Naturwissenschaft braucht weder heilige Stätten noch braucht sie Heilige und Propheten. Es ist für die Wahrheit unerheblich, wer sie findet und wer sie formuliert. Oder, um es erkenntnistheoretisch sicherer auszudrücken, es ist für die Erklärungstiefe und -genauigkeit einer naturwissenschaftlichen Theorie unwichtig, wo und von wem sie aufgestellt wurde. Dennoch ist es spannend, bedeutende Orte der Wissenschaftsgeschichte aufzusuchen und dort der Verfasser von Theorien zu gedenken.

Das Oberland von Helgoland von Nord nach Süd im Licht der untergehenden Sonne. Aus meinem Picasaalbum Helgoland

Ein hervorragender heiliger Ort der Quantenmechanik ist Helgoland. Schließlich stammt der Name wahrscheinlich aus dem Friesischen “det helge Land” und schon in vorchristlicher Zeit wurde hier nachweislich den friesischen Göttern geopfert. Helgoland ist ein faszinierender Ort, vor gut viertausend Jahren, als der Meeresspiegel noch deutlich niedriger war, handelte es sich um zwei Berge auf einer Halbinsel. der kleinere Berg aus Kreide, der größere aus Buntsandstein. Kein Wunder, dass die Menschen glaubten, auf dem Buntsandsteinfelsen den Göttern näher zu sein.

Die Buntsandsteinschichten.

Heute sehen wir zwei Inseln. Die Hauptinsel besteht noch immer aus Buntsandstein und heißt einfach Helgoland oder auf helgoländisch Halig Lun, die kleine Insel aus Sand wurde im Zweiten Weltkrieg zu ihrer heutigen Form und Größe aufgeschüttet und wird als die Düne bezeichnet. Spannend finde ich die geologische Entstehungsgeschichte der Insel: Auf einer mächtigen Salzschicht befanden sich unter anderem eine Schicht aus Kreide und eine tieferliegende Buntsandsteinschicht. Als sich die Salzschicht ausdehnte, wurden die beiden Schichten an die Oberfläche gedrückt und formten zunächst zwei Berge, die nach dem warmzeitlichen Anstieg des Meeresspiegels zu Inseln wurden. Im Helgoländer Museum kann man zahlreiche Fossilien beobachten, die in Helgoland den Weg zurück an die Erdoberfläche gefunden haben.

Grüne und rote Steinschichten in Nahaufnahme.

Die Bezeichnung Buntstandstein darf man gerne erst nehmen. Betrachtet man die Schichten des berühmten roten Felsens nämlich genauer, so fallen grünliche Gesteinsschichten zwischen den roten Bereichen auf. Diese Schichten sind Kupferhaltig und wurden von den alten Friesen tatsächlich als Rohstoff zur Kupfergewinnung verwendet. Auch hierfür gibt es im Inselmuseum Zeugnisse.

Die Vogelwelt auf Helgoland ist nicht nur wissenschaftlich interessant, sondern oft auch frech und fordernd. Aus Helgoland

Neben Geologie, Paläontologie und Archäologie findet die moderne Biologie ausreichend Forschungsgebiete auf Deutschlands einziger Hochseeinsel^*. So gibt es dort eine Vogelwarte, die unter anderem die Brut- und Zuggewohnheiten der Meeresvögel untersucht, und die Biologische Anstalt Helgoland (BAH) des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung, die sich eher auf das Leben unter Wasser konzentriert. Das Helmholtz-Zentrum Gesthacht betreibt auf Helgoland eine Messstation des Aerosol Robotic Network, so dass auch die Klimaforschung auf Helgoland zuhause ist.

Ein Forschungsinstitut zur Quantenmechanik gibt es meines Wissens auf Helgoland nicht. Dennoch ist hier ein wichtiger Ort für die Quantenmechanik. Werner Heisenberg hat hier 1925 seine Version der Quantentheorie vollendet. Wie er selbst berichtet, arbeitete er an der Theorie bis Nachts um drei und als er fertig war, hing er hinaus, erklomm einen  Felsen am Südende des Oberlandes und erwartete den Sonnenaufgang. Es war Juni, er musste nicht lange warten in Norddeutschland.

Der Gedenkstein an Heisenberg vor Flagturm und Sonnenuntergang.

Der Felsen an der Südspitze existiert heute nicht mehr. Am 18. April 1947 wurde diese in der größten nichtnuklearen Sprengung der Geschichte zum Einsturz gebracht. An dem heutigen südlichen Ende des Oberlandes findet sich aber der Gedenkstein für Heisenbergs Leistungen auf Helgoland sowie eine Informationspyramide.

Heisenbergs Leistung war größer als nur die mathematisch korrekte Darstellung quantenmechanischer Vorgänge. Er hatte ein Vorurteil zu überwinden, das sich in der klassischen Physik glänzend bewährt hatte. Das Vorurteil war, dass Teilchen zugleich einen eindeutig definierten Ort und eine eindeutig definierte Geschwindigkeit haben müssen. Dass sechs Zahlen ausreichen, um den aktuellen Zustand eines Objektes in Ort und Geschwindigkeit anzugeben. In der klassischen Mechanik ist der Phasenraum eines einzelnen punkt- oder kugelförmigen⁺ Objektes sechsdimensional. Man braucht drei Zahlen um seinen Ort anzugeben und weitere drei für die Geschwindigkeit und wenn man diese sechs Zahlen und die statische Umgebung des Teilchens kennt, dann kennt man die Bewegung eindeutig für alle Zukunft und in alle Vergangenheit.

Die Inschrift auf dem Gedenkstein. Für eine größere Version einfach auf das Bild klicken. (Das gilt auf für die anderen Bilder.)

Dass es praktisch keine Möglichkeit gibt, je die Anfangsbedingungen eines Teilchens in allen sechs Koordinaten zu exakt zu messen, war schon lange jedem Physiker bekannt. Aber einer physikalisch realistischen Theorie verlangte man ab, eindeutige Zahlen zu errechnen. Heisenberg war mutig genug, eine Theorie aufzustellen, die alle Messungen richtig beschreibt aber mit dem Dogma, ein Teilchen müsste stets eindeutig Ort und Geschwindigkeit haben, bricht. Das ist wohl die größte wissenschaftliche Leistung, die je auf der deutschen Hochseeinsel^* vollbracht wurde.

Anmerkungen:

^*Auf Wikipedia wird die Bezeichnung Helgolands als einzige deutsche Hochseeinsel als falsch dargestellt. Allerdings auf fragwürdige Weise. Es wird lediglich klar gestellt, dass Helgoland keine Tiefseeinsel ist, weil sie sich auf dem europäischen Festlandsockel befindet und dass Helgoland nicht durch internationale Gewässer von Deutschland getrennt ist. Beides sind aber ad hoc Definitionen des Wortes “Hochseeinsel”. Wenn man unter einer Hochseeinsel eine Insel versteht, auf der man in alle Richtungen stets von Meer umgeben ist, dann ist Helgoland eindeutig eine Hochseeinsel. Fahrt einfach mal hin und findet es heraus.

⁺Streng genommen kann ein ausgedehntes Objekt noch rotieren und braucht deshalb drei Winkel- und drei Winkelgeschwindigkeitskoordinaten mehr.

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