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»GESTATTEN, FRIDOLIN« - EINE KLEINE EINFÜHRUNG

DAS ATOM-MODELL

Wie stellen Sie sich das Atom vor?
Eine kleine Betrachtung zu den bekannten Atommodellen und zu Modellen überhaupt
 • Das Planetenmodell - einer der genialsten Gedanken der Menschheit
• Jedes Modell hat auch Nachteile
• Zwei Modelle - eines für das Volk und eines für die geistige Elite
• Die neuen Modelle schrecken eher ab, als dass sie helfen, den Mikrokosmos zu verstehen
• Das erkenntnistheoretische Grundproblem aller Modelle
• Einige Fragen an das Atom - mit Hintergedanken

Das Planetenmodell - einer der genialsten Gedanken der Menschheit

Auch von Dingen, die so klein sind, dass wir sie mit unseren Sinnen nicht mehr wahrnehmen können, machen wir uns gern Modelle, zum Beispiel von den "Atomen". Ein Atom kann man sich beliebig vorstellen: z. B. als kleine durchsichtige Kugel, als schwarzen Würfel, Mini-Luftballon, Kreisel, als kleinen Wirbelwind, ....

Sicher haben Sie keine "eigene" Vorstellung, sondern greifen auf das in der Schule vermittelte Modell zurück: Das "Mini-Planetensystem-Modell".
Es war das erste brauchbare Modell eines Atoms, das anschaulich machen konnte, dass das Atom, das "kleinste Teilchen" der Materie, nicht ein einfaches, in sich "gleiches" Teilchen ist sondern selbst noch eine innere Struktur aufweist.

Das Modell sagt: negativ geladene Elektronen umkreisen den Atomkern, der aus positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen besteht, so ähnlich wie die Planeten die Sonne umkreisen. Unterschiedliche Elemente unterscheiden sich durch die Anzahl der Protonen, Elektronen und Neutronen, die in einem Atom enthalten sind.

Das ist ein sehr anschauliches Modell. Es gibt eine Erklärung für die Existenz von verschiedenen Elementen, die chemischen Reaktionen werden schön vorstellbar damit, elektrische Ladungen haben ihren Platz bekommen.

Dieses Modell war eine wunderbare geistige Leistung, ein echter Fortschritt der Wissenschaft und des allgemeinen Bildungsniveaus der Menschen.

Das Interesse an naturwissenschaftlichen Erkenntnissen wuchs auch mit der Wirkung dieses Modells: es war spannend, sich die Welt so vorzustellen. Breite Teile der Öffentlichkeit begannen, sich für die Naturwissenschaften zu interessieren, sie wurden immer populärer:
Die Populärwissenschaft wurde Teil
allgemeiner demokratischer Bestrebungen
der Menschen.
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Jedes Modell hat auch Nachteile

Dieses Modell hatte von Anfang an einen unschönen Nachteil:
 eine Theorie, die auf diesen Anschauungen aufbaute, war nicht widerspruchsfrei. Ständig tauchten neue, offene Fragen auf, die in den Grenzen der Vorstellung dieses Modells nicht zu beantworten waren.

Das erste Problem war: eine bewegte Ladung müsste Energie abstrahlen, das Elektron müsste in den Kern stürzen. War dieses Abstrahlen von Energie bei Stabilität eines Atoms "unmöglich"? Es war vor allem eines: es war "unvorstellbar". Deshalb erfand man schnell die sogenannten "strahlungsfreien Bahnen" in der Hoffnung, so die Widersprüche wegzutheoretisieren - eine äußerst unbefriedigende Lösung.

Immer mehr neue Probleme tauchten auf, immer komplizierter, immer unanschaulicher wurde das Modell, immer aufwendiger und unverständlicher wurden die Theorien.
Heute sind diese Modelle und Theorien so umfangreich, kompliziert und abstrakt, dass sehr, sehr viel Zeit nötig ist, diese zu verstehen.

Mit dem anfänglichen Planetenmodell des Atoms haben sie nicht mehr viel gemeinsam. Im Gegenteil, wer sich ein Atom noch so vorstellt – in einem Vakuum kugeln die kleinen Elektronenkugeln um den aus Protonen- und Neutronenkugeln bestehenden Kern – der macht sich bei den Insidern der Wissenschaft ein bißchen lächerlich.
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Zwei Modelle - eines für das Volk und eines für die geistige Elite

Aber außerhalb der hohen Wissenschaft ist dieses Bild nach wie vor weit verbreitet. Sehr gern bringen Lehrer es Schülern bei.
Wenn wir es so sehen wollen, haben wir zwei verschiedene Atommodelle:
- das "unwissenschaftliche", primitive, anschauliche, aber "falsche" Planetenmodell für das ungebildete Volk
und das
- moderne abstrakte, quantenphysikalische, kompliziert-umständliche für die wissenschaftliche Elite.
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Die neuen Modelle schrecken eher ab, als dass sie helfen,
den Mikrokosmos zu verstehen

Wissenschaftlicher Fachjargon und immenser Zeitaufwand für das Studium der Naturwissenschaften verhindern die (populär-)wissenschaftliche Ausbildung der meisten Menschen. Der naturwissenschaftliche Schulunterricht hat für viele Kinder eher abschreckende als neugierweckende Wirkung. Begriffe bleiben oft leere Worthülsen, die auswendig gelernt werden.

Allein die Vielzahl der Elementarteilchen (auch "Elementarteilchen-Zirkus"1 genannt – ein Begriff, der das Problem so schön doppeldeutig-anschaulich macht) in diesen hochwissenschaftlichen Theorien, was immer man sich darunter vorstellen soll, interessiert einen normalen Menschen überhaupt nicht mehr.

Viele Menschen "sehen" ein Atom so:

                                 

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1 "Zirkus" ist von mir – B. K.
Die Wissenschaftler begnügen sich mit "Zoo", Elementarteilchen-Zoo, ein Begriff, der ja auch nicht gerade für die "artgerechte Haltung" der Atome und "Elementarteilchen" spricht.
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Das erkenntnistheoretische Grundproblem aller Modelle

Schon in den Anfängen zeigten sich Zweifel an der tatsächlichen Existenz von Atomkernen und Elektronen in dieser "klassischen" Vorstellung von den kleinen Kugeln und dem großen Kern...

Der Physiker Sir Arthur Eddington formulierte diese Zweifel in dem hübschen Satz:
"Als uns der verstorbene Lord Rutherford den Atomkern zeigte, hat er ihn da gefunden oder hat er ihn gemacht?" 2
Damit wies er auf ein Problem der Wissenschaft hin, das bis heute nicht geklärt ist:

Spiegelt wissenschaftliche Erkenntnis die Wirklichkeit wirklich, "objektiv" ab, oder haben wir es nur mit mehr oder weniger genauen Vorstellungen, Bildern, Modellen und Theorien von der Wirklichkeit zu tun, die aber letztlich nur (Ab-) Bilder unseres subjektiven Denkens sind? Ist unsere Erkenntnis letztlich unabhängig von der Art und Weise unserer Sinneswahrnehmungen und unseren gedanklichen Fähigkeiten oder ist sie daran gebunden?
Je länger man darüber nachdenkt, desto komplizierter, komplexer und "unvorstellbarer" wird alles. Jede Antwort wirft viele neue Fragen auf.

Hat man die zur Zeit üblichen komplizierten Theorien in mühevoller Arbeit gelernt, weiß man nur eins: man weiß, dass man immer noch nicht weiß, wie "das Ganze" wirklich aufgebaut ist und zusammenhängt.
Der Drang, "zu erkennen, was die Welt im Innersten zusammenhält" und weiter zu fragen, weiter nachzudenken, wird aus Angst, Wissenslücken eingestehen zu müssen oder sich lächerlich zu machen, schnell unterdrückt.

Die Autoritäten des Wissens haben den anderen die Verantwortung abgenommen – man muss ihnen nur glauben, dass es so ist, wie sie es sagen. Vorausgesetzt, man hört ihnen zu und wendet sich nicht gelangweilt ab, wenn so ein "Spinner" zu erzählen beginnt. Vielleicht ist das Verbreiten von Angst und Langweile Teil der Strategie einer "Wissenselite", die verhindern will, dass sie von ihrem geistigen Besitz, ihrem Privileg etwas abgeben muss?
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2 aus: Sir Arthur Eddington „Philosophie der Naturwissenschaft“, Humboldt Verlag Wien 1949, S. 139
Er wollte damit deutlich machen, dass der "Atom" – Begriff selbst schon ein "Modell" ist, das philosophisch in sich widersprüchlich ist. In diesem Begriff ist die einseitige "Teilchen"-Vorstellung schon fundamental vorausgesetzt. Diese kann durchaus angezweifelt werden – wie das auch andere Wissenschaftler taten – und dafür totgeschwiegen und bekämpft wurden: z. B. Ernst Mach.
Die außerwissenschaftlichen Aspekte im "Kampf um die Durchsetzung der Atomistik" sind spannend wie ein Kriminalroman zu lesen: z. B. in Prof. John L. Heilbron: "Max Planck - Ein Leben für die Wissenschaft 1858 bis 1947" (S. Hirzel Verlag Stuttgart 1988)
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Einige Fragen an das Atom - mit Hintergedanken

Nun frage ich mich und Sie, wie nützlich das "Mini-Planeten-Modell" des Atoms heute für die Beantwortung vieler Fragen sein kann.

Deshalb stellen Sie sich bitte noch einmal ein Atom im "Mini-Planeten-Modell" vor, z. B. das einfachste, das Wasserstoffatom: Es besteht aus einem Proton und aus einem Elektron, das um dieses Proton kreist. Zwischen den beiden ist viel "NICHTS", viel Vakuum. Beide zusammen haben eine bestimmte Masse, das Proton trägt eine positive elektrische Ladung, das Elektron eine negative Ladung.

Können Sie mit diesem Modell, diesem Bild vor Augen folgende Fragen beantworten?
• Wie stabil ist so ein Atom? Verändert es sich, bleibt es "sich ewig gleich"? Kann es altern?
• Wiese halten Atome zusammen? Warum mag es z. B. dieses Wasserstoffatom, als zweiatomiges Molekül zu existieren?
• Was macht das Atom, wenn es Gravitationskräfte gegenüber anderen Atomen entwickelt? Wie kann man sich das vorstellen?
• Was bedeuten die elektrischen Ladungen? Tragen Elektron und Proton sie "huckepack" oder "sind" sie diese "Ladung"?
• Positive und negative Ladung ziehen sich gegenseitig an, zwei gleiche Ladungen stoßen sich ab. Wie machen sie das?
• Wie soll man sich Wärme auf atomarer Ebene vorstellen?
(Modelle sagen: z. B. als Gitterschwingungen oder als Billardkugeln ähnlich sich bewegende und stoßende Gasmoleküle. Wenn die aneinander stoßen, geben die schnelleren ihre Bewegungsenergie, d. h. ihre Wärme, an die langsameren ab.)
• Die atomare Bewegung im Raum (Sichtweise des einen Modells) wird gleichzeitig eine Wärmestrahlung im Vakuum (Sichtweise des anderen Modells)?
• Die Wärme ist von gleicher Natur wie das Licht?
• Was ist Licht, wie entsteht und "vergeht" es?
• Was machen die Atome, wenn sie das Licht absorbieren oder reflektieren oder einfach "durchlassen"? Wie soll man sich diese Wechselwirkungen des Lichtes mit den Atomen vorstellen?

"Es ist eben so, frag nicht so dumm! – Die Theorie dazu verstehst du sowieso nicht." – das könnte z. B. ein Lehrer einem Schüler antworten, der diese Fragen stellt.3

Unsere bisherigen Vorstellungen, Modelle, Theorien sind so aufgebaut, dass wir das "Teilchen und "seine Wechselwirkungen" mit anderen Teilchen künstlich als zwei verschiedene Dinge sehen:
Das Elektron BESITZT eine elektrische Ladung. Die Erde BESITZT ein Gravitationsfeld. Die Billardkugel BESITZT kinetische Energie. Alle diese Vorstellungen trennen zwischen den Begriffen wie Masse (Materie), (elektrische) Energie, Gravitation, Bewegung(s-Energie). Sie ignorieren die "Einheit aller Erscheinungen", die "Ganzheit".
Indem die Materie immer mehr "geteilt" werden soll (siehe z. B. das Problemfeld "Hochenergiephysik"), hofft man zu erkennen, was sie "zusammenhält". ...

Wie kann diese künstliche Teilung der Welt überwunden werden, wie kann ich "das Ganze erkennen", wie begreifen, dass "alles eins" ist?
Das Ganze ist viel zu groß, es als Ganzes zu erkennen. Mir bleibt nur, der Versuch, es aus der Beobachtung seiner Teile zu erkennen.
Wenn ich für diese Teile, Teilchen, Atome eine Vorstellung, ein Modell finde, das diese Einheit und Ganzheit in den Mittelpunkt stellt, vielleicht kann mir das weiterhelfen. Dazu muss zuerst die künstliche Trennung in "Teilchen" und seine "Wechselwirkungen" aufgehoben, überwunden werden.

Die "Teilchen" und ihre "Wechselwirkungen" müssen als "eins" angesehen werden.
Denkbar wäre es in einem Modell, das für alle Energieformen – Gravitation, elektrische Ladungen, Masse, mechanische Energie, Wärme, Licht - ein einziges Bild findet, auf das alle diese beobachteten Phänomene zurückgeführt werden können.

Mit anderen Worten: alle makroskopisch beobachtbaren Phänomene, alle "Wirkungen" müssen in einer einzigen Analogie, einem einzigen Modell dargestellt werden können, das bis ins "kleinste" geht, bis in den atomaren Bereich.

In meinem Atommodell habe ich diesen Versuch unternommen.
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3 Mein Sohn fragte im 8. Schuljahr seine Physiklehrerin, was denn Licht überhaupt sei. Ihre Antwort: "Das ist eine gute Frage, die behandeln wir in der 10. Klasse." Was wird sie ihm dann sagen?
Wissen Sie, was Licht ist? Ich weiß es nicht, und alles Studium der Physik hat mir dabei nicht geholfen, es zu erkennen! Erst das Buch von Arthur Zajonc (amerikanischer Professor für Physik, Quantenoptik) "Die gemeinsame Geschichte von Licht und Bewußtsein" hat mir gezeigt, dass Licht ein "ewiges Rätsel" ist – und dass ich mich mit den platten, primitiven Erklärungen, die ich bisher über das Phänomen Licht bekommen habe, nicht abfinden muss.

Fortsetzung: DIE IDEE

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