Wenn du Physiker werden willst, musst du drei Dinge tun – erstens Mathematik studieren, zweitens mehr Mathematik studieren und drittens das Gleiche tun.
Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld war ein deutscher theoretischer Physiker, der Entwicklungen in der Atom- und Quantenphysik vorantrieb und viele Studenten für die neue Ära der theoretischen Physik ausbildete und mentorte. Er war Doktorvater für viele Nobelpreisträger in Physik und Chemie; nur J. J. Thomsons Bilanz als Mentor ist mit seiner vergleichbar.
Er führte die zweite Quantenzahl, die Bahndrehimpulsquantenzahl, und die dritte Quantenzahl, die magnetische Quantenzahl, ein. Er führte auch die Feinstrukturkonstante ein und war Pionier der Röntgenwellentheorie.
Frühen Jahre und Ausbildung
Sommerfeld studierte Mathematik und Naturwissenschaften an der Albertina-Universität seiner Heimatstadt Königsberg, Ostpreußen. Sein Dissertationsberater war der Mathematiker Ferdinand von Lindemann, und er profitierte auch von Kursen mit den Mathematikern Adolf Hurwitz und David Hilbert sowie dem Physiker Emil Wiechert. Seine Teilnahme an der Studentenverbindung Deutsche Burschenschaft führte zu einer Schmisse auf seinem Gesicht. Er erhielt seinen Ph.D. am 24. Oktober 1891 im Alter von 22 Jahren.
Nach seinem Doktorat blieb Sommerfeld in Königsberg, um an seinem Lehrerdiplom zu arbeiten. Er bestand die nationale Prüfung 1892 und begann dann ein Jahr Militärdienst, das beim Reserveregiment in Königsberg geleistet wurde. Er beendete seinen obligatorischen Militärdienst im September 1893 und leistete in den nächsten acht Jahren freiwillig achterwöchigen Militärdienst. Mit seinem hochgedrehten Schnurrbart, seinem kräftigen Körperbau, seiner preußischen Haltung und der Fechtnarbe auf seinem Gesicht machte er den Eindruck eines Obersten der Husaren.
Karriere
Göttingen
Im Oktober 1893 ging Sommerfeld zur Universität Göttingen, die das Zentrum der Mathematik in Deutschland war. Dort wurde er durch einen glücklichen persönlichen Kontakt Assistent von Theodor Liebisch am Mineralogischen Institut – Liebisch war ein ehemaliger Professor an der Universität Königsberg und ein Freund der Familie Sommerfeld.
Im September 1894 wurde Sommerfeld Assistent von Felix Klein, was das Anfertigen umfassender Notizen während Kleins Vorlesungen und deren Ausarbeitung für den Mathematischen Lesesaal sowie die Verwaltung des Lesesaals umfasste. Sommerfelds Habilitationsschrift wurde 1895 unter Klein abgeschlossen, was Sommerfeld erlaubte, ein Privatdozent in Göttingen zu werden. Als Privatdozent hielt Sommerfeld Vorlesungen über ein breites Spektrum von mathematischen und mathematisch-physikalischen Themen. Seine Vorlesungen über partielle Differentialgleichungen wurden erstmals in Göttingen angeboten und entwickelten sich über seine Lehrtätigkeit hinweg zu Band VI seiner Lehrbuchreihe Vorlesungen über Theoretische Physik unter dem Titel Partielle Differentialgleichungen der Physik.
Vorlesungen von Klein in 1895 und 1896 über rotierende Körper führten Klein und Sommerfeld dazu, ein vierbändiges Werk Die Theorie des Kreisels zu schreiben – eine 13-jährige Zusammenarbeit, 1897–1910. Die ersten zwei Bände behandelten die Theorie, die letzten zwei die Anwendungen in Geophysik, Astronomie und Technologie. Die Verbindung, die Sommerfeld mit Klein hatte, beeinflusste Sommerfelds Denkweise, sich der angewandten Mathematik und der Kunst des Unterrichtens zuzuwenden.
Während seines Aufenthalts in Göttingen lernte Sommerfeld Johanna Höpfner kennen, die Tochter von Ernst Höpfner, Kurator in Göttingen. Im Oktober 1897 übernahm Sommerfeld die Stelle des Professors für Mathematik an der Bergakademie in Clausthal-Zellerfeld; er war der Nachfolger von Wilhelm Wien. Diese Stelle bot genug Einkommen, um schließlich Johanna zu heiraten.
Auf Kleins Bitte übernahm Sommerfeld die Position des Herausgebers von Band V der Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften; es war ein großes Unterfangen, das von 1898 bis 1926 dauerte.
Aachen
1900 begann Sommerfeld seine Tätigkeit als Professor für Angewandte Mechanik an der Königlichen Technischen Hochschule Aachen, später RWTH Aachen University, als außerordentlicher Professor, was durch Kleins Bemühungen arrangiert wurde. In Aachen entwickelte er die Theorie der Hydrodynamik, die sein Interesse lange Zeit behalten würde. Später, an der Universität München, würden Sommerfelds Studenten Ludwig Hopf und Werner Heisenberg ihre Doktorarbeiten zu diesem Thema schreiben.
München
Ab 1906 etablierte sich Sommerfeld als ordentlicher Professor für Physik und Direktor des neuen Instituts für Theoretische Physik an der Universität München. Er wurde für diese Positionen von Wilhelm Röntgen ausgewählt, Direktor des Physikalischen Instituts in München, was Sommerfeld als Berufung zu einer „privilegierten Sphäre des Handelns" angesehen wurde.
Bis zum späten 19. Jahrhundert und frühen 20. Jahrhundert wurde experimentelle Physik in Deutschland als höherer Status innerhalb der Gemeinschaft angesehen. Jedoch wandten Theoretiker wie Sommerfeld in München und Max Born an der Universität Göttingen im frühen 20. Jahrhundert mit ihrer frühen Ausbildung in Mathematik dies um, sodass mathematische Physik, d. h. theoretische Physik, die treibende Kraft wurde und experimentelle Physik dazu verwendet wurde, Theorie zu überprüfen oder voranzubringen. Nach ihren Promotionen bei Sommerfeld wurden Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg und Walter Heitler Bornś Assistenten und leisteten bedeutende Beiträge zur Entwicklung der Quantenmechanik, die sich damals in sehr schneller Entwicklung befand.
Während seiner 32 Jahre Lehrtätigkeit in München unterrichtete Sommerfeld allgemeine und spezialisierte Kurse sowie Seminare und Kolloquien. Die allgemeinen Kurse behandelten Mechanik, Mechanik deformierbarer Körper, Elektrodynamik, Optik, Thermodynamik und statistische Mechanik sowie partielle Differentialgleichungen in der Physik. Sie wurden vier Stunden pro Woche abgehalten, 13 Wochen im Winter und 11 Wochen im Sommer, und waren für Studenten, die experimentelle Physik-Kurse von Röntgen und später von Wilhelm Wien absolviert hatten. Es gab auch eine zweistündige wöchentliche Präsentation zur Diskussion von Problemen. Die spezialisierten Kurse waren von aktuellem Interesse und basierten auf Sommerfelds Forschungsinteressen; Material aus diesen Kursen erschien später in den wissenschaftlichen Publikationen von Sommerfeld. Das Ziel dieser speziellen Vorlesungen war es, sich mit aktuellen Fragen der theoretischen Physik auseinanderzusetzen und dass Sommerfeld und die Studenten ein systematisches Verständnis des Themas erlangen, unabhängig davon, ob sie erfolgreich waren oder nicht in der Lösung des durch die aktuelle Frage aufgezeigten Problems. Für die Seminar- und Kolloquiumszeiten wurde Studenten Arbeiten aus der aktuellen Literatur zugewiesen, und sie bereiteten dann eine mündliche Präsentation vor. Von 1942 bis 1951 arbeitete Sommerfeld daran, seine Vorlesungsmitschriften zur Veröffentlichung zu ordnen. Sie wurden als sechsbändige Vorlesungen über Theoretische Physik veröffentlicht.
Eine Liste der Studenten finden Sie bitte in der nach Typ organisierten Liste. Vier von Sommerfelds Doktoranden, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Peter Debye und Hans Bethe, erhielten später den Nobelpreis, während andere, besonders Walter Heitler, Rudolf Peierls, Karl Bechert, Hermann Brück, Paul Peter Ewald, Eugene Feenberg, Herbert Fröhlich, Erwin Fues, Ernst Guillemin, Helmut Hönl, Ludwig Hopf, Adolf Kratzer, Otto Laporte, Wilhelm Lenz, Karl Meissner, Rudolf Seeliger, Ernst C. Stückelberg, Heinrich Welker, Gregor Wentzel, Alfred Landé und Léon Brillouin selbst berühmt wurden. Drei von Sommerfelds Postdoktoranden, Linus Pauling, Isidor I. Rabi und Max von Laue, erhielten den Nobelpreis, und zehn weitere, William Allis, Edward Condon, Carl Eckart, Edwin C. Kemble, William V. Houston, Karl Herzfeld, Walther Kossel, Philip M. Morse, Howard Robertson und Wojciech Rubinowicz wurden selbst berühmt. Walter Rogowski, ein Bachelorstudent Sommerfelds an der RWTH Aachen, wurde auch selbst berühmt. Max Born glaubte, dass Sommerfelds Fähigkeiten die „Entdeckung und Entwicklung von Talenten" einschlossen. Albert Einstein sagte zu Sommerfeld: „Was ich besonders an dir bewundere, ist, dass du sozusagen so eine große Anzahl junger Talente aus dem Boden herausgeschlagen hast." Sommerfelds Stil als Professor und Institutsdirektor schuf keine Distanz zwischen ihm und seinen Kollegen und Studenten. Er lud zu Zusammenarbeit ein, und ihre Ideen beeinflussten oft seine eigenen Ansichten zur Physik. Er unterhielt sie in seinem Haus und traf sich mit ihnen in Cafés vor und nach Seminaren und Kolloquien. Sommerfeld besaß eine Berghütte, zu der Studenten oft zu Diskussionen über Physik eingeladen wurden, die genauso anspruchsvoll waren wie der Sport.
Während seines Aufenthalts in München kam Sommerfeld mit Albert Einsteins spezieller Relativitätstheorie in Kontakt, die damals noch nicht weit verbreitet war. Seine mathematischen Beiträge zur Theorie halfen ihrer Akzeptanz durch die Skeptiker. 1914 arbeitete er mit Léon Brillouin an der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in dispersiven Medien. Er wurde einer der Gründer der Quantenmechanik; einige seiner Beiträge umfassten die Mitentdeckung der Sommerfeld–Wilson-Quantisierungsregeln 1915, eine Verallgemeinerung von Bohrs Atommodell, die Einführung der Sommerfeld-Feinstrukturkonstante 1916, die Mitentdeckung mit Walther Kossel des Sommerfeld–Kossel-Verschiebungssatzes 1919 und die Veröffentlichung von Atombau und Spektrallinien 1919, das zur „Bibel" der Atomtheorie für die neue Generation von Physikern wurde, die Atom- und Quantenphysik entwickelten.
1918 folgte Sommerfeld Einstein als Vorsitzender der Deutschen Physikalischen Gesellschaft DPG. Einer seiner Erfolge war die Gründung einer neuen Zeitschrift. Die wissenschaftlichen Arbeiten, die in DPG-Zeitschriften veröffentlicht wurden, wurden so umfangreich, dass ein Komitee der DPG 1919 die Gründung der Zeitschrift für Physik zur Veröffentlichung von Originalforschungsartikeln empfahl, die 1920 begann. Da jeder angesehene Wissenschaftler seinen Artikel ohne Begutachtung veröffentlichen konnte, war die Zeit zwischen Einreichung und Veröffentlichung sehr schnell – so schnell wie zwei Wochen. Dies stimulierte stark die wissenschaftlichen theoretischen Entwicklungen, besonders die der Quantenmechanik in Deutschland zu dieser Zeit, da diese Zeitschrift das bevorzugte Veröffentlichungsmedium für die neue Generation von Quantentheoretikern mit avantgardistischen Ansichten war.
Im Wintersemester 1922/1923 hielt Sommerfeld die Carl Schurz Memorial Professor of Physics-Vorlesungen an der Universität Wisconsin–Madison.
1927 wandte Sommerfeld die Fermi–Dirac-Statistik auf das Drude-Modell von Elektronen in Metallen an – ein Modell, das von Paul Drude vorgelegt wurde. Die neue Theorie löste viele der Probleme, die das ursprüngliche Modell bei der Vorhersage thermischer Eigenschaften hatte, und wurde als Drude–Sommerfeld-Modell bekannt.
1928/1929 reiste Sommerfeld um die Welt mit großen Haltestellen in Indien, China, Japan und den USA.
Sommerfeld war ein großer Theoretiker, und neben seinen wertvollen Beiträgen zur Quantentheorie arbeitete er in anderen Bereichen der Physik, wie der klassischen Theorie des Elektromagnetismus. Zum Beispiel schlug er eine Lösung für das Problem eines strahlenden hertzschen Dipols über einem leitenden Boden vor, was im Laufe der Jahre zu vielen Anwendungen führte. Seine Sommerfeld-Identität und Sommerfeld-Integrale sind bis heute der häufigste Weg zur Lösung dieser Art von Problem. Auch als Zeichen der Leistungsfähigkeit von Sommerfelds Schule der theoretischen Physik und des Aufstiegs der theoretischen Physik im frühen 1900er Jahren waren ab 1928 fast ein Drittel der ordentlichen Professoren der theoretischen Physik in der deutschsprachigen Welt Studenten von Sommerfeld.
Am 1. April 1935 erhielt Sommerfeld den Emeritus-Status, blieb jedoch als sein eigener vorübergehender Ersatz während des Auswahlprozesses für seinen Nachfolger, der bis zum 1. Dezember 1939 dauerte. Der Prozess war langwierig aufgrund akademischer und politischer Unterschiede zwischen der Auswahl der Münchner Fakultät und der des Reichserziehungsministeriums REM; Reichserziehungsministerium, und der Unterstützer der Deutschen Physik, die antisemitisch war und eine Voreingenommenheit gegen theoretische Physik hatte, besonders gegen Quantenmechanik. Die Ernennung von Wilhelm Müller – der kein theoretischer Physiker war, nicht in einer Physik-Zeitschrift veröffentlicht hatte und nicht Mitglied der Deutschen Physikalischen Gesellschaft war – als Ersatz für Sommerfeld wurde als solch eine Schande und nachteilig für die Ausbildung einer neuen Generation von Physikern angesehen, dass sowohl Ludwig Prandtl, Direktor des Kaiser Wilhelm Instituts für Strömungsforschung; Kaiser Wilhelm Institut für Strömungsforschung, als auch Carl Ramsauer, Direktor der Forschungsabteilung der Allgemeinen Elektrizitäts-Gesellschaft; Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft, und Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, darauf in ihrer Korrespondenz mit Beamten des Reichs hinwiesen. In einer Anlage zu Prandtls Brief vom 28. April 1941 an Reichsmarschall Hermann Göring bezeichnete Prandtl die Ernennung als „Sabotage" des notwendigen theoretischen Physikunterrichts. In einer Anlage zu Ramsauers Brief vom 20. Januar 1942 an Reichsminister Bernhard Rust kam Ramsauer zu dem Ergebnis, dass die Ernennung die „Zerstörung der Münchner Tradition der theoretischen Physik" bedeutete.
Was Sommerfelds einst patriotische Ansichten betraf, schrieb er Einstein kurz nach Hitlers Machtübernahme: „Ich kann dir versichern, dass der Missbrauch des Wortes ‚national' durch unsere Herrscher mich gründlich von der Gewohnheit nationaler Gefühle, die in meinem Fall so ausgeprägt war, geheilt hat. Ich würde jetzt gerne sehen, dass Deutschland als Macht verschwindet und in ein befriedetes Europa aufgeht."
Sommerfeld wurde viele Ehren während seines Lebens verliehen
