James Franck: Der Physiker, der zuerst warnte

Am 11. Juni 1945 unterzeichnete eine Gruppe von Wissenschaftlern, die an der amerikanischen Atombombe arbeiteten, ein Dokument, in dem sie ihre eigene Regierung anflehten, diese nicht ohne Vorwarnung einzusetzen. „Sollten die Vereinigten Staaten die Ersten sein, die dieses neue Mittel der wahllosen Zerstörung auf die Menschheit loslassen“, schrieben sie, „würden sie die Unterstützung der Öffentlichkeit in aller Welt opfern und den Rüstungswettlauf beschleunigen.“ Der Bericht trägt den Namen des Mannes, der den Ausschuss leitete – ein Nobelpreisträger, der bereits zwölf Jahre zuvor aus Prinzip von einer Professur zurückgetreten war und dessen Karriere darauf aufbaute, zu beweisen, dass Atome Energie nur in exakten Mengen aufnehmen.

Hamburg, Heidelberg, Berlin

Franck wurde am 26. August 1882 in Hamburg geboren. Er besuchte das Wilhelm-Gymnasium und studierte anschließend Chemie in Heidelberg, bevor er zur Physik in Berlin wechselte, wo er bei Emil Warburg und Paul Drude studierte. Er promovierte 1906 in Berlin, arbeitete kurzzeitig als Assistent in Frankfurt und kehrte nach Berlin zurück, um mit Heinrich Rubens zu arbeiten. Bis 1911 dozierte er Physik an der Universität Berlin, stieg zum außerordentlichen Professor auf und bekleidete den Posten bis 1918, mit einer Unterbrechung durch den Militärdienst im Ersten Weltkrieg.

Elektronen und Atome

Francks zentrale Arbeit betraf, was passiert, wenn ein Elektron auf ein Atom trifft. Mit Gustav Hertz entwickelte er Experimente, die den Austausch präzise maßen – und herausfanden, dass das Atom keine willkürlichen Energiemengen aufnehmen würde. Es akzeptierte spezifische Mengen und nichts dazwischen. Dies war der erste direkte experimentelle Beweis der quantisierten Energieniveaus, die die Quantentheorie vorgeschlagen hatte, und es verwandelte ein abstraktes Postulat in einen messbaren Laborfakt. Der Nobelpreis für Physik 1925 wurde den beiden Männern gemeinsam „für ihre Entdeckung der Gesetze, die den Zusammenstoß eines Elektrons mit einem Atom regieren“ verliehen.

Nach dem Krieg leitete Franck die Physikabteilung am Kaiser-Wilhelm-Institut unter Fritz Haber und untersuchte weiterhin die Elektronenkinetik und das Verhalten von Atomen in Gasen.

Göttingen

1920 wurde er Professor für Experimentalphysik in Göttingen und war dreizehn Jahre lang die eine Hälfte der Partnerschaft, die die Stadt zur Welthauptstadt der theoretischen Physik machte, in enger Zusammenarbeit mit Max Born. Zu den Studenten, die dort studierten, gehörte J. Robert Oppenheimer. In Göttingen entwickelte Franck das Prinzip, das heute unter seinem und Edward Condons Namen bekannt ist und die photochemische Dissoziation erklärt – wie Moleküle zerbrechen, wenn sie Licht absorbieren.

Rücktritt, 1933

Als das Nazi-Regime an die Macht kam, widersetzte sich Franck öffentlich dessen Rassengesetzen und gab seine Position auf, anstatt unter ihnen zu dienen. Es war eine ungewöhnlich frühe und sichtbare Weigerung eines dekorierten Veteranen, der eine Ausnahmeregelung hätte beanspruchen können. Er ging zunächst als Speyer-Professor an die Johns Hopkins University, verbrachte eine Zeit in Kopenhagen und trat 1938 in die physikalische Fakultät der Universität Chicago ein.

Chicago und die Bombe

Während des Zweiten Weltkriegs leitete Franck die Chemieabteilung des Metallurgical Laboratory, dem Teil des Manhattan-Projekts an der Universität Chicago. Als die Waffe kurz vor der Fertigstellung stand, leitete er den Ausschuss, der den Franck-Bericht vom Juni 1945 erstellte, unterzeichnet von Leo Szilard, Glenn Seaborg, Donald J. Hughes, J. J. Nickson, Eugene Rabinowitch und J. C. Stearns.

Der Bericht argumentierte gegen einen unangekündigten Atombombenangriff auf Japan und schlug stattdessen eine Demonstration in einem unbewohnten Gebiet vor. Die Begründung war sowohl strategisch als auch moralisch. Die Wissenschaftler beharrten darauf, dass das Geheimnis nicht zu wahren sei, und sagten voraus, dass innerhalb von zehn Jahren andere Länder im Besitz von Bomben sein würden, die Städte zerstören könnten, und drängten auf die Einrichtung einer „effektiven internationalen Kontrolle von Nuklearexplosivstoffen“, bevor ein Rüstungswettlauf unaufhaltsam würde. Sie wurden überstimmt. Sie hatten auch bezüglich des Zeitplans recht.

Photosynthese

Nach dem Krieg leitete Franck bis 1956 die Photosynthese-Forschungsgruppe in Chicago und wandte die Werkzeuge der physikalischen Chemie auf die Frage an, wie Pflanzen Licht in chemische Energie umwandeln – in gewissem Sinne das gleiche Problem wie beim Franck-Condon-Prinzip, angewandt auf lebende Materie. Die Ehrungen häuften sich: die Max-Planck-Medaille 1951, die Ehrenbürgerschaft von Göttingen 1953, die Rumford-Medaille 1955 und die Wahl in die Royal Society 1964. Er starb am 21. Mai 1964 bei einem Besuch in Göttingen, der Stadt, die er einunddreißig Jahre zuvor verlassen hatte.

Warum James ein Genie genannt wird

Die fragliche Fähigkeit ist experimentelle Vorstellungskraft: die Fähigkeit, einen Apparat zu entwerfen, der die Natur zwingt, eine Frage zu beantworten, der sie ausgewichen ist. Bohrs Atom mit seinen diskreten Energiezuständen war ein theoretischer Vorschlag, den viele Physiker für eine bequeme Fiktion hielten. Franck und Hertz bauten ein Gerät, in dem dieser Vorschlag als wiederkehrendes Muster in einem elektrischen Strom sichtbar wurde – ein Beweis, den jeder von einem Instrument ablesen konnte. Eine umstrittene Abstraktion in eine unwiderlegbare Messung zu verwandeln, gehört zu den schwierigsten Dingen, die ein Physiker tun kann, und das Zitat des Nobelkomitees, „die Gesetze, die den Zusammenstoß eines Elektrons mit einem Atom regieren“, würdigt genau das. Das Franck-Condon-Prinzip zeigt denselben Geisteszustand, angewandt auf Moleküle und Licht.

Der Gegenfall verdient es, angehört zu werden. Die Theorie, die seinen Ergebnissen ihre Bedeutung gab, war nicht seine; sie gehörte Bohr, und die Quantenmechanik, die darauf folgte, Born, Heisenberg und anderen an genau dem Institut, an dem Franck arbeitete. Er war ein hervorragender Messphysiker inmitten einer Revolution, die Theoretiker anführten. Der Preis wurde geteilt, das Prinzip hat zwei Namen, und seine umfangreiche Forschung zur Photosynthese nach dem Krieg brachte nichts von vergleichbarer Bedeutung hervor. Es ist auch fair festzustellen, dass ein Großteil von Francks modernem Ruf eher auf Gewissen als auf Physik beruht – der Rücktritt von 1933 und der Bericht von 1945. Das ist eine reale Auszeichnung und wohl eine seltenere, aber es ist moralische Klarheit und keine intellektuelle Brillanz, und die beiden sollten nicht stillschweigend vermischt werden.

Vermächtnis

Das Franck-Hertz-Experiment ist heute eine Standard-Laborübung für Studenten, was das höchste Kompliment ist, das die Physik zollen kann: ein Ergebnis, das so sicher ist, dass Studenten aufgefordert werden, es zu reproduzieren. Der Franck-Bericht hatte ein seltsameres Nachleben. 1945 ignoriert, wurde er zum Gründungsdokument der Wissenschaftlerbewegung für Rüstungskontrolle und liest sich heute weniger wie ein Protest als wie eine Prognose – der Moment, in dem die Menschen, die die Waffe gebaut haben, ihrer Regierung genau sagten, wie die nächsten fünfzig Jahre aussehen würden, und nicht geglaubt wurden.