Christian Gottlieb Kratzenstein

Christian Gottlieb Kratzenstein (født 30. januar 1723 i Wernigerode, død 6. juli 1795 i København) var en tysk naturforsker og lege som i storparten av sitt liv arbeidet ved Universitetet i København hvor han i flere perioder var rektor. Han er spesielt kjent for sine undersøkelser av elektrisitetens bruk innen medisinen, utvikling av en mekanisk talemaskin og for den første lærebok i eksperimentell fysikk i Danmark-Norge.

Biografi
Kratzenstein ble døpt den 2. februar 1723 i Wernigerode i dagens Sachsen-Anhalt, Tyskland og vokste der opp i en borgerlig familie sammen med tre brødre. Faren sørget for at de ble gitt en god utdannelse og godt oppdratt. I årene 1733-42 var han elev ved latinskolen der i byen. Han hadde allerede da gjort seg bemerket ved sin vitebegjærlighet og store leselyst. Spesielt interesserte han seg for de siste oppdagelser innen naturvitenskap og mekanikk.

I 1742 begynte Kratzenstein å studere fysikk og medisin ved universitetet i Halle som på den tiden var meget anerkjent. Han var tidlig blitt interessert i utforskning av elektrisitet og var spesielt opptatt av hvordan den opptrådde i levende organismer. Etter fire år som student mottok han i 1746 doktorgrader både i fysikk og i medisin. Han var da bare 23 år gammel. Etter to år som privatdozent, ble han i 1748 valgt inn i vitenskapsakademiet Leopoldina med sete i samme by.

På den tiden hadde Kratzenstein fått et så godt internasjonalt ry at han i 1748 ble kalt til vitenskapsakademiet i St. Petersburg. Der hadde Leonhard Euler arbeidet, men hadde i mellomtiden antatt en stilling ved vitenskapsakademiet i Berlin. Han hadde tidligere korrespondert med Kratzenstein. Det er rimelig å anta at Euler var aktivt involvert i denne kallelsen.

I sin nye stilling arbeidet Kratzenstein med å forbedre utstyret som ble brukt til navigasjon på havet.  Dette fikk han i 1752 til å gjenomføre en ekspedisjon med båt fra Arkhangelsk langs norskekysten tilbake gjennom Kattegat og Østersjøen til St. Petersburg hvor de ankom om høsten, samme år. Etter en stopp på reisen i København aksepterte han et tilbud fra universitet der i byen og ble høsten 1753 utnevnt til professor i eksperimentalfysikk og medisin. Samme år ble han opptatt i  Videnskabernes Selskab. Denne byen ble hans hjemsted for resten av livet.

Kratzenstein markerte seg snart som en engasjert foreleser som tiltrakk seg et stort publikum, både studenter og interesserte personer fra borgerskapet.  Forelesningene omhandlet en rekke temaer som strakk seg fra læren om dyr og planter, geologi, fysiologi til kjemi og fysikk. På den tiden var det ofte uklare grenser mellom disse forskjellige disiplinene. De offentlige forelesningene tok han seg betalt for, noe som var vanlig på den tiden. Da han døde, hadde han spart opp 12000 riksdaler som var blitt testamentert til universitetet. Noen år senere gjorde disse midlene det mulig for Hans Christian Ørsted å bygge opp sitt eget laboratorium for fysiske eksperimenter.

Hans innsats ved universitetet styrket det akademiske liv og betydde på mange måter en faglig fornyelse. Selv om det var astronomer i København som gjorde observasjoner i Rundetårn, var det Kratzenstein som tok initiativet i forbindelse med de viktige Venus-passasjene i 1761 og 1769. Til støtte for undervisningen skrev han en lærebok i eksperimentalfysikk. Den kom ut i flere opplag på tysk, dansk, fransk og latin. Disse forskjellige initiativene resulterte i at han ble valgt til rektor i fire perioder.

Under sitt virke i København beholdt han kontakten med sine gamle kollegaer i St. Petersburg. Der ble det utlyst i 1778 en prisoppgave som gikk ut på å vise hvordan vokalene A, E, I, O og U kan uttales av en mekanisk innretning. Euler hadde tidligere vært interessert i forstå hva som ligger bak menneskelig tale og oppgaven kan tyde på at han sto bak formuleringen. Kratzenstein løste oppgaven ved å bygge det som senere er blitt kalt et «vokalorgel» som vant første pris i 1780. Dette representerer et av de første bidrag til moderne talesyntese.

Gjennom sitt mangesidige virke og temperament kom Kratzenstein ofte i konflikt med andre i det akademiske miljøet. I tillegg ble han stadig oftere plaget av sykdommer som kan skyldes skadelige stoffer som oppsto ved kjemiske eksperimenter. Etter hans hustru Anna Margrethe Hagen som han hadde fire barn med, døde i 1783, søkte han aktivt etter en ny og giftet seg året etter med Anna Maria Thuun fra Hamburg. Ved den store brannen i København i 1795 mistet han storparten av sine eiendeler og vitenskapelige utstyr. Han flyttet ut til Frederiksberg hvor han døde en måned senere. I stillingen ved universitetet ble han etterfulgt av Arent Aasheim.

Viktige bidrag

Kratzenstein var en polymath og en typisk representant for opplysningstiden. Nye idéer og oppdagelser var i ferd med å skape et nytt verdensbilde. Observasjoner og eksperimenter skulle erstatte gamle dogmer og overtro. Dette preget hele hans virke som i stor grad var drevet av nysgjerrighet i mange forskjellige retninger. Han utmerket seg mer ved praktiske undersøkelser og bygging av instrumenter enn skaper av teoretisk innsikt som skulle overleve hans egen tid.

Kropp og sjel

Som student i Halle gjorde Kratzenstein seg bemerket ved sitt første verk Beweis, dass die Seele ihren Körper baue i 1743. Dette var representativt for den filosofiske diskusjon som på den tiden preget det akademiske miljøet ved universitet. Han behandlet her spørsmålet om hvor i kroppen sjelen befinner seg og hvordan man kan forstå levende vesen som fortsetter å fungere etter amputasjoner eller andre forandringer i kroppen. Hvis også dyr hadde en sjel, måtte en også kunne forklare hvordan denne forholdt seg i en ny  polypp som kan fullt utvikles fra en mindre del av en eksisterende polypp. Disse spørsmålene fortsatte å interesse han i de følgende årene mens han var i Halle der han undersøkte parasitter i menneskekroppen som for eksempel bendelormer.

Samtidig med disse studiene vant han med avhandlingen Abhandlung von dem Aufsteigen der Dünste und Dämpfe i 1744  en priskonkurranse utlyst av vitenskapsakademiet i Bordeaux. Her kommer hans interesse for fysikk frem ved å gi en mer mikroskopisk forklaring på det som i dag omtales som gasser og vanndamp. Han estimerte at en vanndråpe vil gå over til fem hundre millioner mindre bestanddeler ved fordampning.

Elektrisitet og elektroterapi

Allerede som elev ved latinskolen i Wernigerode hadde Kratzenstein blitt kjent med elektrisérmaskiner og sett hvilke virkninger elektrisk strøm kunne ha. Denne interessen videreførte han i sine studier i Halle med tanke på hvordan disse nye fenomenene kunne brukes i legevitenskapen. Sine synspunkt sammenfattet han i 1744 under tittelen 
Abhandlung von dem Nutzen der Electricität in der Arzeneiwissenschaft. Gjennom eksperiment og observasjoner hadde han sett hvordan strøm kunne påvirke puls og svette til kroppen. Likedan foreslo han at slike elektriske utladninger kunne helbrede forskjellige nevrologiske lidelser. Disse idéene ble senere videreutviklet av andre og benyttes i dag på forskjellige måter under samlebegrepet «elektroterapi».

Kratzensteins undersøkelser og idéer rundt elektrisitetens virkning på den menneskelige kropp har ført til spekulasjoner at han kunne være model for den fiktive doktor Frankenstein i boken av samme navn skrevet av Mary Shelley noen tiår senere.

To år senere skrev han en mer teoretisk avhandling Theoria electricitatis mores geometrica explicata om elektrisitetens vesen. På denne tiden gjorde han målinger for å bestemme hvordan den elektriske kraften mellom to ladninger avtok med avstanden. Videre argumenterte han for at den elektriske strøm skyldes bevegelse av to forskjellige fluider som i dag blir forklart ved bevegelse av postive og negative ladninger. Selve ladningene skulle være hvirvler i disse væskene. Dette var på samme tid som Benjamin Franklin forklarte de samme observasjonene basert på bare en slik elektrisk væske, men hvor negativ ladning oppsto som et underskudd av postiv ladning. 

Sammen med et tilsvarende verk om kroppens forskjellige fluider og deres egenskaper, mottok Kratzenstein i 1746 både en doktorgrad i fysikk og en i medisin.

Navigasjon
Under de fem årene ved vitenskapsakademiet i St. Petersburg var Kratzenstein i stor grad opptatt med å forbedre utstyr og metoder for navigasjon på havet. Kompass ble forsøkt gjort mer pålitelige, astronomiske observasjoner skulle bli mer presise sammen med mer nøyaktige klokker til bruk på skip i åpen sjø for bestemmelse av lengdegrad. 

På reisen fra Arkhangelsk 1753  ble disse nye instrumentene utprøvet med det resultat at han fant norskekysten på eksisterende kart liggende 20 danske mil (150 km) for langt mot øst. Dette synes å være i konflikt med at klokkene han hadde benyttet, ikke var ikke gode nok for en slik bestemmelse av lengdegrader.  Så sent som i 1793 mottok han en pris fra vitenskapsakademiet i St. Petersburg for disse målingene samt magnetiske observasjoner gjort underveis på samme reise.

Venus-passasjer

Etter den første, observerte venuspassasjen i 1619, hadde Edmond Halley overbevist det astronomiske miljøet om betydningen av de to neste passasjonene i 1761 og 1769. Også i de nordiske landene var det stor interesse for dette skjeldne fenomenet. I København var det astronomene tilknyttet observatoriet i Rundetårn som formelt skulle lede disse undersøkelsene. Men det var Kratzenstein som best forsto betydningen av disse og presenterte i en offentlig forelesning våren 1761 både det teoretiske grunnlaget for de nødvendige observasjonene og egnete steder hvor disse kunne foretas. 

For den første passasjen samme år forsto han betydningen av at disse ble foretatt langt mot nord og organiserte en ekspedisjon til Trondheim bestående av to studenter, den senere astronom og landmåler Thomas Bugge som da var 20 år gammel samt Urban Bruun Aaskow som studerte medisin og var enda yngre. Grunnet dårlig vær i Trondheim fikk deres målinger liten betydning. Derimot var værforholdene gode i København, men der ble observasjonene i Rundetårn mislykket grunnet unøyaktige klokker.

Passasjen sommeren 1769 ville skje om natten på sørlige breddegrader og kunne derfor ikke så lett observeres der. Men langt nok mot nord var det midnattsol som åpnet opp for at kongeriket Danmark-Norge kunne bidra med viktige observasjoner. Det ble derfor med et kongelig dekret fra Christian VII etablert en ekspedisjon til Vardø hvor en målestasjon skulle etableres ved festningen der. Men i denne prosessen ble Kratzenstein tilsidesatt ved at ekspedisjonen skulle ledes av den ungarske astronomen Maximilian Hell. Hans målinger der viste seg å få stor betydning. 

En skuffet Kratzenstein hadde i mellomtiden arrangert en privat ekspedisjon til Trondheim. Underveis dit med båt, havarerte han og måtte svømme i land. Han nådde såvidt frem i tide, men igjen resulterte dårlig vær i at det ikke ble noe av observasjonene.

Talesyntese
Den fysiske forklaringen av lydbølger ble etablert på midten av 1700-tallet med Leonhard Euler som en sentral skikkelse. Fra 1766 var han igjen ansatt ved vitenskapsakademiet i St. Petersburg. I et skrift fra 1773 undret han seg hvordan tale kunne fremkomme ved strømning av luft gjennom stemmebånd og munnhule. Et ubesvart spørsmål var sammenhengen mellom toner og det lydbildet som forbindes med menneskelig tale. Euler tenkte seg at det kunne være mulig å bygge et slags musikalsk instrument hvor man kunne generere de forskjellige bokstavene etter hverandre i et vilkårlig ord slik at dette kunne oppfattes og forstås på riktig måte. En mulighet var å forbedre det som ble kalt «vox humana» på mange orgel. Dette ville da være en «talemaskin» eller en slags mekanisk synthesizer. Han pekte på at uttale av vokalene var av sentral betydning.

Kratzenstein hadde fulgt nøye med i denne utviklingen. Fra hans lærebøker i eksperimentalfysikk går det frem at han hadde en god forståelse av lyd. Han var fremdeles i kontakt med Euler og hadde allerede fra 1770 vært engasjert i å forstå de samme spørsmålene rundt syntetisk tale. Det er derfor kanskje ikke overraskende at når vitenskapsakademiet i St. Petersburg utlyser en prisoppgave i 1778, så gjelder den akkurat dette tema som de begge to var opptatt av. Den første delen gjaldt å forklare forskjellen i lydkvaliteten mellom vokalene A, E, I, O og U, mens den andre delen etterlyste en innretning som kunne generere disse lydene.

Ved den endelige vurdering av de innkomne oppgaver i 1780 fikk Kratzensteins «vokalorgel» første pris. Hans besvarelse Tentamen resolvendi problema ble publisert året etter. Den besto først av en mer fysiologisk del som beskrev hans syn på hvordan tale kunne oppstå i munn og svelg. Her kom hans medisinske bakgrunn godt til nytte. Den andre delen gikk på hvordan han konstruerte en slags orgelpipe for hver av de fem vokalene. Den besto av en resonator med en bestemt form som skulle etterligne munnhulen ved uttale av denne bokstaven. Selve lyden ble generert av en fritunge i motsetning til hva som da ble benyttet i vanlige orgel.

Denne mekaniske innretningen ble demonstrert i St. Petersburg til akademiets tilfredshet, men gikk etter kort tid til grunne. Men bruken av fritunger i musikalske instrument ble senere utbredt som i munnspill, trekkspill, harmonium og bandoneon. Det er uklart hvordan Kratzenstein fikk idéen å bruke fritunger, men de hadde tidligere blitt benyttet i det kinesiske instrumentet sheng.

Referanser

Eksterne lenker
 C. Korpiun, Akustik des Sprechens, Universität Duisburg-Essen.
 C. Korpiun, Kratzenstein-Resonatoren, Universität Duisburg-Essen.
 R.M. Solhaug, Jesuitt ville se Venus i Vardø, forskning.no (2004).

 
Danske fysikere
Tyske fysikere
Professorer ved Københavns Universitet
Medlemmer av Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab
Personer fra Landkreis Harz