Ein kurzer Überblick über die Geschichte der Theoretischen Physik in Göttingen

Woldemar Voigt

Die Physik in Göttingen beginnt ungefähr mit der Universitätsgründung in der Mitte des 18. Jahrhunderts und ist durch Namen wie Abraham Gotthelf Kästner, Tobias Mayer, Johann Ch. P. Erxleben und besonders Georg Christoph Lichtenberg bekannt geworden. Der Schüler, Mitarbeiter und spätere Kollege von Carl Friedrich Gauss und Wilhelm Weber zeichnete sich nicht nur als Physiker, sondern auch als freiheitlich denkender Bürger aus. Schon zu seiner Zeit, also etwa ab 1849 entsprachen die beiden ordentlichen Lehrstühle des Fachs Physik in Göttingen (Weber, Listing) in etwa der Aufteilung in experimentelle und theoretische (mathematische) Physik. Die Abteilung "mathematische Physik" des physikalischen Instituts wurde durch so bekannte Physiker wie Woldemar Voigt (1850-1919, ab 1883 in Göttingen), Peter Debye (1884-1966, in Göttingen 1914-1920) und Max Born (1882-1970, in Göttingen 1921-1933) geleitet. Unter Letzterem erfolgte 1922 die Umbenennung in "Institut für Theoretische Physik".

Max Born (ca. 1925)

Mit Max Born (er erfand den Begriff Quantenmechanik 1924) und seinen Mitarbeitern Werner Heisenberg und Pascual Jordan erreichte die theoretische Physik in Göttingen im 20. Jahrhundert einen Höhepunkt durch ihren wesentlichen Anteil an der Entwicklung und Vollendung der Quantenmechanik (1925-1927). Nach der Einführung des Energiequantums durch Planck und Einsteins Idee von der quantenhaften Natur des Lichts hatte die ältere Atommechanik die atomaren Spektren mit Hilfe von Bohrs anschaulichem Atommodell erklärt.

Werner Heisenberg (ca. 1926)

Es war Heisenberg, der aus dem beobachteten Energiespektrum der Atome einen mathematischen Formalismus herausdestillierte, der es erlaubte, beobachtbare Größen wie Frequenz, Intensität und Polarisation der Strahlung ohne Rückgriff auf ein Modell zu berechnen. Born erkannte die zugrundeliegende mathematische Struktur (Matrizen, Operatoren); er und seine jungen Mitarbeiter Heisenberg und Jordan formten sie zusammen mit ihm zur Matrizenmechanik aus. 1926 entwickelte Schrödinger die sog. Wellenmechanik, die Materiewellen im Sinne von de Broglie beschreiben sollte.

Born zeigte dagegen, dass die Wellenfunktion Schrödingers mit einer Wahrscheinlichkeitsinterpretation verknüpft ist, welche die Wahrscheinlichkeit für den Ort und den Impuls des Teilchens angibt. Borns Wahrscheinlichkeitsdeutung und Heisenbergs Unschärferelation haben unser Verständnis der Natur in revolutionärer Weise verändert.

Sowohl Max Born als auch Werner Heisenberg erhielten später den Nobelpreis (1954 bzw. 1932). Heisenberg (1933), Jordan (1942), Hund (1943), Born (1948) und Debye (1950) wurden mit der Max-Planck-Medaille, der höchsten Auszeichnung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, geehrt.

Wellenmechanische Bilder des Wasserstoffatoms in vier verschiedenen Anregungszuständen: Die Helligkeit ist ein Maß für die Warscheinlichkeitsdichte, ein Elektron an diesem Ort anzutreffen.

Liest man die Namen von damaligen Mitarbeitern und Gästen im Institut für Theoretische Physik wie Pauli, Hückel, Nordheim, Fermi, London, Hund, Heitler, Fock, Wigner, Herzberg, Frau Göppert-Mayer, Ehrenfest, Oppenheimer, Delbrück, Weißkopf, Bloch und Teller (unter anderen nicht viel weniger bekannten), so kann man die goldenen Jahre des Göttinger Instituts für Theoretische Physik begreifen. Von Bedeutung war die Wechselwirkung mit Experimentalphysikern wie Franck und Pohl, dem Strömungsphysiker Prandtl sowie Mathematikern wie Hilbert, Klein, Runge und Weyl.

Maria Göppert-Mayer

Max Reich, Max Born, James Franck, Robert Pohl

Die Machtergreifung der Nationalsozialisten setzte dieser Blütezeit ein jähes Ende. Born wurde suspendiert und 1935 seines Amtes enthoben. Er wurde zunächst von Fritz Sauter vertreten. Richard Becker (in Göttingen 1936-1955), der die Stelle auf Anweisung übernahm (er hatte sich kurz vorher mit Erfolg um die Nachfolge von Sommerfeld in München beworben), hielt das Niveau in Forschung (magnetische und plastische Eigenschaften von Metallen) und Lehre aufrecht. Sein Doktorand Richard Krömer erhielt im Jahr 2000 den Nobelpreis für Physik. Friedrich Hund, der seit 1957 das Institut leitete, konnte den Anschluss an die frühere internationale Bedeutung des Instituts herstellen. Seine entdeckung des Tunneleffekts, die Hund'sche Regel und die Hund-Mulliken-Theorie ermöglichten die effiziente Anwendung der Quantenmechanik auf die Kernphysik, die Molekülphysik und die Chemie. Inzwischen war offensichtlich geworden, dass die Grundlagenforschung der 20er und 30er Jahre zu lebensfeindlichen Anwendungen in Form von Kernwaffen missbraucht wurde. 1957 fanden sich daher führende deutsche Wissenschaftler, darunter neben Otto Hahn, Max von Laue und Carl-Friedrich von Weizsäcker auch die alten Göttinger Max Born und Werner Heisenberg, zur Göttinger Erklärung gegen atomare Bewaffnung der Bundeswehr und gegen die weltweite atomare Aufrüstung zusammen.

Als Folge der Diskussionen um den "Bildungsnotstand" in der Bundesrepublik konnten sich die Universitäten erweitern. Für die theoretische Physik in Göttingen brachten die 60er Jahre nach dem Hundschen Motto "klein aber fein" eine bescheidene personelle Vergrößerung des Instituts von einem ordentlichen (Hund) und einem außerordentlichen Professor (Helmut Steinwedel) auf drei (ordentliche) Professorenstellen sowie deren Ausstattung mit wissenschaftlichen Assistenten. Sie wurden durch den von Laue-Schüler Max Kohler, der auf den Gebieten der Transporttheorie und alternativen Gravitationstheorien arbeitete, und die späteren Träger der Max-Planck-Medaille Gerhart Lüders und Hans-Jürgen Borchers besetzt. Neben der Physik der kondensierten Materie und, vorübergehend, der Kernphysik trat nun die Quantenfeldtheorie als ein weiteres Hauptarbeitsgebiet hervor. Mit dem Pauli-Lüders- (TCP-) Theorem und den sog. Borchers-Klassen der axiomatischen Quantenfeldtheorie sind wichtige Höhepunkte dieses Gebietes benannt. Dieses Gebiet verstärkten seit den 70er Jahren Helmut Reeh, Gerhard Hegerfeldt und Hansjörg Roos. 1987 wurde Arthur S. Wightman die Ehrendoktorwürde verliehen.

Kennzeichen der 70er und 80er Jahre waren große Studentenzahlen ("Überlast"), eine nochmalige Erweiterung des Lehrkörpers auf bis zu 8 Professoren und die Umgestaltung des Instituts in ein "Department" mit rotierender Besetzung des Geschäftsführers. Mit der Berufung von Hubert Goenner wurden die wissenschaftlichen Arbeitsgebiete auch auf die Relativitätstheorie ausgedehnt. 2 - 3 regelmäßig am Institut tätige Privatdozenten trugen ihren Teil zur Forschung und Lehre bei. Kurt Schönhammer baute die Theoretische Festkörperphysik aus, Annette Zippelius wurde zusammen mit Reiner Kree das Zentrum des Forschungsschwerpunktes "Statistische Physik". Sie erhielt den Leibniz-Preis und 2022 die Max-Planck-Medaille. In den 90er Jahren erfolgte dann wegen der Finanzlage des Landes durch die Fakultät ein "Rückbau" durch Streichung zweier Professorenstellen am Institut.

Detlev Buchholz als Nachfolger von Borchers setzte die Forschung auf dem Gebiet der mathematischen und axiomatischen Quantenfeldtheorie for. Auch er wurde mit der Max-Planck-Medaille ausgezeichnet. Karl-Henning Rehren ergänzte seine Forschung mit konformer Quantenfeldtheorie. Zu dieser Zeit richtete die Fakultät als experimentelle Ergänzung einen neuen Forschungsschwerpunkt "Teilchenphysik" am 2. Physikalischen Institut ein.

2003 zog das Institut in den Neubau der Fakultät am Friedrich-Hund-Platz in den Nordbereich um. Mit dem Bologna-Prozess und der Umstellung auf neue Studiengänge veränderten sich die Aufgaben in der Lehre. Gleichzeitig wurde das Institut durch zahlreiche Promotions-Studentinnen und -Studenten sowie PostDocs immer internationaler. Marcus Müller erweiterte die Statistische Physik auf Anwendungen in der Biophysik. In den 2010er Jahren entwickelte sich eine neue thematische Klammer "Nichtgleichgewicht" zwischen klassischer und Quantenphysik, die sich von der Kosmologie (Laura Covi) über hochkorrelierte Elektronen (Stefan Kehrein, Thomas Pruschke, Fabian Heidrich-Meisner) zu komplexen Systemen und aktiver Materie (Peter Sollich, Matthias Krüger) spannt. Peter Blöchl (TU Clausthal) hielt regelmäßige Vorlesungen zur theoretische Festkörperphysik. Steffen Schumann wechselte von der 2. Physik ins Institut für Theoretische Physik, um numerische Methoden für die Beschleunigerphysik fortzuentwickeln. Stefan Klumpp (Institut für Dynamik komplexer Systeme) wurde assoziiiertes Mitglied des Instituts.

Im Juni 2022 feierte das Institut seinen 100sten Geburtstag mit einem wissenschaftlichen Festsymposium.