DIE NATURWISSENSCHAFTEN
IN IHRER ENTWICKLUNG UND IN IHREM ZUSAMMENHANGE

DARGESTELLT VON
FRIEDRICH DANNEMANN

DRITTER BAND:

DAS EMPORBLÜHEN DER MODERNEN NATURWISSENSCHAFTEN
BIS ZUR ENTDECKUNG DES ENERGIEPRINZIPES

MIT 60 ABBILDUNGEN IM TEXT UND EINEM BILDNIS VON GAUSS

Verlag von Wilhelm Engelmann in Leipzig · 1911

C. F. Gauß

(Nach einer Büste von G. Eberlein.)

Copyright 1911 by Wilhelm Engelmann, Leipzig.
Druck der Königl. Universitätsdruckerei H. Stürtz A. G., Würzburg.

Vorwort.

Der zweite Band schilderte das Entstehen der neueren Naturwissenschaft. Er umfaßt den Zeitraum vom Anfang des 17. bis zur Mitte des 18. Jahrhunderts. Mit dem Ende dieses Abschnitts beginnt die neueste Phase in der Entwicklung der Naturwissenschaften. Diese Phase bis zu den Aufgaben der Gegenwart in den Grundzügen darzustellen, ist das Ziel des 3. und des 4. Bandes des vorliegenden Werkes. Da es sich nicht um eine bloße Aufzählung der Geschehnisse, sondern um den Nachweis ihrer inneren Verknüpfung handelt, so ist bei dem Ineinandergreifen der verschiedenen Gebiete eine scharfe Gliederung nach chronologischen Gesichtspunkten nicht möglich. Will man eine Schranke ziehen, so würde sie etwa mit dem Zeitpunkt der Entdeckung des Energieprinzips zusammenfallen. In der Hauptsache schildert der vorliegende dritte Band den großen Umschwung, den die Naturwissenschaften durch die Begründung der neueren Chemie, der Elektrizitätslehre, den Ausbau der übrigen Teile der Physik, sowie die Ausdehnung der experimentellen Forschungsweise auf die Wissenschaft vom Leben erfuhren. Dem vierten und letzten Bande bleibt es vorbehalten, den großartigen Aufschwung zu schildern, den die Naturwissenschaften im weiteren Verlauf des 19. und im Beginn des gegenwärtigen Jahrhunderts genommen haben.

Auch in dem vorliegenden Bande war es das Bestreben des Verfassers, die Schilderung im Rahmen der Gesamtentwicklung zu halten, die Beziehungen der Naturwissenschaften zu den Nachbargebieten aufzuweisen und vor allem nur dasjenige zu bringen, was zum tieferen Verständnis des heutigen Wissenschaftsgebäudes beiträgt.

Friedrich Dannemann.

Inhalt.

1. Wissenschaft und Weltgeschichte.

Die bisherige Darstellung reicht bis etwa zur Mitte des 18. Jahrhunderts. Ein kurzer Rückblick im Rahmen der Weltgeschichte möge die Entwicklung vergegenwärtigen, welche die Naturwissenschaften bis zu jenem Zeitpunkt genommen. Die Grundlagen, auf denen sich die Wissenschaft wie die gesamte Kultur des Altertums erhoben, entstammten dem Orient. Dort wurde lange vor dem Beginn der griechischen Geschichte eine gewaltige, auf die Mathematik, die Astronomie, die Heilkunde und die drei Naturreiche sich beziehende Summe von Tatsachen bekannt. Den Griechen blieb es vorbehalten, die Einzelkenntnisse zu wissenschaftlichen Systemen zusammenzufassen und die Philosophie ins Leben zu rufen. Philosophie und Wissenschaft sahen wir seit der Blütezeit des griechischen Lebens die gleiche Aufgabe verfolgen. Sie lautet Welterklärung. Bei gleichem Ziele waren die Ausgangspunkte und folglich auch die Wege verschieden. Die Philosophie stellte das denkende Subjekt, die Wissenschaft die Summe der von außen herantretenden Erfahrungen in den Mittelpunkt der Betrachtung. Die philosophierende und die forschende Tätigkeit gingen während des Altertums Hand in Hand. Wir sahen sie sogar oft in derselben Person vereinigt. Das galt von Plato nicht minder als von Aristoteles, dem Schöpfer des größten philosophischen und naturwissenschaftlichen Systems, welches das Altertum hervorgebracht hat.

Es war ein Mangel des Altertums, daß genaues Beobachten und überlegtes Experimentieren noch nicht genügend als die Grundlagen des Erkennens gewürdigt wurden. Dies führte zu Vorstellungen, die ihre Wurzel mehr in der Phantasie, als in der Erfahrung hatten. Beispiele hierfür bot uns insbesondere das Lehrgebäude des Aristoteles. Doch fehlte es auch nicht an Männern, die wie Archimedes im Sinne des modernen Forschers ihre Lehren auf Versuche und auf die Verknüpfung der Mathematik mit der Naturwissenschaft aufbauten. Auch die alexandrinischen Gelehrten haben durch ihre mehr auf die Gegenstände als auf das Allgemeine gerichtete Forschung Großes in der Astronomie, der Erdbeschreibung und der Physik geleistet. Eine wichtige Förderung der Naturkenntnis erwuchs dem Altertum aus der Technik. Auf diesem Gebiete sahen wir auch die mehr praktischen als wissenschaftlichen Zielen zugewandten Römer tätig.

Das Ende der römischen Herrschaft bedeutet einen tiefen Einschnitt nicht nur in der Weltgeschichte, sondern auch in der Entwicklung der Naturwissenschaften. Sie fanden innerhalb der christlich-germanischen Kultur zunächst nicht den ihnen gebührenden Platz. Daß die Schöpfungen der Alten bis in die neuere Zeit erhalten blieben, ist das Hauptverdienst des arabischen Zeitalters. Erst im 13. Jahrhundert, nach der Berührung des Abendlandes mit dem Orient, lebten die Wissenschaften in Italien und in West- und Mitteleuropa wieder auf. Aus dem Studium des von den Arabern bearbeiteten astronomischen Hauptwerks des Altertums erwächst die neuere Astronomie. Durch ihre Verbindung mit der Nautik werden die Entdeckungsreisen ermöglicht. Die Ausdehnung des geographischen Gesichtskreises über den ganzen Erdball und die Befreiung von den Formen des mittelalterlichen Denkens und Fühlens bedingen einen Einschnitt von gleicher Wichtigkeit wie ein Jahrtausend vorher der Untergang der alten Welt. Als ein anderer, ein neuer, tritt der Mensch an die Natur heran. Er lernt die Fesseln der Autorität abstreifen und die Augen öffnen. Infolgedessen entstehen die ersten Ansätze zur Neubegründung der beschreibenden und der experimentellen Naturwissenschaften. Wie auf dem astronomischen Gebiete, so bilden auch hier die nach dem Fall Konstantinopels in größerer Zahl nach Westeuropa gelangenden Schriften der Alten den Stütz- und Ausgangspunkt für die Bestrebungen der Neuzeit. Eine weitere Stütze erwächst der neueren Wissenschaft in der Erfindung des Buchdrucks, dem Emporblühen des Städtewesens und der Umwandlung der mittelalterlichen Feudalherrschaft in den geordneten Staat.

Ihren Höhepunkt erreicht diese Bewegung im 17. Jahrhundert. Die wohlhabenden italienischen Städte und die größeren europäischen Staaten, vor allem Frankreich und England, beginnen, die Pflege der Wissenschaft als eine ihrer Aufgaben zu erkennen. Die Hochschulen werden zu Stätten freierer Forschung. Wissenschaftliche Akademien treten ins Leben. Daß der Sieg des Neuen trotzdem kein leichter war, lehrte uns die Lebensgeschichte Galileis. Gestützt auf die Gunst der Mediceer und des venetianischen Senats vermochte es Galilei, die aristotelische Physik zu stürzen und auf ihren Trümmern die neuere Mechanik zu begründen. Was er begonnen, setzten in Italien zahlreiche Schüler fort. Sie riefen unter dem Namen der Akademie des Versuches eine Vereinigung ins Leben, die indessen bald infolge der in Italien herrschenden hierarchischen Strömung wieder aufgelöst wurde. Der Gegensatz zwischen Wissen und Glauben trat im 17. Jahrhundert, im Zeitalter der großen Religionskriege, in allen Ländern mit besonderer Schärfe hervor. Die protestantischen Teile Europas machten in dieser Hinsicht nicht etwa eine Ausnahme. Dieser Gegensatz war nicht nur das Verhängnis eines Giordano Bruno und eines Galilei, er griff gleich unheilvoll in das Leben Keplers ein.

Jede Betätigung und jedes Bedürfnis zahlreicher einzelner findet seine Stütze in dem Staat, der ja nichts weiter ist als der Zusammenschluß der einzelnen. Zu den allgemeinsten Betätigungen gehören das Wissen und der Glauben. Für das, was sie hervorbringen, für die Wissenschaft und für die Religion, hatte der Staat seit alters in den Schulen und in der Kirche seine besonderen Veranstaltungen geschaffen. Das Mittel, durch welches Schule und Kirche bis zum 17. Jahrhundert sich vorzugsweise betätigt hatten, war die Lehre durch Schrift und Wort. Daher das Übergewicht der Autorität während dieses Zeitraums und der Mangel an innerem Wachstum. Ein solches konnte nur die von den Fesseln der Autorität befreite Forschung verleihen. Sie regte sich zuerst auf dem Gebiete der dem Wirklichen zugewandten Wissenschaft. Hier zeigt es sich, daß eine neue, auf den Versuch und eigene Beobachtung sich gründende Methode allein die Sicherheit bietet, das Richtige vom Unrichtigen, Wahrheit von Irrtum zu unterscheiden. Daher die überwältigende Macht, mit der die neuere Wissenschaft alle Hindernisse hinwegräumt und rasch die größten Erfolge erringt, während die dem Jenseits zugewandte Religion und ihre Institution, die Kirche, da es ihr an einem ähnlichen Mittel gebricht, an der Autorität festhält, ja, diese Autorität um so mehr hervorkehrt, je mehr die Wissenschaft sich ihrer zu entledigen sucht.

Für die Naturwissenschaften kam noch der fördernde Umstand hinzu, daß man aus ihrer Pflege einen unmittelbaren Nutzen zu erzielen wußte. An der Pflege der Botanik und der Zoologie hatte die Heilkunde das größte Interesse. Die Ergebnisse der Physik, der Chemie und der Mineralogie kamen vielen Gewerben zugute. Die Astronomen hatten der Kartographie, der Zeitbestimmung und in neuerer Zeit vor allem der Nautik jedermann in die Augen springende Dienste erwiesen. Die Leistungen all dieser Zweige wurden seit der Erneuerung der Naturwissenschaften in hohem Maße gefördert durch die Erfindung zahlreicher Instrumente und durch die ausgedehnte Anwendung der Mathematik. Die Bewaffnung des Auges mit dem Fernrohr und mit dem Mikroskop, die Erfindung des Thermometers, der Luftpumpe, des Barometers und mancher anderen für die Forschung und für das Leben gleich wichtigen Instrumente ermöglichten die Schöpfung eines Weltbildes, das sich von dem mittelalterlichen in fast allen Teilen unterschied. In der Neugestaltung und der Verknüpfung der Mathematik mit den Naturwissenschaften leistete die Newton-Huygens-Periode das Hervorragendste. Ihr wertvollstes Ergebnis bestand in der Verknüpfung der Mechanik mit der Astronomie durch Newtons Weltgesetz. Die wichtigsten Pflegestätten der Wissenschaften waren in jenem Zeitalter England und die Niederlande. Hier genoß das Individuum zuerst diejenige Befreiung von staatlicher und kirchlicher Bevormundung, die als das Lebenselement der Wissenschaft betrachtet werden muß. In Frankreich dagegen war die Autorität des Staates und der Kirche damals so mächtig, daß ihr selbst der große Huygens das Feld räumte, nachdem er lange eine Zierde der Pariser Akademie gewesen. Deutschland litt unter den Folgen des dreißigjährigen Krieges. Und wenn auch einzelne Großes leisteten, vermochte dennoch hier die Wissenschaft als Ganzes nicht mit der geistigen Entwicklung der politisch erstarkten Länder gleichen Schritt zu halten.

Seit der Mitte des 18. Jahrhunderts machte sich auf allen Gebieten des geistigen, sowie des sozialen Lebens ein Umschwung bemerkbar, der für die gesamte Kulturentwicklung den Beginn einer neuen Phase bedeutete. In der Staatengeschichte erreichte dieser Vorgang seinen Höhepunkt in der französischen Revolution, mit welcher der Historiker die neueste Zeit beginnen läßt. Die Geschichte der Wissenschaften verzeichnet zwar gleichfalls einen mit der sozialen und politischen Entwicklung Schritt haltenden Wechsel; ihren Geschehnissen ist aber das scheinbar Unvermittelte bei weitem nicht in solchem Maße eigen wie den politischen Begebenheiten.

Die Naturwissenschaften waren auf dem Punkte angelangt, daß zahlreiche Kräfte sich zu ihrem weiteren Ausbau die Hand reichen mußten, während in den vorhergehenden Perioden der einzelne noch einen überwiegenden Einfluß ausgeübt hatte. Das neueste Zeitalter in der Entwicklung der Wissenschaften, dem unsere weitere Darstellung gilt, wird dementsprechend auch nicht durch eine hervorragend wichtige Entdeckung oder durch das Auftreten eines bedeutenden Forschers eingeleitet. Während für die Chemie eine neue Epoche beginnt, wandeln die Astronomie und die Mechanik in den eingeschlagenen Bahnen weiter. Die Prinzipien der letzteren werden in immer höherem Maße auf die übrigen Teile der Physik angewandt, welcher sich mit der Entdeckung der galvanischen Elektrizität ein neues, wichtiges Gebiet erschließt. Auch die Zoologie und die Botanik werden von einem Wechsel betroffen. Auf das Vorherrschen der Systematik folgt eine Richtung, in der morphologische und bald darauf auch physiologische Fragen an die erste Stelle rücken. Etwa in die Mitte des 19. Jahrhunderts fällt dann die großartige Verallgemeinerung und Verknüpfung der gesamten bisherigen Forschungsergebnisse infolge der Durchführung des Prinzips von der Erhaltung der Kraft. Die Betrachtung der dann folgenden letzten Entwicklungsstufen wird uns bis zu den Aufgaben des Tages führen und schließlich einen Ausblick in eine verheißungsvolle Zukunft eröffnen.

2. Das 18. Jahrhundert errichtet die Grundlagen der Elektrizitätslehre.

Während die Physik im 17. Jahrhundert ihre Fortschritte vorzugsweise auf den Gebieten der Mechanik und der Optik, den ältesten Zweigen der Naturlehre, zu verzeichnen hatte, war das 18. Jahrhundert insbesondere dem Ausbau des von Gilbert und Guericke erschlossenen Gebietes der Reibungselektrizität gewidmet. Gilbert hatte zum erstenmal den Unterschied zwischen magnetischer und elektrischer Anziehung scharf hervorgehoben[1], während Guericke die elektrische Abstoßung entdeckt und die erste maschinelle Vorrichtung zur Erzeugung von Elektrizität ins Leben gerufen hatte. Leider wurde Guerickes Apparat zunächst nicht benutzt. Man begnügte sich damit, Elektrizität zu erzeugen, indem man Glas, Bernstein und andere geeignete Stoffe aus freier Hand rieb. Trotzdem gelang es, elektrische Entladungen von solcher Wirkung hervorzurufen, daß nicht nur ein Knistern, sondern auch das Auftreten von Funken bemerkt wurde. Ein Beobachter erwähnt sogar, »dieses Licht und Knistern scheine einigermaßen Blitz und Donner vorzustellen«[2].

Auf das Studium der elektrischen Phänomene wurde man besonders durch eine merkwürdige Beobachtung am Quecksilberbarometer gelenkt. Picard bemerkte im Jahre 1675, daß sich bei völliger Dunkelheit beim Erschüttern der Quecksilbersäule in der Torricellischen Leere ein eigentümliches phosphoreszierendes Leuchten zeigt. Die sonderbare Erscheinung erregte großes Aufsehen und rief eine umfangreiche Literatur hervor. Die richtige Erklärung fand Francis Hawksbee, ein Mitglied der Royal Society. Hawksbee, welcher seine Versuche über diesen Gegenstand seit dem Jahre 1705 in den Philosophical Transactions veröffentlichte[3], nahm an, daß man es hier mit einer durch die Reibung des Quecksilbers an dem Glase vor sich gehenden Elektrizitätserregung zu tun habe. Um seine Ansicht zu beweisen, stellte er eine hohle Glaskugel auf eine Achse und versetzte sie in rasche Drehung. Brachte er gleichzeitig die trockene, warme Hand an diese Kugel, so wurde sie so stark elektrisch, daß man zolllange Funken erhielt. Wurde die Kugel zuvor luftleer gemacht, so erschien in ihr dasselbe Leuchten, das man im Quecksilberbarometer beim Schütteln beobachtet hatte. Hawksbee ist somit als der Erfinder der Glaselektrisiermaschine zu betrachten. Allerdings kam diese Maschine erst viel später in allgemeinen Gebrauch. Obgleich Hawksbee auch Schwefelkugeln und Siegellackstangen elektrisierte, gelangte er noch nicht dazu, zwischen positiver und negativer Elektrizität zu unterscheiden.

Der Fortschritt auf dem Gebiete der Reibungselektrizität mußte ein sehr langsamer bleiben, so lange es sich nur um zufällige, durch keine Theorie verknüpfte Beobachtungen handelte. Dieser allerersten Stufe jeder exakten Wissenschaft sollte keiner der Hauptzweige der Physik so spät entwachsen wie gerade die Elektrizitätslehre. Erst im Verlaufe des 18. Jahrhunderts tritt letztere in das zweite Stadium ein. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, daß man zu einem planmäßigen, von hypothetischen Vorstellungen geleiteten Experimentieren übergeht. Als Vertreter jener ersten Stufe muß selbst noch ein Du Fay gelten. Seine Tätigkeit fällt in den Beginn des 18. Jahrhunderts, während Aepinus und Franklin auf den Schultern der Genannten stehen und dem zweiten Zeitraum angehören. Erst der gegen das Ende des 18. Jahrhunderts anhebenden Epoche blieb es vorbehalten, durch messende Beobachtung zu den Gesetzen der Reibungselektrizität vorzudringen[4]. Hieran reihte sich das deduktive, die Hilfsmittel der Mathematik und der Mechanik benutzende Verfahren, womit auch auf diesem Gebiete endlich diejenige Stufe erreicht war, welche der Wissenschaft nach einem Ausspruch Galileis in allen ihren Teilen erst eine würdevolle Behandlung verleiht[5].

Dem erwähnten Du Fay verdankt die Elektrizitätslehre eine Anzahl grundlegender Versuche. Charles François Du Fay wurde 1698 in Paris geboren und starb daselbst im Jahre 1739. Du Fay beschäftigte sich mit magnetischen und elektrischen Versuchen, die in den Abhandlungen der Pariser Akademie beschrieben wurden[6]. Das wichtigste Ergebnis seiner Untersuchungen läßt sich in folgende Sätze zusammenfassen: 1. Ein elektrischer Körper zieht alle nichtelektrischen an und teilt ihnen Elektrizität mit, worauf er sie wieder abstößt. 2. Es gibt zwei entgegengesetzte Arten der Elektrizität, die Glas- und die Harzelektrizität. Zu der Entdeckung, daß es zwei Arten Elektrizität gibt, wurde Du Fay durch sein Blattgoldelektroskop geführt. Du Fay ging von der Annahme aus, daß ein mit dem Glasstab elektrisiertes Blättchen von jedem Körper, der durch Reiben in den elektrischen Zustand versetzt sei, abgestoßen werde. Diese Annahme bestätigte sich indessen nicht. Als Du Fay nämlich dem Blättchen geriebene Kopalstücke und andere geriebene harzartige Körper näherte, wurde es von diesen angezogen. Du Fay unterschied aus diesem Grunde zwei Arten von Elektrizität, die er als Harz- und Glaselektrizität bezeichnete. Später erkannte man indessen, daß diese Benennungen irreführend sind, da harzartige Körper mit Glaselektrizität, glasartige dagegen mit Harzelektrizität geladen werden können[7]. Deshalb wurden die Glas- und die Harzelektrizität als positive und negative Elektrizität unterschieden. Du Fay war es auch, der zuerst auf den Zusammenhang zwischen dem Leitungsvermögen und der Elektrisierbarkeit der Körper aufmerksam machte. Man fing nun an, die Nichtleiter in ausgedehnter Weise als Isolatoren zu benutzen. So gelang es dem genannten Forscher, einen an Haarschnüren oder an seidenen Stricken hängenden Menschen zu elektrisieren und ihm Funken zu entlocken.

Die ersten Beobachtungen über die Fortleitung der Elektrizität rühren von Guericke her. Ausgedehntere Versuche über das Leitungsvermögen stellte ein Zeitgenosse Du Fays, der Engländer Stephan Grey, an. Er verschloß eine Glasröhre vermittelst eines Korkstopfens, um zu untersuchen, ob sie sich jetzt in gleicher Weise wie vorher durch Reiben elektrisieren lasse. Grey (er starb 1736 in London) bemerkte keinen Unterschied, fand aber, daß der Stopfen auch elektrisch geworden war, da er auf eine Feder wie die Glasröhre wirkte. Darauf steckte er in den Stopfen einen Holzstab, der am andern Ende eine Elfenbeinkugel trug. Wurde nun die Glasröhre gerieben, so zeigte sich diese Kugel gleichfalls elektrisch. Die Zustandsänderung hatte sich also von dem Glase aus durch den Stopfen und das Holz bis auf die Kugel fortgepflanzt. Um die Frage zu entscheiden, bis auf welche Entfernung eine solche Fortpflanzung möglich sei, ersetzte Grey den Holzstab durch einen ausgespannten Faden, der in seidenen Schleifen hing. Es gelang, eine Wirkung auf Entfernungen bis zu 700 Fuß nachzuweisen. Ließ man den Bindfaden nicht auf Seide, sondern auf Draht ruhen, so mißlang der Versuch. Auch hierdurch wurde man auf den Unterschied zwischen Leitern und Nichtleitern aufmerksam gemacht. Als letztere lernte man Haare, Seide, Harz und Glas kennen und zu ferneren Versuchen benutzen. Grey elektrisierte auch Personen, die auf einem Harzkuchen standen. Er ist also im Prinzip der Erfinder des Isolierschemels. Grey stellte eine Schale mit Wasser auf seine Isolierplatte. Wurde der Flüssigkeit ein elektrisierter Glasstab genähert, so erhob sie sich über ihr gewöhnliches Niveau. Dieser Versuch führte auf eine eigentümliche Entdeckung. Zwei Leydener Physiker[8] suchten Wasser, das sich in einem isolierenden Glasgefäß befand, zu elektrisieren, indem sie es vermittelst eines Drahtes mit einer geriebenen Glasröhre in Verbindung setzten. Als der eine von ihnen zufällig das Gefäß in der Hand hielt und zu gleicher Zeit die Röhre berührte, erhielt er einen kräftigen Schlag, der besonders im Arm und in der Brust zu spüren war. In der betreffenden Mitteilung vom Jahre 1746 hieß es, man sei in Leyden auf einen erschrecklichen Versuch geraten, dem sich die Erfinder nicht um die Krone Frankreichs zum zweitenmal aussetzen möchten. Die Priorität der Entdeckung gebührt jedoch nicht den Leydener Physikern, sondern dem in Pommern lebenden von Kleist[9]. Im Jahre 1745 machte dieser folgenden Versuch. Er stellte in eine Arzneiflasche einen eisernen Nagel und elektrisierte diesen. Als er darauf den Nagel mit der anderen Hand berührte, erhielt er einen heftigen Schlag, der noch verstärkt wurde, wenn sich etwas Quecksilber am Boden der Flasche befand. Die Entdeckung erregte großes Aufsehen und führte der Beschäftigung mit elektrischen Versuchen zahlreiche Dilettanten zu. Jene Vorrichtung, die man in der Folge als die Leydener Flasche bezeichnete, wurde in Frankreich im Beisein des Königs durch eine Kette von mehr als hundert Personen entladen. Das Wasser und die Hand, welche bei dem ursprünglichen Versuch die Rolle des inneren und des äußeren Belags gespielt hatten, wurden bald darauf durch Zinn ersetzt. Ferner machte man die Beobachtung, daß die Leydener Flasche die Elektrizität längere Zeit behält und daß sie sich nicht laden läßt, wenn sie isoliert ist. Zu einem Verständnis dieses Verhaltens gelangte erst Franklin. Als er eine, an einem Seidenfaden hängende, leichte Kugel dem inneren Belage näherte, wurde sie in der bekannten Weise zunächst angezogen, dann aber, nachdem sie gleichfalls elektrisch geworden war, wieder abgestoßen. Näherte er die Kugel jetzt dem äußeren Belag, so wurde sie angezogen. Es zeigte sich also, daß die Beläge entgegengesetzt geladen waren, und daß die Entladung der Flasche in dem Ausgleich dieser entgegengesetzten Elektrizitäten besteht. Franklin bediente sich bei seinen Versuchen einer auf beiden Seiten mit Zinn überzogenen Tafel, die nach ihm noch heute als Franklinsche Tafel bezeichnet wird.

Die Vereinigung mehrerer Leydener Flaschen zu einer elektrischen Batterie bewerkstelligte zuerst der Danziger Bürgermeister Gralath[10]. Er nahm mehrere Glaskolben, füllte sie zur Hälfte mit Wasser und ließ einen eisernen, mit einer Kugel versehenen Draht aus der Flasche hervorragen. Sämtliche Kugeln wurden dann gleichzeitig mit dem Konduktor der Elektrisiermaschine verbunden. Gralath erhielt durch diese Vorrichtung einen sehr heftigen Schlag. Noch in demselben Jahre (1746) wurde die Wirkung der Batterie in solchem Maße verstärkt, daß man den Funken am hellen Tage 200 Schritte weit sah und die Entladung auf noch größere Entfernung zu hören vermochte.

Die weitere Erforschung der Reibungselektrizität wurde dadurch außerordentlich gefördert, daß man nach dem Vorgange Guerickes und Hawksbees zur Anwendung maschineller Vorrichtungen schritt.

Einem Leipziger Professor der Physik namens Hausen wurde im Jahre 1743 von einem seiner Zuhörer der Vorschlag gemacht, sich das mühevolle Reiben der Glasröhre dadurch zu ersparen, daß er eine größere Glaskugel in Drehung versetze. Dieser Vorschlag erwies sich als über Erwarten praktisch, zumal ein Leipziger Handwerker den neuen Apparat mit dem ersten Reibzeug versah. Letzteres bestand aus einem wollenen Kissen. Bald darauf (1744) brachte der deutsche Physiker Bose neben der Glaskugel einen isolierten Metallkörper als Konduktor an. Diesen Konduktor finden wir schon wenige Jahre, nachdem Hausen seine Maschine gebaut, mit einem Saugkamm versehen[11], so daß noch vor Ablauf der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts die Elektrisiermaschine in ihrer noch jetzt gebräuchlichen Einrichtung den Physikern zu Gebote stand. Im weiteren Verlaufe des 18. Jahrhunderts ersetzte man die Glaskugel durch die handlichere Glasscheibe[12] und versah das Reibzeug mit dem bekannten, von Kienmayer empfohlenen Amalgam[13].

Abb. 1. Elektrisiermaschine aus dem Jahre 1744. (Aus Gerland und Traumüller, Geschichte der physikalischen Experimentierkunst.)

Als Reibzeug dient noch die Hand. Ihr gegenüber befindet sich als Konduktor eine auf seidenen Schnüren liegende Metallröhre AB, deren Ende A mit einem Bündel Fäden an Stelle des Saugkammes versehen ist. E steht auf einem mit isolierender Substanz (Pech) gefüllten Kasten. Aus der Spitze des Degens springt ein Funken über, welcher den im Löffel F befindlichen Weingeist entzündet.]

Die Elektrisiermaschine kam nun sozusagen in Mode. Das Interesse, welches ihr bemittelte Dilettanten entgegenbrachten, bewirkte, daß sie schließlich gewaltige Dimensionen annahm[14]. In rascher Folge wurden jetzt die wichtigsten Erscheinungen der Reibungselektrizität entdeckt. Die zündende Wirkung des Funkens wurde an Schießpulver, Äther und anderen brennbaren Stoffen dargetan. Der Danziger Bürgermeister Gralath[15] entzündete ein eben ausgeblasenes Licht durch den elektrischen Funken. Ja, es gelang sogar, vermittelst eines elektrisierten Wasserstrahles Weingeist in Brand zu setzen.

Ferner versuchte man die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Elektrizität zu bestimmen, indem man den Schlag einer Leydener Flasche durch einen mehrere tausend Meter langen Draht leitete (siehe Abb. [2]). Derartige Versuche unternahm zuerst der Franzose Le Monnier und später der Engländer Watson (1715-1787). Da sich hierbei kein meßbarer Zeitunterschied ergab, so konnte man zunächst nur auf eine sehr große Geschwindigkeit schließen. Diese zu bestimmen, war eine neue, sinnreiche Methoden erfordernde Aufgabe der Experimentalphysik. Doch knüpfte man später an den der obigen Versuchsanordnung (Abb. [2]) zugrunde liegenden Gedanken wieder an, nur daß an Stelle der unmittelbaren Beobachtung der rasch rotierende Spiegel trat.

Abb. 2. Watsons Versuch, die Geschwindigkeit der Elektrizität in einem Drahte zu bestimmen. Der innere Belag der Leydener Flasche C steht mit dem isoliert aufgehängten leitenden Stabe AD in Verbindung. Von dem äußeren Belag geht ein Draht nach der Kugel H. In F wird eine Person eingeschaltet. Obgleich das Drahtstück zwischen F und H etwa 12000 Fuß lang war, konnte der in F befindliche Beobachter doch keinen Zeitunterschied zwischen der empfangenen Erschütterung und dem Überspringen des Funkens bei H feststellen.

Auch der naheliegende Gedanke, das Verhalten des Funkens im Vakuum zu untersuchen, kam zur Ausführung[16]. Der erste, der darüber Versuche anstellte, war der Mechaniker Grummert (1719-1776) in Dresden. Es zeigte sich, daß die Elektrizität den luftleeren Raum auf eine beträchtliche Strecke durchdringt. Nach der Beschreibung Watsons, eines späteren Beobachters, erfüllte das elektrische Feuer die ganze Röhre, so daß man, so lange die Maschine in Bewegung blieb, eine ununterbrochene Lichterscheinung wahrnahm. Der weitere Verfolg dieses Versuches hat zur Erfindung der Geißlerschen Röhre und endlich in der neuesten Zeit zur Entdeckung eigentümlicher Strahlengattungen geführt. Auch zur Erklärung des Nordlichts wurde das elektrische Leuchten in evakuierten Röhren herangezogen[17].

Den neuen, wunderbaren Entdeckungen gegenüber, denen man nichts Ähnliches an die Seite stellen konnte, erhob sich schon bei den Physikern des 18. Jahrhunderts die Frage nach der Ursache der elektrischen Erscheinungen. War die Elektrizität ein Stoff, so ließ sich erwarten, daß die Körper durch das Elektrisieren eine Gewichtszunahme erfahren würden. Alle Versuche, die nach dieser Richtung hin angestellt wurden, blieben jedoch ohne Erfolg[18]. Zu dem gleichen Ergebnis war man hinsichtlich der Wärme gelangt, als man Gegenstände in erhitztem Zustande und bei gewöhnlicher Temperatur wog.

Aus diesen Versuchen wurde nun keineswegs gefolgert, daß die Elektrizität und die Wärme bloße Zustände seien, sondern es wurde der Begriff des unwägbaren Stoffes oder der Imponderabilie, aus dem man ja auch die Lichterscheinungen zu erklären suchte, auf die elektrischen, die verwandten magnetischen und die kalorischen Vorgänge ausgedehnt. Die Lehre von den Imponderabilien hat die Physik bis in das 19. Jahrhunderte hinein beherrscht. Sie wurde hinsichtlich der Wärme zuerst von Rumford und Davy erschüttert. Ihre endgültige Beseitigung auf allen Gebieten ist eine Aufgabe, welche die Wissenschaft bis in die neueste Zeit beschäftigt hat.

Obgleich die Lehre von den Imponderabilien nicht imstande war, einem vorgeschrittenen Kausalitätsbedürfnis zu genügen, bot sie bei der Stufe des Wissens, welche das 18. Jahrhundert erreicht hatte, doch die einzige Möglichkeit einer Erklärung. Wenn man die Lichterscheinungen auf die Fortbewegung eines besonderen Stoffes zurückführte, war man auch gezwungen, weitere Stoffe als Träger der Wärme, der elektrischen und der magnetischen Vorgänge anzunehmen. Einfacher gestaltete sich die Theorie der Elektrizität bei solchen Physikern, welche die Lichterscheinungen auf Wellenbewegung zurückführten. So besteht für Euler kein Zweifel, daß die Quelle aller elektrischen Vorgänge in dem Äther zu suchen sei, in dem sich nach ihm und Huygens das Licht fortpflanzt. Die Elektrizität, meint Euler, sei nichts als eine Störung im Gleichgewichte dieses Äthers, der in die Körper hineingepreßt oder aus ihnen herausgetrieben werde, je nachdem sie die eine oder die andere Art des Elektrizitätszustandes aufwiesen[19].

Von einer ähnlichen Vorstellung ließ sich Franklin bei seinen Untersuchungen leiten. Die Körper waren für ihn positiv oder negativ elektrisch, je nachdem sie ein Zuviel oder ein Minder des hypothetischen elektrischen Fluidums enthielten, während sie unelektrisch seien, wenn sich dieses Fluidum außerhalb und innerhalb der Körper im Gleichgewicht befände.

Nach Franklin durchdringt das elektrische Fluidum die ganze Körperwelt. Es ist die Ursache aller elektrischen Erscheinungen. Die Teilchen dieses Fluidums stoßen sich gegenseitig ab, werden aber von den Körperteilchen kräftig angezogen. Enthält der Körper soviel davon, als er aufnehmen kann, ohne daß etwas von dem Fluidum auf der Oberfläche des Körpers zurückbleibt, so ist dies nach Franklin der gewöhnliche Zustand, und der Körper erscheint uns unelektrisch.

Andere wieder, wie Symmer, zogen es vor, die verschiedenen elektrischen Zustände aus der Annahme zweier Fluida zu erklären. Der hieraus entstehende Streit der Unitarier und Dualisten, so zwecklos er an sich auch war, bewirkte, daß die experimentelle Erforschung der in Frage kommenden Erscheinungen lebhaft gefördert wurde. Das Interesse dafür wurde ein solch allgemeines, daß den Physikern von Beruf mancher Bundesgenosse aus dem Laienkreise erstand. Der hervorragendste unter ihnen war der soeben genannte Franklin.

Benjamin Franklin wurde am 17. Januar 1706 in Governors Island bei Boston geboren. Sein Vater hatte die englische Heimat verlassen, weil er dort nicht ungehindert seiner religiösen Überzeugung leben konnte. Da er sich und eine zahlreiche Familie durch Seifensieden nur mühsam ernährte, so wurde der junge Benjamin frühzeitig von der Schule genommen und seinem älteren Bruder, einem Buchdrucker, in die Lehre gegeben. Nachdem Franklin einige Zeit in England als Setzer tätig gewesen war, rief er in Philadelphia eine Zeitung und eine Druckerei ins Leben.

Zur Beschäftigung mit der Elekrizitätslehre wurde Franklin dadurch angeregt, daß ein Londoner Kaufmann namens Collinson der Bibliotheksgesellschaft zu Philadelphia einige Gegenstände für elektrische Versuche übersandte. Ein Jahr später konnte Franklin an Collinson schreiben[20]: »Mein Eifer und meine Zeit wurden nie zuvor durch etwas in solchem Maße in Anspruch genommen. Ich stelle Versuche an, sobald ich allein sein kann, und wiederhole sie in Gegenwart meiner Freunde, die in Scharen kommen, um sie zu sehen. Ich habe kaum Zeit für irgend etwas anderes.«

Die Ergebnisse, zu denen Franklin von 1747-1755 gelangte, legte er in zahlreichen Briefen nieder, die zum größten Teil an Collinson gerichtet sind, und von ihm der Royal Society mitgeteilt wurden. Im Jahre 1756 wurde Franklin Mitglied der Royal Society.

Franklins erste Briefe handeln von der Ladung der Leydener Flasche und der unitarischen Lehre; spätere betreffen das Gebiet der atmosphärischen Elektrizität, welches durch Franklins Arbeiten erst erschlossen wurde. Franklin setzte seine wissenschaftliche Tätigkeit bis zum Jahre 1774 fort. Von diesem Zeitpunkt an widmete er sich ganz den Bestrebungen, die auf eine Loslösung der nordamerikanischen Kolonien von England abzielten. Franklin war bald einer der Führer in dieser gewaltigen politischen Bewegung.

Als die griechische Philosophie an Stelle der mythischen Betrachtung eine ursächliche Erklärung des Naturgeschehens zu setzen suchte, führte man das Gewitter auf schweflige, brennbare Dünste zurück, die sich in den Wolken ansammeln und als Blitz die letzteren durchbrechen sollten. Selbst im 17. Jahrhundert ahnte noch niemand die wahre Natur der Erscheinung. Nach Descartes besteht das Gewitter in einem Herabfallen der oberen Wolken auf die darunter befindlichen. Euler erzählt, daß man die ersten, welche eine Ähnlichkeit zwischen den elektrischen Erscheinungen und dem Blitz zu finden glaubten, als Träumer angesehen habe[21]. Was noch im Beginn des 18. Jahrhunderts als bloße Vermutung geäußert wurde, erhob Franklin durch seine Untersuchungen auf den Boden der Gewißheit.

Wenn wir von Wall absehen, der schon 1705 die gelegentliche Bemerkung gemacht hat, man könne die elektrische Entladung mit dem Blitz und dem Donner vergleichen, so besitzt Franklin mit seiner Gewittertheorie einen Vorläufer nur in dem Deutschen Winkler. Letzterer erörterte im Jahre 1746[22] die Frage: »ob Schlag und Funken der verstärkten Elektrizität (in Kleistschen Flaschen) für eine Art Blitz und Donner zu halten sind?« Winkler kam zu dem Ergebnis, daß das Gewitter und die künstlich herbeigeführte elektrische Entladung nur in der Stärke, indessen nicht in ihrem Wesen voneinander verschieden seien. Als die Quelle der Gewitterelektrizität betrachtete er die Verdunstung des Wassers und eine damit verbundene Reibung.

Franklin sprach sich zuerst in seinem Briefe vom 7. November 1749 für die elektrische Natur des Gewitters aus. Für die Übereinstimmung des Blitzes mit dem elektrischen Funken führte er folgende Gründe und Beweise an: 1. Die Ähnlichkeit des Lichtes, sowie des Geräusches und das fast Augenblickliche beider Erscheinungen. 2. Der Funke wie der Blitz sind imstande, Körper zu entzünden. 3. Beide vermögen lebende Wesen zu töten. (Franklin tötete ein Huhn durch die Entladung mehrerer Leydener Flaschen). 4. Beide rufen mechanische Zerstörungen hervor und erzeugen einen Geruch nach verbranntem Schwefel[23]. 5. Der Blitz und die Elektrizität folgen denselben Leitern und springen vorzugsweise auf die Spitzen über. 6. Beide sind imstande, den Magnetismus zu zerstören oder auch die Pole eines Magneten umzukehren. 7. Durch den Funken können ebenso wie durch den Blitz Metalle zum Schmelzen gebracht werden.

An die Versuche, durch welche Franklin den letzten Punkt dieser Aufzählung zu erweisen suchte, knüpfte sich eine Meinungsverschiedenheit mit seinem Freunde Kinnersley. Dieser befaßte sich gleichfalls mit elektrischen Versuchen und führte sie als wandernder Experimentator seinen Landsleuten vor. Franklins Verfahren, Metalle durch den Funken zu schmelzen, bestand darin, daß er dünne Blättchen von Zinn oder Gold zwischen zwei Glasscheiben legte und eine große Leydener Flasche durch diese Blättchen entlud[24]. Das Metall wurde dadurch in feinste Teilchen zerstiebt, ein Vorgang, den Franklin als kalte Schmelzung bezeichnete, da ihn sein Verfahren die bei der Entladung auftretende Wärme nicht erkennen ließ. Die kalte Schmelzung sollte nicht durch Hitze, sondern dadurch zustande kommen, daß das elektrische Fluidum in die Zwischenräume der Teilchen eindringe und auf diese Weise den Zusammenhang der Körper zerstöre. Demgegenüber zeigte Kinnersley, indem er die Entladung einer Batterie von 35 Flaschen durch einen Draht vor sich gehen ließ, daß Metalle zum Erglühen und sogar zum Schmelzen gebracht werden können. »Ihr herrlicher Versuch,« schrieb darauf Franklin, »setzt außer Zweifel, daß unsere künstliche Elektrizität Hitze hervorbringt und daß, wenn sie Metalle schmilzt, dies nicht durch das geschieht, was ich als kalte Schmelzung bezeichnet habe[25].«

Die Ursache der elektrischen Erscheinungen ist nach Franklin eine äußerst feine Flüssigkeit, welche die Körper durchdringt und sich in ihnen gleichmäßig verteilt aufhält. Wenn es sich infolge eines künstlich herbeigeführten oder eines natürlichen Vorganges ereignet, daß diese Flüssigkeit in dem einen Körper in größerer Menge vorhanden ist als in einem anderen, so teilt der Körper, welcher mehr davon enthält, sie demjenigen mit, der weniger besitzt, bis die Verteilung eine gleichmäßige geworden ist, Voraussetzung ist, daß der Abstand zwischen den Körpern nicht zu groß ist, oder daß Leiter vorhanden sind, welche diese Materie von dem einen zum anderen Körper zu führen vermögen. Erfolgt die Mitteilung durch die Luft, ohne Vermittlung eines Leiters, so sieht man eine glänzende Lichterscheinung zwischen den Körpern und vernimmt dabei ein Geräusch. Bei den großartigen, in der Natur stattfindenden Entladungen ist dieses Licht dasjenige, was wir Blitz nennen, und das Geräusch und sein Widerhall ist der Donner[26].

Den unmittelbaren Nachweis der atmosphärischen Elektrizität lieferte Franklin durch seinen berühmt gewordenen Versuch mit dem Drachen. Letzterer besaß eine eiserne Spitze und wurde im Juni des Jahres 1752 während eines Gewitters an einer Hanfschnur emporgelassen. Die Schnur war an einen Schlüssel geknüpft, der mit einem seidenen Tuche festgehalten wurde. Zuerst blieb der Erfolg aus. Als die Schnur jedoch feucht geworden war und eine Wolke an dem Drachen vorüberzog, sträubten sich die losen Fäden. Als Franklin jetzt die Knöchel seiner Hand dem Schlüssel näherte, vermochte er deutliche Funken aus ihm hervorzuziehen. Das zweite von Franklin in Vorschlag gebrachte Verfahren, welches indes in Europa früher zur Ausführung gelangte als in Amerika, bestand darin, daß man hohe Eisenstangen errichtete und diesen während eines Gewitters Elektrizität entzog, ein Versuch, den fast zur selben Zeit, als Franklin seinen Drachen steigen ließ, einige Franzosen in der Nähe von Paris dem Könige vorführten. Später entdeckte Franklin, daß die Wolken bald positiv, bald negativ geladen sind. Diese Untersuchungen führten ihn schließlich auf den Gedanken, jene Eisenstangen als Blitzableiter zum Schutze von Gebäuden zu empfehlen, ein Vorschlag, der in Amerika und bald darauf auch in Europa allseitige Beachtung fand.

Die Überlegungen, die ihn zu seinem Vorschlag führten, legte Franklin in einem vom 12. IX. 1753 datierten Briefe dar. »Wird außerhalb des Gebäudes«, heißt es dort, »ein eiserner Stab angebracht, der ununterbrochen von dem höchsten Teile bis in das feuchte Erdreich geht, so nimmt dieser Stab den Blitz an seinem oberen Ende auf und bietet ihm eine gute Leitung bis in die Erde. Auf solche Weise wird die Beschädigung irgend eines Teiles des Gebäudes verhindert. Dabei ist eine geringe Menge Metall imstande, eine große Menge Elektrizität fortzuleiten. Ein eiserner Draht, der nicht stärker als eine Gänsefeder war, vermochte eine Elektrizitätsmenge fortzuführen, die an seinen beiden Enden eine schreckliche Zerstörung anrichtete[27].

Der Stab muß an der Mauer, dem Schornstein usw. mit eisernen Klammern befestigt werden. Der Blitz wird den Stab, der ein guter Leiter ist, nicht verlassen, um durch diese Klammern in die Mauer zu fahren.

Wenn das Gebäude sehr groß ist, so kann man der größeren Sicherheit wegen zwei oder mehr Stäbe an verschiedenen Stellen errichten.

Das untere Ende des Stabes muß so tief in den Boden geführt werden, daß es eine feuchte Stelle erreicht. Wenn man den Stab dann biegt, um ihn horizontal sechs bis acht Fuß von der Mauer fortlaufen zu lassen, und ihn dann drei bis vier Fuß abwärts gehen läßt, so schützt er alle Steine des Fundamentes vor Beschädigung.«

Auf die Einrichtung von Blitzableitern ist Franklin besonders durch seine Versuche über die Spitzenwirkung gekommen, die er zuerst zu erklären suchte. Dies geschah in seinem Briefe vom 29. Juli 1749. Franklin führt darin folgendes aus. Befinde sich die Elektrizität auf der Oberfläche einer Kugel, so habe kein Teilchen des elektrischen Fluidums mehr Neigung wie ein anderes, die Oberfläche zu verlassen, weil die Anziehung der Materie auf das elektrische Fluidum in diesem Falle überall gleich groß sei. Setze man an Stelle der Kugel einen Würfel, so werde die Elektrizität auf den Flächen mehr angezogen als an den Ecken. Die Teilchen der Elektrizität würden daher infolge der zwischen ihnen wirkenden Abstoßung nach den Ecken strömen. Je feiner die Spitze, desto mehr müsse diese Abstoßung, weil sich die Anziehung der Materie auf der Spitze vermindere, zur Geltung kommen und die Elektrizität dorthin strömen.

Ebenso bekannt wie durch seine wissenschaftlichen Erfolge ist Franklin durch die Rolle geworden, die er in der politischen Geschichte seines Vaterlandes gespielt hat. Während des amerikanischen Unabhängigkeitskampfes hielt sich Franklin in Paris auf, wo er im Jahre 1783 die Friedensverhandlungen unterzeichnete. Die Bewunderung, welche dem schlichten und doch so bedeutenden Manne von ganz Frankreich gezollt wurde, fand einen beredten Ausdruck in dem von d'Alembert an ihn gerichteten Worte: Eripuit coelo fulmen sceptrumque tyrannis[28].

Bevor Franklin nach Amerika zurückkehrte, schloß er noch Freundschafts- und Handelsverträge mit Schweden und Preußen. Im Jahre 1788 zog er sich vom öffentlichen Leben zurück. Franklin starb am 17. April 1790. Sein Tod versetzte, wie die von Washington gehaltene Rede bekundet, sein Vaterland in tiefe Trauer. Auch Europa, wo Mirabeau ihm einen Nachruf widmete, nahm lebhaften Anteil. Es war ein Augenblick, in welchem das Gefühl der geistigen Zusammengehörigkeit zwischen der alten Welt und der jungen, neuen Stätte der Kultur voll zum Ausdruck kam. Zwar sollte die Mitarbeit des amerikanischen Volkes an den Aufgaben der Wissenschaft nicht sobald Platz greifen, wie man nach den Erfolgen eines Franklin hätte erwarten mögen. Es harrten eben noch zu viele andere Aufgaben ihrer Erledigung, so daß ein volles Jahrhundert verstreichen konnte, bis die Wissenschaft jenseits des Ozeans die gleiche Pflege fand, die sie in den alten Staaten Europas genießt.

Erwähnenswerte Versuche über die atmosphärische Elektrizität wurden auch von de Romas, Richmann und Le Monnier angestellt.

De Romas (starb 1776), ein Franzose, wiederholte Franklins Drachenversuch in größerem Maßstabe im Sommer des Jahres 1753. Er ließ einen Drachen von 7½ Fuß Höhe an einer 780 Fuß langen, um einen Eisendraht gesponnenen Schnur 550 Fuß hoch emporsteigen. Die Schnur war an einer Blechröhre befestigt, aus der acht Fuß lange Funken gezogen wurden.

Der Physiker Richmann in Petersburg (1711-1753) hatte eine Stange errichtet, an deren unterem Ende sich ein Elektroskop befand. Als er sich dem letzteren gelegentlich eines Gewitters näherte, wurde er von einem aus der Stange herausfahrenden Kugelblitz erschlagen.

Von besonderer Wichtigkeit waren die Versuche des Franzosen Le Monnier. Diesem gelang im Jahre 1752 der Nachweis, daß die Atmosphäre auch elektrisch ist, wenn kein Gewitter, ja nicht einmal Wolken am Himmel stehen.

Auch die chemische Wirkung der Elektrizität wurde schon in diesem Zeitraum, also noch vor der Erfindung der galvanischen Elemente, bekannt. Die Versuche Beccarias lieferten den Nachweis, daß sich mit Hilfe des Entladungsschlages aus Metalloxyden Metalle herstellen lassen. Beccaria erhielt auf diesem Wege Zink aus Zinkoxyd und Quecksilber aus Zinnober[29].

Als man die Entladungen durch Flüssigkeiten hindurch vor sich gehen ließ, bemerkte man gleichfalls chemische Wirkungen. So fand Priestley im Jahre 1774, daß sich mit Hilfe der Elektrizität aus einigen Flüssigkeiten, z. B. aus Alkohol, Wasserstoff abspalten läßt. Unter allen Flüssigkeiten hatte stets das Wasser in seinem Verhalten gegenüber der Elektrizität am lebhaftesten interessiert. Priestleys Versuche wurden daher durch den holländischen Chemiker van Troostwyk im Jahre 1789 mit Wasser angestellt. Der Wunsch, vielleicht auf diesem Wege Aufschluß über die chemische Natur des Wassers zu erhalten, war besonders durch Lavoisiers Untersuchungen über die Bildung von Wasser aus Wasserstoff und Metalloxyden[30] hervorgerufen worden. Das Ergebnis van Troostwyks entsprach demjenigen Lavoisiers vollkommen. Als van Troostwyk die Entladung einer Leydener Flasche wiederholt durch destilliertes Wasser vor sich gehen ließ, fand eine Zerlegung der Flüssigkeit in ihre gasförmigen Bestandteile statt[31]. Ließ er den elektrischen Funken durch das entstandene Gasgemisch schlagen, so verwandelte es sich wieder in Wasser.

Waren somit auch die chemischen Wirkungen der Elektrizität schon lange vor der Erfindung der galvanischen Elemente bekannt, so handelte es sich doch zunächst mehr um gelegentliche Beobachtungen, die nur geringe Beachtung fanden, da sich mit Hilfe der Leydener Flasche nur unerhebliche chemische Umsetzungen hervorrufen ließen. Erst als man in der Berührungselektrizität eine weit geeignetere Quelle für chemische Zerlegungen entdeckt hatte, eröffnete sich in der Elektrochemie ein neues, weites, für die Wissenschaft wie für die Technik gleich wichtiges Forschungsgebiet.

Durch eine Reihe von Versuchen war man auch mit der physiologischen Wirkung der Elektrizität bekannt geworden. Vor allem hatte die heftige Erschütterung, welche die Leydener Flasche bewirkt, wenn die Entladung durch den Körper vor sich geht, das Interesse der Forscher wie der Laien hervorgerufen. Die Ärzte versprachen sich von diesen Erschütterungen die günstigsten Erfolge. Man verordnete gelähmten Kranken ein »elektrisches Bad«, indem man sie auf einer isolierenden Unterlage Platz nehmen und den Konduktor der Elektrisiermaschine berühren ließ. Nach der Erfindung der Leydener Flasche glaubte man, nicht nur Lähmungen, sondern auch alle möglichen anderen Krankheiten durch elektrische Kuren heilen zu können. Aus der Mitte des 18. Jahrhunderts liegen darüber eine Anzahl günstiger Krankenberichte vor[32]. Selbst an Versuchen, Tote mit Hilfe der Elektrizität wieder zu erwecken, hat es nicht gefehlt.

So rasch wie die Elektrizität als Allheilmittel in Aufnahme gekommen war, ebenso schnell kam sie aus der Mode, bis unsere Zeit sie wieder in richtiger Beschränkung als therapeutisch wertvolles Mittel benutzen gelernt hat. Ganz unbekannt waren übrigens selbst den Alten die elektrischen Kuren nicht. Es wird nämlich berichtet, daß sie die tierische Elektrizität gegen nervöse Leiden anwandten, indem sie den Kranken mit dem Zitterrochen in Berührung brachten, natürlich ohne im entferntesten die Quelle des eigentümlichen Verhaltens dieses Tieres zu ahnen.

Unter den deutschen Zeitgenossen Franklins ragen Wilke und Aepinus als Elektriker hervor.

Johann Karl Wilke (Wilcke) wurde am 6. September 1732 in Wismar, das damals noch zu Schweden gehörte, geboren. Wilke studierte in Upsala, Göttingen und Rostock, wo er 1757 eine Dissertation über die entgegengesetzten Elektrizitäten, eine bedeutende Arbeit, herausgab[33]. Später wurde Wilke Sekretär der schwedischen Akademie der Wissenschaften. In dieser Stellung hielt er in Stockholm physikalische Vorlesungen. Er starb am 18. April 1796.

In seiner Arbeit vom Jahre 1757 lieferte Wilke den wichtigen Nachweis, daß beim Aneinanderreiben zweier Körper stets beide Elektrizitätsarten entstehen. Wilke brachte darauf die untersuchten Stoffe in eine Reihe, in welcher jedes Glied, mit einem darauf folgenden gerieben, positiv-elektrisch, mit einem vorangehenden gerieben, dagegen negativ elektrisch wird. Einige Glieder dieser Reihe sind: Glas, Wolle, Holz, Lack, Metalle, Schwefel. Dieser ersten Reibungs- oder Spannungsreihe sind später zahlreiche Anordnungen gefolgt, die unter sich jedoch hin und wieder auffallende Abweichungen zeigen. Dies rührt daher, daß nicht nur die Art des Stoffes, sondern auch seine Oberflächenbeschaffenheit für die Stelle, die er innerhalb der Spannungsreihe einnimmt, mitbestimmend ist. Am bekanntesten sind die Reihen von Young[34] und die von Faraday geworden. Erstere mag hier noch Platz finden. Sie lautet: Glas, Wolle, Federn, Holz, Siegellack, Metalle, Harz, Seide, Schwefel.

Wilke entdeckte ferner im Jahre 1757 eine neue Art der Elektrizitätserregung. Er fand nämlich, daß Schwefel und Harz, wenn man sie in einer Porzellanschale erstarren läßt, stark negativ elektrisch werden. Von Wilke rührt auch die erste Karte über die magnetische Inklination her. Von seinen Verdiensten um die Entwicklung der Wärmelehre werden wir im nächsten Abschnitt hören.

Neben der durch Reibung und durch atmosphärische Vorgänge erzeugten Elektrizität lernte man auch die Erregung dieser Kraft durch physiologische Vorgänge und durch Wärmezufuhr kennen. Um die Mitte des 18. Jahrhunderts tauchte die Vermutung auf, daß man es in der schon von den Schriftstellern des Altertums erwähnten eigentümlichen Wirkung des Zitterrochens (Raja torpedo) auf den Menschen und andere lebende Wesen mit einer elektrischen Erscheinung zu tun habe[35]. Seit Richers Anwesenheit in Cayenne war man auch mit dem Zitteraal (Gymnotus electricus) der südamerikanischen Gewässer bekannt geworden. Indes erst ein Jahrhundert, nachdem Richer[36] über dieses eigentümliche Geschöpf berichtet, hatte sich die Elektrizitätslehre soweit entwickelt, daß man die Identität jener physiologischen und der durch Reibung erzeugten Erscheinungen nachzuweisen vermochte. Dies geschah einmal dadurch, daß man den Impuls durch eine Kette von Personen leitete, wobei die erste und die letzte den Fisch an der Ober-, beziehungsweise an der Unterseite berührten. Alle empfingen dann einen Erschütterungsschlag, wie ihn die Leydener Flasche erteilt. Der zweite Nachweis bestand darin, daß man die Entladung durch einen auf Glas geklebten Stanniolstreifen vor sich gehen ließ, der eine Unterbrechung besaß. An der Stelle, wo sich diese befand, sah man bei jedem Schlage, den der Fisch bewirkte, einen elektrischen Funken überspringen[37].

Die erste wissenschaftliche Untersuchung über die tierische Elektrizität wurde im Jahre 1773 von Walsh veröffentlicht. Walsh erbrachte nicht nur die soeben erwähnten Nachweise, sondern er zeigte auch, daß der Zitterrochen Elektrizität in einem ganz bestimmten Organ erzeugt, während der übrige Körper wie die Gewebe jedes Tieres nur leitend ist. Das elektrische Organ liegt, wie Walsh erkannte, zwischen dem Kopf und den Brustflossen (s. Abb. [3]). Es besteht aus vielen Säulen, deren jede etwa 1/3 Zoll Durchmesser hat. Walsh zählte bei einigen Zitterrochen über 1000 solcher Säulen. Den kräftigsten elektrischen Schlag erhielt Walsh bei seinen Versuchen, wenn er eine leitende Verbindung zwischen dem Rücken und dem Bauch des Fisches herstellte[38].

Abb. 3. Querschnitt durch den Torpedo nach der Zeichnung Hunters, der zuerst das elektrische Organ des Torpedos genauer untersuchte. (Philos. Transact. Vol. LXIII. Tab. XX. Fig. 3.)

AA die obere Fläche des Fisches; BB die durchschnittenen Muskeln des Rückens; C das Rückenmark; D der Schlund; E die linke Kieme, gespalten, um den Vorlauf des sie durchziehenden Nerven zu zeigen; F die atmende Oberfläche der rechten Kieme; GG die Flossen; HH die senkrechten Säulen, welche das elektrische Organ zusammensetzen mit ihren horizontal verlaufenden Abteilungen; I einer der Nerven, welche das elektrische Organ versorgen, mit seinen Verzweigungen.

Noch eine zweite, schon lange bekannte Erscheinung wurde um die Mitte des 18. Jahrhunderts als eine elektrische erkannt. Bei der von den Juwelieren an Edelsteinen üblichen Feuerprobe konnte es nicht lange verborgen bleiben, daß der Turmalin, wenn er auf glühende Kohlen gelegt wird, Aschenteilchen anzieht und wieder von sich stößt[39]. Dieses eigentümliche, an das elektrische Pendel erinnernde Verhalten leichter Körper dem erwärmten Turmalin gegenüber wurde von Aepinus[40] genauer untersucht. Letzterer fand, daß die Erscheinung nur bei ungleicher Erwärmung der beiden Enden des Kristalls eintritt, sowie daß diese dabei entgegengesetzt elektrisch werden. Ein solcher Kristall, meint Aepinus, sei einem Magneten zu vergleichen, der ja auch an den beiden Polen ein entgegengesetztes Verhalten zeige[41]. Er habe am Turmalin eine doppelte Elektrizität entdeckt und deutlich unterschieden, »davon die erstere auf die gewöhnliche Art durch Reiben, die andere aber durch einen gewissen Grad der Wärme, die man dem Steine beibringe, erweckt werde«. Diejenige Elektrizität, welche der Stein durch Reiben bekommt, war von der Elektrizität der glasartigen Körper nicht zu unterscheiden. Wurde der Turmalin aber erwärmt, so wurde die eine Seite positiv, die andere negativ elektrisch. Der erwärmte Turmalin zeigte also, »wie der Magnet eine doppelte Magnetkraft besitzt, beide Arten der Elektrizität zugleich«[42].

Eine weitere Analogie zwischen einem Magneten und einem elektrisierten Körper entdeckte Aepinus in der Influenz. Wie ein Eisenstab in der Nähe eines Magneten magnetisch werde, so bringe ein elektrisierter Körper an einem benachbarten ähnliche Wirkungen hervor. Aepinus nahm einen Metallstab, der auf gläsernen Unterlagen ruhte und brachte an das eine Ende einen elektrisierten Körper heran, doch so, daß der Stab in einiger Entfernung davon blieb. Dasjenige Ende des Metallstabes, welches dem elektrisierten Körper zugewendet war, bekam dann die entgegengesetzte, das entferntere Ende dagegen dieselbe Elektrizität, welche der elektrisierte Körper besaß, mit dem man den Versuch anstellte. Bei einer geringen Abänderung des Versuches wurde jedoch eine große Verschiedenheit der Erscheinungen wahrgenommen. Aepinus brachte nämlich einen metallenen, auf gläserner Unterlage befindlichen Stab einem elektrisierten Körper so nahe, daß eine unmittelbare Berührung stattfand. Dann erhielt der zu elektrisierende Stab seiner ganzen Länge nach nur diejenige Art von Elektrizität, welche derjenige Körper besaß, mit dem man ihn berührt hatte.

Die Beobachtung, daß sowohl der durch Erwärmung wie der durch Influenz elektrisierte Körper an beiden Enden entgegengesetzte Elektrizitäten aufweist, veranlaßte Aepinus, eine Analogie zwischen den elektrischen und den magnetischen Erscheinungen, bei denen bekanntlich stets eine solche Polarität wahrgenommen wird, zu behaupten. Die Zeit, den innigen Zusammenhang dieser Naturkräfte zu erkennen, war jedoch noch nicht gekommen. Es war dies vielmehr eine der wichtigsten Aufgaben, welche der naturwissenschaftlichen Forschung des 19. Jahrhunderts vorbehalten blieb[43].

Sehr zutreffend waren auch die Ansichten, welche Aepinus über das Verhältnis zwischen Leitern und Nichtleitern entwickelte. Zwischen beiden Gruppen von Stoffen besteht nach ihm kein grundsätzlicher Unterschied. Dieser beruht nur auf den Unterschieden, den der Widerstand und in Verbindung damit die Leitungsgeschwindigkeit für die verschiedenen Körper aufweisen. Leiter sind danach solche Stoffe, deren Widerstand sehr klein, Nichtleiter solche, deren Widerstand sehr groß ist. Deshalb erfordert die Entladung durch letztere weit mehr Zeit. Auf diese Anschauung hat später Faraday seine Theorie vom elektrischen Rückstand gegründet.

Mit der Pyroelektrizität des Turmalins hat sich von den Zeitgenossen des Aepinus besonders der Chemiker und Mineraloge Tobern Bergman beschäftigt. Bergman (1735-1784) war Professor der Chemie zu Upsala. Er zeigte, daß der Turmalin nicht durch die Erwärmung als solche, sondern durch das Hervorrufen einer Temperaturdifferenz elektrisch wird. War die Temperatur des Kristalls konstant, so war er unelektrisch, mochte die Temperatur hoch oder niedrig sein. Während der Temperaturzunahme war das eine Ende positiv, das andere negativ. Während der Abkühlung kehrten sich die Pole um. In einem späteren, der Mineralogie gewidmeten Abschnitt wird uns das an dem Turmalin entdeckte pyroelektrische Verhalten weiter beschäftigen.

Einen gewissen Abschluß fanden die Entdeckungen auf dem Gebiete der statischen Elektrizität durch Coulombs erfolgreiche Bemühungen, messend an die bis dahin vorzugsweise nur in der Art ihrer Wirkungen erforschte Naturkraft heranzutreten.

Charles Augustin Coulomb wurde am 14. Juni 1736 in Angoulème geboren. Sein Entwicklungsgang hat eine gewisse Ähnlichkeit mit demjenigen Otto von Guerickes. Wie letzterer war nämlich Coulomb ausgehend von der Ingenieurkunst zur Behandlung wissenschaftlicher Fragen gekommen. Die physikalischen Untersuchungen Coulombs knüpfen, wie wir gleich sehen werden, sämtlich an technische Probleme an. Coulomb studierte in Paris, wurde Offizier des Geniekorps und kam als solcher nach Martinique, wo er die Anlage von Befestigungen leitete. Im Jahre 1776 kehrte er nach Frankreich zurück und begann dort, sich mit technisch-mechanischen Untersuchungen zu befassen. Insbesondere beschäftigte er sich mit der Reibung, der Torsion und der Festigkeit der Körper. Seine erste Abhandlung betraf die Festigkeit eines horizontalen, mit dem einen Ende eingemauerten und am anderen Ende belasteten Balkens von rechteckigem Querschnitt. Für das Gewicht Q, bei welchem der Balken zerbricht, fand Coulomb den Wert 1/6k(bh²)/l, wenn k den Koeffizienten der Zugfestigkeit, b die Breite, h die Höhe des Querschnittes und l die Länge des Balkens bedeutet. Ähnliche Untersuchungen stellte Coulomb über die Festigkeit von Säulen, die in der Richtung ihrer Achse belastet werden, sowie über den Erddruck bei Futtermauern an. Auch die Theorie der einfachen Maschinen machte Coulomb unter Berücksichtigung der Steifigkeit der Seile und der Reibung zum Gegenstande einer Abhandlung. Letztere trug ihm im Jahre 1781 einen Preis und die Mitgliedschaft der Akademie der Wissenschaften ein. Um den Reibungskoeffizienten zu bestimmen, ließ Coulomb die zu untersuchende Substanz auf einer Unterlage von gleichem Material gleiten und ermittelte die zur Fortbewegung erforderliche Zugkraft[44].

Abb. 4. Coulombs elektrische Wage.

Auf das Gebiet des Magnetismus und der Elektrizitätslehre wurde Coulomb dadurch geführt, daß die Akademie einen Preis für die beste Konstruktion des Schiffskompasses aussetzte. Im Anschluß an eine dadurch angeregte Untersuchung und unter Verwertung seiner Forschungen über die Festigkeit in allen ihren Formen, insbesondere die Torsionsfestigkeit, erfand Coulomb im Jahre 1785 seine Torsions- oder Drehwage. Von der Einrichtung und dem Gebrauch dieses Instruments gibt uns die nebenstehende Abb. [4] Kenntnis[45]. Ein Glaszylinder ABCD von etwa 30 cm Höhe wurde mit einer doppelt durchbohrten Glasplatte bedeckt. Durch ihre Mitte ist ein frei hängender, an der Scheibe op befestigter Silberdraht qp geführt, der an seinem unteren Ende die zu elektrisierende, möglichst isolierte Kugel a trägt. Ein Scheibchen g hat nur die Aufgabe, der Kugel a das Gegengewicht zu halten. Die Verbindung zwischen a und g besteht aus einem mit Siegellack überzogenen Seidenfaden. Die Scheibe op, welche den Silberfaden trägt, und der Umfang des großen Glaszylinders besitzen Gradeinteilungen. Die in der Abbildung rechts dargestellten Teile (H dient zur Fassung der Gradscheibe G) werden beim Gebrauch der Drehwage vereinigt und in der über dem Zylinder befindlichen, etwa einen halben Meter langen Glasröhre untergebracht. Durch die seitliche Öffnung des Glasdeckels werden elektrisierte Kugeln (d) eingeführt, deren Wirkung auf den in der Schwebe befindlichen elektrisierten Körper a man messen will. Ein Maß für die abstoßenden Kräfte ist in der Torsion des Silberdrahtes gegeben. Die Größe dieser Torsion, welche die Kugel a in ihre ursprüngliche Lage zurückzudrehen strebt, kann an der Gradeinteilung abgelesen werden.

Abb. 5. Coulombs Untersuchung der Torsion.

Seine Arbeiten über die Torsion von Fäden und Metalldrähten hatte Coulomb ein Jahr vor der Erfindung der Drehwage veröffentlicht[46]. Die Methode, welche er anwandte, ist diejenige der Schwingungen oder Oszillationen. Er wies nämlich nach, daß die Schwingungen eines schweren, an einem Faden aufgehängten Körpers (Abb. [5]) isochron sind. Ist dies der Fall, dann muß auch die Torsionskraft dem Torsionswinkel proportional sein. Das Ergebnis seiner Beobachtungen an Drähten verschiedener Länge (l) und Dicke (D) konnte Coulomb durch folgende Formel darstellen: Das Drehungsmoment der Torsionskraft ist μ·B·D⁴/l. In dieser Formel bedeutet μ eine charakteristische Konstante des Materials und B den Torsionswinkel. Coulombs Torsionswage beruht auf der von ihm entdeckten Eigenschaft der Drähte, eine dem Torsionswinkel proportionale Gegenkraft zu besitzen. Um die feinsten elektrischen und magnetischen Wirkungen messen zu können, wählte Coulomb den Torsionsdraht so fein, daß ein Torsionswinkel von einem Grad einer Torsionskraft von 1/100,000 Gran entsprach. Wurde der Aufhängefaden einem Kokon entnommen, so genügte schon eine Kraft von 1/60,000 Gran, um den Faden um 360 Grade zu tordieren.

Das wichtigste Ergebnis der Coulombschen Versuche besteht in dem Nachweise, daß »die abstoßende Kraft zweier kleiner, gleichartig elektrisierter Kugeln im umgekehrten Verhältnis zum Quadrat des Abstandes der Mittelpunkte beider Kugeln steht«[47].

Den Nachweis dieses wichtigen Grundgesetzes lieferte Coulomb in folgender Weise. Er stellte die Scheibe op (siehe Abb. [5]) so ein, daß die Kugel a unter der seitlichen Öffnung des Glasdeckels stand. Elektrisiert man nun die Kugel d und führt sie durch die Öffnung bis zur Berührung mit der beweglichen Kugel a ein, so nehmen beide Kugeln die gleiche elektrische Ladung von gleicher Dichtigkeit an. Es erfolgt Abstoßung um 36 Grade. Jetzt wird der Torsionskreis entgegengesetzt zur Ablenkung gedreht, bis letztere nur noch 18 Grad beträgt. Die Entfernung beträgt somit die Hälfte, während die Torsion jetzt 126° + 18° = 144°, also das Vierfache beträgt. Um die Kugeln auf ¼ der ursprünglichen Entfernung einander zu nähern, mußte man die Torsion des Aufhängefadens auf 576 Grad, mithin auf das Sechszehnfache bringen. Aus diesen Versuchen folgt das oben erwähnte Grundgesetz.

In seiner zweiten Abhandlung vom Jahre 1785 dehnte Coulomb seine Untersuchung auf die anziehende Kraft elektrisierter Körper und auf die abstoßende und anziehende Kraft magnetisierter Körper aus. Er gelangte zu folgenden Ergebnissen:

1. Die abstoßende wie die anziehende Wirkung zweier elektrisierten Kugeln und folglich zweier elektrischen Moleküle steht im geraden Verhältnis der Dichtigkeit der Elektrizität und ist umgekehrt proportional dem Quadrate der Entfernung.

2. Die anziehende und abstoßende Kraft des Magnetismus steht gleichfalls im geraden Verhältnis zu den Dichtigkeiten und im umgekehrten Verhältnis zum Quadrat des Abstandes der magnetischen Moleküle.

Eine Fehlerquelle der ersten Versuche bestand in dem im Verlaufe des Versuches vor sich gehenden Elektrizitätsverlust. Um den durch Abgabe an die Luft und die Aufhängevorrichtung entstehenden Verlust an Elektrizität in Rechnung ziehen zu können, war eine weitere Untersuchung erforderlich, die in der dritten Abhandlung vom Jahre 1785 mitgeteilt wurde. Aus dieser Untersuchung ergab sich, daß die Zerstreuung mit dem Wassergehalt der Luft wächst. Und zwar ergab sich der Zerstreuungskoeffizient direkt proportional den Graden des von Saussure erfundenen, an anderer Stelle beschriebenen Haarhygrometers[48].

Schließlich wandte sich Coulomb noch der Verteilung der Elektrizität zu. Er bedeckte eine isolierte Metallkugel mit zwei halbkugelförmigen Schalen, die mit isolierenden Handhaben versehen waren. Nachdem er das Ganze elektrisiert hatte, nahm er die Schalen fort. Es zeigte sich, daß die Kugel völlig unelektrisch, die Schalen dagegen elektrisch waren[49]. Wurde die Kugel allein elektrisiert und wurden die Schalen dann darauf gesetzt, so erhielt man nach der Trennung dasselbe Ergebnis, wie beim ersten Versuch[50].

Abb. 6. Coulombs Versuch über die Verteilung der Elektrizität.

Die beiden Grundgesetze über die Verteilung der Elektrizität sprach Coulomb in folgender Fassung aus: 1. Die Elektrizität verbreitet sich in allen leitenden Körpern gemäß ihrer Gestalt, ohne daß sie eine auswählende Anziehung für einen Körper gegenüber einem anderen zu haben scheint. 2. In einem elektrisierten leitenden Körper verbreitet sich die Elektrizität auf der Oberfläche des Körpers, dringt aber nicht in das Innere ein.

Sowohl Coulomb wie auch Cavendish erkannten, daß die Eigenschaft der Elektrizität, sich auf der Oberfläche der leitenden Körper auszubreiten und nicht in das Innere dieser Körper einzudringen, eine Folge des Gesetzes von der Abstoßung nach dem umgekehrten Quadrat der Entfernung sei.

Mit Coulomb findet die erste Periode in der Entwicklung der Elektrizitätslehre ihren Abschluß. Seine Arbeiten galten der Elektrostatik und brachten dieses Gebiet zu hoher Vollendung. Auf das die Wirkung der elektrischen Kräfte vermittelnde Dielektrikum nahm Coulomb noch keine Rücksicht. Das geschah erst in der neuesten, durch Faraday eröffneten Periode der Elektrizitätslehre. Für Coulomb waren die elektrische Anziehung und Abstoßung wie die Newtonsche Gravitation Fernkräfte, die momentan durch den leeren Raum hindurch wirken. Dieser Umstand tut indessen dem Wert der Coulombschen Arbeiten keinen Abbruch, da sie nur den Anspruch erheben, mustergültige Messungen unter Ausschluß jeder Spekulation zu sein. Als solche bildeten sie die Grundlage, auf welche die nachfolgende Generation die mathematische Theorie der elektrischen und magnetischen Erscheinungen aufzubauen vermochte, eine Aufgabe, die mit Hilfe der höheren Analysis, insbesondere der Potentialtheorie, in den ersten Jahrzehnten des 19. Jahrhunderts gelöst wurde[51].

3. Praktische und theoretische Fortschritte auf dem Gebiete der Wärmelehre.

Während der Hauptanreiz zum Studium der elektrischen Phänomene in dem Wunderbaren und Außergewöhnlichen lag, das sich in ihnen offenbart, wandte man sich den Erscheinungen der Wärme mit wachsendem Interesse zu, seitdem man die bewegende Kraft des Dampfes kennen und verwerten gelernt hatte. Durch die Versuche Herons von Alexandrien war schon das Altertum mit den Äußerungen dieser Kraft bekannt geworden. Dazu waren seit Beginn der neueren Zeit die Bemühungen Portas und anderer gekommen. Der grundlegende Versuch, der zur Erfindung der Dampfmaschine führte, von welcher doch erst die Rede sein konnte, sobald die unter dem Namen der einfachen Maschinen bekannten Mechanismen durch den Dampf in Bewegung gesetzt wurden, rührt von Papin her. Es ist dies ein Versuch, der noch heute im elementaren Physikunterricht angestellt wird. Papin verdampfte Wasser in einem zylindrischen Gefäß, in dem sich ein luftdicht schließender, beweglicher Kolben befand (siehe Abbildung [7]). Dieser Kolben wurde beim Erhitzen durch den Dampf emporgehoben, bei einer darauf folgenden Abkühlung aber infolge des Luftdruckes wieder abwärts bewegt. Die Lösung, welche Papin gab, war indes mehr eine theoretische als eine praktisch verwertbare. Die von Papin ersonnene Vorrichtung wird uns durch seine in Abb. [7] wiedergegebene Zeichnung erläutert.

Papin veröffentlichte[52] seine Erfindung unter dem Titel: »Neues Verfahren, bedeutende bewegende Kräfte zu billigen Preisen zu erhalten«. Der erhoffte Erfolg trat erst ein, als der englische Mechaniker Newcomen auf Veranlassung der Royal Society sich mit dem Papinschen Entwurf beschäftigte. Die wesentlichste Verbesserung, die Newcomen an der atmosphärischen Maschine anbrachte, bestand in der Verbindung der Kolbenstange mit einem Balancier. Papins Bemühen war darauf gerichtet gewesen, die geradlinige Bewegung des Kolbens in eine kreisförmige umzusetzen, um auf diese Weise ein von ihm erbautes Räderboot zu treiben[53].

Abb. 7. Papins erste Dampfmaschine.

AA ist der eiserne Zylinder, BB der Kolben, DD die Kolbenstange, II der Deckel des Zylinders. Der um F drehbare Hebel EE wurde durch die Kolbenstange in Bewegung gesetzt. Eine Feder G drückt den Hebel fortwährend in eine Nut der Kolbenstange. Der Kolben besaß eine Durchbohrung, um beim erstmaligen Herabdrücken die im Zylinder befindliche Luft entweichen zu lassen. MM ist eine Stange, welche die erwähnte Durchbohrung nach dem Herabdrücken des Kolbens verschloß. Beim Erhitzen drückte der Dampf den Kolben nach oben, beim Abkühlen wirkte nur der Luftdruck. Die Maschine war also eine atmosphärische.

Technische Erfindungen von epochemachender Bedeutung lassen sich meist auf ein zwingendes Bedürfnis zurückführen. Ein solches war es auch, das eine brauchbare Dampfmaschine gerade zur rechten Zeit und an rechter Stelle ins Leben treten ließ. In England war man schon im Mittelalter auf die Schätze aufmerksam geworden, den der Boden in den mineralischen Brennstoffen enthält. In dem Maße, in welchem das Land den Schmuck seiner Wälder einbüßte, nahm der Abbau der Steinkohle an Umfang zu. Man mußte die vorhandenen Flöze bis in immer größere Tiefen verfolgen und befand sich schließlich der Unmöglichkeit gegenüber, durch Tier- und Menschenkraft die Wasserhaltung in den Gruben zu bewerkstelligen. Diesem Zwecke wurde nun im 18. Jahrhundert der Dampf dienstbar gemacht. Nach vielen mühsamen Versuchen gelang es Newcomen, im Jahre 1712 eine nach Papins Idee gebaute Maschine in Gang zu setzen. Sie machte zwar nur zehn Hube in der Minute, förderte aber schon eine Wassermenge, zu deren Bewältigung vorher 50 Pferde und die sechsfachen Kosten erforderlich waren. Bei der Maschine Newcomens (siehe Abbildung [8]) fiel wie bei derjenigen Papins dem Dampf nur die Aufgabe zu, den Kolben t emporzuheben und durch Vermittlung des Balanciers das Pumpengestänge hinabzulassen. Die weit größere bewegende Kraft, die zum Heben des Wassers erforderlich ist, rührte nicht vom Druck des Dampfes, sondern von dem nach seiner Verdichtung auf den Kolben wirkenden Luftdruck her. War nämlich der Kolben gehoben und das Ventil bei d geschlossen, so wurde der Dampf dadurch verdichtet, daß man Kühlwasser auf den Kolben goß.

Abb. 8. Newcomens Dampfmaschine.

Alsbald zeigte es sich, daß Maschinen mit geringen Undichtigkeiten, bei denen das Kühlwasser unter den Kolben trat und dadurch mit dem Dampf in unmittelbare Berührung kam, weit schneller arbeiteten. Diese Beobachtung führte dazu, daß man das Wasser absichtlich in den mit Dampf gefüllten Raum einspritzte, ein Geschäft, das zunächst einen besonderen Wärter erforderte. Später kam man auf den Gedanken, die Hähne mit dem Balancier zu verbinden, durch dessen Spiel sie fortan geöffnet und geschlossen wurden[54].

In der ihr von Newcomen gegebenen Gestalt leistete die Dampfmaschine den Kohlengruben Englands bis über die Mitte des 18. Jahrhunderts wichtige Dienste, ohne die Aufmerksamkeit der Physiker sonderlich zu erregen. Da erhielt ein junger Mechaniker namens James Watt[55], den die Universität Glasgow mit der Instandhaltung ihrer Apparate betraut hatte, den Auftrag, das Modell der Newcomenschen Maschine auszubessern. Der kleine Apparat fesselte Watt in solchem Grade, daß er sein Leben der Vervollkommnung der Dampfmaschine widmete. Als den größten Mangel erkannte er den Umstand, daß die Wände des Cylinders durch das eingeführte Wasser immer wieder abgekühlt wurden und nach jedem Hube durch den einströmenden Dampf von neuem erwärmt werden mußten. Diesen Übelstand beseitigte Watt dadurch, daß er den Dampf außerhalb des Zylinders in einem besonderen Kondensator verdichtete, so daß der Zylinder, der außerdem mit schlechten Wärmeleitern umgeben wurde, die Temperatur des Dampfes beibehielt. Durch diese Verbesserungen, die Watt im Jahre 1765 anbrachte, wurde eine beträchtliche Ersparnis an Brennmaterial erzielt. Einige Jahre später erfolgte die grundsätzliche Änderung der Maschine[56], indem Watt hochgespannten Dampf abwechselnd von beiden Seiten auf den Kolben wirken und so aus der atmosphärischen die eigentliche Dampfmaschine entstehen ließ. Weitere Verbesserungen betrafen die Anwendung von Öl und Wachs als Mittel zum Abdichten der Maschinenteile, sowie die Regelung des Ganges vermittelst des Zentrifugalpendels. Ein weites Feld für neue Anwendungen eröffnete sich, nachdem es Watt gelungen war, die geradlinige Bewegung der Kolbenstange in eine drehende umzusetzen. Nun erst konnte an eine Übertragung der Kraft auf größere Entfernungen, sowie an eine Fortbewegung von Schiffen und Wagen vermittelst der Dampfmaschine gedacht werden. Letztere wurde bald eins der wichtigsten Mittel zur Belebung des Gewerbfleißes und damit zur Förderung der gesamten Kultur.

Noch bevor James Watt am 19. August des Jahres 1819 starb, hatte Fultons Dampfschiff die Fluten des Hudson durchfurcht[57] und Stephenson seine erste Lokomotive laufen lassen. Letzteres geschah am 25. Juli 1814. Diese Lokomotive lief auf einer Kohlenbahn und zog 8 Wagen von 30000 kg Gewicht bei einer Steigung von 1 : 450. Die Geschwindigkeit betrug 6,4 km in der Stunde[58]. Schon 6 Jahre früher hatte ein anderer Engländer seinen Landsleuten eine kleine Lokomotive vorgeführt, die bei einem Dampfdruck von nahezu 3 Atmosphären 24 km in der Stunde zurücklegte und den Namen »Catch me, who can!« erhielt[59]. Trotzdem wurde erst im Jahre 1830 die erste, dem Verkehr dienende Eisenbahnlinie Liverpool-Manchester von Stephenson fertiggestellt.

Der Aufschwung, den Gewerbe, Handel und Verkehr durch Männer erfuhren, die gleich Watt und Stephenson eine auf den Grundlagen der Physik beruhende Technik schufen, kam mittelbar in stetig wachsendem Maße der Wissenschaft wieder zugute. So ließ es sich beispielsweise schon Watt angelegen sein, das vor ihm nicht bekannte Volumverhältnis des Wassers im flüssigen und im dampfförmigen Zustande zu ermitteln. Mußte es ihm doch darauf ankommen zu wissen, wie oft sein Zylinder durch das Verdampfen einer bestimmten Wassermenge mit gespanntem Dampf gefüllt werden konnte. Watt ermittelte, daß sich das Wasser bei der Umwandlung in Dampf etwa auf das 1700fache seines Volumens ausdehnt. Eine Untersuchung über die Verdichtung des Dampfes ließ Watt schon erkennen, daß die Kondensationswärme des Wasserdampfes sich auf 534 Wärmeeinheiten beläuft. Watt bediente sich nur niedriger Spannungen. Er gelangte indessen schon dazu, die Expansion des Dampfes zu verwerten. Um die Expansion verfolgen und dadurch ein Urteil über die Arbeitsleistung des Dampfes gewinnen zu können, konstruierte Watt den heute noch bei der Aufnahme von Diagrammen üblichen Federindikator.

Dem Andenken Watts wurde in der Westminsterabtei ein Denkmal mit folgender Inschrift errichtet:

Nicht um einen Namen zu verewigen,

Der dauern wird, so lange die Künste des Friedens blühen,

Sondern, um zu zeigen,

Daß die Menschheit denjenigen Ehre zollt,

Denen sie Dank schuldet,

Haben der König, seine Diener, sowie zahlreiche Edle

Und Bürger des Königreichs

James Watt dieses Denkmal errichtet.

Seinem Genie gelang es,

Auf dem Wege des Versuches

Die Dampfmaschine zu verbessern.

Er hob dadurch den Reichtum seines Vaterlandes,

Vergrößerte die Macht der Menschen

Und stieg zu hohem Range

Unter den großen Förderern der Wissenschaft,

Den wahren Wohltätern der Menschheit.

Gleich der Dampfmaschine empfing im Laufe des 18. Jahrhunderts ein zweites, aus dem Studium der Wärmeerscheinungen hervorgegangenes Werkzeug seine endgültige Gestalt. Es war das Thermometer. Wir haben die Verdienste Galileis und der Accademia del Cimento um die Erfindung dieses Instrumentes kennen gelernt[60]. Von seiner Vervollkommnung hingen die Fortschritte auf dem Gebiete der Wärmelehre in erster Linie ab. Ja, das Streben nach einer solchen Vervollkommnung allein hat eine ganze Anzahl von wichtigen Entdeckungen zur Folge gehabt. Die Mitglieder der Accademia del Cimento hatten sich bei ihren Untersuchungen zwar schon wirklicher, auf der Ausdehnung von Weingeist beruhender Thermometer, indes noch einer willkürlichen Skala bedient. Durch ein Mitglied der Accademia del Cimento[61] erfolgte 1694 der Vorschlag, den Gefrier- und den Siedepunkt des Wassers als Fixpunkte zu benutzen. Daß diese Temperaturpunkte konstant sind, erkannten gegen das Ende des 17. Jahrhunderts mehrere Forscher. So machte Halley 1693 auf die Beständigkeit des Siedepunktes aufmerksam. Noch früher war die Konstanz des Schmelzpunktes den Mitgliedern der Accademia aufgefallen. Trotzdem kamen die Florentiner Physiker nicht auf den Gedanken, diese Punkte zur Einrichtung einer Thermometerskala zu verwenden. Und ebensowenig dachten Halley und Hooke, die sich in England eingehend mit Thermometrie beschäftigten, an eine Verwendung der erwähnten Fixpunkte.

Es handelte sich zunächst darum, den Gang der Ausdehnung von Weingeist, Wasser, Quecksilber und anderen Flüssigkeiten näher zu untersuchen, eine Aufgabe, mit der sich vor allem Halley[62] befaßt hat. Als Ausdehnungskoeffizienten des Quecksilbers für eine Temperaturerhöhung vom Schmelzpunkt bis zum Siedepunkt des Wassers fand Halley 1/74. Diese Ausdehnung hielt er für so gering, daß er Bedenken trug, das Quecksilber als Thermometerflüssigkeit in Vorschlag zu bringen. Andererseits machte er darauf aufmerksam, daß die Ausdehnung des Quecksilbers die Angaben des Barometers beeinflussen müsse, ohne daß er indessen die Notwendigkeit einer Wärmekorrektur dieses Instrumentes schon hervorgehoben hätte.

Als oberen Fixpunkt brachte Halley die Siedetemperatur des Alkohols in Vorschlag, als unteren empfahl er die Temperatur tiefer Keller, weil er diese Temperatur für leichter bestimmbar hielt als diejenige schmelzender Flüssigkeiten.

Die Aufgabe, wirklich gut vergleichbare, für den wissenschaftlichen Gebrauch geeignete Thermometer zu schaffen, hat kein gelehrter Physiker, sondern ein Mann von praktischem Blick und Geschick, der Deutsche Fahrenheit, gelöst.

Fahrenheit wurde 1686 in Danzig geboren. Er kam als Kaufmann nach Holland, wo die Kunst, Glasapparate für den praktischen und wissenschaftlichen Gebrauch zu verfertigen, seit Alters in Blüte stand. Fahrenheit widmete sich dieser Kunst. Er starb in Amsterdam im Jahre 1736.

Fahrenheits Aufgabe, die er mit allen ihm zu Gebote stehenden wissenschaftlichen Mitteln, aber im geschäftlichen Interesse verfolgte, betraf die Verfertigung brauchbarer Thermometer. Seine ersten Thermometer waren mit Weingeist gefüllt und schon vor 1710 in vielen nördlichen Städten Europas in Gebrauch. Es wird berichtet[63], daß der Philosoph Christian Wolf in Halle sich über den übereinstimmenden Gang zweier Thermometer, die er von Fahrenheit erhalten hatte, nicht genug wundern konnte.

Fahrenheit hatte gelesen, daß die Höhe der Quecksilbersäule im Barometer von der Temperatur abhängig sei. Dies brachte ihn um 1720 auf den Gedanken, das Quecksilber als Thermometerflüssigkeit anzuwenden. Seiner Skala legte er drei Punkte zugrunde:

1. Den Punkt »strengster Kälte, wie man ihn durch Mischung von Wasser, Eis und Salmiak erhält«. Er bezeichnete diesen Punkt mit Null und hielt ihn für den absoluten Wärmenullpunkt.

2. Den Schmelzpunkt des Eises, den er mit 32 bezeichnete.

3. Die Temperatur im Innern des Mundes oder die Blutwärme, auf deren Beständigkeit schon die Florentiner aufmerksam geworden waren[64]. Fahrenheit bezeichnete diesen Wärmegrad mit 96.

Wahrscheinlich hat er außerdem bei der Regelung der Skala den Siedepunkt des Wassers verwertet[65], diesen Umstand indessen, und zwar wohl aus geschäftlichen Rücksichten, verschwiegen. Fahrenheit bestimmte auch die Siedepunkte verschiedener Flüssigkeiten. Er veröffentlichte über diesen Gegenstand im Jahre 1724 eine Tafel, aus der folgende Werte mitgeteilt seien:

Für die untersuchten Flüssigkeiten wurden die spezifischen Gewichte genau ermittelt, damit die erhaltenen Angaben mit späteren Untersuchungen vergleichbar seien[66]. Daß für reines Wasser der Siedepunkt nach dieser Skala 212 und daß der Fundamentalabstand 180 Grade beträgt, war nicht, wie man oft meint, eine ursprüngliche Festsetzung, sondern diese Zahlen folgen erst aus den angenommenen Fixpunkten 0, 32, 96.

Die Angabe, daß der Siedepunkt des Wassers 212 Grad betrage, wird von Fahrenheit in einer Abhandlung, die gleichfalls aus dem Jahre 1724 stammt, durch eine wichtige Entdeckung eingeschränkt. Fahrenheit teilt darin[67] nämlich mit, er habe erkannt, daß jener Punkt »bei derselben Schwere der Atmosphäre fest sei, daß er sich aber bei veränderter Schwere der Atmosphäre in verschiedenem Sinne ändere«. Auch die unter dem Namen der Überkaltung bekannte Erscheinung, daß in völliger Ruhe befindliches Wasser erheblich unter den Gefrierpunkt abgekühlt werden kann, ohne zu erstarren, entdeckte Fahrenheit gelegentlich seiner thermometrischen Untersuchungen[68]. Er war, wie er erzählt, begierig zu erforschen, welches die Wirkung der Kälte sein werde, wenn man das Wasser in ein evakuiertes Gefäß bringe. Zu diesem Zwecke wurde eine Glaskugel zur Hälfte mit reinem Wasser gefüllt, luftleer gemacht und eine Nacht einer Temperatur von etwa -10° C ausgesetzt. Am folgenden Morgen bemerkte Fahrenheit, daß das Wasser noch immer flüssig war. Er schrieb dieses unvorhergesehene Verhalten zunächst der Abwesenheit der Luft zu. In dieser irrigen Annahme wurde er noch bestärkt, als er zu seinem Erstaunen beim Öffnen des Gefäßes sah, daß sich die ganze Wassermasse, unter Erhöhung der Temperatur bis zum Gefrierpunkt, mit Eisnadeln durchsetzte.

Voll Eifer setzte Fahrenheit die Untersuchung dieser wunderbaren Erscheinung fort. Zunächst stellte er sich die Frage, ob das Gefrieren auch im Vakuum zustande kommen könne. Der Versuch wurde wiederholt und das überkaltete Wasser geschüttelt, ohne daß der Luft vorher Zutritt gegeben war. Bei heftiger Erschütterung wurde auch jetzt die ganze Wassermasse fast in demselben Augenblick von Eislamellen durchsetzt[69].

Die Herstellung von Thermometern mit vergleichbaren Skalen hat auch den Franzosen Réaumur beschäftigt. Die Ergebnisse seiner umfangreichen Abhandlung sind indessen nur gering gewesen[70]. Réaumur wollte die Grade des Thermometers durch die relative Volumveränderung bestimmen, welche der Weingeist bei Temperaturschwankungen erfährt. Selbstverständlich mußte man, um vergleichbare Resultate zu erhalten, Weingeist von ganz bestimmter Konzentration nehmen. Réaumur schlug vor, für sämtliche nach seinem Verfahren hergestellte Thermometer einen Weingeist zu wählen, dessen Volumen »beim Gefrieren des Wassers 1000 und, durch siedendes Wasser ausgedehnt, 1080 Raumteile beträgt«[71]. Von diesem Vorschlage rührt die bekannte Zahl 80 der Réaumurschen Skala her.

Gelegentlich seiner thermometrischen Untersuchungen machte Réaumur die wichtige Entdeckung, daß das Volumen eines Flüssigkeitsgemisches kleiner sein kann als die Summe der Teilvolumina[72]. Réaumur machte diese Entdeckung, als er Weingeist von bestimmter Konzentration herstellen wollte, der zur Füllung seiner Thermometer bestimmt war. Als er 50 Maß Wasser mit 50 Maß reinem Weingeist mischte, erhielt er statt 100 nur 98 Maß verdünnten Weingeist. Die Raumverminderung betrug somit 1/50.

Réaumur dehnte diese Untersuchung auf die verschiedenartigsten Flüssigkeiten aus. Beim Mischen von Leinöl und Terpentinöl trat keine Raumverminderung ein; auch Milch und Wasser mischten sich ohne eine solche. Dagegen war die Raumverminderung beim Zusammenbringen von Wasser und Schwefelsäure »vielleicht die größte, welche sich erzielen läßt«. Es verbanden sich nämlich 40 Maß Wasser mit 10 Maß Schwefelsäure zu 48 Maß der Mischung. Die Volumabnahme betrug somit 1/25.

Auch auf die mit der Volumabnahme Hand in Hand gehende Wärmeentwicklung richtete Réaumur seine Aufmerksamkeit. Die Erscheinung selbst versuchte er aus der molekularen Zusammensetzung zu erklären. Er nahm nämlich an, daß zwischen den Molekülen noch Lücken vorhanden seien, welche die Moleküle einer zweiten Substanz auszufüllen vermöchten. Folgender Vergleich soll diesen Vorgang begreiflich machen: »Mischt man«, sagt Réaumur, »ein Maß Bleikugeln und ein gleich großes Maß sehr kleiner Bleikörner, so werden diese nicht zwei Maß geben. Die kleinen Körner werden nämlich die Räume einnehmen, die zwischen den großen Kugeln leer blieben, und je kleiner die kleinen Kugeln im Verhältnis zu den großen sind, um so weniger wird die Mischung an Volumen zunehmen.«

Dasjenige Thermometer, das heute in der Wissenschaft allein Geltung besitzt und auch im Leben die übrigen immer mehr verdrängt, rührt von Celsius her. Es beruht auf der scharfen Erfassung der Fixpunkte und der Einteilung des gewonnenen Fundamentalabstandes in 100 Grade. Celsius setzte den Zylinder seines Thermometers in klebrigen Schnee und vermerkte genau den Stand des Quecksilbers. Dann beobachtete er, welchen Stand das Quecksilber in siedendem Wasser bei einer Barometerhöhe von 25 Zoll und 3 Linien annimmt. Den Abstand teilte er in hundert gleiche Teile, und diese Teilung wurde über die Fixpunkte hinaus fortgesetzt[73]. Die Bezeichnung des Gefrierpunktes mit 0° und des Siedepunktes mit 100° rührt wahrscheinlich von Linné her, der in den Warmhäusern des botanischen Gartens in Upsala das Celsiussche Thermometer benutzte[74].

Während Réaumur dem Weingeist als Thermometerflüssigkeit den Vorzug gab und die Temperaturgrade der Volumzunahme seiner Thermometerflüssigkeit proportional setzte, bediente sich Celsius, wie auch Fahrenheit bei seinen späteren Versuchen, des Quecksilbers, das höhere Temperaturen zu messen gestattet. Celsius hatte auch beobachtet, daß der Siedepunkt des Wassers nur dann derselbe bleibt, wenn sich der Barometerstand nicht ändert. Bei der Anfertigung seiner Thermometer verfuhr er folgendermaßen: Er setzte die Kugel des Thermometers in schmelzenden Schnee und merkte den Stand des Quecksilbers an. Um den zweiten Fundamentalpunkt zu bestimmen, tauchte er die Kugel in siedendes Wasser, während die Barometerhöhe ihren mittleren Wert besaß. Die erhaltene Strecke wurde in hundert gleiche Teile oder Grade geteilt. Diese Gradeinteilung wurde dann von beiden Fundamentalpunkten aus nach oben und nach unten fortgesetzt[75]. Auch das Luftthermometer und das Pyrometer sind Erfindungen jenes Zeitraumes, so daß die Methoden der Messung des Wärmezustandes zu einem gewissen Abschluß gebracht wurden.

Auf den Änderungen des Volumens, welche die Luft infolge von Temperaturschwankungen erfährt, beruhte bekanntlich schon der Apparat, dessen sich Galilei zum Messen der Wärme bediente. Brauchbar war dieses Verfahren indessen erst, als es gelang, die Einwirkung der Luftdruckschwankungen entweder auszuschließen oder zu berücksichtigen. Um die Verwirklichung dieses Problems haben sich besonders der Franzose Amontons (1663-1705), der Deutsche Lambert (1728-1777) und später Regnault und Magnus Verdienste erworben.

Amontons' Luftthermometer besteht aus einer Kugel von etwa 8 cm Durchmesser. Diese Kugel ist zum Teil mit Luft, zum Teil mit Quecksilber gefüllt und mit einer etwa einen Meter langen, engen Röhre verbunden. Die Durchmesser der Kugel und der Röhre sind so gewählt (etwa 1 : 60), daß eine geringe Volumvergrößerung der Luft ein bedeutendes Ansteigen der Quecksilbersäule in der engeren Röhre bewirkt. Die Temperatur wird also bei einem solchen Instrument nicht durch die Vergrößerung des Volumens, das ja im wesentlichen dasselbe bleibt, sondern durch die Änderung der Spannkraft der eingeschlossenen Luft gemessen. Amontons berücksichtigte bei seinen Messungen noch den Barometerstand. Ferner mußte er, da er die Spannkraft der Luft als Maß der Temperatur benutzte, schon auf den Gedanken kommen, den niedrigsten Wärmegrad in dem Zustande der Luft zu erblicken, in welchem ihre Spannkraft Null ist[76]. Zählt man von diesem absoluten Nullpunkt an, so verhält sich, wie Amontons mit hinlänglicher Genauigkeit berechnet, die größte Kälte zur größten Hitze in Paris wie 5 : 6.

Abb. 9. Amontons' Luftthermometer.

Auch Lambert verwertete die Spannung der Luft zur Ermittlung der Temperaturen. Er wählte für sein Luftthermometer den Schmelzpunkt und den Siedepunkt des Wassers als Fundamentalpunkte. Setzte er dann für den Schmelzpunkt die Spannung der Luft gleich 1000, so ergab sich für den Siedepunkt in guter Übereinstimmung mit den späteren Bestimmungen von Gay-Lussac die Spannung gleich 1375, woraus als Ausdehnungskoeffizient 0,375 folgen würde[77].

Aus dem Bemühen, höhere Temperaturen zu messen, als es die gewöhnlichen Thermometer gestatten, erwuchs das Pyrometer und die Pyrometrie. Musschenbroek suchte für diesen Zweck schon 1725 die Ausdehnung der Metalle zu verwerten. Ein Metallstab wurde auf ein Gestell gelegt. Das eine Ende des Stabes war mit dem Gestell verbunden, während sich das andere Ende gegen eine Zahnstange legte. Beim Erwärmen wurde die Zahnstange infolge der Ausdehnung des Metallstabes verschoben. Die Zahnstange wirkte auf ein Zahnrad. An diesem war ein Zeiger befestigt, welcher das Maß der Ausdehnung, beziehungsweise den Wärmegrad, abzulesen gestattete[78]. Das von Wedgwood im Jahre 1782 empfohlene Pyrometer gründete sich auf dem Vermögen des Tons, in der Hitze zu schwinden, ohne sich beim späteren Erkalten wieder auszudehnen[79]. Besondere Verdienste auf diesem Gebiete erwarb sich der schon genannte Lambert durch eine 1779 erschienene Schrift, welche er »Pyrometrie oder vom Maß des Feuers und der Wärme« betitelte. Lambert bediente sich für seine Messungen, wie erwähnt, des Luftthermometers. Dehnte sich die Luft um 1/1000 desjenigen Volumens aus, das sie bei der Temperatur des schmelzenden Schnees einnimmt, so entsprach dies einem Grade seines Instruments. Der Siedetemperatur des Wassers entsprachen somit 375 Grade, da sich die Luft beim Erwärmen von der Gefriertemperatur bis zur Siedetemperatur nach Lamberts Ermittlung von 1000 auf 1375, also um 375/1000 ihres Volumens ausdehnt.

Abb. 10. Saussures Haarhygrometer.

Daß mit dem Wärmezustand der Luft ihr Vermögen, Feuchtigkeit aufzunehmen, Änderungen unterworfen ist, wurde gleichfalls in diesem Zeitraum und zwar insbesondere durch Lambert und durch Saussure festgestellt. Dem Gedanken, die Luftfeuchtigkeit zu bestimmen, sind wir schon bei Nikolaus von Cusa und Lionardo da Vinci[80] begegnet. Beide bemerkten, daß trockene Wolle die Feuchtigkeit aus der Luft anzieht. Später benutzte man als hygroskopische Substanz Schwefelsäure, die in einem Gefäß auf einer Wage tariert war (Gould 1683)[81]. Lambert wandte (1772) eine Darmsaite an; sie wurde an ihrem oberen Ende befestigt und am unteren mit einem über einer Teilung spielenden Zeiger verbunden. Zu einem erfolgreichen Abschluß kamen die Bemühungen, die Luftfeuchtigkeit mit Hilfe hygroskopischer Substanzen zu messen, erst durch die Erfindung des Saussureschen Haarhygrometers.

Horace Bénédicte de Saussure, berühmt durch seine geologische Durchforschung der Alpen und seine Besteigungen des Mont-Blanc und des Monte Rosa, bemerkte, daß ein Haar sich verlängert, wenn es feucht wird, und sich verkürzt, wenn es austrocknet. Entfettete man das Haar, so betrug die Längenänderung das Vier- bis Fünffache der an dem rohen Haar beobachteten. Diese Entdeckung führte Saussure auf die Konstruktion eines Apparates, der nebenstehend abgebildet ist (Abb. [10]). Die Einrichtung ist die folgende. Das untere Ende des Haares ab wird von dem Schraubenkloben b gehalten. Das andere Ende des Haares wird von dem Kloben a gehalten. Der obere Kloben steht mit einer horizontalen Welle d in Verbindung. Sie trägt den Zeiger und ein Gegengewicht g. Dies Gegengewicht ist etwas schwerer als der Kloben a, damit das Haar eine geringe Spannung erhält. Ferner ist das Gegengewicht an einem seidenen Faden befestigt, der sich um die Welle schlingt und sie in Drehung versetzt.

Die Graduierung des Instruments erfolgte, indem Saussure zunächst den Punkt der größten Feuchtigkeit bestimmte. Zu diesem Zwecke wurde der Apparat unter eine Glocke gebracht, die auf einem mit Wasser bedeckten Teller stand, so daß die Luft unter der Glocke sich mit Feuchtigkeit sättigen mußte. Um den Punkt der äußersten Trockenheit zu bestimmen, brachte er unter den Rezipienten geschmolzenes, stark Wasser anziehendes Alkali. Nach einiger Zeit kam der Zeiger auf einen festen, der völlig trockenen Luft entsprechenden Stand. Der Raum zwischen den beiden so erhaltenen Fixpunkten wurde in 100 gleiche Teile eingeteilt.

Saussures Hygrometer hat sich bis auf den heutigen Tag als eins der wichtigsten meteorologischen Instrumente erhalten. Es wurde samt einer Theorie der Hygrometrie von dem Erfinder im Jahre 1783 bekannt gegeben. Saussures Werk über die Hygrometrie, das Cuvier zu den besten zählte, um das die Wissenschaft im 18. Jahrhundert bereichert worden sei, erschien vor kurzem in deutscher Übersetzung[82].

Der Wärme selbst schrieben die meisten Forscher im 18. Jahrhundert gleich dem Lichte stoffliche Natur zu, eine Auffassung, welche durch die Untersuchungen von Black[83] und Wilke[84] eine Stütze zu erhalten schien. Diese Forscher hatten nämlich entdeckt, daß beim Schmelzen des Eises eine bestimmte Menge Wärme für das Gefühl verloren geht, die sich scheinbar mit dem Eise bei seinem Übergang in Wasser verbindet. So gelangte man dazu, von gebundener (latenter) und freier Wärme zu reden, Namen, die zur Erhaltung der irrtümlichen Vorstellung von der Natur der Wärme jedenfalls mitgewirkt haben und dem Emporkommen neuer richtiger Anschauungen hinderlich gewesen sind. Doch trat neben den Mathematikern Daniel Bernoulli I und Euler besonders der Chemiker Lomonossow[85] schon um die Mitte des 18. Jahrhunderts dafür ein, daß die Wärme eine innere Bewegung des Stoffes sei. Wegen der geringen Größe der die Körper zusammensetzenden Korpuskeln könne man jene innere Bewegung zwar nicht sehen, sie verrate sich aber durch zahlreiche Erscheinungen. Lomonossow nahm an, daß die Wärme in einer kreisenden Bewegung der Korpuskeln oder Teilchen bestehe. Der tiefste mögliche Wärmegrad ist ihm ein absolutes Aufhören jener Bewegung. Einen höchsten Wärmegrad könne man sich nicht vorstellen, da es für die Geschwindigkeit der Bewegung keine Grenze gebe. So in richtiger Vorahnung der späteren Entwicklung Lomonossow[86]. Die ersten Beobachtungen über die Schmelzwärme wurden gleichfalls um die Mitte des 18. Jahrhunderts gemacht. Ein französischer Forscher[87] ließ Wasser in einem Gefäß gefrieren, in das er zuvor ein Thermometer gestellt hatte. Wurde das Gefäß erwärmt, so stieg die Temperatur, bis das Eis zu schmelzen begann. Von diesem Augenblicke an blieb das Thermometer auf dem Schmelzpunkt stehen, so lange schmelzendes Eis in dem Gefäße vorhanden war. Die während dieses Zeitraums zugeführte Wärme wurde sozusagen verschluckt, gebunden oder latent.

Ähnliche Ergebnisse erhielt man beim Mischen von Eis mit Wasser. Man war zunächst von der Voraussetzung ausgegangen, daß beim Mischen von Stoffen die Temperaturen sich unter Berücksichtigung der Flüssigkeitsmengen einfach ausgleichen müßten. Danach würde es sich in solchen Fällen also nur um eine leicht zu lösende rechnerische Aufgabe gehandelt haben[88]; und es müßten, um den einfachsten Fall zu wählen, gleiche Mengen beim Mischen eine mittlere Temperatur annehmen.

Hier setzte Black ein, dessen Untersuchungen über die Eisschmelzung zu denjenigen gehören, die für das Gebiet der Wärmelehre am meisten aufklärend gewirkt haben[89]. Durch seine Untersuchungen über die Gewichtszunahme, welche die Metalle bei ihrer Verkalkung erfahren, wurde er gleich Mayow zum Vorläufer Lavoisiers. Er entdeckte, unabhängig von Wilke, die spezifische Wärme und die latente Wärme des Wassers und des Dampfes.

Blacks entscheidender Versuch war folgender. Er brachte zu einer Eismasse von 32° F eine dem Gewichte nach genau gleiche Wassermasse von 172° F. Nach der oben erwähnten Mischungsregel hätte man eine Temperatur von 102° F erwarten sollen. Trotzdem behielt die Mischung die Temperatur des Eises von 32°. Letzteres war aber völlig in Wasser umgewandelt worden.

»Das schmelzende Eis,« bemerkte Black zu diesem Versuch, »nimmt sehr viel Wärme in sich auf. Aber diese Wärme hat nur die Wirkung, das Eis in Wasser zu verwandeln. Und dieses Wasser ist um nichts wärmer, als vorher das Eis gewesen.« Black wies ferner darauf hin, daß auch beim Sieden des Wassers eine bestimmte Wärmemenge verbraucht wird, ohne daß die Temperatur sich erhöht. Er war es auch, der auf diese Vorgänge den Ausdruck »latente Wärme« anwandte.

Wenn man diesen Fortschritt in der Erfassung der Wärmevorgänge würdigen will, muß man erwägen, daß vor Black die Verflüssigung einer bis zum Schmelzpunkt erwärmten Substanz als die Folge einer sehr geringfügigen Wärmezufuhr angesehen wurde. Black erkannte auch, daß beim Erstarren einer Flüssigkeit die Abgabe einer bestimmten Wärmemenge stattfindet. Als Beweis hierfür betrachtete er vor allem das Verhalten unterkühlter Flüssigkeiten[90]. Black wies darauf hin, daß z. B. auf -4° abgekühltes Wasser beim Schütteln plötzlich teilweise fest wird, während gleichzeitig die Temperatur der ganzen Masse auf 0° steigt. Erst Black vermochte dies Verhalten genügend aufzuklären. Gleichzeitig gewannen dadurch seine Ansichten aber eine Stütze. Ist das Gefrieren des unterkühlten Wassers eingeleitet, so gefriert, wie Black sehr richtig bemerkt, so viel, daß durch die frei werdende Wärme die Temperatur der ganzen Masse bis auf 0° steigt. Ist dieser Gleichgewichtszustand erreicht, so hört die Temperatursteigerung auf, weil die Bedingung des weiteren Gefrierens nicht mehr vorhanden ist.

Die Vorstellung von der latenten Schmelzwärme dehnte Black von seinen zunächst am Wasser angestellten Beobachtungen und Versuchen auf die bei Lösungen und Kältemischungen auftretenden Wärmeerscheinungen aus. Danach nehmen die Bestandteile einer Kältemischung die zu ihrer Verflüssigung erforderliche Wärmemenge aus ihrem eigenen Wärmevorrat, wodurch ein bedeutendes Sinken der Temperatur innerhalb der Mischung veranlaßt wird.

Die Schmelzwärme des Wassers bestimmte Black mit ziemlicher Genauigkeit und auf verschiedenen Wegen zu 77-78 Wärmeeinheiten (statt 80). So wurden gleiche Mengen Wasser und Eis von 0° in zwei ganz gleichen Gefäßen in einen Raum von 20° gebracht. In der Zeit, in der sich das Wasser auf 4° erwärmte, war in dem zweiten Gefäß 1/20 des Eises geschmolzen, ohne daß die Temperatur gestiegen wäre. Trotzdem waren offenbar beiden Gefäßen die gleichen Wärmemengen zugeführt. In dem zweiten Gefäß würde danach völlige Schmelzung eingetreten sein, wenn es die zwanzigfache Wärmezufuhr erfahren hätte. Eine solche Wärmezufuhr würde, wie der Versuch mit dem ersten Gefäße zeigte, eine gleiche Wassermenge von 0° auf 80° erwärmt haben.

Black hat als erster die Methode der Eisschmelzung zur Bestimmung von spezifischen Wärmen benutzt. Er brachte die auf eine bestimmte Temperatur erwärmte Substanz in die Höhlung eines Eisblocks, verschloß sie und wog das entstandene Schmelzwasser.

Zu dem gleichen Ergebnis wie durch seine Versuche über die Schmelzung wurde Black durch seine wertvollen Arbeiten über die Verdampfung geführt. Wie die Versuche des mit ihm befreundeten Watt, so ergaben auch diejenigen Blacks, daß es nicht nur eine ganz bestimmte Schmelzwärme, sondern eine gleichfalls ihrer Größe nach bestimmte Verdampfungswärme gibt. Black stellte zunächst fest, daß unter Verhältnissen, die eine konstante Wärmezufuhr bedingen, die verdampfte Wassermenge der Zeit des Kochens proportional ist. Angenommen, 1 kg Wasser von 0° würde in einer bestimmten Zeit über einem konstanten Feuer zum Sieden und die Wassermenge würde darauf bei stets gleich bleibender Wärmezufuhr innerhalb der vierundeinhalbfachen Zeit zur Verdampfung gebracht, so würde dazu ein Aufwand von 450 Wärmeeinheiten erforderlich gewesen sein. Diese Zahlen entsprechen der zwar nur rohen, in ihrem Ergebnis jedoch von der Wahrheit nicht allzusehr abweichenden Bestimmung der Verdampfungswärme, wie sie Black anstellte. Die späteren, genaueren Ermittlungen haben 536 Wärmeeinheiten ergeben. Daß der Wert bei Black zu klein ausfiel, ist daraus leicht erklärlich, daß beim Fortschreiten des Verdampfens die Umstände sich etwas ändern, indem das Wasser eine im Verhältnis zu seiner Masse immer größere Oberfläche einnimmt und infolgedessen rascher verdampft.

Blacks Versuche über die Verdampfungswärme wurden um dieselbe Zeit durch die Beobachtung[91] ergänzt, daß verdunstende Flüssigkeiten die zur Verflüchtigung erforderliche Wärme, wenn sie nicht rasch genug von außen zugeführt wird, ihrem eigenen Wärmevorrat entnehmen. In der überraschendsten Weise zeigte sich dies bei einem Luftpumpenversuch. Man hatte Äther in einem Gefäß unter den Rezipienten der Luftpumpe gebracht und beobachtete, daß zufällig an der Außenwand des Gefäßes hängende Wassertröpfchen sich in Eis verwandelten.

Es erhob sich nun die Frage, ob die beim Verdampfen latent gewordene Wärme, ähnlich wie beim Erstarren von Flüssigkeiten, ihrem vollen Betrage nach zurückerhalten werden kann, wenn der Dampf in den flüssigen Zustand zurückkehrt. Um hierüber zu entscheiden, leitete Black eine bestimmte Menge Wasserdampf durch einen Schlangenkühler, in dem sich die hundertfache Menge Wasser befand. Die Temperatur des letzteren wurde bei der Kondensation des Dampfes um 5,25° C erhöht. Daraus ergab sich für die bei der Kondensation in die Erscheinung tretende, vorher latente Wärme des Dampfes der beträchtliche Wert von 525 Wärmeeinheiten. Watt hat dieses Ergebnis bestätigt, während Lavoisier die Bestimmung nach der Eisschmelzungsmethode wiederholte und einen etwas höheren Wert (550) fand. Die späteren Versuche Regnaults haben, bei einer Spannung des Dampfes von 760 mm, für die Kondensationswärme den Wert von 536 Wärmeeinheiten ergeben.

Black verstand es vortrefflich, seine Versuche mit den Beobachtungen des alltäglichen Lebens zu verknüpfen und dadurch ihre Beweiskraft eindringlicher zu gestalten. So bemerkt er bezüglich der Dampfwärme, sie müsse sehr groß sein, weil ein Dampfstrahl, der kaum die Hand feucht mache, die ganze Haut mit Brandblasen überziehe, wozu eine viel größere Menge kochenden Wassers nicht imstande sei. Auch hätten diejenigen, die Weingeist destillierten, erhebliche Mühe und Kosten aufzuwenden, daß das Kühlfaß genügend mit kaltem Wasser versorgt werde.

Black erörterte sowohl die Bewegungs- wie die Stofftheorie der Wärme. Letztere schien ihm besser die von ihm beobachteten Vorgänge zu erklären. Indessen erwiesen sich alle Bemühungen, das Gewicht des zugeführten hypothetischen Wärmestoffes festzustellen, ebenso erfolglos[92], wie es bezüglich des elektrischen Fluidums der Fall gewesen war. Trotzdem gab es Physiker, denen die Annahme eines einzigen Stoffes zur Erklärung der Wärmeerscheinungen noch nicht genügte. Wie man zwei entgegengesetzte elektrische Fluida annahm, so sollte es neben der Wärme einen besonderen Kältestoff geben, der z. B. in den zur Herstellung von Kältemischungen dienenden Salzen vorhanden sei. Dieser Auffassung war schon Mariotte[93] entgegengetreten. Er ließ die Kälte nur als Mindermaß an Wärme gelten und unterschied durch klare Darlegung und Versuche die strahlende von der Körperwärme. Daß die erstere die Luft und manche anderen Substanzen durchdringt, ohne die Temperatur wesentlich zu erhöhen, wies er nach, indem er Schießpulver mittelst einer aus Eis bestehenden Linse entzündete. Auch gelangte man schon damals zu der Erkenntnis, daß die Wärmestrahlen wie das Licht sich mit großer Geschwindigkeit ausbreiten. Der Franzose Pictet[94] brachte in den Brennpunkt eines aus Metall verfertigten Hohlspiegels eine erhitzte, indessen nicht leuchtende Metallkugel, während sich in dem Brennpunkt eines gegenüber befindlichen zweiten Hohlspiegels ein empfindliches Luftthermometer befand. Zwischen beiden Spiegeln, deren Abstand etwa 25 m betrug, war ein Schirm aufgestellt. Entfernte man diesen, so begann die Absperrflüssigkeit des Thermometers in demselben Augenblicke zu steigen. Es begegnet uns schon hier ein Experiment, das mit geringen Abänderungen (Schießbaumwolle an Stelle des Luftthermometers) noch heute zu den beliebtesten Vorlesungsversuchen zählt.

Pictet unterschied auf Grund seines Hohlspiegelversuchs die strahlende Wärme von der fortgeleiteten. Letztere schreite nur langsam von Teilchen zu Teilchen fort, während sich die Wärmestrahlung geradlinig und mit großer Geschwindigkeit, vielleicht ebenso schnell wie das Licht, ausbreite[95]. Aus der Tatsache, daß die Luft für Wärmestrahlen sehr durchlässig ist, ließ sich auch leicht die auf hohen Bergen wahrzunehmende geringe Temperatur erklären[96].

Die geschilderten Fortschritte auf dem Gebiet der Wärmelehre hatten zur Folge, daß man sich dem chemischen Prozeß als einer der Hauptquellen der Wärme mit verdoppeltem Interesse zuwandte, sowie den Einfluß der Wärme auf den Verlauf der chemischen Vorgänge in Betracht zog. Damit wuchs zugleich die Einsicht in das Wesen und den Ursprung der animalischen Wärme. Letztere hatte man bisher wohl aus der Reibung des in den Gefäßen zirkulierenden Blutes zu erklären gesucht, während man die Atmung, in völliger Verkennung der Tatsachen, als ein Mittel zur Abkühlung des Blutes betrachtete. Stahl, der Begründer der Phlogistontheorie, und Hales, dessen große Verdienste um die Physiologie wir kennen lernen werden, erklärten jetzt die tierische Wärme als eine Folge der Atmung. Der Zirkulation des Blutes schrieben sie die Aufgabe zu, die nach ihrer Meinung schon in den Lungen erzeugte Wärme dem übrigen Körper mitzuteilen. Es wurde also zum erstenmal der Atmungsprozeß mit der Verbrennung in Parallele gestellt, wenn es auch dem Zeitalter Lavoisiers vorbehalten blieb, das Wesen beider Vorgänge schärfer zu erfassen. Auch im übrigen stehen die Leistungen der Chemie seit der Mitte des 18. Jahrhunderts mit der großen Tat Lavoisiers in solch inniger Verknüpfung, daß wir es vorziehen, Verbrennung und Atmung im Zusammenhange mit Lavoisiers chemischen Ansichten zu betrachten.

Lavoisier hat sich auch um die Messung der Verbrennungswärme und der spezifischen Wärme Verdienste erworben, indem er in Gemeinschaft mit Laplace ein sehr zweckmäßiges Eiskalorimeter konstruierte[97] und mit diesem wertvolle Untersuchungen anstellte. Zunächst definieren beide Forscher den Begriff der spezifischen Wärme recht klar in folgenden Worten: »Wenn man zwei Substanzen von gleicher Masse und gleicher Temperatur voraussetzt, so ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um ihre Temperatur um 1° zu erhöhen, dennoch nicht für beide Körper dieselbe. Wenn man als Einheit diejenige Wärmemenge nimmt, welche die Temperatur der Gewichtseinheit Wasser um 1° erhöht, so können alle anderen Wärmemengen, die sich auf verschiedene Stoffe beziehen, in Teilen dieser Einheit ausgedrückt werden. Unter dem Ausdruck spezifische Wärme ist dieses Verhältnis der Wärmemengen zu verstehen.«

Für ihre Untersuchung bedienten sich Laplace und Lavoisier des von Black herrührenden Verfahrens der Eisschmelzung. Der Grundgedanke dieses Verfahrens ist folgender: Im Innern einer Hohlkugel aus Eis von 0 Grad Temperatur befinde sich ein Körper, der auf irgend einen Grad erhitzt ist. Die äußere Wärme kann in den Hohlraum einer solchen Kugel nicht eindringen. Die Wärme des Körpers dagegen kann sich nicht nach außen zerstreuen, sondern sie wird auf die innere Fläche der Höhlung beschränkt bleiben, von der sie so lange das Eis abschmelzen wird, bis die Temperatur des Körpers auf diejenige des Eises heruntergegangen ist.

Will man die spezifische Wärme eines festen Körpers kennen lernen, so wird man also seine Temperatur um eine gewisse Anzahl von Graden erhöhen, ihn dann in das Innere der Eiskugel bringen und ihn darin lassen, bis seine Temperatur auf 0° gesunken ist. Dann wird man das Wasser sammeln, das sich infolge der Wärmeabgabe des Körpers gebildet hat. Diese Wassermenge, dividiert durch das Produkt aus der Masse des Körpers und der Anzahl von Graden, die seine ursprüngliche Temperatur angibt, wird seiner spezifischen Wärme proportional sein[98].

Abb. 11. Lavoisiers Eiskalorimeter.

Auch die bei chemischen Vorgängen auftretenden Wärmemengen haben Lavoisier und Laplace mit ihrem Apparat gemessen. Um die Wärmemenge kennen zu lernen, die bei der Verbindung mehrerer Substanzen erzeugt wird, wurden sie sämtlich ebenso wie die Gefäße, in denen sie eingeschlossen waren, auf 0° abgekühlt. Ihre Mischung wurde dann sofort in das Innere der Eiskugel gebracht und darin gelassen, bis die Temperatur der Mischung wieder 0° war. Die Wassermenge, die bei diesem Versuche gesammelt wurde, ist das Maß für die bei der Verbindung entwickelte Wärme. Die Bestimmung der Wärmemengen, die bei der Verbrennung und der Atmung erzeugt werden, verursachte nicht mehr Schwierigkeiten. Man verbrannte die Körper im Innern der Eiskugel und ließ die Tiere innerhalb derselben atmen. Da aber die Erneuerung der Luft bei diesen Operationen unumgänglich nötig ist, so wurde eine Verbindung zwischen dem Innern der Kugel und der umgebenden Atmosphäre hergestellt. Damit ferner die Einführung der neuen Luft keinen merklichen Fehler veranlaßte, mußte man diese Versuche bei einer Temperatur von 0° machen oder mindestens die Luft, die man einführte, auf diese Temperatur abkühlen.

Bei der Ausführung der Versuche wurde die Eiskugel durch einen zweckmäßigeren Apparat ersetzt, dessen senkrechter Schnitt in Abb. [11] dargestellt ist. Der Hohlraum des Apparates ist in drei Teile geteilt. Die innere Höhlung besteht aus einem Eisendrahtgeflecht. In diese Höhlung bringt man die Körper, welche dem Versuche unterworfen werden sollen. Die obere Öffnung kann vermittelst eines Deckels geschlossen werden. Er ist in Abb. [11], HJ besonders dargestellt. Dieser Deckel ist oben offen; sein Boden wird durch ein Netz von Eisendraht gebildet. Der mittlere Raum bbbb des Kalorimeters ist dazu bestimmt, das Eis aufzunehmen, das den inneren Raum umgeben und durch die Wärme der dem Versuche unterworfenen Körper geschmolzen werden soll. Dieses Eis wird getragen und zurückgehalten durch einen Rost mm, unter dem sich ein Sieb befindet. In dem Maße, wie das Eis geschmolzen wird, läuft das Wasser durch den Rost und das Sieb, gelangt sodann in den Kegel ccd und die Röhre xy; endlich sammelt es sich in dem Gefäße P, das unter den Apparat gestellt wird. Die äußere Höhlung aaaa ist dazu bestimmt, dasjenige Eis aufzunehmen, welches den Einfluß der von außen kommenden Wärme abhalten soll. Das durch das Schmelzen dieses Eises entstandene Wasser fließt durch die Röhre ST zur Seite ab. Der ganze Apparat wird mit dem Deckel FG (Abb. [11]) bedeckt.

Um den Apparat in Gebrauch zu nehmen, füllt man die mittlere Höhlung und den Deckel HJ der mittleren Höhlung mit gestoßenem Eis, ebenso die äußere Höhlung und den Deckel FG des ganzen Apparates. Man läßt darauf das Eis der mittleren Höhlung abtropfen. Dann öffnet man den Apparat, um den Körper, mit dem man experimentieren will, hineinzubringen und schließt ihn sofort wieder. Man wartet, bis der Körper vollkommen abgekühlt ist und der Apparat gut abgetropft hat. Dann wägt man das aufgesammelte Wasser; sein Gewicht ist ein genaues Maß der von dem Körper abgegebenen Wärme.

Weit größere Schwierigkeiten bereitete den beiden Forschern die Ermittlung der spezifischen Wärme von Gasen. Doch scheuten sie auch vor dieser Aufgabe nicht zurück. Sie ließen bestimmte Mengen der zu untersuchenden Gase durch ihr Eiskalorimeter strömen und bestimmten die Temperatur vor dem Eintritt und nach dem Ausströmen, sowie die Menge des geschmolzenen Eises. Damit waren zwar die Daten für eine Berechnung gegeben, doch erhielt man sehr ungenaue Ergebnisse[99].

Zum Schlusse seien einige der von Lavoisier und Laplace gefundenen spezifischen Wärmen mitgeteilt unter Angabe der heute als richtig geltenden Werte in Klammern:

Desgleichen seien die Ergebnisse einiger Versuche zur Bestimmung der Verbrennungswärme angegeben:

Mengen des geschmolzenen Eises durch die Verbrennung von

Die Abweichung von späteren Bestimmungen ist hier eine bedeutende, so entwickelt 1 kg Phosphor 5747 Kalorien und liefert demnach nur 5747/80 = 71,8 kg Wasser, während nach Lavoisier und Laplace 1 Teil Phosphor bei seiner Verbrennung 100 Teile Schmelzwasser liefern soll.

Von Lavoisier und Laplace rühren auch die ersten genauen Messungen der Ausdehnungskoeffizienten fester Körper her. Sie benutzten bei ihren Versuchen ein Fernrohr, das von den sich beim Erwärmen ausdehnenden Körpern gedreht wurde. Als Stützpunkte für die letzteren gebrauchten sie Pfeiler aus Stein, deren Form durch die Wärme nicht merklich verändert wird.

Grundlegend auf dem Gebiete der Wärmelehre waren auch die Untersuchungen Blagdens über die Gesetze der Überkaltung und der Gefrierpunktserniedrigung. Blagden[100] veröffentlichte seine Arbeiten über diesen Gegenstand im Jahre 1788. Die erste dieser Arbeiten bringt eine Anzahl wichtiger Versuche über die Abkühlung des Wassers bis unter seinen Gefrierpunkt. Blagden zeigte, daß das Wasser, dessen Gefrierpunkt bei 32° Fahrenheit liegt, unter Umständen erst bei 24°, ja selbst bei 21° F in den festen Zustand übergeht. Die Überkaltung war auch möglich, wenn man dem Wasser Salze beimengte, die an sich schon den Gefrierpunkt herabsetzen. Eine Kochsalzlösung, deren Gefrierpunkt 28° F betrug, wurde auf 18½° abgekühlt. Erst bei weiterer Entziehung von Wärme wurde sie fest. Eine Salpeterlösung mit dem Gefrierpunkt 27° F wurde bis auf 16°, also 11° unter den neuen Gefrierpunkt »überkaltet«. Das merkwürdige Phänomen der Überkaltung hatte die Aufmerksamkeit einzelner Physiker schon vor Blagden erregt, keiner hat es aber so sorgfältig untersucht wie dieser. Eingehend befaßt er sich mit den Bedingungen der Überkaltung und der Ursache des plötzlichen Erstarrens überkalteter Flüssigkeiten. Rieb Blagden mit einem Glasstab an der Innenwand des Gefäßes, in welchem sich überkaltetes Wasser befand, so wurde das Wasser, das andere Bewegungen wohl vertrug, zum Erstarren gebracht. Überraschend war der Versuch, bei dem überkaltetes Wasser mit einem noch so winzigen Eisstück berührt wurde. Es trat sofortiges Gefrieren ein, indem die Eiskristalle von der Stelle aus, wo sich das Eisstückchen befand, durch die ganze Masse anschossen. Gleichzeitig erwärmte sich die ganze Masse bis zum normalen Gefrierpunkt des Wassers[101].

Durch den beschriebenen Versuch erklärte sich auch die Erscheinung, daß die Überkaltung sicherer gelingt, wenn man das Gefäß leicht mit Papier bedeckt. Blagden nahm an, daß winzige erstarrte Wasserteilchen bei Frostwetter in der Luft schweben und auf das sich abkühlende Wasser fallen, dessen Erstarrung sie dann bewirken, während diese Teilchen im anderen Falle von dem Papier zurückgehalten werden.

Als zweite Ursache, welche den Gefrierpunkt von Flüssigkeiten herabsetzt, hatte man den Zusatz von Salzen und Säuren erkannt. Die erste quantitative Untersuchung dieses Verhaltens rührt gleichfalls von Blagden her[102]. Für die erste Versuchsreihe diente das Kochsalz. Es ergab sich, daß das Salz den Gefrierpunkt nach dem einfachen Verhältnis, in welchem es zu dem Wasser der Lösung steht, erniedrigt. Man hat vorgeschlagen, dieses Gesetz das Blagdensche zu nennen[103].

Weitere Versuchsreihen lieferten Salpeter, Salmiak, Glaubersalz und weinsaures Natrium-Kalium. Für alle entsprach die Gefrierpunktserniedrigung dem einfachen Verhältnisse von Salz zu Wasser[104]. Setzte Blagden Säuren, Alkalien oder Alkohol zum Wasser, so ließ sich keine solch einfache Beziehung nachweisen, doch schienen ihm gleiche Zutaten dieser Flüssigkeiten den Gefrierpunkt des Wassers in einem zunehmenden Verhältnis zu erniedrigen.

Blagdens Untersuchung über diesen Gegenstand geriet zunächst ganz in Vergessenheit; man wurde auf sie erst wieder aufmerksam, als man in der neuesten Zeit in der Gefrierpunktserniedrigung, welche Salze und auch indifferente organische Stoffe bewirken, ein Mittel zur Bestimmung des Molekulargewichtes kennen lernte. Vorahnend bemerkt schon Blagden, man möge doch Untersuchungen wie die seine nicht für unwichtig halten, da man auf diesem Wege zu einer Kenntnis des inneren Gefüges gelangen werde, auf dem die Eigenschaften des Körpers beruhen.

4. Die Naturbeschreibung unter der Herrschaft des künstlichen Systems.

Wir haben an die Spitze dieses in seinem ersten Teile vornehmlich die Entwicklung während der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts schildernden Bandes die großen Fortschritte der Physik gestellt. Die nächsten Abschnitte sollen zeigen, wie sich die übrigen Wissenszweige entwickelt und sich wechselseitig befruchtet haben. Dabei tritt besonders in die Erscheinung, daß der Einfluß der physikalischen Lehren und vor allem der physikalischen Forschungsweise sich in immer höherem Maße auf die übrigen Disziplinen ausdehnt. Die Physik wurde das gemeinsame Band, das sie alle umschlang. Durch die Ausdehnung ihres quantitativen Verfahrens auf das Gebiet der stofflichen Veränderungen nahm die Chemie eine ganz neue Gestalt an. Gleichzeitig mit ihr wurde die Mineralogie auf neue Grundlagen gestellt. Auch die Lebenserscheinungen suchte man nach physikalischer Methode zu erforschen. Wenn auch die Zoologen und die Botaniker des 18. Jahrhunderts ihre Hauptaufgabe noch in einer auf das Äußere gerichteten Beschreibung und in der Systematik der Tiere und der Pflanzen erblickten, so fehlte es doch nicht an Untersuchungen, in den inneren Bau und die Verrichtungen der Organe einzudringen.

Durch das genauere Studium der Pflanzen- und der Tierwelt Europas, sowie der übrigen Weltteile war das Material, welches der Systematik zu Gebote stand, schon im Beginn des 18. Jahrhunderts kaum mehr zu bewältigen. Die Bearbeitung dieses Materials wurde immer schwieriger, weil eine klare, auf scharfer Gliederung beruhende Nomenklatur noch nicht geschaffen war und die bisherigen Versuche zur Aufstellung eines umfassenden Systems sich stets als unzureichend erwiesen hatten. Der Mann, der zur rechten Zeit erschien und nach den beiden angegebenen Richtungen Abhilfe schuf, war der schwedische Naturforscher Linné. Karl von Linné wurde am 23. Mai des Jahres 1707 in dem Dorfe Råshult in Småland geboren. Sein Vater, ein Pfarrer, besaß für Gartenbau und Pflanzenkunde eine große Liebhaberei, die sich auf den Sohn übertrug. Als der junge Linné in einem benachbarten Städtchen die Schule besuchte, botanisierte er, anstatt seinen nächstliegenden Pflichten nachzukommen. Darüber erzürnte der Vater und gab ihn einem Schuhmacher in die Lehre. Ein Arzt, der Linnés botanische Neigungen unterstützte, vermochte jedoch den Vater zu versöhnen. Linné erhielt die Erlaubnis, sich dem Studium der Medizin zu widmen. Er bezog die Universität Lund, die er später mit Upsala vertauschte. Da Linné in ärmlichen Verhältnissen lebte, war er gezwungen, seinen Unterhalt durch Abschreiben und Unterricht zu verdienen. In Upsala nahm sich schließlich der Professor der Botanik Rudbeck seiner an. Er übertrug ihm die Aufsicht über den botanischen Garten, sowie die Stellvertretung bei seinen Vorlesungen. Im Jahre 1732 erhielt Linné den Auftrag, die nördlichsten Teile Schwedens zu durchforschen. Nachdem er von seiner während des Sommers 1732 unternommenen Lapplandreise zurückgekehrt war, beabsichtigte er, in Upsala Vorlesungen über Botanik zu halten. Eifersüchtige Nebenbuhler wußten indes sein Vorhaben durch den Einspruch, daß er noch nicht promoviert sei, zu verhindern. Da es damals Brauch war, den Doktorhut im Auslande zu erwerben, ging Linné zu diesem Zwecke im Jahre 1735 nach Holland. Dort wurde er mit Clifford bekannt, der in Harlem einen Garten besaß und Linnés Rat und Hilfe in botanischen Dingen zu schätzen wußte. In Holland gab Linné im Jahre 1735 neben einem größeren Werk über den Cliffordschen Garten eine kleine, in Tabellenform verfaßte Schrift heraus, die er »Systema naturae« nannte. Dieses Büchlein, das die Früchte seiner bisherigen, sich über alle drei Naturreiche erstreckenden Bemühungen um die Systematik enthielt, wurde später wiederholt von neuem aufgelegt und wuchs dabei zu einem mehrbändigen Werke an[105].

Linnés »System der Natur« erregte durch seine Übersichtlichkeit und Klarheit sofort große Bewunderung. Es war in seinem ganzen Umfange auf die Sexualität der Pflanzen begründet. Mit der Sexualtheorie war Linné, wie er selbst hervorhebt, durch die Engländer bekannt geworden. Letztere hatten ihrerseits die Anregung aus Deutschland empfangen.

Bald nach 1735 erschienen Linnés Schriften, in denen er seine Grundsätze für die Bestimmung und Benennung der Pflanzen entwickelte[106]. Unter Berücksichtigung aller wesentlichen Merkmale bestimmte er mit großer Schärfe die Charaktere von nahezu 1000 Gattungen. Nachdem Linné Reisen nach England und nach Frankreich unternommen hatte – in Paris ernannte man ihn zum korrespondierenden Mitgliede der Akademie der Wissenschaften – kehrte er nach Stockholm zurück. Hier nahm man ihn mit großen Ehrenbezeugungen auf. Linné, der sich zunächst dem ärztlichen Beruf zuwandte, wurde Leibarzt des Königs und Präsident der Akademie der Wissenschaften. Im Jahre 1741 siedelte er nach dem nahen Upsala über. Während der beiden Jahrzehnte, die Linné dort als anregender Lehrer und unermüdlicher Forscher zubrachte, erlebte die Naturbeschreibung ihre Glanzperiode. Der botanische Garten wurde in seinem Geiste erneuert und mit einem naturhistorischen Museum verbunden. Im Jahre 1746 gab Linné ein Werk über die Tierwelt Schwedens heraus, einige Jahre später erschien seine allgemeine Botanik[107], das botanische Hauptwerk Linnés. 1762 wurde Linné in den Adelsstand erhoben. Seit dieser Zeit nannte er sich von Linné, während sein Name ursprünglich Linnaeus lautete. Er starb am 10. Januar 1778[108].

Linnés Verdienst bestand nicht in epochemachenden Entdeckungen, die späteren Geschlechtern unmittelbare Anregung zu weiterem Forschen gegeben hätten, sondern er erblickte seine Aufgabe vornehmlich in der systematischen Bearbeitung des gesamten, von seinen Vorgängern übermittelten naturgeschichtlichen Wissens. Hierin hat er Bedeutendes geleistet und sich einer Mühe unterzogen, deren Bewältigung im Interesse des weiteren Fortschritts lag. Daß seine Nachfolger das System überschätzten und die Einordnung der neu beschriebenen Formen für die hauptsächlichste Aufgabe der Wissenschaft hielten, darf man dem Begründer dieses Systems nicht zur Last legen. In der Botanik brachte Linné die seit Caesalpin auf die Aufstellung eines künstlichen Systems gerichteten Bestrebungen zum Abschluß. Die Kenntnis von der Sexualität der Pflanzen, auf welcher seine Einteilung fußte, verdankte er vor allem den Untersuchungen des Deutschen Camerarius[109], wie auch seine binäre Nomenklatur auf den Vorgang anderer Botaniker (Jungius und Ray) zurückzuführen ist.

Der sogenannte Schlüssel, nach dem Linné in seinem System das ganze Pflanzenreich in Klassen einteilte, ist folgender:

Linnés System fand anfangs viel Widerspruch. Entweder wurde die Sexualität der Pflanzen trotz aller unzweifelhaften Beweise geleugnet, oder man erhob den Einwand, daß »die neue Lehre zu unzüchtigen Gedanken reize«. Deutschlands großer Systematiker Gleditsch, der im Auftrage der Akademie zu Berlin den dortigen botanischen Garten gründete, mußte sich alle Mühe geben, um den Einwurf, daß die Lehre von der Befruchtung der Pflanzen unsittlich sei, zu widerlegen[118].

Zu der Folgerichtigkeit, mit der Linné sein System durchführte, gesellte sich die umfassendste Kenntnis einheimischer und fremder Pflanzen. Seine Übersicht[119] der Arten enthielt 7300 Nummern und wurde neun Jahre später um weitere 1500 Nummern vermehrt. Am wenigsten gründlich durchforschte Linné die Pflanzen, welche der Kleinheit ihrer Organe wegen den Gebrauch von Vergrößerungsgläsern notwendig machten, wie die Doldengewächse und die Kryptogamen.

Linné selbst war dem physiologischen Experiment, sowie der Anwendung des Mikroskopes wenig zugetan. Sehr selten begegnen wir bei ihm dem Bestreben, Erscheinungen auf ihre Ursachen zurückzuführen. Er begnügte sich damit, alles gehörig zu klassifizieren. Der mikroskopischen Forschung war das gesamte 18. Jahrhundert wenig hold. Grews und Malpighis epochemachende Untersuchungen über den inneren Bau der Pflanzen wurden nicht fortgesetzt. Ja, es fehlte sogar nicht an gewichtigen Stimmen, welche die bisherigen Ergebnisse der Pflanzenanatomie als unrichtig und trügerisch zu verdächtigen suchten[120].

Linnés Art, etwas durch logisches Zergliedern klarzustellen, ohne die Natur selbst hinreichend zu befragen, erinnert häufig an Aristoteles. Daß sein Pflanzensystem in erster Linie auf die Erfüllung eines praktischen Bedürfnisses hinauslief und keine naturgemäße Gruppierung ergab, wußte Linné sehr wohl, während es seine Nachbeter später gänzlich vergessen zu haben schienen und in dem von Linné geschaffenen System die Krönung des naturgeschichtlichen Lehrgebäudes erblickten.

In späteren Jahren hat sich Linné auch dem natürlichen System zugewandt. Schon in seiner Philosophie der Botanik[121] verlangte er, »die Fragmente der natürlichen Methode fleißig aufzusuchen«. Dies sei das erste und letzte, was man in der Botanik erstreben müsse, denn die Natur mache keine Sprünge. Ja, noch früher, nämlich im Jahre 1738[122], stellte Linné als Grundsatz eines natürlichen Systems die Forderung auf, sämtliche Teile der Pflanzen, insbesondere aber die Frucht, den Samen, die Lage des Embryos usw. systematisch zu verwerten. Auch muß anerkannt werden, daß Linné mit dem Wort natürliche Verwandtschaft einen besseren Begriff verband als die meisten seiner Vorgänger. Besaß dieser Begriff bei Linné zwar ebensowenig eine reale Bedeutung wie bei den übrigen Systematikern des 18. Jahrhunderts, so paßt sich seine Vorstellung der späteren Theorie der Abstammung der Arten doch weit besser an. Während nämlich der Satz, daß die Natur keine Sprünge mache, die meisten dazu verleitete, sich die organische Schöpfung als eine einzige aufsteigende Reihe vorzustellen, dachte sich Linné die Verwandtschaft der Formen unter dem Bilde eines vielmaschigen Netzes. »Alle Pflanzen,« sagt er, »zeigen eine Verwandtschaft nach allen Seiten.«

Linné selbst hat ein Verzeichnis derjenigen Gruppen aufgestellt, die er als natürliche betrachtete. Der erste Versuch, von der Erfassung solcher Gruppen zur systematischen Gliederung des gesamten Pflanzenreiches zu gelangen, ging von den Franzosen aus. Die schwedischen, deutschen und englischen Botaniker dagegen verfolgten die von Linné eingeschlagene Richtung bis zur Einseitigkeit und suchten ihren Ruhm in der Kenntnis einer möglichst großen Zahl von Arten. Erst mit der Aufstellung des natürlichen Systems durch die beiden Jussieu und Decandolle wurde die Grundlage für den weiteren Fortschritt geschaffen.

Wie auf dem botanischen, so war auch auf zoologischem Gebiete Linnés Wirken fast ausschließlich nach der beschreibenden und systematischen Seite gerichtet. Sein Tiersystem entsprach indes weit mehr der natürlichen Verwandtschaft, als dies hinsichtlich seiner Gruppierung der Pflanzen der Fall war. Die Einteilung der niederen Tiere, deren innerer Bau erst in der nächsten Periode eingehender studiert wurde, fußte jedoch noch auf ganz oberflächlichen Ähnlichkeiten. Das gesamte Tierreich zerfiel nach Linné in sechs Klassen, von denen nur diejenigen der Säugetiere und der Vögel ihren Wert und Umfang auch heute noch besitzen. Die Amphibien wurden noch mit den Reptilien zu einer Gruppe vereinigt. Die vierte Klasse umfaßte die Fische. Die Insekten bildeten die fünfte Klasse. Sie zerfielen in die noch heute geltenden Ordnungen, während die letzte Klasse der Würmer alles das umfaßte, was Linné anderweitig nicht unterzubringen vermochte. Hier finden wir z. B. die Weichtiere mit den Aufgußtierchen und die Eingeweidewürmer mit den Pflanzentieren vereinigt. Über die animalische Natur der letzteren ist Linné noch nicht völlig im klaren. Er bezeichnet sie als Pflanzen mit tierisch belebten Blüten. Mancher Widerspruch erhob sich gegen seinen Schritt, den Menschen als besondere Gattung an die Spitze des Systems zu stellen und ihn mit den höheren Affen zur Ordnung der Primaten zu vereinen. Man muß jedoch anerkennen, daß dieser Schritt die Naturgeschichte des Menschen als besonderen Wissenszweig angebahnt hat, so daß Blumenbach, als er die neuere Anthropologie begründete, nur der Auffassung Linnés zu folgen brauchte.

Von besonderer Wichtigkeit für die Systematik war die von Linné herrührende strenge Durchführung der binären Nomenklatur. Anstatt weitschweifiger Definitionen, die man neu entdeckten Formen beilegte, erhielt jede Art zwei der lateinischen Sprache entnommene Namen, von denen der erste die Zugehörigkeit zu einer bestimmten Gattung, der zweite dagegen, meist in Form eines Eigenschaftsworts hinzutretend, die Art bezeichnete. Letztere erschien Linné als der durchaus unveränderliche Ausgangspunkt seines Systems. »Tot numeramus species, quot creavit ab initio infinitum ens« lautet sein bekannter Ausspruch, »wir zählen soviel Arten, wie Gott im Anbeginn erschaffen hat«. Diese Ansicht, welche die Beziehungen im anatomischen Bau der Lebewesen völlig unerklärt läßt und die Worte Verwandtschaft und Zusammengehörigkeit nur im bildlichen Sinne anzuwenden gestattet, erstarkte in der Folge zu einem Dogma, das nicht nur die Lehre von den heute lebenden Formen, sondern auch die Paläontologie bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts vollständig beherrschte und erst in der zweiten Hälfte des letzteren zu Fall gebracht wurde.

Linnés Bemühen, alles zu systematisieren, erstreckte sich auch auf das Mineralreich. Da er jedoch auch hier in erster Linie die äußere Beschaffenheit ins Auge faßte, so war der Erfolg nur gering. Eigentümliche Ansichten, die sich später als zum Teil begründet erwiesen, entwickelte Linné in seiner Abhandlung über das Anwachsen der Erde[123]. Danach bildeten sich die Schichten nicht aus zerriebenem Urgestein, sondern sie sind Erzeugnisse der Lebewelt. Das Kalkgebirge ist nach Linné aus Muscheln und Korallen entstanden, während die Pflanzen tonige Ablagerungen, die später zu Schiefer erstarrten, gebildet haben sollten.

5. Die Ausdehnung der physikalischen Methoden auf das Gebiet der Pflanzenphysiologie.

Wenn auch auf dem Gebiete der Botanik während des 18. Jahrhunderts die systematische Richtung überwog, so fällt doch in diesen Zeitraum die Begründung einiger wichtigen Zweige der Pflanzenphysiologie, um deren weiteren Ausbau man sich dann allerdings zunächst so wenig kümmerte wie um die Fortsetzung der pflanzenanatomischen Arbeiten eines Grew und Malpighi. Es sind dies die Arbeiten von Hales über die Bewegung des Pflanzensaftes und die Aufdeckung der Beziehungen zwischen Blumen und Insekten durch Konrad Sprengel, dessen Forschungen erst in neuerer Zeit, seit Darwin demselben Gegenstande seine Aufmerksamkeit zuwandte, zur vollen Würdigung gelangt sind.

Auch an Versuchen einen gewissen Einblick in den Vorgang der Ernährung der Pflanze zu erhalten, hat es im 17. und 18. Jahrhundert nicht gefehlt. Solche Versuche wurden schon dadurch veranlaßt, daß sich Aristoteles über die Ernährung der Pflanzen geäußert hatte. Seine Meinung ging dahin, daß die Pflanzen ihre Nahrung fertig aus der Erde aufnähmen und daher auch keine Exkremente von sich gäben[124]. Da die neuere Naturwissenschaft die Haltlosigkeit derartiger, aus allgemeinen philosophischen Gründen entwickelter Urteile in zahlreichen Fällen nachgewiesen hatte, so wandte sie das Hilfsmittel, das ihr in allen diesen Fällen zum Siege verholfen, das experimentelle Verfahren nämlich, auch auf diese Frage an.

Einer der ersten, der, wenn auch auf Grund nur mangelhafter chemischer und anatomischer Kenntnisse, die Frage der Ernährung der Pflanze vom naturwissenschaftlichen Standpunkte in Angriff nahm, war Mariotte. Wir haben ihn an anderer Stelle als einen der Begründer der Physik der Gase kennen gelernt[125]. Mariotte war, wie alle Gegner der aristotelischen Art der Naturerklärung, Anhänger der Korpuskulartheorie. Diese nahm bei ihren Erklärungsversuchen die Bewegung kleinster Teilchen oder Korpuskeln zu Hilfe. Die Ursache der Bewegung erblickte sie in anziehenden und abstoßenden Kräften.

Mariotte hat seine Ansichten im Jahre 1679 zusammengefaßt[126]. Nach ihm nimmt die Pflanze aus dem Boden gewisse Stoffe – »Prinzipien« sagt Mariotte – auf. Solche Stoffe sind Salz, Salpeter, Schwefel, Wasser und Erden. Auch die Luftteilchen spielen nach Mariotte bei der Ernährung der Pflanze eine Rolle. Sie werden durch den Blitz verbrannt und mit dem Wasser dem Boden zugeführt. Erst viel spätere Forschungen haben bewiesen, daß diese Ansichten im allgemeinen das Richtige trafen. Eigentliche pflanzenchemische Versuche vermochte Mariotte nämlich noch nicht anzustellen. Um die Irrigkeit der aristotelischen Meinungen darzutun, waren solche auch nicht einmal nötig. Daß die Pflanzen die Bestandteile, aus denen sie sich zusammensetzen, nicht fertig aus dem Boden aufnehmen, beweist nach Mariotte schon die Tatsache, daß sich in derselben Handvoll Erde tausende von Pflanzen aufziehen lassen, die alle in ihrer chemischen Zusammensetzung Besonderheiten darbieten. Auch daß sich auf einen Stamm die verschiedensten Pfropfreiser aufpflanzen lassen, und daß diese gleichfalls aus offenbar doch ein und demselben, aus dem Boden eintretenden Saft Erzeugnisse der verschiedensten chemischen Art hervorbringen, beweist, wie Mariotte ganz richtig hervorhebt, daß sich aus den verschiedenen Prinzipien die pflanzlichen Substanzen durch passende Vereinigung aufbauen.

Zu ähnlichen Anschauungen gelangte Chr. Wolf, der die Leibnizsche Philosophie fortsetzte und durch seine Bemühungen, die Korpuskulartheorie zur Erklärung der Naturerscheinungen zu verwerten, auch auf die Entwicklung der Chemie anregend gewirkt hat[127]. Wolf gab im Jahre 1723 eine allgemeine Naturlehre[128] heraus. In diesem Buche gibt er eine zusammenhängende Darstellung der Lehre von der Ernährung der Pflanzen. Auch Wolf vertritt die Ansicht, daß die Pflanze die in sie eintretenden Stoffe chemisch verändere. Dies wird daraus geschlossen, daß jede Pflanze eigenartige chemische Bestandteile (»ihr besonderes Öl«) enthält. Die Pflanze entnimmt nach Wolf ihre Nährstoffe nicht nur dem Boden, sondern auch der Luft.

Im ganzen genommen bemerken wir also im 17. und in der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts zwar einen erheblichen Fortschritt gegen Aristoteles und van Helmont. Es fehlte aber noch an einer genügenden chemischen Grundlage, um einen wirklichen Einblick in diesen Teil des pflanzlichen Lebens zu gewinnen.

Mit weit besserem Erfolge ließen sich die physikalischen Forschungsmittel auf die Probleme der Pflanzenphysiologie anwenden. Die Physik hatte während des 17. Jahrhunderts die glänzendste Periode ihrer Entwicklung gehabt. Sie bediente sich auf allen ihren Gebieten der quantitativen Untersuchungsweise. Letztere zuerst auf die Erscheinungen des pflanzlichen Lebens angewandt zu haben, ist das große Verdienst von Hales.

Stephan Hales wurde am 17. September 1677 in der Nähe von Kent geboren. Er studierte in Cambridge Theologie. Gleichzeitig betrieb er mit großer Vorliebe Mathematik und Naturwissenschaften. Die Zeit, die ihm sein Pfarramt übrig ließ, verwandte er auf die Verwirklichung eines hohen Zieles, nämlich der Ausdehnung der physikalischen Forschungs- und Betrachtungsweise auf das Gebiet der Lebensvorgänge. Im Jahre 1718 wurde Hales Mitglied der Royal Society; er starb am 4. Januar 1761.

In seinem Hauptwerke, der Statik der Gewächse[129], versuchte Hales, auf Grund der bis dahin gewonnenen mechanischen und chemischen Kenntnisse, durch Versuche eine Einsicht in den Lebensprozeß der Pflanze zu gewinnen. Harveys Entdeckung des Blutkreislaufes hatte die Frage angeregt, ob im Pflanzenkörper ein entsprechender Vorgang stattfinde. Diese Frage ist es, welche Hales durch seine Versuche zu entscheiden suchte. Wie in der Physiologie des Tieres die Flüssigkeiten, deren Geschwindigkeiten, die Kräfte, welche auf sie wirken, sowie die Menge trockener und flüssiger Nahrung die größte Rolle spielen, so erhält, wie Hales des näheren ausführt, die Mechanik auch das Leben der Pflanzen und bringt deren Wachstum zuwege. Die Ähnlichkeit zwischen Pflanzen und Tieren sei so groß, daß, wenn man beide nach gleicher Methode untersuche, wichtige Entdeckungen zu erhoffen seien. Das Verfahren, das Hales zum erstenmale auf das Studium der Pflanzen anwendet, besteht in Zählen, Messen und Wägen. Der Einfluß der Physik war es, der sich auf immer weitere Gebiete erstreckte. »Durch Zählen und Messen«, sagt Hales in seinem Hauptwerk, »hat der große Newton die Regeln, nach denen die Gestirne ihren Lauf beschreiben, zu bestimmen vermocht. Der allweise Schöpfer hat sich nämlich die Richtschnur gesetzt, alles nach Zahl, Maß und Gewicht zu erschaffen. Damit nun auch wir seine Werke ergründen können, kommt es auf Zählen, Messen und Wägen an. Man geht dadurch den vernünftigsten und sichersten Weg. Und der so ungemein große Erfolg, den dieses Verfahren gezeitigt hat, muß uns anreizen, es anzuwenden.«

Hales' Untersuchungen befassen sich zunächst mit der Feststellung der Flüssigkeitsmenge, die von den Pflanzen aus dem Boden aufgenommen und durch die Blätter wieder abgedunstet wird. Eine 3½ Fuß hohe Sonnenblume wurde in einen Topf gepflanzt, der durch eine Bleiplatte nach Möglichkeit gegen Verdunstung geschützt war. Durch diese Platte führte ein Rohr, das zum Nachfüllen von Wasser diente. Der infolge der Transpiration eintretende Gewichtsverlust betrug für die zwölf Stunden von morgens bis abends an heißen Tagen 1 Pfund 14 Unzen, während der Verlust desselben Topfes, nachdem die Pflanze abgeschnitten und der Stumpf verklebt war, unter im übrigen gleichen Umständen nur zwei Unzen[130] betrug. In einer warmen, trockenen Nacht betrug die Ausdünstung der Sonnenblume drei Unzen; wenn Tau auftrat, unterblieb sie ganz.

Darauf stellte sich Hales die Aufgabe, die gesamte, oberhalb und unterhalb des Bodens befindliche Fläche der Sonnenblume zu messen. Zunächst wurden sämtliche Blätter abgeschnitten und der Größe nach in Gruppen geordnet. Sodann wurde ein Drahtnetz mit Maschen von bekannter Größe auf die einem jeden Haufen entnommenen Blätter gelegt und durch Abzählen der deckenden Maschen die Oberfläche bestimmt. Auf diese Weise fand Hales die Gesamtgröße der abdunstenden Fläche gleich 5616 Quadratzoll, während er die Oberfläche der Wurzeln zu 2286 Quadratzoll und deren Gesamtlänge zu 1448 Fuß ermittelte. Innerhalb zwölf Stunden ging durch den Stamm eine Flüssigkeitsmenge von 34 Kubikzoll. Der Stamm besaß einen Quadratzoll Querschnitt. Dies ergab unter der Annahme, daß der Stamm sich wie ein hohles Rohr verhält, für den aufsteigenden Saft eine Geschwindigkeit von 34 Zoll. Die wahre Geschwindigkeit mußte, wie Hales bemerkte, viel größer sein, da der Raum des Stammes zum größten Teil mit fester Materie ausgefüllt ist. Hales fand, daß der immergrüne Zitronenbaum viel weniger transpiriert als die Sonnenblume, der Weinstock und andere Pflanzen, die ihre Blätter im Winter verlieren. Spätere Versuche, die sich auf zwölf immergrüne Bäume erstreckten, bestätigten die am Zitronenbaum gemachte Erfahrung[131].

Von besonderem Interesse ist es, daß Hales das Ergebnis seiner mit den Pflanzen angestellten Versuche fortgesetzt mit den an Tieren und Menschen gemachten Beobachtungen verglich. So ergaben die Berechnungen, die er an seine Arbeit über die Transpiration der Sonnenblume anknüpfte, daß diese Pflanze in derselben Zeit unter Berücksichtigung des Körpergewichts 17mal so viel Flüssigkeit aufnimmt und abgibt wie der Mensch. Diesen Unterschied sieht Hales mit Recht darin begründet, daß die Flüssigkeit, welche die Pflanzen aus dem Boden einsaugen, nicht soviel Nährsubstanz enthält wie der Saft, der aus dem Verdauungskanal in den Körper des Tieres übergeht[132].

Abb. 12. Der Wurzel Ziehen oder Saugen (Hales, Statik der Gewächse, Tab. III, Fig. X).

Da die Bewegung des Pflanzensaftes nicht wie bei den Tieren durch ein besonderes Triebwerk hervorgerufen wird und, wie Hales vermutete, nur nach einer Richtung vor sich geht, jedenfalls aber nicht in einem Kreislauf innerhalb der Gefäße besteht, so suchte er zunächst die Kraft ausfindig zu machen, durch welche die Pflanzen Flüssigkeiten in sich ziehen. Neben einem vollbeblätterten Baum wurde eine Grube hergestellt. Ein kräftiger Wurzelast wurde abgeschnitten, mit einer Röhre versehen und in ein mit Quecksilber gefülltes Becken getaucht (siehe Abb. [12]). Die Wurzel zog alsdann mit solcher Kraft, daß das Quecksilber in der Röhre bis zu einer beträchtlichen Höhe emporstieg[133]. Die gleiche Wirkung äußerte ein transpirierender Ast, wenn man das mit seinem abgeschnittenen Ende verbundene Rohr in Quecksilber tauchte. So wurde, um eins der vielen Beispiele zu erwähnen, ein frischer Zweig eines jungen Apfelbaums mit einer Röhre verbunden; diese wurde sodann mit Wasser gefüllt und in Quecksilber getaucht. Letzteres stieg in 7 Minuten um 12 Zoll (Abb. [13]). In anderen Fällen wurde das Quecksilber jedoch nur wenig gehoben, sodaß Hales selbst das infolge der Transpiration ausgeübte Saugen der Zweige allein zur Erklärung der Wasserbewegung größerer Pflanzen für nicht ausreichend erachtete. Er nahm daher als weitere bewegende Kräfte die Kapillarität und den Wurzeldruck, den er durch viele Experimente messend verfolgt hat, in Anspruch.

Die Erscheinung birgt indes selbst für die heutige Pflanzenphysiologie noch manches Rätsel. Hales schließt seine Untersuchung mit den Worten: »Die Pflanzen ziehen durch ihre kleinen Haarröhrchen die Feuchtigkeit so stark an, wie wir es gesehen haben. Die Feuchtigkeit verfliegt durch die Transpiration. Diese bewirkt, daß die Saftgefäße leer werden und infolgedessen neue Nahrung an sich ziehen.« Seine Ansicht, daß es sich bei diesem Vorgang nur um physikalische Kräfte handele, suchte er durch Versuche mit anorganischen, porösen Substanzen zu stützen. So wurde z. B. eine lange Glasröhre mit Mennige gefüllt und in derselben Weise wie die Wurzel mit Wasser und Quecksilber in Verbindung gesetzt. Auch in diesem Falle stieg nicht nur das Wasser in die poröse Masse empor, sondern das Quecksilber folgte bis zu einer Höhe von 8 Zoll. Nachdem man später die saugende Wirkung und die Kapillarität als unzureichend erkannt hatte, um das Wasser zu nennenswerter Höhe emporzuschaffen, hat man den Sitz der anziehenden Kräfte wohl in die Zellwand oder in den Zellinhalt verlegt, ohne daß bisher eine nach jeder Richtung befriedigende Erklärung des in Frage stehenden Vorgangs gelungen wäre.

Abb. 13. Hales' Versuch über das Saugen eines transpirierenden Zweiges.

Die meisterhaften Untersuchungen eines Hales haben auch für die Aufhellung einer zweiten Reihe von Erscheinungen Grundlagen geschaffen, auf denen die Pflanzenphysiologie noch heute fußt. Es sind dies die unter dem Namen des Blutens[134] oder Tränens bekannten Vorgänge, welche durch den Wurzeldruck veranlaßt werden. Hales schnitt einen Weinstock 7 Zoll über der Erde ab. Der übriggebliebene Stumpf, Abb. [14] c, besaß keine Äste, er war 4 bis 5 Jahre alt und ¾ Zoll dick. An der Spitze dieses Stumpfes befestigte Hales vermittelst der Hülse b eine gläserne Röhre bf von 7 Fuß Länge und ¼ Zoll Durchmesser. Die Fuge b dichtete er mit einer Masse aus Wachs und Terpentin, die er mit einer nassen Blase gut zuband. Er fügte dann eine zweite Röhre fg an die erste und fügte an die zweite noch eine dritte ga, so daß alle drei ein Rohr von 25 Fuß Länge bildeten.

Zunächst sog der Stumpf Wasser ein. Bald darauf drang aber Saft aus dem Weinstock und die Flüssigkeit hatte nach wenigen Tagen eine Höhe von mehr als 20 Fuß erreicht, so daß Hales auf den Gedanken kam, den erzeugten Druck durch das soviel schwerere Quecksilber zu messen.

Zu diesem Zwecke schnitt er einen Weinstock, bei a in Abb. [14], einige Fuß über der Erde ab. Der Stumpf ab besaß keine Zweige und war etwa einen Zoll dick. Daran befestigte er die Röhre ayz und goß in diese Quecksilber. Noch an demselben Tage stieg das Quecksilber bis z und stand 15 Zoll höher als im Schenkel x.

Abb. 14. Das Steigen des Pflanzensaftes in einer 25 Fuß langen Röhre (Hales' Statik der Gewächse, Tab. IV, Fig. 17).

Einige Tage später betrug die Höhe des Quecksilbers 32½ Zoll. Sie würde noch mehr betragen haben, wenn mehr Quecksilber in der Röhre gewesen wäre. Die Versuche wurden im April angestellt. Im Verlauf des Monats Mai nahm die Kraft des Saftes nach und nach ab. Als die Quecksilberhöhe 32½ Zoll betrug, war diese Kraft dem Drucke einer 36 Fuß 5 Zoll hohen Wassersäule gleich. Bei einem anderen derartigen Versuch hob diese Kraft des Saftes das Quecksilber auf 38 Zoll, was dem Drucke einer 43 Fuß 3 Zoll hohen Wassersäule entsprach.

Hales wies darauf nach, daß diese Kraft etwa fünfmal so groß ist wie der Druck des Blutes in einer Pulsader des Pferdes und siebenmal größer als der Blutdruck beim Hunde. Den Druck des Blutes ermittelte er dadurch, daß er die Tiere lebend auf dem Rücken festband und eine große Pulsader öffnete. Darauf verband er diese Ader mit einem Glasrohr von 10 Fuß Länge und 1/8 Zoll Durchmesser. In diesem Rohr stieg das Blut eines Pferdes 8 Fuß 3 Zoll, dasjenige eines kleinen Hundes dagegen 6½ Fuß hoch empor.

Die Ansicht, daß in der Pflanze ein Kreislauf der Flüssigkeit wie in dem Gefäßsystem der Tiere stattfinde, suchte Hales gleichfalls durch Versuche zu widerlegen. So brachte er an transpirierenden Pflanzen oder Ästen geeignete Einschnitte übereinander an, die sämtlich bis zum Marke gingen und nach den vier Himmelsgegenden gerichtet waren. »Obgleich auf solche Weise dem Safte wiederholt der gerade Weg benommen war, sagt Hales, ging dennoch eine erhebliche Menge Feuchtigkeit durch den transpirierenden Ast hindurch. Auch wurde die obere Fläche der Einschnitte nicht etwa feucht, was doch bei einem Kreislauf des Saftes hätte eintreten müssen.«

Abb. 15. Die Bestimmung des Wurzeldruckes mittelst des Quecksilbermanometers (Hales, Statik der Gewächse, Tab. IV, Fig. 18).

Hales dehnte seine Messungen von der Pflanze ausgehend auf den Boden aus. Er entnahm dem Boden Proben aus verschiedener Tiefe und bestimmte seinen Feuchtigkeitsgehalt. Ferner bestimmte er die Ausdünstung des Bodens ihrer Größe nach und verglich die gewonnenen Zahlen mit der Verdunstung des Wassers. Wenn auch die erhaltenen Werte noch mit manchen Fehlern behaftet, die Versuche zum Teil roh und die Versuchsbedingungen nicht sämtlich bekannt waren, so verdient es doch die größte Anerkennung, daß uns hier zum ersten Male das Streben begegnet, mit wissenschaftlicher Gründlichkeit ein bisher gänzlich unbekanntes Gebiet der Forschung zu erschließen. Hales wird daher mit Recht als der eigentliche Vater der Pflanzenphysiologie betrachtet. Er hat nicht nur den Flüssigkeitsverbrauch, sondern auch den Gaswechsel der Pflanze nach wissenschaftlichem Verfahren zu erforschen gesucht und zwar mit solchem Erfolge, daß wir ihm auch einen wesentlichen Anteil an der Begründung der neueren Chemie zusprechen müssen. Ist es doch Hales, dem diese Wissenschaft eins ihrer wichtigsten Hilfsmittel, die pneumatische Wanne nämlich, sowie wertvolle Untersuchungen über die Atmung und die Verbrennung verdankt. Allerdings wurden die Ergebnisse seines Forschens dadurch sehr getrübt, daß er noch nicht imstande war, die Gasarten zu unterscheiden. Für Hales war noch jeder elastisch flüssige Stoff, sei es, daß er durch Destillation, durch Gärung oder bei der Lösung entstand, durch verschiedenartige Beimengungen verunreinigte Luft. Schon früher hatte man bemerkt, daß Pflanzenteile, die sich längere Zeit unter einer mit Wasser gefüllten Glocke befinden, Gas entwickeln. Hieraus schloß Hales, daß die Luft an der Zusammensetzung der Pflanzen teilnimmt. Daß sie das Holz durchdringt, wies er vermittelst der Luftpumpe nach, auch erwähnt er die von Grew beschriebenen Dunstlöcher (Spaltöffnungen) und ihre Ähnlichkeit mit den Schweißporen. Durch diese Dunstlöcher dringe die zur Ernährung der Pflanze nötige Luft in den Stamm und die Blätter ein.

Abb. 16. Hales' Versuche über die trockene Destillation mit Benutzung der pneumatischen Wanne (Hales, Statik, Tafel IX, Fig. 38).

Um das Gas zu untersuchen, das die Pflanzen bei ihrer Zersetzung liefern, bediente Hales sich gläserner Gefäße, die mit Wasser gefüllt und in größeren Behältern umgestülpt wurden (s. Abb. [16]). Diese unter dem Namen der pneumatischen Wanne bekannte Vorrichtung hat in der Folge das Studium der Gase außerordentlich gefördert. Bei der trockenen Destillation von 398 Gran Erbsen erhielt Hales 396 Kubikzoll Gas, das sich an einem Licht entzündete. In einem zweiten Versuch gab ein halber Kubikzoll oder 135 Gran von dem Holz einer Eiche 128 Kubikzoll Gas. Das entstandene Gas nahm einen bedeutend größeren Raum ein. Es hatte sich aus einem Viertel des angewandten Holzes gebildet[135].

Sehr wichtig ist, daß Hales seinen Apparat auch auf die Untersuchung der Steinkohle anwandte. Durch die trockene Destillation von 158 Gran Steinkohle erhielt er 180 Kubikzoll brennbare Luft. Hales war wohl der Erste, der auf solche Weise die experimentelle Grundlage für die Fabrikation des Leuchtgases schuf. An eine praktische Verwertung seines Ergebnisses hat man erst hundert Jahre später gedacht.

Daß Hales nicht nur Pflanzenphysiologe war, geht aus seinen oben erwähnten Versuchen über die Größe des Blutdruckes hervor. Hales ermittelte, daß der Druck des Blutes in den größeren Arterien den Blutdruck in den großen Venen um viele Male (nach seinen Bestimmungen 10 bis 12mal) übertrifft. Er maß ferner die Kraft, mit der die Lunge bei der Atmung sich ausdehnt, an einem der Vivisektion unterworfenen Hunde[136]. Er bestimmte den Durchmesser der Lungenbläschen und berechnete daraus für die Lunge die innere Gesamtfläche, die er viele Male größer als die Oberfläche des betreffenden Tieres fand. An seine Versuche über die Atmung knüpfte er ferner hygienische Winke über die Heizung und die Ventilation der Wohnräume an. Er konstruierte sogar einen Ventilator, um Abhilfe für die ungesunden Zustände herbeizuführen, welche damals auf den englischen Kriegsschiffen herrschten[137]. Hales wurde von dem Gedanken geleitet, daß seine Untersuchungen insbesondere dem Ackerbau Nutzen gewähren möchten. Es ist ohne Zweifel ein Ausfluß baconischer Philosophie, wenn er sein Werk, durchdrungen von der Bedeutung seiner Entdeckungen, mit den Worten schließt: »Wenn doch diejenigen, die ihre Zeit und ihr Vermögen damit verschwenden daß sie, einer leeren Einbildung folgend, alles in Gold verwandeln wollen, an der Erforschung dieser Vorgänge arbeiteten, so würden sie, anstatt Wind zu ernten, die Lorbeeren erlangen, mit denen nützliche Entdeckungen belohnt werden.« Wichtig ist, wie Hales seine wenn auch noch unvollkommene Erkenntnis, daß die Luft in die Bildung des Pflanzenkörpers eingeht und dabei ihre Elastizität verliert, durch das Studium chemischer Vorgänge zu erläutern und zu unterstützen sucht. So begegnet uns bei ihm schon jener für die spätere Analyse der Atmosphäre wichtige Versuch, daß Phosphor in einer abgeschlossenen Luftmenge verbrannt und eine dabei eintretende Raumverminderung nachgewiesen wird. Von diesem Versuche und den ähnlichen Versuchen Guerickes[138] bis zur Entdeckung der Tatsache, daß die von dem Phosphor gebundene Luft zu der übrig bleibenden Luftmenge stets in einem bestimmten Verhältnis steht, die Luft also aus zwei Gemengteilen zusammengesetzt ist, war nur noch ein Schritt. Auch daß Blei bei seiner Umwandlung in Mennige Luft verschlucke, die sich mit dem Blei vereinige und zur Schwere der Mennige beitrage, führt Hales als Beispiel an. Ja, er erzeugt diese Luft auch durch Erhitzen in seiner Retorte wieder, stellt also schon denselben Versuch an, der Priestley später zur Entdeckung des Sauerstoffs und Lavoisier zur richtigen Deutung des Verbrennungsprozesses geführt hat. Hales besaß somit, wie Black und andere Zeitgenossen, schon die experimentelle Grundlage für diese Deutung. Dennoch konnte man sich von den älteren Vorstellungen nicht frei machen. Das Verschwinden der Luft war für Hales nicht so wesentlich wie die vermeintliche Aufnahme aus dem Feuer herrührender Teilchen.

Nach ihrer chemischen Seite ließ sich die Pflanzenphysiologie erst fördern, nachdem die Chemie selbst erhebliche Fortschritte gemacht hatte. Dies geschah durch die Arbeiten Priestleys, Scheeles und Lavoisiers im Verlauf der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts. Auf diese Arbeiten fußten Ingen-Housz und de Saussure, die wir in einem späteren Abschnitt als die eigentlichen Begründer der Ernährungsphysiologie kennen lernen werden.

6. Der Ausbau der im 17. Jahrhundert begründeten Sexualtheorie.

Außer den im vorigen Abschnitte geschilderten Schritten zur Begründung der Ernährungsphysiologie zeitigte das 18. Jahrhundert auf botanischem Gebiete auch hervorragende Arbeiten, welche den weiteren Ausbau der von Camerarius geschaffenen Sexualtheorie bezweckten. Es sind dies die Bastardierungsversuche Kölreuters, welche das Wesen der pflanzlichen Sexualität in das hellste Licht stellten, und Sprengels Nachweis der wichtigen Rolle, welche die Insekten bei der Befruchtung spielen.

Zwischen dem Erscheinen der Schrift des Camerarius über das Geschlecht der Pflanzen (1694) und dem Werk Kölreuters über den gleichen Gegenstand liegt ein Zeitraum von etwa siebzig Jahren. Innerhalb dieses ausgedehnten Zeitraums wurde zwar für und gegen die neue Lehre viel gestritten, jedoch nur selten der allein den Fortschritt bedingende Weg des Versuches weiter verfolgt. So schreibt Leibniz 1701, die Blüten hätten offenbar die genaueste Beziehung zur Fortpflanzung, und es sei von großem Nutzen in der Fortpflanzungsweise Unterschiede aufzufinden. Leibniz mit seiner Vielgeschäftigkeit war indessen nicht der Mann, um mühevolle, zeitraubende Versuche nach der erwähnten Richtung anzustellen.

Erwähnenswert für diesen Zeitraum sind die Versuche Bradleys[139], der zuerst mit Zwitterblüten experimentierte. Bradley pflanzte zwölf Tulpen und sorgte dafür, daß sich in der Nachbarschaft keine Tulpen befanden. Er beseitigte darauf die Staubgefäße dieser Pflanzen, bevor sie sich öffneten. Der Erfolg bestand darin, daß keine von den zwölf Pflanzen Samen entwickelte.

Ein weiterer Fortschritt in der Erkenntnis der Sexualität der Pflanzen war es, daß man wenn auch zunächst vereinzelte Wahrnehmungen über die Bestäubung durch Insekten machte. Man[140] bemerkte z. B. bei einer Wiederholung des soeben erwähnten Versuches, daß Bienen von einem benachbarten Tulpenbeet Blütenstaub auf die der Staubgefäße beraubten Blüten übertrugen, und daß letztere dann reife Samen bildeten. Daneben beschäftigte man sich mit der Frage, wie der Pollen die Entstehung des von der Narbe oft so weit entfernten Samens bewirke. Man kam jedoch hierüber zu keinem Ergebnis.

Das Beste, was in dem Zeitraum zwischen Camerarius und Kölreuter über die Sexualität der Pflanzen veröffentlicht wurde, ist wohl die Abhandlung von Gleditsch vom Jahre 1749[141]. Die Berliner Akademie der Wissenschaften ließ seit dem Beginn der ihr so günstigen Regierung Friedrichs des Großen der Botanik ihre besondere Förderung angedeihen. Ihr Mitglied Gleditsch schuf in Jahrzehnte währender, unermüdlicher Arbeit einen botanischen Garten, der als ein Muster für derartige Unternehmungen gelten konnte. Es wurden Vorlesungen über Forstwissenschaft eingerichtet und in einem von Gleditsch verfaßten Werk entstand das erste wissenschaftliche Lehrbuch für diese Disziplin. In gleicher Weise war man in Preußen unter der Führung von Gleditsch auch für die Landwirtschaft tätig. Man bemühte sich nicht nur, die Methoden zu verbessern, sondern war auch auf den Anbau neuer Nutzpflanzen bedacht. Es ist erklärlich, daß unter solchen Verhältnissen in Preußen auch die wissenschaftliche Botanik manchen Fortschritt aufwies. Besonders war es wieder Gleditsch, der zu Versuchen mit Pflanzen riet und zahlreiche Pflanzenversuche selbst anstellte. An dieser Stelle sind vor allem die sich über Jahre und zahlreiche Arten erstreckenden Versuche hervorzuheben, über die Gleditsch in der erwähnten Abhandlung berichtet. Er wählte als Versuchsobjekte die diözischen Bäume. Am bekanntesten ist seine Befruchtung einer Palme des Berliner botanischen Gartens durch den Pollen eines in Leipzig wachsenden männlichen Exemplars derselben Art geworden. Gleditsch bringt hierüber folgenden Bericht. Die Berliner Palme sei achtzig Jahre alt und weiblich; sie habe niemals Früchte getragen, auch habe es in Berlin keinen männlichen Baum derselben Art gegeben, wohl aber in Leipzig. Gleditsch ließ sich darauf die Staubgefäßblüten aus Leipzig kommen und streute deren Pollen auf die in Berlin blühende weibliche Pflanze. Das Ergebnis war der deutlichste Beweis für die Richtigkeit der Lehre von der Sexualität der Pflanzen. Der bis dahin völlig sterile Baum setzte nämlich Früchte an, die im Winter reiften und im darauf folgenden Frühjahr keimten.

In den Jahrzehnten, die zwischen Camerarius und dem großen Vollender seines Werkes, Kölreuter, liegen, schuf Linné sein Pflanzensystem. Letzteres gründete sich zwar auf die Zahl und die Beschaffenheit der Staubgefäße und der Stempel, hat aber im Grunde genommen mit der Feststellung der Sexualität selbst nichts zu tun. Auf mikroskopische und experimentelle Forschungen, die hier allein entscheidend sind, hat Linné zufolge seiner ganzen Richtung wenig Gewicht gelegt.

Mit der Entwicklung der Vorstellungen über die Sexualität der Pflanzen haben wir uns an anderen Stellen[142] wiederholt beschäftigt. Die Frage war nur auf experimentellem Wege zu lösen, und die Versuche, sie zu entscheiden, mehrten sich, nachdem die Entdeckung der Samenfäden[143] das Interesse für das Wesen des geschlechtlichen Vorganges auf das höchste gesteigert hatte. Im Anschluß an diese Entdeckung hatte Leeuwenhoek die Lehre aufgestellt, das bewegliche männliche Element sei der eigentliche Kernpunkt, aus dem sich der neue Organismus entwickle. Für die Botaniker erhob sich infolgedessen die Frage, wie dieses Element durch den Griffel in die Höhlung des Fruchtknotens gelange. In dem Bestreben, den Befruchtungsvorgang zu erforschen, wandte man sich auch mit Eifer den blütenlosen Pflanzen zu. In Deutschland wurde insbesondere die Naturgeschichte der Algen, Flechten und Moose gefördert[144].

Ein neuer großer Fortschritt in der Enträtselung dieser Fragen erfolgte durch Kölreuter. Ist zur Erzeugung von keimfähigen Samen eine Wirkung des Pollens auf den Stempel erforderlich, die sich auf eine zunächst nicht näher zu erklärende Weise der Samenknospe mitteilt, so mußte sich die Frage erheben, welchen Anteil das männliche und das weibliche Element an dem Zustandekommen eines neuen Pflanzenindividuums besitzen. Da letzteres bei normaler Befruchtung den elterlichen Pflanzen gleicht, so war diese Frage nur durch die Übertragung des Pollens einer Pflanzenart auf die Narbe einer zweiten Art zu entscheiden, wie es schon Camerarius in Vorschlag gebracht hatte. Gelang dieser Versuch, so erwuchs daraus zugleich auch für die Richtigkeit der Sexualtheorie eine neue Bestätigung. Der erste, der auf diesem Wege Erfolg hatte und die Grundlage für alle in der gleichen Richtung sich bewegenden Arbeiten schuf, war der erwähnte Kölreuter[145]. Kölreuters Werk erhebt sich über alle früheren und gleichzeitigen botanischen Schriften. Es stellt eine mit großem Scharfsinn und außerordentlicher Mühe geschaffene, im Geiste modern wissenschaftlicher Forschung geschriebene Abhandlung dar, auf der alle späteren Untersuchungen über Sexualität und Bastardbildung fußen.

Kölreuter geht von dem Bau des Pollens und den Veränderungen aus, die mit dem Pollen nach der Bestäubung vor sich gehen. Trotz der damals noch unentwickelten, den feineren Strukturverhältnissen nicht gewachsenen mikroskopischen Technik sah er, daß das Pollenkorn eine äußere dicke Haut und ein dünneres, darunter liegendes, ungleich schwächeres Häutchen besitzt. Das Innere erkannte er als eine körnige, im reifen Zustande gleichmäßige, flüssige und durchsichtige Masse (Protoplasma). Er bemerkte ferner die Stacheln und das Aufspringen der äußeren Haut, sah die Deckel, die sich von den in ihr entstehenden Löchern abheben, ja er sah endlich die innere Haut als Ausstülpung aus diesen Löchern hervortreten, beobachtete somit wenigstens den Beginn der Pollenschlauchbildung. Weiter vermochte Kölreuter den Vorgang nicht zu verfolgen. Der gewonnene Einblick war also nur unvollständig. Da Kölreuter trotzdem, losgelöst von der Erfahrung, weiterschritt, so konnte die von ihm geschaffene Theorie des Befruchtungsvorganges das Wesen des letzteren nicht aufhellen. Nach Kölreuter findet die Befruchtung schon auf der Narbe statt, indem sich die dort befindliche Flüssigkeit, die er für den weiblichen Zeugungstoff hielt, mit der öligen, männlichen Flüssigkeit des Pollenkorns vermische. Diese Mischung werde von der Narbe und dem Griffel aufgesogen und gelange dadurch in den Fruchtknoten, um dort in den Samenanlagen die Keimlinge zu erzeugen.

Den Schleier von diesem für das Verständnis der organischen Welt grundlegenden Vorgang zu lüften, gelang erst den vereinten, mühevollen Anstrengungen zahlreicher Forscher des 19. Jahrhunderts.

Die weiteren Untersuchungen Kölreuters befaßten sich mit der Frage, wie viel Pollenkörner zur Befruchtung nötig seien. Er wies nach, daß ein einziges Pollenkorn genügt, um einen einsamigen Fruchtknoten zu befruchten. Daraus schloß Kölreuter, daß die Zahl der für die Befruchtung nötigen Staubkörner im Verhältnis zu den in der Blüte vorhandenen Staubkörnern sehr gering sei. Er bewies dies durch folgenden Versuch. In einer Blüte von Hibiscus venetianus zählte Kölreuter 4863 Pollenkörner. Die Samenkapsel dieser Pflanze enthält aber bei der vollkommenen natürlichen Befruchtung nur etwa 30 Samen. Um letztere zu erzeugen, waren 50-60 Staubkörner erforderlich. Übertrug Kölreuter die zehnfache Menge auf die Narbe der Pflanze, so erhielt er deswegen nicht mehr und auch nicht etwa vollkommenere Samen. Man sieht, es waren ins kleinste gehende und dennoch für das Verständnis des Befruchtungsvorganges höchst wichtige Versuche, die wir Kölreuter verdanken.

Kölreuter erörtert darauf die Möglichkeit, daß der Pollen der einen Art auf die Narbe der anderen gelange, erklärt aber als echter Naturforscher sofort, daß über den Erfolg einer solch widernatürlichen Vermischung nur der Versuch entscheiden könne. Von vornherein nimmt Kölreuter an, daß diese Vermischung etwas Außergewöhnliches sei. Die Natur, meint er, die jederzeit auch bei scheinbarer Unordnung die schönste Ordnung beobachte, habe dieser Verwirrung bei den Tieren außer durch andere Mittel besonders durch die natürlichen Triebe vorgebeugt. Man müsse daher annehmen, daß die Natur bei den Pflanzen, bei denen der Wind und die Insekten zu einer widernatürlichen Vermischung häufig Gelegenheit gäben, den Wirkungen dieser Vermischung durch ebenso sichere Mittel ihre Kraft zu benehmen gewußt habe. Am ehesten werde diese Vermischung in den botanischen Gärten vorkommen können, besonders wenn die Pflanzen dort so geordnet wären, daß die ähnlichsten am meisten benachbart seien – bei einer Gruppierung nach dem natürlichen System würden wir heute sagen.

Die erste Bastardierung gelang nach vielen vergeblichen Versuchen im Jahre 1760 an zwei Tabaksarten. »Weil ich schon lange von dem Geschlecht der Pflanzen überzeugt war,« sagt Kölreuter[146] darüber, »und an der Möglichkeit einer Bastarderzeugung niemals gezweifelt hatte, so ließ ich mich durch nichts abhalten, Versuche darüber anzustellen, in der Hoffnung, daß ich vielleicht einmal so glücklich sein würde, eine Bastardpflanze zu Wege zu bringen. Ich habe es endlich auch bei der Nicotiana paniculata und der Nicotiana rustica soweit gebracht, daß ich mit dem Pollen der ersteren den Stempel der anderen befruchtet, vollkommene Samen erhalten und aus diesen noch in demselben Jahre junge Pflanzen gezogen habe.«

Da Kölreuter diesen Versuch bei vielen Blumen zu verschiedenen Zeiten und mit aller nur möglichen Vorsicht angestellt und jedesmal vollkommenen Samen erhalten hatte, waren jeder Irrtum und die Möglichkeit eines Versehens ausgeschlossen. Einen weiteren Beweis, daß die künstliche Bastardierung gelungen sei, brachte die Aussaat der durch jene Versuche erhaltenen Samen.

Kölreuter bemerkte nämlich zu seiner größten Genugtuung, daß die aus dem Samen des Bastards gezogenen Pflanzen nicht nur in der Ausbreitung ihrer Äste und der Farbe der Blumen, sondern auch bezüglich fast aller zur Blume gehörenden Teile die Mitte zwischen beiden Stammarten innehielten. Dieses Ergebnis war mit der im 18. Jahrhundert von vielen gehegten, unter dem Namen der Evolutionstheorie bekannten Lehre, daß die Embryonen fertig in den weiblichen Organen vorhanden seien und es zu ihrer Belebung nur eines Anstoßes durch den Pollen oder Samen bedürfe, wie auch Kölreuter hervorhebt, ganz unvereinbar. Durch seine Versuche, meint er mit Recht, sei die alte aristotelische Lehre von der Erzeugung durch zweierlei Zeugungsstoff vollkommen bestätigt.

In einem Punkte zeigte der Bastard jedoch ein bemerkenswertes Verhalten. Seine Staubgefäße waren auffallend klein und enthielten weniger Blütenstaub. Dieser war auch nicht mit Flüssigkeit gefüllt, sondern bestand aus leeren Bälgen, die eine Befruchtung nicht hervorzurufen vermochten. »Es ist also«, ruft Kölreuter aus[147], »diese Pflanze im eigentlichen Sinne ein wahrer und, soviel mir bekannt, der erste botanische Maulesel, der auf künstlichem Wege hervorgebracht worden ist.« Obgleich der Bastardtabak durch seinen eigenen Staub nicht befruchtet werden konnte, gelang es doch, ihn mit dem Pollen seiner Stammarten, sei es die Vater- oder die Mutterpflanze, zu befruchten. In beiden Fällen erhielt Kölreuter vollkommene Samen, wenn auch in einer ungleich geringeren Zahl als bei den nicht bastardierten Pflanzen durch »eine der Ordnung der Natur gemäße Befruchtung« erzeugt werden.

Das Nächstliegende war nun, den Versuch sozusagen umzukehren und die Narbe von Nicotiana paniculata mit dem Pollen der Nicotiana rustica zu bestäuben. Zwar fand auch dieses Mal eine Befruchtung statt; doch waren die erhaltenen Samen kleiner als die natürlichen, und von sechzig dieser künstlich erhaltenen Samen ging nicht einer auf. Indessen übertrafen sie die unbefruchteten Samen, welche man von einer Blume erhält, die überhaupt keinen Pollen empfangen hat, bei weitem. Kölreuter schloß daraus, daß in ihnen trotz ihrer Unfruchtbarkeit doch etwas von einer Befruchtung und etwas von einem darauf erfolgten Wachstum vor sich gegangen sein müsse.

Daß Pflanzenbastarde möglich seien, hatte Linné aus »philosophischen Gründen« angenommen, ohne je ein Experiment nach dieser Richtung zu machen. So leitete er eine Veronikaart von zwei anderen Arten derselben Pflanze ab, nur weil alle drei Formen in demselben Gebiet vorkamen. Die Gattung Saponaria sollte durch Bestäubung mit dem Pollen einer Gentiana, eine Actaeaart, mit Rhus toxicodendron Bastardformen liefern. Diesen vagen Vermutungen Linnés gegenüber wies Kölreuter durch zahlreiche Versuche nach, daß Bastardpflanzen sich nicht so leicht erzeugen lassen und daß die Bastardierung eine weit größere Ähnlichkeit der betreffenden Arten voraussetzt, als man bisher wohl angenommen hatte. Bei vielen Pflanzen ergab sich trotz ihrer nahen Verwandtschaft bei Kölreuters Bastardierungsversuchen nicht der geringste Erfolg.