Paul Peter Ewald

Paul Peter Ewald , FRS ^{[ 1 ]} (  23. Januar 1888 –  22. August 1985) war ein deutscher Kristallograph und Physiker sowie ein Pionier der Röntgenbeugungsmethoden . ^{[ 2 ]}

Ewald erhielt seine frühe klassische Bildung am Gymnasium in Berlin und Potsdam , wo er neben seiner Muttersprache Deutsch auch Griechisch, Französisch und Englisch lernte. ^{[ 3 ]}

Ewald begann seine Hochschulausbildung in Physik , Chemie und Mathematik im Winter 1905 am Gonville and Caius College in Cambridge . 1906 und 1907 setzte er sein Studium an der Universität Göttingen fort , wo er sich vor allem der Mathematik zuwandte. Göttingen war damals ein Weltklasse-Zentrum der Mathematik, geprägt von den drei Göttinger „Mandarinen“ Felix Klein , David Hilbert und Hermann Minkowski . ^{[ 4 ]} Während seines Studiums in Göttingen wurde Ewald von Hilbert als Ausarbeiter eingestellt . Er fertigte in Hilberts Vorlesungen Mitschriften an, ließ diese von Hilberts Assistenten – damals Ernst Hellinger  – prüfen und erstellte anschließend eine Reinschrift für den Lesesaal . ^{[ 5 ]} 1907 setzte er seine Mathematikstudien an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) bei Arnold Sommerfeld am Institut für Theoretische Physik fort. Ihm wurde 1912 der Doktortitel verliehen ^{[ 6 ].} Seine Dissertation befasste sich mit den Gesetzen der Röntgenausbreitung in Einkristallen. Nach seiner Promotion war er Assistent von Sommerfeld. ^{[ 3 ] [ 7 ]}

Während der Weihnachtsferien 1911 und im Januar 1912 schloss Ewald die Arbeit an seiner Doktorarbeit ab. Bei einem Spaziergang durch den Englischen Garten in München im Januar erzählte er Max von Laue von seinem Dissertationsthema. Die für Ewald relevanten Wellenlängen lagen im sichtbaren Spektralbereich und waren somit viel größer als der Abstand zwischen den Resonatoren in seinem Kristallmodell. Laue wirkte abgelenkt und wollte wissen, welche Auswirkungen die Betrachtung deutlich kleinerer Wellenlängen hätte. Erst im Juni desselben Jahres hörte Ewald Sommerfelds Bericht vor der Physikalischen Gesellschaft Göttingen über die erfolgreiche Röntgenbeugung von Max von Laue , Paul Knipping und Walter Friedrich an der LMU, für die Laue 1914 den Nobelpreis für Physik erhielt . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Mit dem Aufkommen der theoretischen Physik zu Beginn des 20. Jahrhunderts und ihrer mathematischen Grundlage beschloss David Hilbert, die Wissenschaften, beginnend mit der Physik, zu formalisieren. 1912 bat Hilbert seinen Freund und Kollegen Arnold Sommerfeld ^{[ 10 ]} , ihm einen speziellen Assistenten für Physik zu schicken. Sommerfeld entsandte Ewald, der als „Hilberts Tutor für Physik“ ^{[ 11 ]} bekannt wurde und diese Funktion bis 1913 ausübte, als Sommerfeld einen weiteren seiner Schüler, Alfred Landé, schickte . Ewalds erste Aufgabe bestand darin, die Kontroverse in der Literatur über die Elastizitätskonstanten in Kristallen zu überprüfen und darüber zu berichten. Einige Jahre später löste Max Born in Göttingen das Problem. ^{[ 7 ] [ 12 ]}

Während seines Aufenthalts in Göttingen war Ewald oft Gast im El BoKaReBo , einer Pension von Schwester Annie in der Dahlmannstraße 17. Der Name leitete sich von den Anfangsbuchstaben der Nachnamen der Pensionsgäste ab: „El“ für Ella Philippson (Medizinstudentin), „Bo“ für Max Born ( Privatdozent ) und Hans Bolza (Physikstudent), „Ka“ für Theodore von Kármán (Privatdozent) und „Re“ für Albrecht Renner (Medizinstudent). Richard Courant , Mathematiker und Privatdozent, nannte diese Leute die „Elite“. Hier lernte Ewald Ella Philippson kennen, die später seine Frau wurde. ^{[ 1 ] [ 13 ]}

Im Frühjahr 1913 reichte Niels Bohr vom Institut für Theoretische Physik der Universität Kopenhagen seine Theorie des Bohrschen Atommodells zur Veröffentlichung ein. ^{[ 14 ]} Später im selben Jahr besuchte Ewald die Tagung der British Association in Birmingham , wo er Berichte und Diskussionen über James Jeans’ Übersichtsarbeit zur Strahlungstheorie und zum Bohrschen Modell hörte . ^{[ 15 ]} Dies eröffnete Sommerfeld und seinen Studenten ein bedeutendes neues Forschungsgebiet: die Untersuchung und Interpretation von Atomspektren und Molekülbandenspektroskopie sowie die theoretische Modellierung atomarer und molekularer Strukturen .

Während des Ersten Weltkriegs diente Ewald als Sanitäter in der deutschen Wehrmacht. Wann immer es ihm möglich war, beschäftigte er sich weiterhin mit den physikalischen Grundlagen seiner Doktorarbeit und entwickelte die dynamische Theorie der Röntgenbeugung , die er später in seiner Habilitationsschrift verwendete . Nach Kriegsende kehrte er als Assistent Sommerfelds an die LMU zurück. 1917 habilitierte er sich ^{[ 16 ]} und wurde dort Privatdozent , während er weiterhin als Assistent Sommerfelds tätig war. ^{[ 3 ] [ 17 ]}

1921 veröffentlichte Ewald, noch an der LMU, eine Arbeit über die Thetafunktionsmethode zur Analyse von Dipolfeldern in Kristallen ^{[ 18 ].} Diese Arbeit war ein Ableger seiner früheren Forschungen zur dynamischen Theorie der Optik und der Röntgenstrahlung in Kristallen, die in drei Fachzeitschriften erschienen waren ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} . Laut Ewald kam der Anstoß für die Methode von einem Skiurlaub in Mittenwald zu Ostern 1911. Sommerfeld unternahm mit seinen Studenten und Assistenten im Winter Skitouren und im Sommer Bergtouren, bei denen die physikalischen Diskussionen ebenso anstrengend waren wie die körperlichen Anstrengungen der Ausflüge ^{[ 22 ]} . Ewald hatte Schwierigkeiten, das Feld des Testdipols aus seinen Berechnungen herauszurechnen. Die Lösung lieferte ihm Sommerfelds Assistent und ehemaliger Doktorand Peter Debye in einem nur 15-minütigen Gespräch. Ewalds Arbeit wurde in der Fachliteratur sowie in wissenschaftlichen Büchern, wie beispielsweise in „Dynamical Theory of Crystal Lattices“ [ ^{23 ] von} Max Born und Kun Huang ^{[ 24 ]} , häufig zitiert .

Als Erwin Schrödinger bekannt gab, dass er seine Stelle als außerordentlicher Professor an der Technischen Hochschule Stuttgart aufgeben und an die Universität Breslau wechseln würde , wurde Ewald berufen und nahm die Stelle 1921 an. 1922 erhielt er einen Ruf an die Universität Münster . Ewald nutzte dieses Angebot, um seine Position in Stuttgart zu einer ordentlichen Professur aufzuwerten; obwohl er nominell zum ordentlichen Professor befördert wurde, blieb die bestehende Stelle faktisch eine außerordentliche Professur. ^{[ 25 ]}

Ab 1922 forschte Erwin Fues , ebenfalls ein ehemaliger Doktorand Sommerfelds, unter Ewald an der Technischen Hochschule Stuttgart; Fues habilitierte sich 1924. Im selben Jahr wurde Ewald Mitherausgeber der Zeitschrift für Kristallographie . 1929 erhielt er einen Ruf an die Technische Hochschule Hannover . Diesen nutzte er erneut, um seine Stellung in Stuttgart zu verbessern, indem er einen zweiten Assistenten, die dauerhafte Umwandlung seiner Professur in eine ordentliche Professur und ein eigenes Gebäude für seine Aktivitäten aushandelte. Das Gebäude wurde 1930 als Institut für Theoretische Physik unter Ewalds Leitung offiziell eröffnet. Das Institut war dem Institut für Theoretische Physik Sommerfelds in München nachempfunden und sollte sowohl theoretische Forschung betreiben als auch über Räumlichkeiten und Ausrüstung für experimentelle Arbeiten verfügen. ^{[ 26 ]}

1931 wurde Ewald zum Direktor der Abteilung für physikalische Wissenschaften ernannt. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]}

In Göttingen hatte Richard Courant Hilberts Vorlesungsmitschriften, die im Lesezimmer verfügbar waren , bearbeitet und ergänzt, um ein zweibändiges Werk zu verfassen. Der erste Band, Methoden der mathematischen Physik I , wurde 1924 veröffentlicht. ^{[ 30 ]}

Nachdem Ewald das Buch gesehen hatte, sah er sich veranlasst, eine ausführliche Rezension zu verfassen, in der er es als Quelle mathematischer Werkzeuge, charakterisiert durch Eigenwerte und Eigenfunktionen, für die damals entstehende theoretische Physik beschrieb. ^{[ 31 ]}

Das Buch von Courant und Hilbert enthielt zufällig die für die Entwicklung der Heisenberg - Born - Matrixmechanik -Formulierung der Quantenmechanik sowie für Schrödingers Wellenmechanik-Formulierung notwendigen mathematischen Grundlagen, die beide 1925 vorgestellt wurden. Der Schwerpunkt von Ewalds Arbeit lag in der Röntgenkristallographie, und er ist Namensgeber der Ewald-Konstruktion und der Ewald-Sphäre , beides nützliche Konstrukte auf diesem Gebiet. ^{[ 32 ]}

Um die Vielzahl kristallographischer Daten übersichtlicher zu gestalten, schlug Ewald 1929 vor, die besten Daten in einer einzigen Publikation zusammenzufassen. Die Ergebnisse wurden 1935 als „ Internationale Tabellen zur Bestimmung von Kristallstrukturen“ veröffentlicht . Ein weiterer Beitrag Ewalds, der 1931 erschienene Strukturbericht Band I (1913–1928), wurde von ihm und C. Hermann herausgegeben. ^{[ 3 ] [ 33 ]}

Ewald wurde 1932 zum Rektor der Universität Stuttgart gewählt . Aufgrund zunehmender Schwierigkeiten mit nationalsozialistischen Mitgliedern des Lehrkörpers trat er jedoch im Frühjahr 1933, ein Jahr vor Ablauf seiner Amtszeit, zurück. ^{[ 34 ]} Er setzte seine anderen Tätigkeiten fort. Wegen wachsender Probleme mit dem Dozentenbund [ ^{35 ]} forderte ihn Universitätsrektor Wilhelm Stortz zum Rücktritt auf. ^{[ 36 ]} 1937 emigrierte er mit seiner Mutter, der Malerin Clara Ewald , nach England ^{[ 37 ]} und nahm eine Forschungsstelle in Cambridge an, bis ihm 1939 eine Dozentur an der Queen’s University Belfast angeboten wurde, die er annahm. ^Später wurde er Professor für mathematische Physik. ^{[ 3 ] [ 27 ] [ 29 ]}

Während eines Vortrags an der Duke University im Jahr 1937 traf Hans Bethe , der 1928 bei Sommerfeld promoviert hatte, auf Ewalds Tochter Rose, die bereits in die Vereinigten Staaten emigriert war und die Universität besuchte. Sie heirateten im September 1939. Somit wurde Bethe Schwiegersohn von Paul Peter Ewald. ^{[ 38 ]}

Gegen Ende des Zweiten Weltkriegs ordnete Sommerfeld seine Vorlesungsmitschriften und begann mit dem Schreiben der sechsbändigen „ Vorlesungen über Theoretische Physik“ . Während seiner Zeit am Polytechnic Institute of Brooklyn verfasste Ewald ein Vorwort zu Sommerfelds Kurs , das in der englischen Übersetzung von Sommerfelds Werk erschien. ^{[ 39 ]}

Gegen Ende des Zweiten Weltkriegs befürchtete Ewald, dass der Frieden zur Entstehung zahlreicher, konkurrierender nationaler Fachzeitschriften für Kristallographie führen würde. Daher schlug er 1944 in Oxford die Gründung einer Internationalen Union für Kristallographie (IUCr) vor, die die alleinige Verantwortung für die Veröffentlichung kristallographischer Forschungsergebnisse tragen sollte. 1946 wurde er auf einem Treffen von Kristallographen aus 13 Ländern in London zum Vorsitzenden des Provisorischen Internationalen Kristallographischen Komitees gewählt; er bekleidete dieses Amt bis 1948, dem Gründungsjahr der Union. Das Komitee ernannte ihn außerdem zum Herausgeber der von der Union herausgegebenen Zeitschrift. Die erste Ausgabe der Acta Crystallographica erschien 1948, im selben Jahr, in dem Ewald den Vorsitz der ersten Generalversammlung und des ersten Internationalen Kongresses der IUCr an der Harvard University innehatte . ^{[ 3 ] [ 40 ]}

1952 wurde Ewald zum Präsidenten der American Crystallographic Association gewählt . Er war von der Gründung bis 1966 Mitglied des Exekutivkomitees der IUCr und bekleidete 1957 das Amt des Vizepräsidenten sowie 1960 das des Präsidenten, das er bis 1963 innehatte. Seine Herausgeberschaft der Zeitschrift Acta Crystallographica erstreckte sich von deren Gründung 1948 bis 1959. ^{[ 3 ] [ 40 ]}

Ein Jahrzehnt nach seinem Umzug nach Belfast zog Ewald 1949 in die Vereinigten Staaten und nahm eine Stelle als Professor und Leiter des Fachbereichs Physik am Polytechnic Institute of Brooklyn an. 1957 trat er als Leiter des Fachbereichs und 1959 als Dozent in den Ruhestand. ^{[ 3 ] [ 27 ] [ 29 ]}

• 1958 – Mitglied der Royal Society
• 1978 – Max-Planck-Medaille der Deutschen Physikalischen Gesellschaft
• 1979 – Gregori-Aminoff-Preis
• 1986 – Die Internationale Union für Kristallographie rief den Ewald-Preis für herausragende Beiträge zur Wissenschaft der Kristallographie ins Leben.

• Paul Peter Ewald Kristalle und Röntgenstrahlen (Springer, 1923)
• Paul Peter Ewald, Theodor Pöschl, Ludwig Prandtl; autorisierte Übersetzung von J. Dougall und Winifred Margaret Deans Die Physik der Festkörper und Flüssigkeiten: Mit neueren Entwicklungen (Blackie and Son, 1930)
• Paul Peter Ewald Der Weg der Forschung (insbesondere der Physik) (A. Bonz'erben, 1932)
• Peter Paul Ewald, Herausgeber 50 Jahre Röntgenbeugung (Nachdruck im PDF-Format für den XVIII. IUCr-Kongress, Glasgow, Schottland, 1962, 1999 Internationale Union für Kristallographie)
• Peter Paul Ewald Über die Grundlagen der Kristalloptik (Air Force Cambridge Research Laboratories, 1970)

• Ewald-Summation
• Ewalds Sphäre
• Theorie der Mehrfachstreuung
• Ewald-Oseen-Auslöschungstheorem
• Pendellösung
• George Doundoulakis

• Durward WJ Cruickshank , Hellmut J. Juretschke, N.` Kato (Hrsg.) PP Ewald and His Dynamical Theory of X-ray Diffraction: A Memorial Volume for Paul P. Ewald ( Oxford University Press , 1992)

• Ewald, PP, Hrsg. 50 Jahre Röntgenbeugung (Nachdruck im PDF-Format für den XVIII. IUCr-Kongress, Glasgow, Schottland, Copyright © 1962, 1999 Internationale Union für Kristallographie)
• Greenspan, Nancy Thorndike: Das Ende der Gewissheit: Leben und Wissenschaft von Max Born. Der Nobelpreisträger für Physik, der die Quantenrevolution auslöste . (Basic Books, 2005) ISBN 0-7382-0693-8
• Jungnickel, Christa und Russell McCormmach. Intellektuelle Beherrschung der Natur: Theoretische Physik von Ohm bis Einstein . Band 2: Die nun mächtige theoretische Physik, 1870 bis 1925. University of Chicago Press, Taschenbuch, 1990. ISBN 0-226-41585-6
• Mehra, Jagdish und Helmut Rechenberg: Die historische Entwicklung der Quantentheorie. Band 1, Teil 1: Die Quantentheorie von Planck, Einstein, Bohr und Sommerfeld 1900–1925: Ihre Grundlagen und die Zunahme ihrer Schwierigkeiten. (Springer, 2001) ISBN 0-387-95174-1
• Mehra, Jagdish und Helmut Rechenberg: Die historische Entwicklung der Quantentheorie. Band 1, Teil 2: Die Quantentheorie von Planck, Einstein, Bohr und Sommerfeld 1900–1925: Ihre Grundlagen und die Zunahme ihrer Schwierigkeiten. (Springer, 2001) ISBN 0-387-95175-X
• Mehra, Jagdish und Helmut Rechenberg: Die historische Entwicklung der Quantentheorie. Band 5: Erwin Schrödinger und der Aufstieg der Wellenmechanik. Teil 1: Schrödinger in Wien und Zürich 1887–1925. (Springer, 2001) ISBN 0-387-95179-2
• Mehra, Jagdish und Helmut Rechenberg: Die historische Entwicklung der Quantentheorie. Band 5: Erwin Schrödinger und der Aufstieg der Wellenmechanik. Teil 2: Die Entstehung der Wellenmechanik: Frühe Reaktionen und Anwendungen 1925–1926. (Springer, 2001) ISBN 0-387-95180-6
• Reid, Constance Courant (Springer, 1996) ISBN 0-387-94670-5
• Reid, Constance Hilbert (Springer, 1996) ISBN 0-387-94674-8
• Sommerfeld, Arnold, übersetzt aus der vierten deutschen Auflage von Martin O. Stern Mechanik - Vorlesungen über Theoretische Physik Band I (Academic Press, 1964)
• S. G. Podorov, A. Nazarkin, „Weitwinkel-Röntgenbeugungstheorie versus klassische dynamische Theorie“ – Recent Res. Devel. Optics, 7 (2009) ISBN 978-81-308-0370-8

• Transkript eines Interviews zur mündlichen Geschichte mit Paul Peter Ewald vom 1. April 1959, American Institute of Physics, Niels-Bohr-Bibliothek und -Archiv
• Transkript eines Interviews zur mündlichen Geschichte mit Paul Peter Ewald am 29. März 1962, American Institute of Physics, Niels-Bohr-Bibliothek und -Archiv – Sitzung I
• Transkript eines Interviews zur mündlichen Geschichte mit Paul Peter Ewald am 8. Mai 1962, American Institute of Physics, Niels-Bohr-Bibliothek und -Archiv – Sitzung II
• Transkript eines Interviews zur mündlichen Geschichte mit Paul Peter Ewald am 17. Mai 1968, American Institute of Physics, Niels-Bohr-Bibliothek und -Archiv – Sitzung I
• Transkript eines Interviews zur mündlichen Geschichte mit Paul Peter Ewald am 24. Mai 1968, American Institute of Physics, Niels-Bohr-Bibliothek und -Archiv – Sitzung II

• Aufzeichnungen der Internationalen Union für Kristallographie, Paul Peter Ewald, 1936–1967, Niels-Bohr-Bibliothek und -Archiv