Otto Stern (Physiker)

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Porträtfoto von Otto Stern

Otto Stern (* 17. Februar 1888 in Sohrau, Oberschlesien; † 17. August 1969 in Berkeley) war ein deutscher, 1933 in die USA emigrierter Physiker und Nobelpreisträger (1943).

Leben[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Stern besuchte das gemischt-konfessionelle Johannesgymnasium Breslau. Er stammte aus einer wohlhabenden jüdischen Familie, zu der Getreidehändler und Mühlenbesitzer gehörten. Das verschaffte Stern auch später finanzielle Unabhängigkeit im Wissenschaftsbetrieb. Nach dem Abitur in Breslau 1906 begann er das Studium der Mathematik und Naturwissenschaften, unter anderem bei Arnold Sommerfeld in München, in Freiburg und an der Universität Breslau. Experimentalphysik hörte er bei Otto Lummer und Ernst Pringsheim. Insbesondere lernte er aber statistische Mechanik und Thermodynamik im Selbststudium aus den Schriften von Ludwig Boltzmann, Rudolf Clausius und Walter Nernst. Er wurde 1912 an der Universität Breslau in physikalischer Chemie bei Otto Sackur promoviert (mit einer Dissertation über den osmotischen Druck von Kohlendioxid in konzentrierten Lösungen). Im selben Jahr ging er zu Albert Einstein an die Karls-Universität Prag und folgte ihm schließlich 1913 an die Eidgenössische Technische Hochschule nach Zürich, wo er sich 1913 in physikalischer Chemie habilitierte. Mit Einstein - der am Beginn seiner Karriere als Physiker als Spezialist für Thermodynamik galt - arbeitete er insbesondere über Probleme der statistischen Mechanik. Mit ihm verband ihn eine lebenslange Freundschaft. Er kam in Zürich auch in Kontakt mit Paul Ehrenfest und Max von Laue. Im folgenden Jahr ging er an die Johann-Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt am Main, wo er sich 1915 für theoretische Physik umhabilitierte. Er blieb als Privatdozent für theoretische Physik in Frankfurt bis 1921, unterbrochen vom Wehrdienst im Ersten Weltkrieg, in dem er sich gleich nach Kriegsausbruch freiwillig meldete und an der russischen Front diente[1], erst als Gefreiter und dann als Unteroffizier in technischer Verwendung. Max Born sorgte dafür, dass er einer Forschungsabteilung der Universität Berlin zugewiesen wurde[2]. 1919 erhielt er den Professorentitel und war Assistent von Max Born in Frankfurt. In dieser Zeit wandte er sich von der theoretischen Physik der Experimentalphysik zu. 1921 erhielt Stern einen Ruf auf ein Extraordinariat für theoretische Physik an der Universität Rostock, wo er bis 1922 blieb. Ein Grund für den Wechsel war Antisemitismus in Frankfurt (der Physiker und Universitätsrektor Richard Wachsmuth wollte ihm aus diesem Grund keine etatmäßige Professur geben).[3] 1923 folgte ein Ruf an das neugegründete Institut für physikalische Chemie der Universität Hamburg als Ordinarius und Direktor. In Hamburg begann eine enge, die Hamburger Zeit überdauernde Freundschaft mit seinen Kollegen, dem Astronomen Walter Baade, dem Mathematiker Erich Hecke und dem (damals noch angehenden) Physiker Wolfgang Pauli. Zu seinen Post-Doktoranden gehörten dort Isidor Isaac Rabi und Ronald G. J. Fraser. 1930/31 war er Dekan der Universität Hamburg und 1931 bis 1932 Mitglied des Senats der Universität. 1931 wurde er zum korrespondierenden Mitglied der Göttinger Akademie der Wissenschaften gewählt.[4]

Otto Stern und Lise Meitner, 1937
Plakette an der Universität Hamburg
Erinnerungstafel in Frankfurt, am Haus des Physikalischen Vereins

Wegen seiner jüdischen Herkunft[5][6] emigrierte er 1933 in die USA und nahm 1939 die US-amerikanische Staatsbürgerschaft an.[7] Er war von 1933 bis zur Emeritierung 1945 Forschungsprofessor der Physik am Carnegie Institute of Technology in Pittsburgh. In Kalifornien setzte er sich im darauf folgenden Jahr zur Ruhe. Er starb 1969 während eines Kinobesuchs an einem Herzinfarkt.

Werk[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Viele der Arbeiten Sterns beruhen auf seiner Molekularstrahl-Methode, die auch für die weitere Entwicklung der Experimentalphysik und Quantenphysik von fundamentaler Bedeutung war. Die Molekular- oder Atomstrahl-Methode selbst stammte von Louis Dunoyer de Segonzac (1911). Die ursprünglichen Veröffentlichungen von Stern dazu dienten der Messung der Maxwellschen mittleren thermischen Geschwindigkeit.[8] Ein frühes Interesse von Stern war die statistische Mechanik und das Entropie-Konzept.

Die Stern-Volmer-Gleichung[9] geht auf eine Zusammenarbeit mit Max Volmer am Berliner physikochemischen Institut zurück. 1913 veröffentlichte er mit Albert Einstein in den Annalen der Physik über die Nullpunktsenergie.[10]

Im Versuch von Stern maß er erstmals direkt die Geschwindigkeit von Atomen. Im Februar 1922 führte er zusammen mit Walther Gerlach im Physikalischen Verein in Frankfurt am Main den Stern-Gerlach-Versuch[11] zum Nachweis der Richtungsquantelung, der Quantisierung des Drehimpulses, durch (vorhergesagt 1916 durch Peter Debye und Arnold Sommerfeld)[12]. Mit Gerlach bewies er auch, dass Atome ein magnetisches Moment haben.[13] Er bestimmte erstmals mit Gerlach experimentell das Bohrsche Magneton am Silberatom.[14][15]

Ihm gelang der Nachweis der Interferenz an Atomstrahlen[16] und die Messung der de-Broglie-Beziehung an Atomstrahlen. Von ihm stammt die erste Messung des magnetischen Moments von Proton und Deuteron.[17][18]

Zu seinen Mitarbeitern zählten unter anderem Walther Gerlach, Otto Robert Frisch und Immanuel Estermann.

Mitgliedschaften und Ehrungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Stern erhielt 1943 als „Anerkennung seines Beitrags zur Entwicklung der Molekularstrahl-Methode und für seine Entdeckung des magnetischen Moments des Protons“ den Nobelpreis für Physik. Die Richtungsquantelung wurde nicht erwähnt, aber der Gutachter Erik Hulthén hob in einem Beitrag im schwedischen Radio im Dezember 1944 vor allem die Richtungsquantelung hervor.[19] Zwischen 1901 und 1950 war er der am meisten für den Nobelpreis nominierte Physiker mit 82 Nominierungen.

Die Universität Frankfurt ehrte Otto Stern, indem sie das 2011 fertiggestellte zentrale Hörsaal- und Bibliotheksgebäude am neuen Campus Riedberg nach ihm als Otto-Stern-Zentrum benannte.[20] Die Stern-Gerlach-Medaille der DPG ist nach ihm und Gerlach benannt.

1960 wurde er Ehrendoktor der ETH Zürich. Er war Mitglied der National Academy of Sciences (1945), der American Association for the Advancement of Science, der American Philosophical Society, der Königlich Dänischen Akademie der Wissenschaften und der Göttinger Akademie der Wissenschaften, aus der er in der NS-Zeit ausgeschlossen wurde und in die er später nicht wieder eintrat.

Schriften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Horst Schmidt-Böcking, Karin Reich, Alan Templeton, Wolfgang Trageser, Volkmar Vill (Hrsg.): Otto Sterns Veröffentlichungen, 5 Bände, Springer Spektrum 2016
  • Eine direkte Messung der thermischen Molekulargeschwindigkeit, Zeitschrift für Physik 2 (1920), 49-56
  • Ein Weg zur experimentellen Richtungsquantelung im Magnetfeld, Zeitschrift für Physik 7 (1921) 249-253
  • mit W. Gerlach: Der experimentelle Nachweis des magnetischen Moments des Silberatoms, Zeitschrift für Physik 8 (1921) 110-111
  • mit W. Gerlach: Der experimentelle Nachweis der Richtungsquantelung im Magnetfeld, Zeitschrift für Physik 9 (1922) 349-352
  • mit W. Gerlach: Das magnetische Moment des Silberatoms, Zeitschrift für Physik 9 (1922) 353-355

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Horst Schmidt-Böcking und Karin Reich: Otto Stern. Physiker, Querdenker, Nobelpreisträger, Societäts-Verlag, Frankfurt am Main 2011, ISBN 978-3-942921-23-7.
  • Peter Toennies, Horst Schmidt-Boecking, Bretislav Friedrich, Julian Lower: Otto Stern (1888–1969): the founding father of experimental atomic physics, Annalen der Physik, Band 523, 2011, S. 1045–1070
  • Bretislav Friedrich, Dudley Herschbach: Stern and Gerlach: how a bad cigar helped reorient atomic physics, Physics Today, Dezember 2003, S. 57, pdf

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Porträt bei Jüdische Denkmäler Frankfurt
  2. Nancy Green Max Born, Spektrum Verlag, S. 83
  3. Astrid Ludwig, Der vergessene Nobelpreisträger, Frankfurter Rundschau, 28. Dezember 2010, Horst Schmidt-Böcking über Otto Stern
  4. Holger Krahnke: Die Mitglieder der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen 1751–2001. Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 2001, ISBN 3-525-82516-1, S. 233.
  5. National Academy of Sciences - Otto Stern (englisch; PDF; 1,0 MB)
  6. American Jewish Recipients of the Nobel Prize - Otto Stern: Nobel Prize in Physics 1943 (englisch)
  7. Biografie Otto Stern
  8. Stern, Eine direkte Messung der thermischen Molekulargeschwindigkeit,Physikalische Zeitschrift, Band 21, 1920, S. 582
  9. Stern, Volmer, Über die Abklingungszeit der Fluoreszenz. Physikalische Zeitschrift, Band 20, 1919, S. 183-188
  10. Einstein, Stern, Einige Argumente für die Annahme einer molekularen Agitation beim absoluten Nullpunkt, Annalen der Physik, Band 40, 1913, S. 629-632
  11. Stern, Gerlach, Der experimentelle Nachweis der Richtungsquantelung im Magnetfeld, Z.f.Physik, 9, 1922, 349-352. Vorgeschlagen wurde der Versuch von Stern, Ein Weg zur experimentellen Prüfung der Richtungsquantelung im Magnetfeld, Z. f. Physik, Band 7, 1921, S. 249-253
  12. Für den Versuch selbst erwartete Debye aber keinen Nachweis der Richtungsquantelung und Sommerfeld nur ein halbklassisches Ergebnis. Nur Bohr und Max Born (damals auch in Frankfurt) erwarteten ein positives Ergebnis. Gerlach und Stern waren für das Ergebnis offen. Gerlach, Erinnerungen an Albert Einstein 1908-1930, Physikalische Blätter Band 35, 1979, Heft 3, S. 97f
  13. Stern, Gerlach, Der experimentelle Nachweis des magnetischen Moments des Silberatoms, Z.f.Physik, 8, 1921, 110-111
  14. Gerlach, Stern, Das magnetische Moment des Silberatoms, Z.f.Physik, Band 9, 1922, S. 353-355
  15. Otto Robert Frisch, Stern, Beugung von Materiestrahlen, Handbuch der Physik, Band 22, Teil 2, Springer 1933
  16. Stern, Beugung von Molekularstrahlen am Gitter einer Kristallspaltfläche, Die Naturwissenschaften, 17, 1929, S. 391
  17. Frisch, Stern, Über die magnetische Ablenkung von Wasserstoffmolekülen und das magnetische Moment des Protons, Teil 1, Z. f. Physik, Band 85, 1933, S. 4–16, Teil 2 mit Estermann, S. 17-24
  18. Stern, Estermann, Über die magnetische Ablenkung von isotopen Wasserstoffmolekülen und das magnetische Moment des „Deutons“. Z. f. Physik, Band 86, 1933, S. 132–134
  19. Otto Sterns Veröffentlichungen, Springer Spektrum, Band 1, 2016, S. 28
  20. Mammutprojekt: Die Zukunft der Universität hat schon begonnen. In: fr-online.de. 27. Juni 2011, archiviert vom Original am 19. Dezember 2014, abgerufen am 19. Dezember 2014.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Otto Stern – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien