Groß war das Aufsehen, als im Jahre 1899 Radiumpräparate der Versammlung deutscher Naturforscher und Ärzte vorgeführt wurden. Bei dieser Demonstration war ein Präparat in einer 12 mm dicken Bleiumhüllung untergebracht. Trotzdem erregten die von dem Präparat ausgehenden Strahlen außerhalb der Bleiumhüllung das Aufleuchten eines Bariumplatinzyanürschirmes, der ein zum Nachweis von Fluorescenzwirkungen besonders geeignetes Mittel ist.
Mit dem Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die eingehendere Erforschung der Radioaktivität von zahlreichen Chemikern und Physikern in die Hand genommen. Man entdeckte, daß sich bei dem Vorgänge verschiedene Strahlengattungen (α-, β- und γ-Strahlen) unterscheiden lassen und daß mit der Strahlung eine Gewichtsabnahme verbunden ist. Die Strahlung besteht daher zum Teil in einer Absonderung von Substanz. Man hat diese gasförmige Substanz rein dargestellt und Emanation genannt. Das größte Aufsehen erregte es, daß Radium, scheinbar im Widerspruch zum Energiegesetz, fortwährend Wärme ausstrahlt, eine Tatsache, die wegen der langen Dauer dieses Prozesses nur aus der Annahme eines ganz ungeheuren, in dem Radium steckenden Energievorrats erklärt werden kann. Im Widerspruch zu den bisherigen Erfahrungen und Theorien bemerkte man ferner, daß sich die aus dem Element Radium entstandene Emanation in das Element Helium[644] umwandelt. Nach den neuesten Ergebnissen sind die Teilchen der α-Strahlen positiv geladene Heliumatome. Alle radioaktiven Stoffe, die α-Strahlen aussenden, erzeugen also fortdauernd Helium[645]. Die β-Strahlen sind dagegen negative Elektronen. Sie entsprechen also den in den Crookesschen Entladungsröhren auftretenden Kathodenstrahlen. Auf dem Gebiete der Radiumforschung ist trotz der angestrengten Arbeit eines Jahrzehnts und der Feststellung zahlreicher Tatsachen sehr vieles noch aufzuhellen. Daneben erwächst der Theorie die Aufgabe, sich den neuen Tatsachen anzupassen, soweit sich letztere den früheren Theorien nicht einfügen lassen. Am besten ist diese Anpassung der schon um 1880, also vor der Entdeckung der Radioaktivität geschaffenen Elektronentheorie gelungen. Nach dieser von H. A. Lorentz begründeten Theorie ist die Elektrizität an Masse gebunden. Aus den zur Bekräftigung dieser Vorstellung unternommenen Versuchen ließ sich ermitteln, daß die Massenteilchen, die als die Träger der negativen Elektrizität betrachtet werden, etwa 2000mal leichter sind als die Atome des Wasserstoffs, dem die Chemie das kleinste Atomgewicht zuschreibt. Die mit einer bestimmten elektrischen Ladung versehenen Massen, die Elektronen, können aus dem Atom heraustreten. Dies geschieht z. B. beim Reiben. Das zurückbleibende Atom ist positiv geladen. Es wird als positives Ion bezeichnet. Verbinden sich die freigewordenen Elektronen mit einem neutralen Atom, so wird dieses zum negativen Ion. Die Kathodenstrahlen stellen sich nach dieser Theorie als abgeschleuderte Elektronen dar. Daß sie negativ sind, läßt sich daraus schließen, daß sie von einem negativ geladenen Körper abgelenkt werden. Der galvanische Strom, sowie die Fortleitung der Elektrizität in den Metallen besteht nach dieser Auffassung gleichfalls in einer Wanderung der Elektronen. Lorentz bezweckte mit seiner Elektronentheorie nicht etwa die Beseitigung, sondern den Ausbau der von Maxwell auf Grund der Untersuchungen Faradays entwickelten elektromagnetischen Theorie des Lichtes. Er zeigte, wie durch die Annahme elektrisch geladener Teilchen in den durchsichtigen Körpern gewisse optische Erscheinungen ihre Erklärung finden. Die Maxwellschen Gleichungen für den freien Äther ließ Lorentz in Geltung. Die Elektronen beeinflussen nach ihm die elektrischen und die optischen Vorgänge nur dadurch, daß sie nebst ihren Ladungen eine schwingende Bewegung ausführen.
Eine Stütze erhielt die Elektronentheorie dadurch, daß sie das von Zeemann im Jahre 1896 entdeckte Phänomen vorherzusagen vermochte. Zeemanns Phänomen besteht darin, daß sich die Spektrallinien eines leuchtenden Dampfes unter der Wirkung eines genügend starken Magnetfeldes spalten[646].
Die durch Lorentz geschaffene atomistische Auffassung der Elektrizität bedeutet übrigens in gewissem Sinne eine Rückkehr zu früheren Vorstellungen. So hatte schon Wilhelm Weber um die Mitte des 19. Jahrhunderts die elektrischen Erscheinungen aus der Annahme elektrischer Atome zu erklären gesucht. Auch Helmholtz war geneigt, aus den Faradayschen elektrolytischen Gesetz auf die Existenz gewisser Elementarquanten der Elektrizität zu schließen, die an den Elektroden sich von den geladenen chemischen Atomen, den Ionen Faradays, trennen sollten.
Seitdem man gefunden hat, daß die radioaktiven Stoffe ohne äußere Einwirkung Elektronen aussenden, hat man sich der Elektronentheorie mit dem doppelten Interesse zugewandt. Diese Theorie und die weitere Erforschung der Radioaktivität gehen heute vollkommen Hand in Hand[647]. Das wird solange dauern, bis neue Tatsachen entdeckt werden, denen sich die Theorie nicht anzupassen vermag. Aber selbst dann werden die Vorstellungen, welche die heutige Physik beherrschen, von der Geschichte der Wissenschaften als eine für die betreffende Zeit sehr wertvolle Arbeitshypothese anerkannt werden. In dieser Geschichte steht dem Wechsel der Theorie als das Bleibende nicht nur das Reich der einwandsfrei ermittelten Tatsachen gegenüber. Von demselben beständigen Wert wie die Tatsachen erweisen sich vielmehr auch die Überlegungen, die zur Entdeckung und Verknüpfung der Tatsachen geführt haben. In der Hervorhebung dieses Gesichtspunktes liegt vor allem die Bedeutung der geschichtlichen Betrachtungsweise. Sie stellt dar, was geworden ist und nicht, was wird und daher zunächst nur in unbestimmten Umrissen erscheint. Das unterscheidet die Geschichte der Wissenschaften von der Wissenschaft des Tages, die, wie die Kultur im allgemeinen, das letzte Glied einer fast endlos scheinenden Kette einer abgeschlossenen Entwicklung und der Anfangspunkt einer ebenso unabsehbaren Folge weiterer Entwicklung ist.
Ob es der Wissenschaft gelingen wird, an der Hand der Elektronentheorie Dinge, wie z. B. die Natur der Sonnenkorona und der Kometen, das Alter der Erde[648], sowie den Aufbau der Elemente zu enträtseln, bleibt der Zukunft vorbehalten. Jedenfalls gehören solche Dinge heute schon zu den diskutierbaren Problemen der wissenschaftlichen Forschung. Ferner weist alles darauf hin, daß das als Radioaktivität bezeichnete Verhalten immer mehr den Charakter des Vereinzelten verliert. So hat sich gezeigt, daß nicht nur das Uran, sondern auch das Thorium[649] den Ausgangspunkt einer radioaktiven Reihe von Umwandlungsprodukten bildet. Uran und Thor besitzen beide ein sehr großes Atomgewicht (U = 237,7; Th = 232,4), während das letzte Umwandlungsprodukt des Uran, das Helium, nur das Atomgewicht 3,94 hat. Nach der von Rutherford und Soddy begründeten Theorie deutet das hohe Atomgewicht der radioaktiven Elemente auf einen komplizierten Bau der Atome hin, und die Radioaktivität hat darin ihre Ursache, daß die kompliziert gebauten Atome einem Zerfall unterliegen.
Als ein Beispiel, wie eine Methode aus einer älteren erwachsen und eine solch vielseitige Verwendbarkeit finden kann, wie es sich die reichste Phantasie nicht hätte ausmalen können, wollen wir in aller Kürze die Entwicklung des photographischen Verfahrens zur Kinematographie betrachten.
Die ersten photographischen Aufnahmen erforderten einen Zeitraum von Minuten, ja Stunden. Es konnten dafür also zunächst nur ruhende Gegenstände in Betracht kommen. Durch die Verbesserungen der Methode wurde die zu einer Aufnahme erforderliche Zeit immer mehr eingeschränkt. Schließlich belief sie sich nur noch auf den Bruchteil einer Sekunde. Den Gedanken, die Momentphotographie zum Studium von Bewegungserscheinungen zu verwerten und auf diese Weise nicht nur einen Zustand, sondern einen Vorgang zu photographieren, haben um 1880 der Franzose Marey und der Deutsche Anschütz verwirklicht.
Marey stellte sich als Ziel, das Bild, das die Bewegungen des Gehens, Laufens und Springens darbieten, in eine Reihe von Augenblicksbildern zu zerlegen. Der erste von ihm hergestellte Apparat gestattete, 24 Aufnahmen in der Sekunde zu machen. Bei dem verbesserten Apparat, den Marey 1888 der französischen Akademie der Wissenschaften vorlegte, vermittelte ein Uhrwerk gleichzeitig das Öffnen des Verschlusses und die Fortbewegung des zur Aufnahme des Negativs bestimmten Papierstreifens. Einen hohen Grad der Vollendung empfing der kinematographische Apparat, mit dem man heute bis zu 2000 Aufnahmen in der Sekunde erzielen kann, durch die Einführung der Zelluloidfilms.
Anschütz kam 1882 auf den Gedanken, derartige Reihen von Augenblicksaufnahmen vermittelst des schon lange als Spielzeug bekannten Stroboskops oder Lebensrades zu einem Gesamteindruck zu vereinigen. Auf diesen Grundlagen schuf Lumière im Jahre 1895 den Apparat für kinematographische Wiedergaben, wie wir ihn heute zu wissenschaftlichen Zwecken, zur Belehrung und zur Unterhaltung benutzen. Lumière traf nämlich die Einrichtung, daß die Reihe der Momentaufnahmen in rascher Folge auf einen Schirm projiziert wurde.