Pieter Zeeman

Zusammenfassung

Pieter Zeeman (Zonnemaire, 25. Mai 1865 – Amsterdam, 9. Oktober 1943) war ein niederländischer Physiker und Nobelpreisträger.

Zeeman wurde in dem seeländischen Dorf Zonnemaire als Sohn des reformierten Pfarrers Catharinus Forandinus Zeeman (1828-1906) und Wilhelmina Worst geboren. Nach der einklassigen Dorfschule brachte ihm sein Vater Grundkenntnisse in Französisch bei, und er konnte die Hogereburgerschule (HBS) in Zierikzee (heute Teil der Pontes-Schulgruppe) besuchen. Während seiner Zeit an der HBS beobachtete er ein besonders helles Polarlicht, das im November 1882 in Nordeuropa zu sehen war. Zeeman teilte seine Beobachtung dem Groninger Physiklehrer H.J.H. Groeneman mit, der einen Artikel und eine Zeichnung darüber in der Zeitschrift Nature veröffentlichte.

Da die HBS keinen direkten Zugang zur Universität bot und Zeeman Mathematik und Physik studieren wollte, musste er zunächst ein Jahr lang eine Zusatzausbildung am Gymnasium in Delft absolvieren. Er wurde bei dem stellvertretenden Schulleiter J.W. Lely (dem Bruder von Cornelis Lely) untergebracht und erhielt Latein und Griechisch als Vorbereitung auf die Aufnahmeprüfung für die Universität.

Während seines Aufenthalts in Delft kam Zeeman in Kontakt mit Heike Kamerlingh Onnes, von der er später Unterricht in Mechanik erhielt. Im Jahr 1885 bestand er die Aufnahmeprüfung und wurde an der Staatlichen Universität Leiden als Student von Kamerlingh Onnes und Hendrik Lorentz zugelassen. Kamerlingh Onnes war besonders beeindruckt von Zeemans Verständnis von Maxwells berühmtem Buch Theory of Heat. Noch vor seiner Beförderung wurde Zeeman 1890 zum Assistenten von Professor Lorentz ernannt. 1893 promovierte er bei Kamerlingh Onnes mit einer Dissertation über Magnetooptik: Messungen des Kerr-Phänomens bei polaren Reflexionen an Eisen, Kobalt und Nickel.

Nach seiner Promotion arbeitete Zeeman sechs Monate lang in Straßburg bei Emil Cohn am Kohlrausch-Institut, wo er die Ausbreitung elektrischer Schwingungen in Flüssigkeiten erforschte. Danach war er Privatdozent für Mathematik und Physik an der Universität Leiden, bevor er 1896 zum Dozenten für Physik an der Universität Amsterdam ernannt wurde.

Im Anschluss an seine Doktorarbeit über den Kerneffekt begann er 1896, die Wirkung magnetischer Felder auf das Licht zu untersuchen, und entdeckte den so genannten Meereseffekt, den er 1897 in Nature und anderen wichtigen Fachzeitschriften veröffentlichte. Dieser Effekt beruht auf dem Phänomen, dass sich die Spektrallinien eines Atoms, das Licht aus einem angeregten Zustand aussendet, in Gegenwart eines starken Magnetfeldes aufspalten. Sie ist einer der Beweise für die Existenz der Quantisierung in den Elektronenorbitalen um das Atom und damit eines der Indizien für die Richtigkeit der Quantenmechanik, die übrigens erst von Max Planck und anderen ab 1900 entwickelt werden sollte. Einige Jahre zuvor hatte er bereits die Antwort auf den von der Koninklijke Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen veranstalteten Wettbewerb über diesen Kerneffekt geben können und 1892 die Goldmedaille gewonnen.

Seine Entdeckung war ein wichtiger Beweis für die Lorentzsche Theorie der elektromagnetischen Strahlung. Aus den Messergebnissen von Zeeman schloss Lorentz nicht nur, dass die für die Lichtemission in den Atomen verantwortlichen Teilchen eine negative Ladung haben, sondern er konnte nun auch das Verhältnis zwischen der Ladung und der Masse der Teilchen bestimmen – den Quotienten qm.

Von diesem Zeitpunkt an konzentrierten Zeeman und Lorentz ihre Forschungen auf den Einfluss des Magnetismus auf Lichtstrahlen. Zeeman selbst untersuchte die Aufspaltung der Spektrallinien in vielen verschiedenen Substanzen und hielt die Ergebnisse in einer Reihe von Fotografien fest. Seine Arbeiten auf diesem Gebiet waren von großer Bedeutung für alle weiteren Forschungen über die Struktur der Atome.

Im Jahr 1900 wurde Zeeman zum außerordentlichen Professor für Physik an der Universität von Amsterdam ernannt. Als er dieses Amt antrat, hielt er eine Antrittsrede mit dem Titel: „Experimentelle Untersuchungen über Teile, die kleiner sind als Atome“, in der er die neuesten Untersuchungen über die „wichtigen Bausteine unseres Wissens über die Natur“ (die später entdeckten Elektronen) darlegte. Im Jahr 1908 wurde er als Nachfolger von Van der Waals zum ordentlichen Professor und Direktor des Physikalischen Instituts auf Roeterseiland im Stadtteil Plantage ernannt.

Da dieses Labor seinen Anforderungen nicht mehr genügte, wurde ihm bereits 1914 von der Universität Amsterdam ein neues Labor versprochen. Wegen des Ausbruchs des Ersten Weltkriegs musste Zeeman jedoch bis 1923 warten, bevor er das neue Labor „Physica“ in der Plantage Muidergracht nutzen konnte. In der Zwischenzeit arbeitete Zeeman in dem alten Laboratorium an dem optischen Dopplereffekt, einem Effekt, der in der Astronomie genutzt wird, um mehr über die Bewegung der Sterne zu erfahren. Er beschäftigte sich auch mit der Ausbreitung von Licht in sich bewegenden Festkörpern.

Im Jahr 1902 erhielt er gemeinsam mit Hendrik Lorentz den Nobelpreis für seine Entdeckung des Meereseffekts. Dies war das Ergebnis von Experimenten der amerikanischen Physiker Albert Michelson und Edward Morley. Am Tag der Verleihung, dem 10. Dezember 1902, war Zeeman krank. Deshalb musste Lorentz dem schwedischen König und anderen Gästen die Forschungen seines ehemaligen Schülers erklären. Im Jahr 1912 erhielt Zeeman die Matteucci-Medaille sowie die Henry-Draper-Medaille (1921), die Rumford-Medaille und die Benjamin-Franklin-Medaille (1925). Bis zu seinem Tod forschte er aktiv an der Ausbreitung von Licht in Medien wie Wasser, Quarz und Feuerstein.

1932 wurde Zeeman zu Ehren des 350-jährigen Bestehens der Amsterdamer Hochschule zum Ehrenmitglied der Universität Göttingen ernannt, weil die Universität Göttingen den Niederlanden für ihre großen physikalischen Fortschritte danken wollte.

Zeeman erhielt zahlreiche Ehrendoktorwürden, unter anderem von den Universitäten Oxford und Leuven, und wurde zum (Ehren-)Mitglied zahlreicher wissenschaftlicher Gesellschaften ernannt.

Bei seiner Pensionierung im Alter von 70 Jahren wurde Zeeman zum Kommandeur des Ordens des Niederländischen Löwen ernannt. Anlässlich seines 75. Geburtstags im Jahr 1940 wurde das Physica-Labor in Amsterdam aus dem Jahr 1923 nach ihm benannt. Nach seinem Tod am 9. Oktober 1943 wurde sein Leichnam in einer schlichten Zeremonie auf dem Allgemeinen Friedhof in Haarlem beigesetzt, nicht weit von dem Ort, an dem Lorentz begraben ist.

Quellen

  1. Pieter Zeeman
  2. Pieter Zeeman
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