Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

Größe sei.
    Schließlich formulierte Einstein noch die Äquivalenz von Masse und Energie. Sie beschreibt ganz allgemein, dass die Masse eines Körpers gleichzeitig auch ein Maß für seine Energie ist. Einstein zeigte also, dass jedes Teilchen eine »Ruhe-Energie« zusätzlich zu seiner kinetischen und potentiellen Energie hat. Dementsprechend dürfen masselose Teilchen auch keine Ruheenergie besitzen. Einstein hatte so die berühmte Formel E = mc 2 aus der Speziellen Relativitätstheorie abgeleitet, die in dieser Form für Materie in Ruhe gilt. »E« steht für die interne Energie eines ruhenden Körpers, die dem Produkt der Ruhe-Masse »m« mal der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum »c« zum Quadrat entspricht. Die Lichtgeschwindigkeit ist hierbei aber lediglich ein Faktor, um die physikalische Einheit einer Masse mit der einer Energie in Einklang zu bringen. Die relativistische Form sieht ein wenig komplizierter aus, da dann die relativistischen Massen und Energien berücksichtigt werden müssen.
    Schon lange vorher hatte Max Planck vorhergesagt, dass ein gebundenes System weniger Masse als die Summe seiner Einzelteile haben würde, nachdem die Bindungsenergie abgegeben worden sei. Planck dachte dabei wahrscheinlich an chemische Reaktionen, bei denen aber die Bindungsenergie zu niedrig ist, um gemessen werden zu können. Chemische Reaktionen waren zu dieser Zeit oft Vorbild für die noch weniger bekannten physikalischen Prozesse. Einstein schlug dann vor, dass radioaktives Material wie z.B. Radium eventuell einen Test seiner Theorie ermöglichen könnte. Aber auch Radium strahlte nicht genügend stark für ein erfolgreiches Experiment. So gab es um 1905 noch keinerlei Möglichkeiten, Einsteins Aussage experimentell zu bestätigen. Erst mit der Entdeckung des Antiteilchens Positron konnte 1932 gezeigt werden, dass die gesamte Masse eines Materie-Antimaterie-Paares komplett in Energie umgewandelt werden kann. Die Erkenntnis der Äquivalenz von Masse und Energie hatte auch eine fundamentale Bedeutung für die Frage, warum die Sterne leuchten.
    Der Däne Niels Bohr führte 1913 ein neues, ausgeklügeltes Modell zur Beschreibung des Atoms und dessen Struktur ein. Das war der nächste wichtige Schritt, um der Natur der Atome auf die Spur zu kommen, wusste man doch seit Einsteins Arbeiten von 1905 endlich, dass es Atome auch tatsächlich gab. Nach der Aufstellung der Quantentheorie des Lichts wollte Bohr vor allem das Wasserstoffatom und seine Eigenschaften verstehen. So entwickelte er ein Modell für das einfachste aller Atome, welches er später für schwerere Atome zu einem Schalen-Modell erweiterte. Dazu hatte er das um 1911 von dem englischen Physiker Ernest Rutherford vorgeschlagene Atommodell mit dem Konzept der Lichtquanten von Planck zusammengeführt. Rutherford hatte als Erster angenommen, dass ein Atom aus einem positiv geladenen Kern besteht, das von einer entsprechenden Anzahl negativ geladener Elektronen umkreist wird, um nach außen elektrisch neutral zu erscheinen. Das Elektron und seine negative Ladung waren nämlich schon seit 1897 bekannt. Allerdings führte die klassische Beschreiburg Rutherfords letztendlich zu instabilen Atomen.
    Das neue Atommodell, oft auch Rutherford-Bohr-Modell genannt, beschreibt heute noch, wenn auch in vereinfachter Weise, Atome mit nur einem Elektron wie z.B. Wasserstoff. Der Erfolg lag darin, dass die seit einiger Zeit bekannten experimentellen Ergebnisse die Rydberg-Formel zur Beschreibung der Wellenlängen von Wasserstofflinien in Spektren endlich theoretisch erklären konnten. Bohrs Vorschlag war, dass negativ geladene Elektronen den positiv geladenen Atomkern wie die Planeten die Sonne umkreisen würden. Allerdings würde dabei nicht die Gravitation das System zusammenhalten, sondern die elektrostatische Kraft. Eine solche Atomkonfiguration ist in Abbildung 2.2 dargestellt. Zum ersten Mal konnte eine ganze Reihe von schon bekannten Eigenschaften von Atomen durch ein recht umfassendes Modell erklärt werden. Daraus konnte man für schwerere Atome folgern, dass aufgrund der größeren positiven Kernladung auch mehr Elektronen vorhanden sein müssten, um das Atom elektrisch neutral zu halten. Bohrs neuartige Idee war, dass jede Schale nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen könne. Wenn eine Schale mit Elektronen voll wäre, müsste eine weitere Schale besetzt werden. Daraus entwickelte sich das Schalenmodell, welches viele Eigenschaften der Elemente des