombe und ihre Auswirkungen {255). Kern­ reaktoren {271). Verwendung radioaktiver Isotope (285). Die Kernkräfte und die Bestrahlung. Die Neutrinos (288). Mesonen, Höhenstrahlung, Antimaterie {294). Die Elementarteilchen, die Materiegleichung, der Sturz der Parität {301).

Kritizismus und Positivismus (311). Erkenntnistheoretische Folgerungen