amo

Die Entwicklung der Naturwissenschaften im 18. Jahrhundert

In einer Veröffentlichung der Londoner wissenschaftlichen Gesellschaft, der »Royal Society«, beklagte sich 1698 der deutsche Philosoph, Mathematiker und Physiker Gottfried Wilhelm von Leibniz (* 1646, † 1716) bitter über den »gegenwärtigen unfruchtbaren Zustand der Philosophie«, zu der damals auch die Physik gehörte. Es lässt sich heute nicht mehr feststellen, warum Leibniz den größten damaligen Physiker und Mathematiker, den Engländer Isaac Newton (* 1643, † 1727), nicht ausdrücklich von diesem Vorwurf ausnahm. Dessen 1687 erschienenes Hauptwerk »Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie«, in dem die Bewegung der Himmelskörper unter dem Einfluss ihrer Gravitationsanziehung, und damit der Bau des Planetensystems, endgültig geklärt worden war, hatte Leibniz schon 1689 vorgelegen. Fasste Leibniz seinen Konkurrenten Newton mehr als Mathematiker auf, weil er der »physikalischen« Frage nach der Ursache der Gravitation ausgewichen war und so wieder nur ein Rechenmodell vorgelegt habe, oder deutete sich schon der Prioritätsstreit an, ob Leibniz oder Newton zuerst die Infinitesimalrechnung erfunden hätte? Oder traute er dem kranken Newton, der doch drei Jahre später seine Aufsehen erregende »Optik« veröffentlichen sollte, keine neuen wissenschaftlichen Beiträge mehr zu? Fest steht, dass Leibniz, abgesehen von Newton, mit seinem Urteil bis in das erste Drittel des 18. Jahrhunderts recht behalten sollte; vor allem, was Deutschland betraf. Stagnierende Naturwissenschaft
Es mag sein, dass der Aderlass durch den »Dreißigjährigen Krieg« noch nicht überwunden war. Auch die Verhärtung der Lehrmeinungen in den katholischen und protestantischen Ländern mag eine Rolle gespielt haben und der Kreativität – dem schöpferischen Einfallsreichtum der Forscher – wenig Raum gelassen haben. Die protestantischen Astronomen hatten es allerdings etwas einfacher gehabt als ihre katholischen Kollegen, weil für sie das päpstliche Verbot der Lehre des Kopernikus (Erde und Planeten kreisen um die Sonne) nicht galt. Schon der vorsichtige französische Philosoph Rene Descartes (* 1596, † 1650), dessen umfassendes, aber noch rein auf Spekulationen aufbauendes Weltsystem bis zum Anfang des 18. Jahrhunderts überall als verbindlich galt, hatte gezeigt, wie man sich um dieses Verbot herummogeln konnte, wenn man nur die kopernikanische Reform als rein gedankliche Konstruktion hinstellte: So konnte selbst in streng katholischen Ländern solide, wenn auch wenig bahnbrechende Arbeit in der Astronomie geleistet werden. An der Universität Ingolstadt hatte es sogar schon 1726 der heute vergessene Jesuit Nicasius Grammatici gewagt, auf Grund der Newtonschen Erkenntnisse offen für das kopernikanische Weltsystem mit der Sonne (statt der Erde) im Mittelpunkt einzutreten, lange bevor 1757 das kirchliche Verbot wieder aufgehoben wurde. Vielleicht lag der Grund für die ›Krise‹ der Naturwissenschaften auch in der allgemein schlechten wissenschaftlichen Ausbildung der Jugend. Vornehmen Adels- und Bürgersöhnen schien es oft wichtiger, die »galanten Künste« und den Tanz zu beherrschen als die Gesetze der Mathematik und Physik. Dennoch bestand im Adel und im gehobenen Bürgerstand sowie in den Klöstern ein reges Interesse an den Naturwissenschaften. Auch in Deutschland hatten ja die Newtonschen Ideen zum Bau des Weltalls und zur Optik wie eine Bombe in den Studierstuben und in den Salons vornehmer Bürger- und Adelshäuser eingeschlagen, wenn auch mit einiger Verzögerung: Der Franzose Bernard le Bovier de Fontenelle (* 1657, † 1757), bis zu seinem Lebensende ein engagierter Vertreter von Descartes und Gegner Newtons, hatte noch 1686 ein populärwissenschaftliches Buch über die »Vielzahl der Welten« geschrieben, das 1727 von Johann Christoph Gottsched auch ins Deutsche übersetzt wurde. Da war immer noch die Rede von den »Ätherwirbeln«, die die Planeten um die Sonne herumschleudern sollten. Es war eine »emanzipierte« Frau, Voltaires Geliebte, die Marquise du Chätelet, die 1738 gemeinsam mit Voltaire Newtons Werk in vereinfachter Form ins Französische übersetzte und so auf dem Kontinent bekannt machte. 1745 erschien die deutsche Übersetzung von Graf Algarotis »Newtons Weltwissenschaft für das Frauenzimmer«, 1756 Lavinis »Newtons Lehre in Sonetten«. Der Elsässer Physiker und Astronom Johann Heinrich Lambert gab 1761 in Augsburg seine »Kosmologischen Briefe über die Einrichtung des Weltbaus« heraus, und kein Geringerer als der berühmte Schweizer Mathematiker Leonhard Euler (* 1707, † 1783) veröffentlichte 1768/72 seine populärwissenschaftlichen »Briefe an eine deutsche Prinzessin über einige Themen der Physik und Philosophie«, allerdings in Französisch, der Sprache der gebildeten Stände. Wissenschaft war interessant, soweit sie in den Salons der vornehmen Gesellschaften bestehen konnte. Die Fürsten hielten sich noch immer Astrologen, »Goldmacher« und »Perpetuummobilisten«, weil sie sich guten Rat, Hilfe aus ihrer Finanznot oder einfach Unterhaltung oder Prestige versprachen. So wurde zwar kein Gold gefunden, aber gelegentlich doch ein neuer Stoff, wie das Meißner Porzellan, das angeblich der bedauernswerte Johann Friedrich Böttger 1708 als Gefangener des Kurfürsten August II. von Sachsen entdeckte, wahrscheinlich aber der Physiker Ehrenfried von Tschirnhaus (* 1651, † 1708). Nicht alle Fürsten wurden so betrogen wie der Landgraf Karl von Hessen-Kassel, der sich um 1720 mehrere Jahre lang von einem »Magister Orffyreus« narren ließ, der wegen seines Perpetuum Mobile gefeiert wurde, bis schließlich eine Magd den verborgenen Antrieb im Nachbarzimmer aufdeckte. Akademien und naturforschende Gesellschaften
Mit dem Verfall der Universitäten hatte sich die wissenschaftliche Tätigkeit nach italienischen und französischen Vorbildern auf wissenschaftliche Gesellschaften, sogenannte »Akademien«, verlagert. Die älteste noch bestehende wurde schon 1652 in Schweinfurt von interessierten Ärzten unter dem Namen »Academia Naturae Curiosorum« (Akademie der Naturforscher) gegründet, aus der dann die heutige »Leopoldinisch-Carolinische Deutsche Akademie der Naturforscher« mit Sitz in Halle wurde. Ebenso wie in München mit seiner »Nutz- und Lust erweckenden Gesellschaft der Vertrauten Nachbarn am Isarstrom« von 1702 entstanden an vielen Orten Gesellschaften interessierter Laien und Wissenschaftler, in Maßen gefördert durch die jeweiligen Landesherren. Sie alle erreichten – vielleicht wegen der staatlichen Zersplitterung – nie die Bedeutung ihrer ausländischen Vorbilder. Am ehesten mithalten konnte noch die auf Betreiben von Leibniz 1700 in Berlin gegründete »Preußische Akademie der Wissenschaften«. Es war Friedrich der Große, der so bedeutende Wissenschaftler nach Berlin berief wie den Philosophen Voltaire (* 1694, † 1778), die Mathematiker und Physiker Pierre Louis Moreau de Maupertuis (* 1698, † 1759) und Joseph Louis de Lagrange (* 1736, † 1813) aus Frankreich und den Mathematiker, Physiker und Astronomen Leonhard Euler (* 1707, † 1783) aus der Schweiz. Mitgetragen vom Interesse der Öffentlichkeit setzte sich bis zur Jahrhundertmitte die Newtonsche Lehre vom Bau des Weltalls durch. Nicasius Grammatici berechnete in Ingolstadt die Mondorte im Vergleich zu den Fixsternpositionen nach der Newtonschen Methode, und der damals bedeutendste Astronom, Tobias Mayer (* 1723, † 1762) aus Göttingen, gewann 1753 einen Preis des britischen Längenamtes für ein Verfahren zur Bestimmung der Schiffspositionen, das auf ähnlichen Rechnungen Eulers aufbaute. Antriebe, wie die Erfordernisse der Schifffahrt bei der Erweiterung der Kolonien oder die Mechanisierung des Bergbaus, die englische Wissenschaftler und Praktiker herausforderten und die schließlich zur Erfindung der Dampfmaschine führten, spielten allerdings in Deutschland eine geringe Rolle. Auf dem Festland wurden mehr die theoretischen Zweige der Wissenschaft fortentwickelt, die Mathematik und die theoretische Mechanik. Newton hatte seine Mechanik auf dem modernen Begriff der »Kraft« aufgebaut. Lagrange und Maupertuis in Berlin, wie auch Euler in Berlin bzw. Petersburg entwickelten dagegen »übergeordnete« Prinzipien, die sich noch im 20. Jahrhundert bei der Entwicklung der Quantentheorie bewährten, aber auch zur Erfindung des Energiebegriffs und zur Entdeckung des Energieerhaltungssatzes führten. Weltsystem Newtons
Der Fall eines Apfels und die ständige Richtungsänderung des um die Erde kreisenden Mondes sollten dieselbe Ursache haben, die Newton Gravitationskraft nannte. Diese sollte umgekehrt zum Quadrat der Entfernung abnehmen. Aus diesem Kraftgesetz ließen sich die Keplerschen Gesetze und damit die wirklichen Planetenbahnen herleiten, ebenso Störungen dieser Bahnen durch die Anziehung der Planeten untereinander, und auch die Fallgeschwindigkeit von Körpern auf der Erdoberfläche. Die Trennung zwischen himmlischen und irdischen Bewegungen war so aufgehoben: beide genügten denselben Gesetzen. Energieerhaltungssatz
Ein grundlegender Erfahrungssatz der Physik, nach dem sich die Gesamtenergie »abgeschlossener Systeme« im Laufe der Zeit zwar aus veränderlichen Anteilen verschiedener Energieformen zusammensetzen kann, aber insgesamt von unveränderlicher Größe ist. Der Energieerhaltungssatz verbietet z. B. das Vorkommen eines Perpetuum Mobile und gestattet es, das Endergebnis von Vorgängen vorauszusagen, ohne die Vorgänge im einzelnen zu kennen. Lehre des Kopernikus
Die Planeten und die Sonne kreisen nicht mehr wie bei Ptolemäus und Aristoteles um die feststehende Erde, sondern die Planeten einschließlich der Erde rotieren um die Sonne. Die Erde dreht sich zusätzlich einmal täglich um ihre Achse.
Die Welt: ein Uhrwerk
In Newtons Weltsystem hatte Gott noch die wesentliche Aufgabe gehabt, die Bahnen der Himmelskörper stabil gegen Störungen zu halten. Newtons Nachfolger, Jean le Rond d’Alembert (* 1717, † 1783) und Pierre Laplace (* 1749, † 1827) in Paris und Euler hatten seit etwa 1740 herausgefunden, dass die Planetenbahnen auch ohne unmittelbares Eingreifen Gottes stabil bleiben sollten. Laplace war sogar soweit gegangen zu behaupten, alles würde so vorbestimmt ablaufen, dass im Prinzip ein »Laplacescher Dämon« alle zukünftigen Vorgänge in der Natur exakt vorausberechnen könnte, wenn ihm nur der jetzige Zustand aller Teile der Welt bekannt wäre. Die Philosophen und Physiker der Aufklärung sahen jetzt die Welt als kompliziertes Uhrwerk an. Der Glaube an die Macht der Mathematik war so groß, dass der große Euler ohne Selbstkritik offensichtlichen physikalischen Unsinn veröffentlichen konnte, als er etwa behauptete, ein in einen Schacht durch den Erdmittelpunkt fallender Stein würde im Erdmittelpunkt umkehren. Voltaire ließ es sich nicht nehmen, ihn deshalb zu verspotten. Und wäre nicht der Energieerhaltungssatz vergessen worden, den im Grunde genommen schon Leibniz gekannt hatte, hätte Euler für die Springbrunnen Friedrichs des Großen nicht erst durch eine aufwendige Rechnung herausfinden müssen, dass sich mit Pumpen keine Höhe gewinnen lässt, wenn das Wasser selbst die Pumpen antreibt. Fortschritte in der Mathematik und Astronomie
Als Mathematiker war Euler jedoch hervorragend. Er entwickelte die Differential- und Integralrechnung von Leibniz und Newton weiter, erfand zusammen mit Lagrange die Variationsrechnung und leistete Beiträge zur Theorie der Differentialgleichungen und Komplexen Zahlen. Als Physiker vertrat er im Gegensatz zu Newton schon eine Wellenlehre des Lichts, er erklärte die Strömung von Flüssigkeiten und die Bewegung von Kreiseln und Kometen. Der Königsberger Philosoph Immanuel Kant (* 1724, † 1804) versuchte 1755, die Entstehung des gesamten Weltalls rein mechanisch durch die Annahme zu verstehen, dass sich kleinste Teilchen durch ihre Gravitationsanziehung zu Planeten, Sternen, Milchstraßen und Milchstraßenhaufen zusammengeballt haben sollten. Laplace gestaltete dieses Modell 1796 noch weiter aus. Neue leistungsfähige Fernrohre ermöglichten jetzt den Blick über unsere Milchstraße hinaus. Der Hannoveraner Wilhelm Herschel (* 1738, † 1822) war als Musiker mit der Hannoveraner Garde nach England gelangt, dort aber bald durch seine ausgezeichneten Riesenteleskope, durch die Entdeckung des Planeten Uranus und durch seine Verzeichnisse von Sternen, Sternhaufen und kosmischen Nebeln bekannt geworden. Auch in Mannheim war damals ein Herschelteleskop in Gebrauch. Elektrischer Zeitvertreib
Die Wissenschaft, die so richtig in dieses nach Schaueffekten gierende Zeitalter des Rokoko passte, war die Elektrizitätslehre. An ihren Anfängen hatten deutsche Physiker mit Ausnahme von Otto von Guericke (* 1602, † 1686) wenig Anteil. Engländer erfanden eine Elektrisiermaschine zur Erzeugung hoher Spannungen, entdeckten Leiter und Nichtleiter. Der Franzose Du Fay (* 1698, † 1739) behauptete die Existenz zweier »Arten von Elektrizität«, positiver und negativer. Professoren der Universität Leipzig ahmten wie viele andere die Experimente nach und entwickelten sie fort. Fürsten, Geistliche, Studenten und zahlreiche Besucher der Leipziger Messe ließen sich im Hause der Professoren vom »elektrischen Zeitvertreib« unterhalten. Alle noch heute üblichen Demonstrationsversuche zur Elektrostatik wurden damals erfunden. Der Jurist Ewald Jürgen von Kleist (* 1700, † 1748) entwickelte 1745 in Pommern die sogenannte »Leidener Flasche« zum Speichern von elektrischen Ladungen, noch vor Pieter van Musschenbroek aus Leiden. Man kann sich vorstellen, welch hinreißendes Schauspiel es war, als der Danziger Bürgermeister Daniel Gralath 1746 zwanzig Personen gleichzeitig einen elektrischen Schlag versetzte, oder als der Pariser Abbe Nollet mehrere hundert Kartäusermönche auf dieselbe Weise gleichzeitig in die Luft springen ließ. Der »elektrische Kuss« des Leipziger Professors Georg Mathias Bose (* 1710, † 1761), bei dem von einem isoliert stehenden, elektrisch geladenen jungen Mädchen bei der Begrüßung elektrische Funken übersprangen, erheiterte die Damen und Herren, nur nicht die Leidtragenden, die angeblich manchen Zahn verloren. Johann Carl Wilke (* 1732, † 1796) aus dem damals schwedischen Wismar erklärte die Influenz als Ladungsverschiebung in elektrisch neutralen Körpern. Nachdem der amerikanische Naturforscher und Politiker Benjamin Franklin (* 1706, † 1790), der maßgeblich an der Unabhängigkeitserklärung und der Verfassung der USA mitwirkte, 1752 den Blitzableiter erfunden hatte, experimentierte auch der Göttinger Physiker Georg Christoph Lichtenberg (* 1742, † 1799) mit der »Luftelektrizität«, verbesserte den Blitzableiter, erfand den später so genannten »Faradayschen Käfig« und entdeckte die »Lichtenbergschen Staubfiguren« zur Unterscheidung positiver und negativer »Elektrizität«. Auch die Symbole » + « und » – « für die elektrischen Pole stammen von ihm; dennoch ist Lichtenberg mehr durch seine geistreichen Sprüche, seine »Aphorismen«, bekannt geblieben. Die meisten der damaligen Physiker sind heute vergessen, auch jener Ingolstädter Jesuit Matthias Gabler (* 1736, † 1805), der mit seinen Experimenten fast schon dem Induktionsgesetz und dem Begriff des elektrischen Feldes nahekam, durch das später der Engländer Michael Faraday (* 1791, † 1867) berühmt wurde. Aus den Gerätesammlungen der Experimentatoren entstanden bald die Physikalischen Kabinette, aus denen sich später die Physikalischen Institute als wichtigste Forschungsstätten entwickelten. Im sparsamen Einsatz von Messgeräten, die es kaum gab, ähnelte damals die Experimentalphysik aber noch der Chemie. Ein deutscher Chemiker verwirrt die Welt
Nach erstaunlichen Erfolgen in der Entwicklung der chemischen Labortechnik durch die Araber und später durch die christlichen Alchimisten des Mittelalters war der Fortschritt der Chemie im 17. Jahrhundert etwas ins Stocken geraten. Obwohl die antike Vorstellung von den vier ›Elementen‹ Erde, Wasser, Luft und Feuer noch nicht überwunden war, hatten doch die »Iatrochemiker« (medizinische Chemiker) in der Nachfolge des Schweizer Arztes Philippus Theophrastus Bombastus von Hohenheim (* 1493, † 1541), Paracelsus genannt, in verschiedenen Abwandlungen auch von den »drei Prinzipien« gesprochen, durch die sich angeblich alle chemischen Umwandlungen erklären lassen: vom »feurigen« oder »salamandrischen« Prinzip, vom Prinzip des »Flüssigen« und vom Prinzip des »Feuerbeständigen und Wasserlöslichen«. Da wurde der Mediziner und Chemiker Georg Ernst Stahl (* 1660, † 1734) von der Universität Halle bekannt, der das »feurige Prinzip« nun »Phlogiston« (»Feuerstoff«) nannte. Er erklärte 1697 die Verbrennung von Metallen als ein Aufspalten des Metalls in seine angeblichen Bestandteile, einen »Metallkalk« (das heutige Oxid) und das »Phlogiston«, das wie ein Gas entweiche. So falsch die Phlogistonlehre auch war, sie erfasste schnell ganz Europa und löste überall Lawinen neuer Experimente aus, die dazu beitrugen, dass nach einem Jahrhundert der Vorgang der Verbrennung wirklich verstanden werden konnte. Der Fortschritt kam durch den Stralsunder Karl Wilhelm Scheele (* 1742, † 1786), der in Schweden 1772 die »Feuerluft« (Sauerstoff) entdeckte. Luft konnte damit kein Element sein, sie musste aus »Feuerluft« und »Faulluft« (Stickstoff) zusammengesetzt sein. Besonders der Privatgelehrte Henry Cavendish (* 1731, † 1810) und der Prediger Joseph Priestley (* 1733, † 1804), beides Engländer, wiesen in vielen Reaktionen auch noch andere Gase nach; sie blieben aber Anhänger der Phlogistonlehre. Die Warnungen des Ingolstädter Pharmazeuten Georg Ludwig Claudius Rousseau (* 1724, † 1794) von 1774 vor diesem »Vorurteil seiner Zeit« wurden überhört. Unter dem Einfluss der durch exakte Messungen nachprüfbaren Physik Newtons begannen auch die Chemiker, Wägungen durchzuführen, namentlich Cavendish und Antoine Laurent Lavoisier (* 1743, † 1794) in Frankreich. Sie und Priestley fanden, dass auch Wasser kein Element sein konnte, sondern aus Wasserstoff und Sauerstoff bestehen musste. Lavoisier war es dann, der bei seinen Messungen bemerkte, dass bei der Verbrennung nicht »Phlogiston« entweicht, sondern Sauerstoff gebunden wird. Damit konnte die theoretische Chemie begründet, der Elementbegriff im modernen Sinn geprägt und die Liste der damals bekannten Elemente auf 32 erweitert werden. Am Vorabend der Französischen Revolution, 1777, verbrannte Madame Lavoisier in einer theatralischen Szene die Bücher Stahls: die Chemie war zur Wissenschaft geworden. Das biologische Wissen wächst explosionsartig
Keine der großen Entdeckungsreisen des 18. Jahrhunderts ging von Deutschland aus. Gelegentlich waren aber doch deutsche Naturforscher beteiligt, wie der Windsheimer Georg Wilhelm Steller (* 1709, † 1746) und der Tübinger Johann Georg Gmelin (* 1709, † 1755), die auf Berings großer Nordlandexpedition in russischem Auftrag die Tier- und Pflanzenwelt Sibiriens und Alaskas erforschten, oder der Danziger Johann Reinhold Forster (* 1729, † 1798) und der Starnberger Schiffsmeister Heinrich Zimmermann, die den Engländer James Cook (* 1728, † 1779) auf seiner zweiten bzw. dritten Weltumsegelung begleiteten. Berings Schiffsexpeditionen
Bürgerlicher Forscher- und Entdeckergeist. Werke des aus Windsheim/Franken stammenden Georg Wilhelm Stoeller gen. Steller, dem. u. a. an Berings Schiffsexpeditionen in den Bereich Nordasiens und Alaskas teilnahm. Das Sammeln, Beschreiben und Klassifizieren der neuentdeckten Tier- und Pflanzenarten war die Hauptaufgabe der Biologen im 18. Jahrhundert, wobei sich besonders der Schwede Carl von Linné (* 1707, † 1778) und der Franzose Georges Cuvier (* 1769, † 1832) hervortaten. Die Zahl der bekannten Pflanzensorten war von etwa 500 im Altertum auf 18 000 in Linnés System angewachsen oder gar auf 50 000 bei Cuvier emporgeschnellt. An dieser Einteilung der Arten hatten Deutsche nur in Spezialgebieten Anteil, wie der Württemberger Joseph Gärtner (* 1732, † 1791), den man den »Linné der Bohnen, Datteln und Weizenkörner« nannte. Allmählich begann man auch das Prinzip der Fortpflanzung bei Pflanzen zu verstehen. Der Tübinger Professor Jacob Camerarius hatte zwar schon 1694 behauptet, auch Pflanzen vermehrten sich geschlechtlich, aber erst 1793 wurde die Befruchtung der Pflanzen durch die Mithilfe von Insekten von dem Brandenburger Christian Konrad Sprengel (* 1750, † 1816) endgültig geklärt. Die Vorgänge bei der Entstehung tierischen Lebens waren noch heißer umstritten. Einerseits hatten die Holländer Leeuwenhoek und Ham schon im 17. Jahrhundert die Spermatozoen des Menschen und der Säugetiere entdeckt. Übereifrige Ärzte glaubten daraufhin mit dem neuen Mikroskop in den Spermatozoen voll ausgebildete Miniaturmenschen zu sehen, sogenannte Homunculi. Im Gegensatz dazu behauptete der Arzt de Graaf 1672, das Säugetierei entdeckt zu haben, aus dem allein jetzt das Leben entstehen sollte. Gemeinsam war beiden Parteien die Vorstellung, dass in einem Vater bzw. einer Mutter alle nachfolgenden Generationen in Kleinformat schon vorgebildet seien. Diese Haltung nahm vor allem der Schweizer Albrecht von Haller (* 1708, † 1777) als Professor in Göttingen ein, doch wurde er schließlich von dem Anatomen Caspar Friedrich Wolff (* 1733, † 1794) in Halle widerlegt. Wolff zeigte, dass sich bei der Entwicklung des Hühnerkükens der Verdauungskanal erst allmählich herausbildet, oder dass in anderen Lebewesen Organe des Embryos wieder verschwinden. Es dauerte bis 1827, bis die Entstehung des Lebens aus der befruchteten Eizelle von Karl Ernst von Baer (* 1792, † 1876) geklärt wurde, und mehr als ein weiteres Jahrhundert, bis die Weitergabe der Erbinformation schließlich verstanden war.

emu