Aristoteles hatte gelehrt, daß die Luft absolute Leichtigkeit, d. h. das Bestreben habe, sich in gerader Richtung vom Mittelpunkte der Erde fortzubewegen. Galilei meinte, dann müsse verdichtete Luft noch leichter sein als gewöhnliche denn das Bestreben nach oben sei stärker. Durch Abwägen aber stellte er fest, daß ein Glaskolben mit hineingepreßter, also verdichteter Luft schwerer ist als bei Füllung mit gewöhnlicher Luft! Die Aristoteliker lehrten, um das Saugen, das Aneinanderhaften von Platten, das Aufsteigen von Flüssigkeiten in Pumpen zu erklären, die Natur habe einen Abscheu vor dem leeren Raum, den bekannten »horror vacui«. Galilei suchte durch Versuche die Größe des Widerstandes zu bestimmen, den dieser angebliche Horror bietet. Und es machte ihn stutzig, daß das Wasser in Pumpen trotz allen Abscheus nicht mehr in die Höhe stieg, wenn das Saugrohr über zehn Meter lang war. Sein Schüler Torricelli verfolgte die Sache weiter. Da mit einer Wassersäule von zehn Metern Höhe nicht leicht zu experimentieren war, so ersann er den Versuch, wie groß der Abscheu der Natur bei der Benutzung von Quecksilber wäre. Man nahm eine mit Quecksilber gefüllte Glasröhre von einem Meter Länge und stülpte sie über ein mit Quecksilber gefülltes flaches Gefäß, so daß ein Teil des Quecksilbers aus der langen Röhre auslief. Es zeigte sich, daß die lange Röhre noch etwa zu drei Vierteln gefüllt war, das leere Viertel mußte einen richtigen leeren Raum darstellen, hier war also der Beweis erbracht, daß die Natur nicht immer die Leere scheut. Offenbar hielt die Quecksilbersäule in der langen Röhre einer Luftsäule vom gleichen Querschnitt und von der Höhe der Atmosphäre das Gleichgewicht. Der Franzose Pascal ließ dann gleich im nächsten Jahre durch einen Versuch auf dem Puy de Dome feststellen, daß die Länge der Quecksilbersäule in der Glasröhre um so mehr abnimmt, je höher man sich über den Meeresspiegel erhebt. Das Barometer war damit erfunden.
Um die gleiche Zeit machte Magdeburgs Bürgermeister, Otto v. Guericke, ebenfalls Versuche über den »horror vacui«. Er erfand dabei die Luftpumpe und erregte durch das bekannte Experiment mit den Magdeburger Halbkugeln das größte Aufsehen. Diese Leistungen Torricellis und Guerickes fielen um die Mitte des 17. Jahrhunderts. Jetzt fehlte nur noch die erste Verwertung dieser Entdeckungen, die um so erstaunlicher waren, als sie einen fast zweitausendjährigen Aberglauben beseitigten. Die Luft, von der man sich bisher nur hatte Segel blähen und Windmühlen treiben lassen, mußte nun zum ersten Male dem Menschen auch bei völliger Windstille Dienste leisten, ohne erst angefeuert, das heißt erwärmt zu werden, wie es in jenen Heißluftmaschinen, die Heron beschrieb, erforderlich war. Der französische Mechaniker Hautefeuille beschreibt in einem 1678 erschienenen Buche, wie er durch Pulverexplosion in einem geschlossenen Behälter unter Verdrängung der Luft einen luftverdünnten Raum schafft, in den der äußere Luftdruck Wasser hineindrücken soll. Ferner beschreibt er die erste Gaskraftmaschine, wie sie erst im vorigen Jahrhundert zur Ausbildung gekommen ist. Drei Jahre später schlug Huygens vor, die Fliehkraft der Pulvergase für eine Kolbenmaschine nutzbar zu machen. Das war das gleiche, was Hautefeuille wollte. Huygens Schüler und Assistent aber war Denis Papin, der die erste den Namen mit Recht tragende Dampfmaschine entwarf und erprobte.
Es lassen sich im Leben oft genug Beispiele beobachten, wie Leutchen kleinen Talentes, aller Stümpereien ungeachtet, immer nur die Treppe hinauffallen, Beförderung auf Beförderung erlangen, ohne es verdient zu haben. Umgekehrt gibt es nicht selten begabte Menschen, die mit jeder noch so fruchtbaren Idee, jeder noch so tüchtigen Leistung sich nur die Treppe hinabbefördern, Leute, die sich gewissermaßen mit jedem Werk ihres Geistes ein Gewicht mehr schaffen, das sie beim Schwimmen im Lebensstrom in die Tiefe zu ziehen trachtet. Solch ein Genie war der 1647 in Blois in Frankreich geborene Denis Papin. Ein außerordentlich fruchtbarer Erfinder, reich an Gedanken und an praktischem Geschick, ein scharfer Denker und Freund von Huygens, Boyle, Leibniz, ist er schließlich in London verschollen. Von ihm ging der Gedanke aus, statt des explodierenden Pulvers zur Herstellung eines luftverdünnten Raumes die Spannkraft des Wasserdampfes zu benutzen, der einen Kolben fortzudrücken hätte. Sein Digestor, in dem er größere Dampfspannungen zum Garmachen unter Heizmaterialersparnis verwendete, seine Zentrifugalpumpe, der Zentrifugalventilator, ein Entwurf zur Kraftübertragung, die Verbesserung der Luftpumpe, der Versuch eines Unterseeboots, das Modell eines Dampfwagens und noch eine Menge andrer Erfindungen und Ideen zu solchen begründen seine Ansprüche auf dauernden Nachruhm. Nur ist es falsch, ihm das erste Dampfschiff zuzuschreiben, und dafür ist ihm in Kassel sogar ein Denkmal errichtet worden. Anfangs ließ sich Papins Laufbahn gut an, insofern er unter einem so großen Mathematiker und Physiker wie Huygens, dem Erfinder der Pendeluhr, als dessen Assistent arbeiten durfte. Noch ehe ihm die Aufhebung des Ediktes von Nantes den Aufenthalt in Frankreich unmöglich machte, ging er nach London und hatte auch dort den Beifall der Besten für sich. Aber allzugut mögen seine Leistungen nicht honoriert worden sein, sonst wäre er nicht einem Rufe des Landgrafen von Hessen nach Marburg gefolgt. In der kleinen hessischen Universitätsstadt und später in Kassel verbrachte er, wenigstens der allerdrückendsten Nahrungssorgen einigermaßen enthoben, die fruchtbarsten Jahre seines Lebens. Eine Berufung nach London schlug er aus, da ihm gerade damals gute Aussichten auf Verwirklichung seiner Lieblingspläne winkten. Aber es kam anders. Enttäuschungen folgten auf Enttäuschungen, so daß er schließlich sich aufmachte, in London nochmals sein Glück zu versuchen. Das Schiff, mit dem er die Weser hinabfuhr, wurde ihm von der Schiffergilde im Streit um die Durchfahrt zerstört. Die Privilegien der Gilde gestatteten nicht, daß jemand, der nicht zur Gilde gehörte, die Weser befuhr. Wie Watt, der Vollender, so mußte Papin, der Beginner, die Gegnerschaft jener Zünfte erfahren, deren Dasein gerade durch die Dampfmaschine untergraben worden ist. In London wollte man aber den Mann, den man erst zu gewinnen gesucht hatte, seinem Schicksale, das heißt dem Untergange, überlassen. Die Königliche Akademie der Wissenschaften ließ alle Gesuche Papins unbeachtet. Nicht einmal eine Stelle als Physiklehrer erhielt er. Gerade, daß er lange mit Leibniz in Verbindung gestanden hatte, schadete ihm hier. Leibniz war in den Augen der Briten der, der ihrem Newton die Differentialrechnung entwendet hatte. Im tiefsten Grunde waren es wieder die engherzigen und neidischen Gelehrten, die einen Beweis eigner Überlegenheit zu liefern wähnten, wenn sie einen überlegenen Mann elend verkommen ließen. Unter welchen Umständen Papin 1712 aus dem Leben schied, wissen wir nicht genau. Es besagt genug, wenn er im letzten uns erhaltenen Briefe klagt, selbst wenn er das Beste leiste, ziehe er sich nur Feindschaft zu. Achten wir darauf, daß die Orte seines Wirkens Paris, London und Marburg waren, so erinnert uns das an den Schicksalsverwandten Giordano Bruno, der gleichfalls von Paris über London nach Marburg ging, stets das Gegenteil der Sippe, die die Treppe hinauffällt, zum Scheiterhaufen schließlich klaglos bereit, weil ihm das Leben genügend verleidet war.
Abb. 5. Papins Pulvermaschine 1688.
Huygens Pulvermaschine hatte Papin durch Anbringung einer Zündpfanne verbessert ([Abb. 5]). Aber das erzielte Vakuum war zu gering und der Betrieb zu gefährlich. Statt des Pulvers versuchte es nun der Gelehrte mit dem Wasserdampf. Ein zylindrisches Gefäß wurde zum geringen Teile mit Wasser gefüllt, auf dessen obere Fläche sich der Kolben aufsetzte. Die Kolbenstange führte durch den Deckel des Gefäßes. Eben durch diesen Deckel konnte auch durch eine Öffnung Luft entweichen. Wurde das Wasser verdampft, so schob der Dampf den Kolben in die Höhe, drängte die Luft aus dem Zylinder und drückte den Kolben so weit nach oben, bis eine Klinke in die Nut der Kolbenstange einschnappte und den Kolben jetzt festhielt. Durch Entfernung der Feuerung kam der Dampf zur Verdichtung. Es entstand ein luftverdünnter Raum. Gab man jetzt die Kolbenstange wieder frei, so wurde sie durch den äußeren Luftdruck heruntergetrieben. Dabei konnte sie ein Gewicht hochziehen, das mit ihr durch eine über Rollen geleitete Schnur in Verbindung stand ([Abb. 6]). Papin wollte bereits seine Maschine für den Bergwerkbetrieb verwenden, sie sollte Wasser und Erze aus den Gruben schaffen, aber auch unter Benutzung von Schaufelrädern Schiffe gegen den Wind treiben. Die Umwandlung der hin und her gehenden Bewegung in eine Drehbewegung sollte durch eine Vorrichtung geschehen, die im vorigen Jahrhundert Otto, der Erfinder der atmosphärischen Gasmaschine, benutzte: eine gezahnte Kolbenstange griff beim Heraufgehen in Triebräder ein, die lose auf ihrer Achse liefen, beim Herabgehen des Kolbens aber durch Sperrklinken mit der Welle gekuppelt wurden, so daß die auf der Welle sitzenden Räder, Schaufelräder oder Wagenräder, zur Drehung gelangten. Die Ausführung dieser Maschine gelang aber Papin nicht, weil es weder geeignete Werkleute noch eine zulängliche Technik zur Herstellung der großen Zylinder gab. Hatte noch zwei Menschenalter später ein Watt trotz seiner Verbindung mit Englands größten Industriellen ein Jahrzehnt nötig, um nur geeignete Zylinder zu erhalten, so war Papin in noch schlimmerer Lage. Schon 1690 empfahl er daher die Errichtung einer Fabrik für große Zylinder. Dazu hätten aber Geld, sichere Absatzaussichten und weitblickende Männer gehört, und das war alles nicht vorhanden.
Abb. 6. Papins atmosphärische Kolbenmaschine 1690.