Gustav Ludwig Hertz

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Gustav Ludwig Hertz

Gustav Ludwig Hertz erhielt 1925 den Nobelpreis für Physik zusammen mit James Franck „… für die Entdeckung der Gesetze, die bei dem Zusammenstoß eines Elektrons mit einem Atom herrschen“.

Biographie

Hertz wird am 22. Juli 1887 in Hamburg geboren. 1906 legt er am Realgymnasium des Johanneums in Hamburg sein Abitur ab. Nach zwei Semestern Mathematikstudium in Göttingen und zwei Semestern Physik bei Arnold Sommerfeld in München leistet Hertz ein Jahr Militärdienst ab.

1908 nimmt er das Physikstudium in Berlin wieder auf, wo er 1911 bei Heinrich Rubens über „Das ultrarote Absorptionsspektrum des CO2 in Abhängigkeit von Druck und Partialdruck“ promoviert.

Noch im gleichen Jahr wird er Assistent am Physikalischen Institut der Universität Berlin und seine Zusammenarbeit mit James Franck beginnt, die Hertz den ersten großen wissenschaftlichen Erfolg einbringt. Hertz und Franck untersuchen die Stöße, die in Dampfform verteilte Quecksilberatome erleiden, wenn sie von beschleunigten Elektronen getroffen werden. Um diese Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Atomen zu ermitteln, werden entsprechende Elektronen durch ein elektrisches Spannungsfeld beschleunigt.

Die 1912 begonnenen Untersuchungen zeigen, dass die Elektronen von den Gasatomen nach den Gesetzen des vollkommen elastischen Stoßes reflektiert werden, solange ihre Geschwindigkeit unterhalb einer gewissen kritischen Größe bleibt. Im elektrischen Felde nehmen sie daher – praktisch unbeeinflusst durch die Zusammenstöße – fortlaufend Energie auf, bis sie die kritische Geschwindigkeit erreicht haben. Dann erfolgt eine vollständige Energieabgabe bei einem der folgenden unelastischen Stöße. Damit ließ sich die vordem unerklärlich niedrige Zündspannung bei den Edelgasen zum ersten Mal verstehen.

Die kinetische Energie eines Elektrons der kritischen Geschwindigkeit passt nun genau zu der Quantenenergie der Resonanzstrahlung des beschossenen Atoms. Hertz und Franck machten die für die Entwicklung der Quantentheorie bedeutende Entdeckung, dass die Atome mit der gleichen Energie quantenhaft angeregt und durch UV-Strahlung abgeregt werden. Die Ergebnisse dieser Experimente gelten als erster Beweis der Quantentheorie des deutschen Physikers Max Planck. Franck und Hertz erhärten damit die Vorstellung von den getrennten, nicht kontinuierlichen (diskreten) Energieniveaus und den Übergängen zwischen diesen bei Absorption oder Emission von Energiequanten.

Nach der Genesung von einer schweren Verwundung im Ersten Weltkrieg habilitiert sich Hertz 1917 und wird Privatdozent in Berlin. Erst in diesem Jahr wird auch der Zusammenhang der Franck-Hertz-Versuche mit der Bohrschen Atomtheorie erkannt. Die Versuche hatten in der Tat den ersten unmittelbaren Beweis für die Existenz der von Niels Bohr ad hoc postulierten stationären Energiezustände der Atome geliefert. Sie erweisen sich als glänzende Bestätigung der Bohrschen Vorstellung von diskreten Energieniveaus in der Atomhülle. Für ihre Arbeiten zur Elektronenstoßmethode nehmen Hertz und Franck 1925 den Nobelpreis für Physik in Empfang.

Ab 1927 entwickelt Hertz seine Methode zur Isotopentrennung. Das Verfahren ermöglicht es, chemisch gleichartige Atome, die sich nur geringfügig in der Masse unterscheiden, voneinander zu trennen. Er errichtet eine mit Diaphragmen arbeitende Trennkaskade, mit der ihm 1934 die Trennung der Neon-Isotope 20 und 22 sowie die Reindarstellung des schweren Wasserstoffs gelingt.

1931 wird Hertz Korrespondierendes Mitglied der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen. 1934 tritt er als Leiter des Physikalischen Institutes in Berlin zurück, weil er sich weigert, die von Hitler geforderte Loyalitätserklärung zu unterschreiben. Ein Jahr später muss er aufgrund seiner jüdischen Abstammung sein Lehramt niederlegen und wird Leiter des Forschungslabors der Siemens AG in Berlin-Siemensstadt.

Nach Kriegsende ist Hertz der bedeutendste unter den rund 200 deutschen Forschern, die in die Sowjetunion gebracht werden. Bei Sotschi am Schwarzen Meer arbeitet Hertz in der Atomforschung, auf dem Gebiet des Überschalls und an der Entwicklung des Radars. Später ist er zusammen mit anderen deutschen Wissenschaftlern in der neu eingerichteten sowjetischen Atomforschungsstätte Agudzeri bei Suchum am Schwarzen Meer tätig. Er verfügt dort über einen großen Stab von deutschen und sowjetischen Fachleuten.

Bei seinen dortigen Arbeiten geht es vor allem um die Trennung von Isotopen, wobei Hertz eine erfolgreiche, auch auf industrieller Basis verwertbare Trennungsmethode erarbeitete. Außerdem wirkt er an der Errichtung riesiger Trennanlagen zur Anreicherung des Uran-Isotops 235 mit.

1954 bis 1961 übernimmt er den Lehrstuhl für Experimentalphysik und ist Direktor des physikalischen Institutes an der Universität Leipzig. 1957 unterzeichnet er die Göttinger Erklärung gegen den Einsatz von Atomwaffen mit.

Am 30. Oktober 1975 stirbt Hertz in Leipzig. Die Stadt Göttingen benennt 1984 in Weende das Gustav-Hertz-Eck nach ihm.

Literatur