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von
PROFESSOR DER PHYSIK IN BASEL.
LEIPZIG VERLAG VON F. C. W. VOGEL 1871.
DEM THEUREN LEHRER UND GROSSVATER HERRN RUDOLF MERIAN PROFESSOR DER MATHEMATIK IN BASEL GEWIDMET VON VERFASSER UND VERLEGER.
"Die Erklärung der Erscheinungen der unorganischen Natur" ist; die Antwort, die man gewöhnlich erhält, wenn nach der Aufgabe der physikalischen Wissenschaft gefragt wird. So kurz und einfach, vielleicht auch leicht verständlich diese Definition klingen mag, so kann sie doch nur als sehr unvollkommen bezeichnet werden, insofern als das Wort Erklärung erst selbst seiner Bedeutung nach erklärt werden muss.
Es hat dieses Wort zwei verschiedene Bedeutungen, die zwar im gewöhnlichen Leben oft etwas unklar verwischt werden, die jedoch die Wissenschaft scharf auseinander zu halten genöthigt ist; es bedeutet. nämlich "erklären" entweder das Beantworten der Frage warum? oder der Frage: wozu?, das heisst: Die Erklärung giebt entweder das die Erscheinung durch nothwendigen Zusammenhang Bedingende, die Ursache, oder das durch die Erscheinung Beabsichtigte, den Zweck. In der Physik des Alterthums finden wir beide Erklärungsweisen, ja die teleologische, d. h. die Erklärung nach dem Zweck tritt sogar bedeutend in den Vordergrund. So bezeichnet z. B. Aristoteles als die wichtigste und erste Forschung in der Naturlehre das Aufsuchen der Zwecke, deretwegen die Erscheinungen sind oder welche die Erscheinungen hervorbringen. Bei der späteren Entwicklung der Naturwissenschaft hat die teleologische Erklärungsweise im Gebiete der Physiologie eine sehr hervorragende Stellung eingenommen, während
sie bei den physikalischen Wissenschaften immer mehr in den Hintergrund trat und höchstens als decoratives Element bei dem Vortrage oder der Darstellung im Lehrbuche hinzukam. So bemerkte man z. B. am Schlusse der Lehre vom Luftwiderstande, wie gar sehr zweckmässig dieser sei, weil ohne denselben die aus der Atmosphäre fallenden Tropfen eine solche Geschwindigkeit erlangen könnten, dass der Regen, statt die Erde zu befruchten, nur Pflanzen und Thiere beschädigen würde. Ebenso ist es auch jetzt noch beim Schulunterrichte etwas ganz Gewöhnliches, dass, wenn die Eigenschaft des Wassers besprochen wird, bei vier Grad seine grösste Dichtigkeit zu besitzen und deswegen im Winter in der Tiefe unserer Seen nicht unter diese Temperatur hinabzusinken, man dann noch beifügt, wie zweckmässig diese Einrichtung für die Fische sei, damit sie nicht einfrieren.
In der neueren Zeit ist auch bei den Wissenschaften der organischen Natur die Erklärung nach Zwecken immer mehr in Misscredit gekommen, und es wird sehr oft als ein ganz besonderer Fortschritt gerühmt, dass man den veralteten Standpunkt der Teleologie überwunden habe.
Es unterliegt wohl keinem Zweifel, dass es eine Teleologie giebt, die allerdings in der Wissenschaft keine Berechtigung hat, indem sie die Zweckmässigkeit und Nützlichkeit jeder einzelnen Erscheinung hauptsächlich in Beziehung zum Menschen zu ergründen sucht:
Ganz anders gestaltet sich jedoch die Frage, wenn wir einen etwas höheren objectiven Standpunkt einnehmen, wenn wir nicht zu jeder einzelnen Erscheinung gleich den dazu gehörigen Endzweck aufzählen wollen und unser Augenmerk mehr auf die Gesammtheit als das Einzelne richten. Dann allerdings erscheint uns die Natur mit all ihren mannigfaltigen Erscheinungen als ein grossartiger aus vielen einzelnen Steinen und Balken bestehender prächtiger Bau. Jeder Stein ruht auf seiner
Unterlage und stützt den darauf gelegten Stein oder Balken. Betrachten wir die einzelne Erscheinung, die dem Steine gleicht, wie sie bedingt wird und wieder andere bedingt, so erklären wir nach dem Causalzusammenhang von Ursache und Wirkung. Jeder Stein hat aber auch seine bestimmte Beziehung zum ganzen Bau. Suchen wir die Stellung der einzelnen Naturerscheinung zum grossen Ganzen, so forschen wir nach dem teleologischen Zusammenhang von Zweck und Mittel.
Fragen wir nun ganz allgemein, ob die Wissenschaft als solche berechtigt sei, nach beiden Seiten hin zu forschen, so können wir offenbar von vorn herein ihr nicht das Recht dazu absprechen; und es erscheint uns somit kein Fortschritt, sondern eine einseitige Beschränkung der freien Wissenschaft, wenn man die Forschung nach Zwecken einfach als unwissenschaftlichen und überwundenen Standpunkt bezeichnet. Allein etwas ist unerlässlich für jede Forschung, es ist diess die klare und bewusste Trennung der beiden Erklärungsweisen; und daran schliesst sich dann die weitere Frage an, ob es der Wissenschaft nicht gestattet sei, für einstweilen nur die Erklärung in dem einen Sinne sich als Aufgabe zu stellen und das andere der Zukunft zu überlassen. In wie fern diese Beschränkung sich als vortheilhaft erweist bei der Erklärung der organischen Natur, erlaube ich mir nicht zu beurtheilen, um so mehr als vor einem Jahre an dieser Stelle von competenter Seite hierüber manches Treffliche gesagt worden ist; *) wir haben es heute nur zu thun mit der unorganischen Natur, und für dieses Gebiet stellen wir einstweilen nur die Aufgabe der Erklärung nach dem Causalzusammenhange. In Folge dieser uns selbst aufgelegten Beschränkung weisen wir jede teleologische Erklärung als etwas der einstweiligen Aufgabe der Wissenschaft
fremdartiges ab. Die Veranlassung zu dieser Beschränkung liegt einfach in dem Umstande, dass für die Erklärung nach dem Causalzusammenhange bestimmte Methoden vorliegen, durch deren Befolgung die Wissenschaft seit einiger Zeit sich eines stetigen Fortschrittes erfreut, und dass auf weit hinaus für die Forschung nach dieser Richtung noch Arbeit genug vorliegt. Die einstweilige Beschränkung schliesst nicht aus, dass in der Zukunft auch noch eine andere in gewisser Hinsicht vielleicht höhere Physik entstehe, welche sich die Erklärung der unorganischen Natur nach Zwecken zur Aufgabe stellt; nur müsste dann eine solche Wissenschaft, wenn sie nicht ins Unbestimmte verschwimmen will, sich erst den Weg der Forschung bahnen, d. h. die wissenschaftlichen Methoden schaffen, ohne welche ein ruhiger und sicherer Fortschritt in der Erkenntniss unmöglich ist.
Die Aufgabe der physikalischen Wissenschaft wäre also: die Erklärung der Erscheinungen der unorganischen Natur nach dem Causalzusammenhange.
Das Weitere, was wir nun zu besprechen haben, ist, der Weg, den die Wissenschaft einschlägt, um nach dem gesteckten Ziele zu gelangen; es ist diess die Frage nach der wissenschaftlichen Methode.
Es ist wohl keinem Zweifel unterworfen, dass all unsere Erkenntniss der äusseren. Natur auf der sinnlichen Wahrnehmung beruht. In Folge dessen können zum Ausgangspunkt für die Forschung nur die einzelnen mit möglichster Aufmerksamkeit gemachten Wahrnehmungen, d. h. die mit aller Umsicht angestellten Beobachtungen dienen. Den Ausgang bildet also das Einzelne, und somit ist als Forschungsmethode nur. eine solche möglich, die von dem Einzelnen zum Allgemeinen führt. Diese sogenannte inductive Methode ist bekanntlich schon von Aristoteles ganz klar und deutlich für den Weg erklärt worden, der von der sinnlichen Empfindung zur wissenschaftlichen Erkenntniss
führt; auch ist im Alterthum Manches und im Mittelalter hie und da Einiges auf diesem Wege der empirischen Forschung gefunden worden; allein mannigfache Umstände, deren ausführliche Auseinandersetzung nicht hieher gehört, haben es erst der Neuzeit vorbehalten, mit voller Consequenz auf diesem mühsamen und beschwerlichen Wege zu bleiben und dadurch der Wissenschaft einen stetigen Fortschritt zu sichern. Sehr wesentlich wirkte dabei mit die Ueberzeugung, dass es nicht genüge, die Erscheinungen, die von selbst eintreten und uns gerade zufällig auf dem Wege begegnen, der Beobachtung zu unterziehen, sondern dass das durch die Wissenschaft zu verarbeitende Material durch absichtlich angestellte Versuche, durch sogenannte Experimente in mannigfacher Richtung zu vergrössern sei; dass es, um bildlich zu reden, geradezu nothwendig sei, die Natur zu zwingen, auf passend gestellte Fragen zu antworten.
Diese experimentale. Forschungsmethode, bei welcher der Versuch nicht nur die Darstellung neuer Körper, sondern die Erklärung vorliegender Erscheinungen bezweckt, ist zuerst mit klarem Bewusstsein in die Wissenschaft eingeführt worden durch Galilei, der deshalb auch mit Recht als der Begründer der modernen Physik betrachtet wird. Der grosse Erfolg, den die neue Forschungsweise nach sich zog, zeigt sich am allerschlagendsten in dem Umstande, dass von einigen ganz alltäglichen Vorgängen wie z. B. von dem Falle der Körper, Jahrtausende lang die allerunrichtigsten Vorstellungen existierten, in wissenschaftlicher Form gelehrt und von Geschlecht zu Geschlecht übertragen wurden, bis Galilei durch mannigfache mühsame Experimente. den richtigen Weg zur Erkenntniss einschlug. Seit dem Anfange des 17. Jahrhunderts, wo dann innerhalb kurzer Zeit eine grosse Entdeckung auf dem Gebiete physikalischer Wissenschaft der andern folgte, ist der eingeschlagene Weg nicht mehr verlassen worden; und diesem Umstande
hat auch die Wissenschaft ihren stetigen Fortschritt zu verdanken.
Der von Seite der deutschen Philosophie gemachte Versuch, die Erkenntniss der Natur zu einer aprioristischen Wissenschaft zu stempeln, hat die Physik als solche unberührt gelassen; und man darf sogar annehmen, dass mehrere der bedeutendsten Vorkämpfer auf dem Gebiete der Naturphilosophie doch nicht streng, bei ihren Grundsätzen blieben, wenn es sich um die Erklärung der einzelnen vorliegenden Naturerscheinungen handelte. Mir bleibt es wenigstens unvergesslich, wie der greise Schelling kurz vor seinem Tode, da ich ihn in Berlin als Student besuchte, mir auseinander setzte, dass es für einen Philosophen eigentlich nöthig sei, alle zwei Jahre Experimentalphysik zu hören, um sich mit eigenen Augen von den neuen Versuchen überzeugen zu können.
Verfolgen wir den Gang, den die Wissenschaft bei der Forschung durchläuft, so finden wir, dass sie durch die Verarbeitung des Beobachtungsmaterials nach der Methode der Induction zuerst in den Besitz der Naturgesetze gelangt. Diese sind der Ausdruck des Causalzusammenhanges zwischen den Naturerscheinungen, und wenn derselbe in vollem Sinne auf den Namen eines Naturgesetzes Anspruch machen will, so wird verlangt, dass nicht nur der, Zusammenhang überhaupt, sondern dass die genaue Abhängigkeit der Grössen von einander nach Maass und Zahl, d. h. die quantitative Beziehung, angegeben werde. Da die Gesetze durch den Schluss vom Einzelnen auf das Allgemeine erhalten sind, so ist selbstverständlich, dass sie keine Gewissheit, sondern nur Wahrscheinlichkeit haben; dass sie nur als Hypothesen dastehen, deren Anspruch auf allgemeine Annahme und Glaubwürdigkeit um so grösser wird, je mannigfaltiger die Beobachtungen sind, welche zur Feststellung derselben gedient haben. Beispiele für solche Gesetze sind: die Abhängigkeit des Volumens eines Körpers und der Elasticität
der Dämpfe von der Temperatur oder die Gesetze über die Ausdehnung durch die Wärme und die Dampfspannung, die Angabe des Zusammenhangs von Einfallswinkel und Brechungswinkel beim Licht oder das Brechungsgesetz, die Abhängigkeit der Schwingungszahl einer tönenden Saite von ihrer Länge, Dicke und Spannung oder die Gesetze der Saitenschwingungen, und hundert andere mehr.
Die Aufstellung der Gesetze führt uns bei der Forschung auf die erste Stufe, und wir sind dadurch dem gesteckten Ziele uni ein Wesentliches näher gerückt. Abgesehen von dem grossen wissenschaftlichen Fortschritt, den wir. dadurch erlangen, dass eine Unzahl einzelner Erscheinungen in dem allgemeinen Gesetze den gemeinsamen Ausdruck finden, gewährt der Besitz des letzteren noch andere sehr wesentliche Vortheile. Ausgehend von dem Gesetze als dem allgemeinen Ausdruck können wir nämlich auf dem sicheren Wege der Deduction wieder verschiedene einzelne Fälle ableiten. Es ist diess. von ganz besonderer Wichtigkeit, um die Richtigkeit des Gesetzes an den einzelnen Erscheinungen zu erproben. Denn nur in Folge einer solchen zu wiederholten Malen ausgeführten Controlle kann nach und nach die Möglichkeit zur Wahrscheinlichkeit und zu einer der Gewissheit nahen Glaubwürdigkeit sich erheben. Diese Controlle des aufgestellten Gesetzes, die auf der Deduction beruht, spielt bei der Forschung eine äusserst wichtige 'Rolle, besonders in den Fällen, wo es sich um die Auffindung neuer Gesetze oder gar die Entdeckung neuer Erscheinungen handelt. Eine vereinzelte auffallende Thatsache erweckt in dem Forscher den Trieb zur Erklärung; einige wenige Beobachtungen und Versuche geben ihm die vorläufige noch etwas unbestimmte Vermuthung irgend eines Zusammenhangs; das vermuthete Gesetz leitet ihn durch deductive Schlüsse zu neuen Versuchen, deren Resultat verbunden mit dem früher Gefundenen ihn veranlasst, das vorläufig aufgestellte Gesetz genauer zu formulieren, vielleicht
auch zu modificieren; das revidierte Gesetz giebt wieder durch deductive Schlüsse zu abermals neuen Versuchen Veranlassung; und so geht es weiter.
Wenn somit der deductiven Methode in der Naturforschung neben der inductiven eine grosse Bedeutung eingeräumt wird, so ist diess ganz in der Ordnung; nur darf man dabei nie ausser Acht lassen, dass sowohl der erste Ausgangspunkt der Forschung als auch die letzte Autorität, die entscheidet, immer die auf genaue Messungen gegründete einzelne Beobachtung ist, und dass die Deduction immer erst auftreten kann, wenn zuerst durch die mühsame Induction etwas Allgemeines gefunden ist.
Durch die Aufstellung der Gesetze ist nur die erste Stufe der Forschung erreicht. Wenn es sich allein um die praktische Verwerthung der Kenntnisse handeln würde, so könnte man sich zur Noth mit der Erreichung dieser Stufe begnügen, weil das gefunden ist, was zur Berechnung von Constructionen und Maschinen ausreicht. Allein die Wissenschaft hat einen höheren Zweck, der im Erkennen selbst liegt, und sie strebt deshalb weiter, so lange nicht unüberschreitbare Grenzen dem ferneren Vordringen Halt gebieten. Die Naturgesetze sind also nicht das letzte Ziel der Forschung, sondern nur eine Stufe, die erreicht werden muss, bevor von einem. ferneren Emporsteigen die Rede sein kann. Auch die Gesetze, die etwas Allgemeines sind in Bezug auf die einzelnen Erscheinungen, sind nach einer andern weiter gehenden Seite hin doch wieder das Einzelne, das eine fernere wissenschaftliche Verarbeitung zulässt.
Ueberblicken wir die hunderte von physikalischen Gesetzen, so merken wir gleich, dass sie sich gruppenweise zusammenordnen, insoferne als alle die zusammen gehören, welche sich auf dieselbe Naturkraft beziehen. So lehrt die Physik eine grosse Anzahl von Gesetzen über das Licht, deren einige, wie die über die geradlinige Fortpflanzung und regelmässige Zurückwerfung schon dem Alterthume entsprungen sind, während eine
grosse fernere Anzahl erst in der neueren Zeit beigefügt worden ist. Alle diese Gesetze über das Licht müssen ihre Erklärung in etwas höherem Allgemeinem finden, insofern als sie alle bedingt sind durch ein höheres Gesetz, das sie umschliesst; ein solches kann aber in unserem Beispiele nichts anderes enthalten, als die Angabe über das innere Wesen des Lichtes; die einzelnen Gesetze des Lichtes müssen ihre Erklärung finden in einer Lichttheorie.
Was wir hier von den Gesetzen des Lichtes sagten, gilt ganz in gleicher Weise von den anderen Abschnitten der Physik, und so entstehen die Theorieen der allgemeinen Anziehungskraft, der Molecularkräfte, des Schalles, der Wärme, der Elektricität u. s. w.
Der Weg von den Gesetzen zu den Theorieen ist der Hauptsache nach ähnlich dem von den Erscheinungen zu den Gesetzen, d. h. wir verfahren hier auch nach der Methode der Induction. Alle Theorieen, die nicht auf die Gesetze sich stützen und vor Allem ihre Erklärung im Auge behalten, schweben in der Luft, und ein Blick auf die Geschichte der Wissenschaft zeigt uns aufs Deutlichste, dass die physikalischen Theorieen einen um so ruhigem Entwicklungsgang nahmen, je bewusster der mühsame Weg der Induction zu ihrer Begründung eingeschlagen wurde. Allein so sehr wir die Nothwenigkeit dieses Weges betonen möchten, so kommt hier doch noch als unentbehrlicher Wegweiser ein neues bestimmendes Moment dazu, das durch die folgenden Anforderungen gegeben ist, welche man mit Recht an die Theorieen steIlen darf.
Die verschiedenen Erscheinungen der unorganischen Natur gehen an demselben Stoffe vor sich. Wenn schon Schall, Licht, Wärme und Elektricität verschiedene Dinge sind, so ist es. doch derselbe Körper, der je nach Umständen tönt, leuchtet, Wärme oder Elektricität leitet. Auch haben viele Untersuchungen gezeigt, in welch mannigfacher Wechselbeziehung die verschiedenen.
Naturkräfte zu einander stehen, und wie häufig Umformungen aus einer in die andere vorkommen. Daraus folgt, dass wir beim Ersinnen der Theorieen nicht wie beim Aufstellen der Gesetze nur rückwärts blicken und allein dahin streben dürfen, eine Theorie, zu finden, aus der sich die Gesetze ableiten und erklären lassen, sondern wir müssen immer zugleich die verschiedenen Theorieen ins Auge fassen und dahin streben, dass sie sämmtlich in einer Grundanschauung der Materie sich gipfeln. Das Gebäude der physikalischen Wissenschaft muss ähnlich einer Pyramide auf der breiten Basis der Erfahrung sich erheben, und nur in so weit wir auf dieselbe die Fundamente gründen, sind wir sicher einen festen Bau zu erhalten. Allein derselbe wird nur dann zugleich ein schöner, harmonischer und würdiger sein, wenn er von allen Seiten dem gemeinschaftlichen Abschluss in einer Spitze zustrebt. Dieses Streben, die physikalischen Theorieen in einer einheitlichen Grundanschauung der stofflichen Welt zu vereinigen, möchten wir als das philosophische Element der Forschung bezeichnen. Dasselbe darf allerdings nicht als glänzendes Ziel uns so sehr blenden, dass wir von dem allein sicheren Wege der auf die Erfahrung gestützten inductiven Methode abweichen, aber andererseits dürfen wir auch nicht ausser Acht lassen, dass wir durchaus als einheitliches Ziel einen Leitstern gebrauchen, wenn wir nicht bei der grossen Unsicherheit des Schlusses vom Einzelnen auf das Allgemeine und dei den vielen Möglichkeiten, die sich uns eröffnen, nach allen Seiten bin ins Ungewisse uns verirren wollen.
Soll nun aber die ganze Auffassung der unorganischen Natur in einer Grundanschauung sich gipfeln, und soll diese wirklich ein Begreifen und Verstehen der Natur sein, das als Endziel und Abschluss der Wissenschaft dasteht, so ergiebt sich als weiteres Erforderniss für eine Theorie, dass Alles auf möglichst einfache allgemein anerkannte Begriffe und Sätze zurückgeführt
werde, solche nämlich, die ebensowenig eine weitere Erklärung von Seite der Physik verlangen als die Grundsätze oder Axiomata in der Mathematik eines Beweises bedürfen.
Die Theorieen können wir somit als das eigentliche Ziel der physikalischen Forschung bezeichnen; sie geben die Erklärung durch die im eigentlichen Wesen liegenden Gründe und führen somit die Forschung an die Grenze, die sie sich selbst steckt; eine Grenze, die jede empirische Wissenschaft sich stecken muss in dem vollen Bewusstsein, dass unser Wissen nur unvollkommen ist, dass wir es wohl mit der Erkenntniss verhältnissmässig weit bringen können in der Verfolgung der einzelnen Naturerscheinung dass wir aber die Beschränktheit unserer Geisteskräfte nur gar zu sehr fühlen, wenn wir mit dem Wissen des Verstandes bis zu dem letzten Urgrunde vordringen wollen. -
Die Erlangung der Theorie führt uns also auf den Gipfel, den wir erstreben. Nun genügt es aber nicht, einen Gipfel zu erreichen, sondern oben angelangt ist es unsere Pflicht, uns umzusehen; d. h. wir müssen. die Theorie als das Allgemeine benützen, um daraus wieder die Gesetze durch die deductive Methode abzuleiten. Folgen die auf empirische Weise aufgestellten Gesetze auch aus der Theorie, so giebt uns diess eine Befriedigung nach beiden Seiten hin. Die Theorie gewinnt an Wahrscheinlichkeit und das Gesetz, das nur von unten her gestützt war, erhält nun, auch, einen Halt von oben, es wird von dem empirischen Gesetze zu dem höheren Range des theoretischen Gesetzes erhoben. Sehr, häufig kommt es jedoch vor, dass die aufgestellte Theorie nicht im Stande ist, alle Gesetze zu erklären, oder dass sich aus ihr Gesetze, und aus diesen wieder Erscheinungen folgern lassen, die mit der Erfahrung nicht stimmen. Dann merken wir, dass der Gipfel, auf den wir geeilt sind, nicht der höchste Punkt des Berges ist, den wir zu erreichen suchten; dass wir noch weit von demselben
weg sind, und dass wir noch viele Schwierigkeiten zu überwinden haben, um an das eigentliche Ziel zu gelangen. So wirken auch hier Auf- und Absteigen, d. h. die forschende Induction und die controllirende Deduction mit einander, und nur durch ihr gemeinsames richtiges Ineinandergreifen ist ein wirklicher Fortschritt zu hoffen.
So viel im Allgemeinen über die Auffassung der Zielpunkte der physikalischen Wissenschaft; wir wollen nun noch sehen, wie sich die physikalische Wissenschaft in ihrer geschichtlichen Entwicklung und in ihrer heutigen Form zu den hier aufgestellten Erfordernissen verhält.
Die ersten Anfänge physikalischer Theorieen finden wir bei den griechischen Philosophen; sie haben zuerst den Geist zu einem freien und selbstständigen Denken über die Vorgänge der Natur herangezogen. Hier finden wir die Keime für manche Vorstellungen, die unsern neuem Theorieen zu Grunde liegen; ich brauche nur an die Elemente, die Atome, den Aether, die harmonischen Verhältnisse zu erinnern, lauter Begriffe und Ausdrücke, die wir den verschiedenen philosophischen Schulen des griechischen Alterthums verdanken, wenn auch schon ihre Bedeutung in der heutigen Physik bedeutend von dem abweicht, was sich die Alten bei diesen Worten gedacht haben. Allein der Umstand, dass die alten Philosophen in Folge ihrer grossen geistigen Regsamkeit gleich das ganze Weltall durch ein System zu umfassen und zu begreifen strebten und Alles auf die ersten Grundprincipien zurückzuführen suchten, liess ihnen in wenig Fällen die ruhige Nüchternheit, um vorerst durch die sorgfältige Beobachtung oder gar durch das oft umständliche Experiment das einzelne Gesetz festzustellen und dann erst zu den Theorieen emporzusteigen. Wir haben deshalb im Alterthum eine grosse Anzahl von naturphilosophischen Systemen; einzelne nach klaren Begriffen durchgearbeitete physikalische Theorieen finden wir fast keine.
Ein Hauptgrund, hievon ist auch noch der, dass sich zuerst im Laufe der Zeit eine andere in das Gebiet der aprioristischen Wissenschaften gehörige Disciplin entwickeln musste, von welcher, wie wir noch deutlich sehen werden, im Grunde der ganze Fortschritt der Physik bedingt wird; es ist diess die theoretische Mechanik, d. h. die Lehre von Bewegung und Kraft. Die grosse Bedeutung, welche der Bewegung bei den Vorgängen in der Natur zukommt, wurde zwar von den alten Griechen erkannt und deutlich ausgesprochen; wir brauchen in dieser Beziehung nur an den Ausspruch von Heraklit zu erinnern, dass Alles in Bewegung, Alles im Flusse sei; auch die bewegende Kraft tritt uns in den mannigfachsten Formen entgegen, bald als der herrschende Geist (νοΰς) bei Anaxagoras, bald als die treibende Liebe (φιλία) bei Empedokles. Doch von diesen mehr poetischen und schwunghaften Ausdrücken, welche sowohl die körperliche als auch die geistige Welt erklären sollten, zu dem allerdings viel nüchternem Kraftbegriffe, wie ihn die heutige Physik gebraucht, ist ein sehr grosser Schritt.
Bei Aristoteles finden wir sehr deutlich das Bestreben, die Bewegung zu erklären; allein seine Eintheilung in drei Bewegungsarten: die einfache oder ewige Bewegung im Kreise, die natürliche Bewegung des fallenden Steins und die gewaltsame Bewegung des auf dem Boden rollenden Körpers können uns nur wenig befriedigen. Seine Auffassung des Zusammenhanges zwischen der Bewegung und der auf den bewegten Körper einwirkenden Ursache war noch sehr unklar; die Körper hatten den Grund der Ruhe und Bewegung in sich selbst. Bei der Erklärung der Bewegung der Himmelskörper kam er mit diesem Princip in so fern aus, als das Streben nach Vollkommenheit einen teleologischen Erklärungsgrund für die kreisförmige Bahn abgeben musste; wie schwierig es aber mit seinen Anschauungen war, sich über die einfachsten alltäglichen Bewegungserscheinungen auf unserer Erde Rechenschaft zu geben,
zeigt die grosse Verlegenheit, die ihm die Erscheinung bietet, dass ein mit der Hand geworfener Stein seine Bewegung beibehält, nachdem er die werfende Hand verlassen hat. Weit klarere Begriffe über die Kraft finden wir bei Archimedes, der dadurch zum eigentlichen Gründer der wissenschaftlichen Mechanik geworden ist, dass er einige wichtige Sätze über Hebel, Schwerpunkt und Gleichgewicht der Flüssigkeiten nicht nur ganz richtig aufstellte, sondern auch schon aus allgemeinen Grundsätzen bewies. Allerdings ist durch ihn eigentlich nur die Kraft, wie wir sie als Druckkraft und Gewicht mit unserem Gefühle direct wahrnehmen, in der Lehre des Gleichgewichts zu einem klaren Begriffe herangebildet worden; der Zusammenhang von Kraft und Bewegung war ihm noch unklar.
Während des ganzen Mittelalters ist die mechanische Wissenschaft auch nicht um einen wesentlichen Schritt vorwärts gegangen; es ist somit auch sehr begreiflich, dass diese Zeit für die physikalischen Theorieen nur wenig fruchtbringend sein konnte. Der unbedingte Auctoritätsglaube, der sich nicht nur auf die Glaubenslehren der Kirche, sondern ganz ebenso auf die vorn Alterthum überlieferten wissenschaftlichen Sätze erstreckte, unterdrückte bekanntlich jedes freie selbstständige Forschen, und solche, die wie der Engländer Roger Baco den damals geltenden Doctrinen zu widersprechen wagten, hatten es schwer zu büssen. Es hieng damit zusammen, dass man den ganzen Apparat technischer Kunstausdrücke, welchen die alte Wissenschaft lieferte, oft gedankenlos verwandte, ohne dass man sich die Mühe nahm, klare Begriffe mit den Worten zu verbinden; denn es kam hauptsächlich nur darauf an, dass man die richtige äussere Form des Ausdrucks in Thesen und Antithesen den aufgestellten Behauptungen geben konnte. Es ist hier auch noch zu erwähnen, dass besonders gegen das Ende des Mittelalters die übernatürlichen Kräfte, die verborgenen Eigenschaften, die quinta essentia und Aehnliches mehr eine sehr
grosse Rolle spielten; zur Erklärung der Erscheinungen liebte man es auch, besondere geheimnissvolle, den Körpern inwohnende Geister anzunehmen, welche die Gefälligkeit haben mussten, gerade das zu leisten, was zu erklären war. Die Bedeutung solcher Theorieen in der Arzneimittellehre ist sehr deutlich carrikiert in dem bekannten Molière'schen Lustspiele, wo der Baccalaureus auf die Frage des Doctors "quare opium facit dormire" zur vollen Befriedigung des Chores der Examinatoren einfach antwortet: "quia est in eo virtus dormitiva." Leider muss man zugeben, dass auch in neuerer Zeit die physikalische Wissenschaft von solchen Erklärungsarten nicht ganz frei geblieben ist, und dass man zuweilen glaubte, eine neue Theorie aufzustellen, wenn man nur die Thatsache mit recht gelehrten Worten umschrieb.
Die richtige Auffassung des Begriffes der Kraft bei der Erklärung der Bewegungserscheinungen finden wir erst in der neueren Zeit. Lange hatte man geglaubt, die Kraft sei aufzufassen als Ursache der Bewegung als solcher, und jede Aenderung der Lage im Raume müsse somit die Wirkung einer Kraft sein. Noch Keppler war vollkommen von dieser Idee befangen, sie hinderte ihn hauptsächlich, die wahre Ursache der Planetenbewegungen zu finden. Erst Galilei zeigte bei seinen Erklärungen der Gesetze des freien Falles, des Falles auf der schiefen Ebene und des Wurfes, dass nicht die Bewegung als solche, sondern nur die Aenderung der Bewegung in Bezug auf Richtung oder Geschwindigkeit einer Kraft bedürfe; dass, mit andern Worten, ein Körper von selbst, wenn keine Kraft auf ihn einwirkt, mit gleicher Geschwindigkeit in gerader Linie bis in's Unendliche weiter gehe. Man pflegt diesen Satz, den Ausgangspunkt der ganzen Dynamik, gewöhnlich als das Gesetz der Trägheit oder als das Beharrungsvermögen eines Körpers zu bezeichnen. Sehr unrichtig ist es nach unserer Ansicht, wenn man dasselbe als ein aus der Erfahrung gewonnenes
Naturgesetz hinstellt. Es ist dieser Satz eine einfache Consequenz des logischen Axioms, nur da eine Ursache zu suchen, wo Veränderung stattfindet, während das Verbleiben in statu quo von selbst geschieht. Bei Galilei finden wir den Satz der Trägheit hauptsächlich in so fern, als er seinen theoretischen Betrachtungen bei Erklärung der Bewegungserscheinungen zu Grunde gelegt wird; bald nachher treffen wir denselben in sehr klarer Form als allgemeines Naturgesetz ausgesprochen bei Cartesius. Es heisst in seinen Principien: "Est prima lex naturae: unamquamque rem manere quantum in se est in eodem semper statu nec unquam mutari nisi a causis externis."
So einfach und natürlich uns jetzt die Betrachtung scheint, welche dem Trägheitsgesetze zu Grunde liegt, so schwierig war der Schritt, der gemacht werden musste, um sich auf den neuen Standpunkt zu stellen. So suchte Cartesius das Verbleiben des Körpers in dem ihm inwohnenden Bewegungszustande aus der immobilitas Dei abzuleiten, und Newton bezeichnete sogar das Vermögen des Verharrens als eine dem Körper inwohnende Kraft (vis materiae insita), welcher er auch den Namen der vis inertiae gab; die Aenderungen in der Richtung und Geschwindigkeit wurden dann durch eine von aussen auf den Körper einwirkende Kraft (vis in corpus impressa) erklärt; im weiteren Verlauf wird von Newton selbst unter vis nur diese letztere verstanden, und die spätere Wissenschaft hat auch nur diese als Kraft anerkannt.
In Folge der richtigen Auffassung des Begriffs der bewegenden Kraft war Galilei im Stande die Gesetze des freien Falles, des Falles auf der schiefen Ebene, des Wurfes und des Pendels auf die Wirkung einer einzigen Kraft zurückzuführen, die allen Körpern gleiche Beschleunigung nach der Erde ertheilt; ihm verdanken wir somit eine Theorie der Schwerkraft; allein nur in so weit als sie sich auf die Erscheinungen bezieht,
die an der Erdoberfläche vor sich gehen. Es ist dabei das grosse Verdienst von Galilei und seinen Schülern, die in Italien seine Forschungen fortsetzten, dass alle ihre theoretischen Erörterungen sich streng an das hielten, was durch Beobachtung und Experiment festgestellt war, und dass bei ihnen die Theorie nur in so fern Werth und Geltung hatte, als sie zur Erklärung der einzelnen Gesetze diente.
Nicht das Gleiche können wir von dem schon erwähnten Cartesius rühmen, der in der Mitte des siebzehnten Jahrhunderts mit einer Anzahl philosophischer Schriften auftrat, in welchen der Erklärung der Erscheinungen der körperlichen Welt eine besondere Aufmerksamkeit gewidmet war. Es lässt sich nicht leugnen, dass seine Philosophie das lieferte, was wir vorhin als die Erfordernisse annehmbarer physikalischer Theorieen hinstellten. Wir haben bei ihm das deutliche Bestreben, die verschiedenen Naturerscheinungen durch eine gemeinsame Anschauung über die Constitution der Materie zu erklären. Nicht weniger bewusst ist bei ihm das Ziel, Alles auf einige einfache Grundbegriffe zurückzuführen; denn es sind nur die beiden Begriffe der Ausdehnung und der Bewegung, die Cartesius als die Principia rerum naturalium anerkannt.
So klar 'und einfach diess philosophisch genommen klingt, so lag doch in diesen Voraussetzungen, die ganz a priori aufgestellt waren, und die nun alle natürlichen Erscheinungen erklären mussten, der Keim für 'eine Unzahl von Willkührlichkeiten und Künsteleien. ' ' , ',
Der Begriff der Ausdehnung lieferte den der Theilbarkeit. Cartesius liess somit die ursprünglich den Raum stetig erfüllende Materie in eine Unzahl von Theilen zerfallen, die von Anfang an mit bedeutender Bewegung begabt waren und in Folge dessen sich gegenseitig so stiessen und drückten, dass dadurch theils durch Abreibung, theils durch Pressung die verschiedenst gestalteten Theilchen, wie Kugeln, Kegel, Haken,
rechts und links gewundene Schrauben und manches Andere mehr in schönster Mannigfaltigkeit herauskamen, wie liess Alles dem Leser durch passende Holzschnitte recht anschaulich gemacht wird; durch das Zusammenlegen dieser Theilchen entstanden dann wieder grössere Körper mit den merkwürdigsten Gängen und Polenconfigurationen; ausserdem lieferte die gegenseitige Abreibung viele Abfälle, die in verschiedener Abstufung der Feinheit als materia subtilis, subtilior und. subtilissima je nach Bedürfniss zur Erklärung der Erscheinungen aufmarschieren mussten.
Die Ursprünglichkeit der Bewegung war einerseits eine Beschränkung, die es mit sich führte, dass die Kraft auf die Mittheilung der Bewegung durch stetige Berührung zurückgeführt werden musste. Diess veranlasste wieder weiter die grundsätzliche Läugnung des leeren Raumes, zu dessen Ausfüllung die schon erwähnte feine Materie herhalten musste; sie erfüllte nicht nur den grossen Weltenraum, sondern auch die Poren der Körper und brachte in Folge ihrer Bewegung durch Stoss und Reibung die verschiedensten Kraftwirkungen hervor. Andererseits aber war der Begriff der Ursprünglichkeit der Bewegung die Veranlassung zur Willkühr, die Bewegung so zu wählen, wie sie gerade zur Erklärung der Erscheinungen passte. um die Materie beisammen zu halten und auf einfache Weise die Bewegung der Planeten zu erklären, wurde die Materie vorzugsweise mit der in sich zurücklaufenden Wirbelbewegung begabt, und alles Mögliche musste auf diese Weise erklärt werden; so dass einer, der all diesen Haupt- und Nebenwirbeln folgen will, wirklich gute Nerven haben muss, wenn es ihm dabei nicht ganz schwindlig wird.
Die Cartesianische Philosophie hat auf die Entwicklung der Physik einen ausserordentlich grossen Einfluss gehabt; theilweise einen entschieden wohlthätigen, in so. fern sie dazu anspornte, Theorieen aufzustellen, die aus allgemeinen Grundbegriffen
die Erscheinungen der natürlichen Dinge erklären; theilweise aber auch einen nachtheiligen, insofern sie in ihren Willkührlichkeiten sich viel zu sehr von dem eigentlichen Boden der Wirklichkeit entfernte. Es that daher sehr Noth, dass die physikalische Wissenschaft wieder auf den von Galilei eingeschlagenen sicheren Weg der inductiven Methode zurückgeführt wurde. Gegenüber der kühnen und bestechenden Speculation von Cartesius konnte die nüchterne auf die einzelnen Erfahrungen sich ruhig und sicher stützende Forschung nur dann zu richtiger Geltung kommen, wenn auch jetzt wieder ein Mann auftrat, der ähnlich dem grossen Italiäner mit dem scharfen Beobachtungssinn und mit der Geduld, jede einzelne Erscheinung zu verfolgen, zugleich den Geist besass, das durch die Beobachtung Gegebene auf richtige Weise zu verarbeiten und für die Wissenschaft zu verwerthen. — Dieser Mann war der Engländer Newton.
Im Jahre 1687 erschienen seine Philosophiae naturalis principia mathematica; wohl allgemein anerkannt das bedeutendste Werk in dem Gebiete der physikalischen Wissenschaft. In ihm erweitert sich der von Galilei festgestellte Begriff der Schwerkraft zu dem der allgemeinen Anziehungskraft, in Folge deren alle Materie, gleichgültig ob irdischen oder ausserirdischen Ursprungs, sich gegenseitig anzieht, proportional dem Producte der Massen und umgekehrt proportional dem Quadrate der Entfernung; sie gab als oberes Gesetz, als Theorie im vollsten Sinne des Wortes, genügende Erklärung nicht nur der von Galilei für die Erscheinungen auf der Erde, sondern ebenso gut der von Keppler für die Himmelserscheinungen gefundenen Gesetze.
Newton führte durch die Aufstellung seiner Theorie einen vollkommen neuen Begriff in die Wissenschaft ein, nämlich den der Anziehung in die Ferne, der actio in distans; und dabei ist er, wie diess immer bei der Einführung von etwas
Neuem geschieht, auf sehr bedeutenden Widerspruch gestossen. Wie soll, sagte man, der eine Körper wissen, wo, wie massenhaft und wie weit entfernt der andere Körper ist. Wenn A und B sich anziehen, so muss doch A den Körper B zuerst von seiner Anwesenheit benachrichtigen und ihm seine Befehle ertheilen, bevor er verlangen kann, dass sich B nach ihm richte, und das Gleiche gilt auch von B in Beziehung auf A. Dem Newton'schen Begriffe der Anziehung in die Ferne war besonders entgegen die schon erwähnte Cartesianische Philosophie, die bei den damaligen Gelehrten sehr bedeutenden Anklang gefunden hatte. "L'attraction et le vuide," sagte Fontenelle, der bekannte Schreiber und Redner der französischen Academie, "l'attraction et le vuide bannis de la physique par Descartes et bannis pour jamais selon les apparences y reviennent ramenés par Mr. Newton." Auch diejenigen Zeitgenossen des grossen Engländers, die seiner Erklärung der Planeten- und Cometenbewegung volle Bewunderung zukommen liessen, konnten sich mit einer durch das Leere in die Ferne wirkenden Kraft nicht befreunden; so schreibt Huyghens: "Le principe d'attraction de Mr. Newton me parait absurde," und etwas spöttelnd bemerkt Leibnitz: "II semble que selon Newton l'attraction est une certaine vertu incorporelle et inexplicable." Noch in den Jahren 1730 und 1734 schickte unser berühmter Landsmann Johannes Bernoulli zwei Abhandlungen an die Pariser Academie, die den Zweck hatten, die Gesetze der Planetenbewegungen aus einer etwas modificierten Cartesianischen Wirbeltheorie zu erklären; auch er konnte sich mit den Newton'schen Anschauungen nicht befreunden; er sagte unter Anderem: "Newton a fallu hazarder les deux supositions de la faculté attractive et du vuide parfait, qui révoltent les esprits accoûtumés à ne recevoir dans la physique que les principes incontestables et évidents." Am merkwürdigsten ist aber, dass Newton selbst es nicht wagte, die Anziehung in die Ferne
als etwas Ursprüngliches anzunehmen. Am deutlichsten spricht er sich darüber aus im Jahre 1693, also 6 Jahre nach der Publication der Principien, in einem Brief an seinen Freund und Studiengenossen, den berühmten Philologen Bentley; er schreibt: "Dass die Schwerkraft der Materie angeboren und dem Wesen nach angehörig sei, so dass ein Körper auf einen andern aus der Entfernung durch den leeren Raum wirke, ohne die Vermittlung irgend eines Dinges, durch welches, die Thätigkeit und Kraft von dem einen zu dem andern vermittelt wird, ist für mich ein so grosser Unsinn (is to me so great an absurdity), dass nach meiner Ansicht Niemand, der im Stande ist, über philosophische Dinge zu denken, darauf verfallen kann." .
Dass unter solchen Umständen bis in die neueste Zeit immer noch solche auftreten, welche die Newton'sche Anziehung aus andern, nach ihrer Ansicht einfacheren Principien zu erklären suchen, ist leicht begreiflich. Allein ohne sich des Vorwurfes unbilliger Aburtheilung schuldig zu machen, darf man mit Bestimmtheit sagen, dass alle diese Versuche bis jetzt zu absolut nichts geführt haben, und dass man nach dieser Richtung seit Newton keine Spur weiter gekommen ist. In diesem Umstande liegt die Rechtfertigung für die Anschauung, dass die Kraftwirkung in die Ferne als etwas Ursprüngliches von der Physik nicht weiter zu Erklärendes zu betrachten sei. Wir erwähnen in dieser Hinsicht einen Ausspruch des Philosophen Kant aus seinen metaphysischen Anfangsgründen der Naturwissenschaft vom Jahre 1786. Dieser grosse Denker sagt: "Die ursprüngliche und aller Materie wesentliche Anziehung ist eine unmittelbare Wirkung derselben auf andere durch den leeren Raum." Die Frage nach der Ursache der allgemeinen Attraction wird von Kant in das Gebiet der Metaphysik verwiesen.
Nach dem Vorgange einer so grossen Auctorität wird man es uns vielleicht auch nachsehen, wenn wir annehmen, dass die
Newton'sche Theorie der allgemeinen Anziehungskraft an der schon besprochenen Grenze liegt, über welche die physikalische Wissenschaft nicht hinauszugehen braucht; um so mehr als wir es hier mit einer vollkommen klaren und bestimmten aus den allgemein anerkannten Grundbegriffen von Raum und Zeit leicht ableitbaren Vorstellung zu thun haben. So viel sei nur noch bemerkt: Man hat sich die Auffassung des Begriffes der Anziehung in die Ferne dadurch sehr erschwert, dass man allgemein glaubte, die Kräfte als Ausflüsse auffassen zu müssen, die von einem Körper auf den andern übergehen. Betrachtet man die Kraft etwas weniger materialistisch als das unsichtbare, wenn man will geistige Band, das die Abhängigkeit der Körper in ihrem Streben von einander und zu einander gesetzmässig bedingt, und zieht man zugleich in Betracht, dass die Welt eben unmöglich als ein Aggregat lauter einzelner für sich bestehender und nur einseitig von sieh aus wirkender Körper aufzufassen ist, sondern dass die Zusammengehörigkeit der einzelnen Theile zu einem höheren Ganzen gerade etwas recht Natürliches ist, dann fallen vielleicht einige Schwierigkeiten in der Auffassung des Newton'schen Kraftbegriffes hinweg.
Durch Newton, seine Zeitgenossen und seine Nachfolger wurde aber nicht nur die Lehre der allgemeinen Anziehungskraft auf eine solche Entwicklungsstufe gehoben, dass dieser Abschnitt der Physik seither für alle anderen Theile als ein wohl schwer zu erreichendes Ideal dasteht; sondern sowohl durch den neuen klaren Begriff der mechanischen Kraft als auch durch die Auffindung neuer Methoden, welche das Rechnen mit Kräften erleichterten, sind auch die andern Abschnitte der Physik, ins Besondere die Lehre des Gleichgewichts und der Bewegung von Flüssigkeiten und Luftarten, sowie die Lehre der Schwingungen, auf welchen das Wesen des Schalles beruht, sehr wesentlich gefördert worden; und auch hier gieng die inductive Methode, welche sich bemühte, durch Beobachtungen
und Versuche die Naturgesetze genau festzustellen und auf ihrer Grundlage die Theorie zu entwerfen, parallel mit der deductiven Methode, die hinwiederum durch klare Rechnung aus der Theorie die verschiedenen Gesetze ableitete. Die Entwicklung der Lehre der Saitenschwingungen giebt hiefür eines der schönsten Beispiele.
Ein sehr wichtiger Schritt zur Ausbildung der mechanischen Theorieen geschah ferner durch die Verwendung des Newton'schen Kraftbegriffes zur Erklärung der Erscheinungen, welche auf dem inneren Zusammenhange der einzelnen Theile des physikalischen Körpers beruhen, und welche sich in dem Verhalten und den Eigenschaften der verschiedenen Aggregatszustände, der Elasticität, der Festigkeit, der Reibung u. s. w. äussern. Es entstand dadurch die Lehre, welche man gewöhnlich als die Theorie der Molecularkräfte zu bezeichnen pflegt.. Ein Hauptverdienst in dieser Beziehung gebührt dem römischen Jesuiten Boscowich, der in seiner Philosophiae naturalis theoria vom Jahre 1759 mit ausserordentlicher Klarheit und Gewandtheit deutlich zeigte, wie es möglich ist, die wesentlichsten Eigenschaften der Materie zu erklären aus einfachen untheilbaren Punkten ohne Ausdehnung, die mit nach bestimmten Gesetzen wirkenden anziehenden und abstossenden Kräften auf einander einwirken; auch hier, so gut wie bei Newton, actio in distans, wenn schon die Entfernung wohl mehr als trillionenmal kleiner ist. Merkwürdig ist, wie trotz einer so klaren Auffassung der Molecularkraft in der Mitte des. vorigen Jahrhunderts die Vorstellung von Körpern, aufgebaut aus Molecülen, welche sich an einander lagern und im Sinne Cartesianischer Philosophie sich reiben und stossen, bis zur heutigen Stunde in so manchen Köpfen sich zu erhalten wusste.
Aus unseren kurzen etwas abgerissenen Bemerkungen über die Entwicklung der Physik,. unter dem Einfluss der Newtonschen Principien ergiebt sich, dass bald nach der Mitte des
vorigen Jahrhunderts für einen grossen Theil physikalischer Disciplinen mechanische Theorieen sich gebildet hatten und auch einer allgemeinen Anerkennung sich erfreuten; es galt diess für die Lehre der allgemeinen Anziehungskraft, die Lehre der Molecularkräfte und die Lehre des Schalles. Für diese Abschnitte der Physik hat es eigentlich immer nur mechanische Theorieen gegeben, und zwar aus dem einfachen Grunde, weil es hier zu deutlich und augenfällig war, dass man es mit Kraftwirkungen und Bewegungserscheinungen zu thun hat. Bei dem Falle der Körper, bei der Federkraft und bei der Reibung ist diess ganz selbstverständlich; und auch bei dem Schalle haben wir so leicht Gelegenheit uns durch den Gesichts- und Gefühlssinn von der zitternden Bewegung zu überzeugen, dass man von jeher den Schall als die Folge eines Bewegungszustandes betrachtete und wohl nie auf die Idee kam, denselben für eine Materie 'zu erklären, die von dem tönenden Körper in unser Ohr geschickt wird.
Ganz anders verhält es sich bei den Erscheinungen des Lichtes, der Wärme, der Elektricität und des Magnetismus. Wenn auch hier Manches bekannt war, das die Anwendung der Begriffe von Bewegung und Kraft zuliess, wie z. B. die Fortpflanzung des Lichtes und der Wärme, die elektrischen und magnetischen Anziehungen und Abstossungen, so könnten sich doch die meisten Physiker des vorigen Jahrhunderts nicht mit dem Gedanken vertraut machen, dass auch hier alle Erscheinungen nur auf Bewegungszustände und Kraftwirkungen zurückzuführen seien; man glaubte es hier mit ganz eigenthümlichen qualitativen Erscheinungen zu thun zu haben, für deren Erklärung man besondere hypothetische Stoffe oder Materien in die Wissenschaft einführte; es gehören dahin der Lichtstoff, der Wärmestoff, das magnetische und das elektrische Fluidum. Da die Menge dieser Materien nicht wie bei den andern sonst bekannten Stoffen mit der Waage bestimmt werden
konnte, so nahm man an, sie seien gewichtslos und nannte sie Imponderabilien.
Es ist eine eigenthümliche Erscheinung in der Geschichte der physikalischen Wissenschaft, dass der Ursprung der Lehre der Imponderabilien oder der stofflichen Theorieen ungefähr gerade in die gleiche Zeit fällt, wo für die andern Theile der Physik die mechanischen Theorieen mit glänzendem Erfolge auftraten; und besonders bemerkenswerth ist, dass wenigstens in einem Abschnitte, der Lehre des Lichtes, die stofflichen Theorieen ihren Ursprung auf den gleichen Mann zurückführen, dem andererseits die mechanischen Theorieen am meisten zu verdanken haben, nämlich auf Newton. Er spricht schon im Februar des Jahres 1672 in seiner ersten Mittheilung über die Zusammensetzung des weissen Lichtes an die Royal Society in London von dem Lichte als einer Substanz, in seinen Principien erklärt er die Brechung des Lichtes durch die auf die Lichtmaterie ausgeübte Anziehung, in der Optik und in mehreren Briefen an den Schreiber der Royal Society spricht er sogar deutlich von den kleinsten Theilchen der Lichtmaterie. Newton wird dieser Stellen halber gewöhnlich als der Schöpfer der stofflichen Theorie des Lichtes, der sogenannten Emanations- oder Emissionstheorie hingestellt, und: seine Auctorität war hauptsächlich Schuld an der Starrheit, mit welcher dieselbe später von verschiedenen Seiten festgehalten wurde; wiewohl eigentlich Newton selbst durchaus nicht fest auf seinem Standpunkte blieb und sich in Betreff der Lichttheorie dahin aussprach, dass die beste Art der Forschung darin bestehe, zuerst genau die Eigenschaften zu studieren und durch Experimente festzustellen, bevor man zu der Erklärung durch Hypothesen übergehe; mannigfach liess er sich sogar auf die Erklärung der Erscheinungen des Lichtes durch die später zu besprechende Undulationstheorie ein.
Von einem besonderen Wärmestoff, der. die Poren aller
Körper durchdringt, spricht schon sehr deutlich in der Mitte der ersten Hälfte des vorigen Jahrhunderts der holländische Physiker Pieter van Musschenbroek. Die Annahme einer eigenthümlichen Materie als Erklärungsgrund der elektrischen Erscheinungen findet sich, wenn auch noch etwas unklar, schon um's Jahr 1600 bei dem Engländer William Gilbert, der von klebrigen Ausflüssen spricht, die von dem geriebenen Körper ausgehen. Auch Newton sprach in der ersten Zeit von solchen effluviis electricis, doch hat er später seinen Begriff der in die Ferne wirkenden Kraft auch auf die elektrischen Körper angewandt. Allein dadurch war die stoffliche Theorie nicht beseitigt, denn man dachte sich die Anziehung nicht ausgehend von der Materie des elektrisirten Körpers selbst, sondern von einem besonderen elektrischen Stoffe, der die Poren des Körpers erfüllte. Benjamin Franklin hat in der Mitte des vorigen Jahrhunderts seine Theorie auf ein solches elektrisches Fluidum gestützt, während der Engländer Symmer deren zwei annahm, ein positives und ein negatives. Anschliessend an die Lehre der elektrischen Fluida entwickelte sich die der magnetischen Fluiden, deren auch bald eines bald zwei entgegengesetzte angenommen wurden.
Die meisten Physiker im vorigen Jahrhundert waren Anhänger der Lehre der Imponderabilien. Zur schönsten Blüthe gelangten jedoch die stofflichen Theorieen zu Ende des vorigen und zu Anfang dieses Jahrhunderts unter dem Schutze der Wissenschaft, welche die Erklärung der stofflichen Veränderungen der Körper zur Aufgabe hat, d. h. der Chemie; es sind hier hauptsächlich die berühmten Forscher Lavoisier und Dalton zu nennen, welche den Wärmestoff je nach Bedürfniss zwischen die Atome und in Hüllen um dieselben herum lagerten, um dadurch die wichtigsten Erscheinungen dieser Naturkraft zu erklären. In die chemischen Lehrbücher gieng deshalb die Lehre der Imponderabilien als etwas vollkommen Feststehendes
über; so werden z. B. in dem seiner Zeit viel gebrauchten. Grundriss der theoretischen Chemie von Stromeyer in Göttingen aus dem Jahre 1808 der Wärmestoff (Caloricum) und der Lichtstoff (Photogen) so gut wie der Kohlenstoff (Carbonium) und der Wasserstoff (Hydrogen) unter den einfachen Stoffen oder Grundstoffen aufgezählt. Als ein eigentlicher Anachronismus muss es bezeichnet werden, wenn noch in der fünften Auflage von Gmelin's Handbuch der Chemie aus dem Jahre 1852 die chemische Wissenschaft eingetheilt wird in I. die Chemie der unwägbaren Stoffe oder Imponderabilien und II. die Chemie der wägbaren Stoffe.
Abgesehen davon, dass diese stofflichen Theorieen sich immer mehr als unzureichend erwiesen haben bei der Erklärung einer ganzen Anzahl empirisch ermittelter Gesetze, und man deshalb oft genöthigt war, höchst complicierte Annahmen zu machen, genügen sie durchaus nicht den Erfordernissen, die man für wissenschaftliche Theorieen mit Recht verlangt. Der Bedingung, dass sich die verschiedenen Theorieen in einer Grundanschauung der Materie gipfeln sollen, entsprechen sie in keiner Weise; indem für Licht, Wärme, Elektricität und Magnetismus für jedes ein besonderer Stoff mit ihm eigenthümlich angehörenden Eigenschaften angenommen wird, während wir tagtäglich eine Menge von Ueberführungen aus einer dieser Naturkräfte in die andere wahrnehmen können. Um sich diesen Schwierigkeiten zu entziehen, trennte man die Physik möglichst scharf in die verschiedenen Abschnitte, in der Optik sprach man nur von dem Lichtstoff, in der Wärmelehre nur von Wärmestoff u. s. w. Hätte man sich die Mühe genommen, ein Bild der materiellen Constitution aus der Vereinigung der verschiedenen Theorieen zu entwerfen, dann hätte man das Unpassende der Lehre der Imponderabilien schon längst erkennen können aus dem Ungethüm, das entsteht, wenn man einem Molecül zugleich all die Stoffe
aufbürdet, die man in jedem Capitel ihm gesondert angehängt hat.
Auch die andere früher gestellte Forderung, dass die Theorie das Wesen der Erscheinung auf einfache Grundbegriffe und Grundsätze zurückzuführen habe, ist schwerlich bei den stofflichen Theorieen erfüllt. Denn dass die mannigfaltigen oft ziemlich complicierten Eigenschaften, die man den verschiedenen imponderablen Stoffen zutheilte, mit Recht auf weitere Erklärung Anspruch machen durften, ist leicht ersichtlich; und so hätten die stofflichen Theorieen im besten Falle eine Uebergangsstufe bilden können, über der sich dann als weitere Stufe neuere Theorieen hätten erheben müssen.
Aus der Art und Weise, wie wir die stofflichen Theorieen besprochen haben, ist leicht abzusehen, dass wir sie als überwunden betrachten. Es bleibt uns also nur noch übrig zu sehen, wie dieselben nach und nach aus der Wissenschaft verdrängt wurden und unter unseren Augen immer noch mehr verschwinden. Die grossen günstigen Erfolge der mechanischen Theorieen in den Gebieten der allgemeinen Anziehungskraft, der Molecularkräfte und des Schalles mussten sehr bald dazu anspornen, auch für die andern Abschnitte der Physik mechanische Theorieen zu versuchen; wir finden daher, dass zugleich mit den stofflichen Theorieen als ihre Gegenstücke mechanische Theorieen auftauchten, anfänglich mehr als einzelne geistreiche Einfälle galten, die unmöglich die wirkliche Welt erklären könnten, nach und nach aber mit Hülfe der Macht der Thatsachen und der darauf fest gegründeten Gesetze im Stande waren, die stofflichen Theorieen vollkommen aus dem Felde zu schlagen.
Dieser Kampf zwischen stofflicher und mechanischer Theorie wurde zuerst ausgefochten auf dem Gebiete der Lehre des Lichtes, der Optik. Den Anfang der mechanischen Theorie des Lichtes finden wir bei Cartesius, nach welchem die Fortpflanzung
des Lichtes auf einer Mittheilung des Druckes durch die Vermittlung der materia subtilis bestand. Die Cartesianische Lichttheorie wurde wesentlich modificiert durch den Engländer Robert Hooke, den Zeitgenossen Newton's, der an die Stelle der stossartigen Mittheilung eine schnell vibrierende Bewegung setzte. Wie sich der Schall in der Luft fortpflanzt, so nach ihm das Licht in einem dünnen Medium, das sowohl den grossen Weltenraum als die Poren der Körper erfüllt, und welchem er den Namen Aether gab.
Die eigentlich feste Grundlage erhielt die Vibrations- oder Undulationstheorie, wie man gewöhnlich die mechanische Theorie des Lichtes zu nennen pflegt, durch den Holländer Huyghens; er gab zuerst nach ihren Grundsätzen eine genaue Erklärung der Gesetze der geradlinigen Fortpflanzung, der Zurückwerfung und der Brechung des Lichtes. Auf die Theorie der Farben geht Huyghens nicht ein; in einem Briefe an Leibnitz entschuldigt er sich darüber mit dem Grunde, dass der Gegenstand sehr schwer sei in Folge der mannigfachen Art, wie die Farben entstehen können. Diese Lücke in der Huyghens'schen Theorie wurde hauptsächlich durch die Arbeiten unseres Landsmannes Leonhard Euler ausgefüllt, den man mit Recht als den bedeutendsten Vertreter der Undulationstheorie im vorigen Jahrhundert betrachtet. Aus der Analogie des Schalles und Lichtes entwickelt er die Theorie der Farben, die durch die verschiedene Schwingungszahl wie die verschiedenen Töne erklärt werden. Euler bezweifelt noch, dass es je möglich sein sollte, die Schwingungszahlen selbst genau zu ermitteln, obwohl zu seiner Zeit schon, ihm allerdings theilweise noch unbekannt, mannigfache Beobachtungen über die Farben dünner Blättchen und die Beugung des Lichtes vorlagen, welche zur eigentlichen Stütze der Undulationstheorie werden sollten.
Im November des Jahres 1801 hielt der vielseitige und geniale englische Forscher Thomas Young in der Royal
Society einen Vortrag über die Theorie des Lichtes und der Farben, in welchem es ihm möglich wurde, auf experimentelle Untersuchungen gestützt; genau mit Zahlen die Schwingungsdauer für die verschiedenen Farben anzugeben, 436 Billionen Schwingungen in der Secunde für Roth und 735 Billionen Schwingungen in der Secunde für Violett. Dieses überraschende Resultat verdankte Young dem Umstande, dass er zuerst genau untersuchte, was eintritt, wenn verschiedene Wellensysteme zu gleicher Zeit an einem Orte zusammentreffen (interfere im Englischen). Das Princip der Interferenz, mit welchem Namen man allgemein seit Young die hierauf bezügliche Lehre bezeichnet, ist seither zum eigentlichen Ausgangspunkt der Wellenlehre des Lichtes geworden und spielt auch eine Rolle in allen anderen Disciplinen, die es mit Wellenbewegung zu thun haben. Man sollte glauben, durch die Young'sche Arbeit hätte die Undulationstheorie gleich von der wissenschaftlichen Welt müssen anerkannt werden; denn seit den Newton'schen Principien war wohl kaum eine Arbeit auf dem Gebiete der Physik erschienen, die im Stande war, durch Aufstellung eines neuen Gesichtspunktes auf eine so grosse Fülle von Thatsachen ein so unerwartetes Licht zu werfen. Auch. wusste Young ganz wohl, dass, was seiner Anerkennung bei weitem am meisten entgegenstehen musste, die Newton'sche Auctorität war, die gewöhnlich für die Emissionstheorie ins Feld geführt wurde. Er hatte deshalb die schlaue Vorsieht angewandt, am Anfang seiner Arbeit alle Aussprüche von Newton zusammenzustellen, welche zu Gunsten der Undulationstheorie sprachen, um, wie er sich ausdrückte, auch sie zu einer von Newton's Auctorität gestempelten Lehre zu machen.
Allein die Emissionstheorie blieb nichts desto weniger die allgemein anerkannte Lehre; die grossen Gelehrten Frankreichs, wie La Place, Poisson, Biot, hielten an ihr noch fest und suchten durch höchst künstliche Annahmen sie zur Erklärung
von Erscheinungen zu zwingen, die als einfache Consequenzen aus der Undulationstheorie abzuleiten waren. Wie sicher die auf den Universitäten Deutschlands vertretene Schulphysik bei der stofflichen Theorie sich fühlte, zeigt ein Ausspruch des Göttinger Professors Tobias Mayer, Sohn, der noch im Jahre 1818 in schönem Latein eine Abhandlung über die Beugungserscheinungen schrieb und darin bemerkte, dass von der Undulationstheorie kaum mehr bei den Physikern die Rede sei (vix adhuc inter physicos sermo sit).
Diess war zwei Jahre, nachdem schon der französische Ingenieur Fresnel den ersten Theil seiner äusserst fleissigen und sorgfältigen Arbeit über die Beugung des Lichtes publiciert hatte. In derselben stimmten eine grosse Anzahl einzelner Erscheinungen, die eine sichere Messung zuliessen, so genau bis ins Einzelne mit den aus der Undulationstheorie berechneten Zahlen, dass der Sieg dieser letzteren gesichert war. Im Jahre 1819 sah sich die sonst, sehr der Emissionstheorie zugethane Pariser Academie durch die Evidenz genöthigt, den Preis einer Arbeit von Fresnel zu ertheilen. Seit dieser Zeit ist die mechanische Theorie des Lichtes, welche alle Erscheinungen desselben aus Wellenbewegung im Aether erklärt, allgemein anerkannt, und die stoffliche Theorie hat ihren Platz nur noch in der Geschichte der Physik.
Es kann nun hier nicht unsere Aufgabe sein, die weitere noch sehr bedeutende Entwicklung der Undulationstheorie in unserem Jahrhundert Ihnen darzulegen, und zu zeigen, wie es in vielen Fällen dem Physiker möglich ist, die Gestalt der äusserst kleinen Bahnen der Aetheratome mit gleicher Sicherheit zu berechnen, mit welcher der Astronom die grossen Bahnen der Planeten ermittelt; ich bemerke nur noch, dass man das in einem ganz besonderen Fall eintretende höchst eigenthümliche Gesetz der conischen Refraction zum Voraus mit Zuverlässigkeit aus der Theorie bestimmen konnte, bevor irgend
ein Versuch seine Existenz vermuthen liess; es ist diess ein ähnlicher Fall, wie die bekannte Berechnung des Planeten Neptun aus der Theorie der allgemeinen Anziehungskraft, bevor ihn irgend jemand mit Augen gesehen hatte.
Für das Licht war also der Kampf zwischen der stofflichen und mechanischen Theorie entschieden; der Lichtstoff war entthront. Die schwachen Bande, welche die Lehre der einzelnen Imponderabilien verknüpften, waren Schuld, dass der Sturz des einen Imponderabile nicht alsobald den Fall der übrigen nach sich zog, und dass man in den dreissiger und vierziger Jahren ganz getrost in dem gleichen Lehrbuche der Physik die Erscheinungen des Lichtes nach der Wellentheorie erklärte und dann im Capitel der Wärme den Wärmestoff wieder hervorholte.
Allein lange konnte dieser Zustand nicht dauern, und es musste auch in der Wärmelehre nach und nach die mechanische Theorie sich Bahn brechen. Die Anfänge derselben finden wir schon im Anfang des 17. Jahrhunderts. Baco von Verulam sagt, dass die Wärme nichts anderes als Bewegung sei; noch deutlicher drückt sich einige Zeit später der englische Philosoph Locke aus, er sagt: "Die Wärme ist eine sehr lebhafte Bewegung der unwahrnehmbaren kleinsten Theile eines Gegenstandes, welche in uns diejenige Empfindung hervorruft, wegen deren wir den Gegenstand als warm bezeichnen." Cartesius führt Licht- und Wärmeerscheinung, beide zugleich auf Bewegungserscheinung zurück, und Hooke definiert im Jahre 1681 noch bestimmter die Wärme als eine innere Bewegung der kleinsten Theile eines Körpers. Aehnliche Vorstellungen waren im vorigen Jahrhundert durch unsere Basler Mathematiker Bernoulli vertreten. Schon Joh. Bernoulli, Vater, spricht sich dahin aus, dass die Wärme auf der Erschütterung der kleinsten Theile beruhe; viel bestimmter und ausführlicher finden wir diess ausgeführt in der Hydrodynamik seines
Sohnes Daniel, der in der Mitte des vorigen Jahrhunderts an unserer Universität Basel das Fach der Physik vertrat.
Auch einige experimentelle Physiker traten gestützt auf Beobachtungen gegen die stoffliche Theorie auf. So der amerikanische Schulmeister Benjamin Thompson, bekannt als Graf von Rumford, der in Folge der zu Ende des vorigen Jahrhunderts in dem Militärzeughause zu München angestellten Versuche über die beim Kanonenbohren eintretende Erhitzung zu der Ueberzeugung kam, dass die Wärme, die endlos in dem Körper entsteht, unmöglich eine materielle Substanz sein könne und somit in einer Bewegung bestehen müsse. Das Gleiche folgerte Humphry Davy aus der Schmelzung des Eises durch Reibung.
Die Männer, die wir bis jetzt erwähnt haben, waren nur Vorläufer im Gebiete der mechanischen Wärmetheorie. Ihre Aussagen wären vielleicht jetzt noch vereinzelte Stimmen, wenn nicht, wie wir gesehen, die grossen Erfolge der Undulationstheorie beim Licht, wenn auch nicht gleich, so doch nach und nach auch auf die Wärmetheorie ihren Einfluss ausgeübt hätten; stehen doch strahlende Wärme und strahlendes Licht, die uns zugleich von der Sonne zugesandt werden, in der Natur in so innigem Zusammenhange, dass sie in der Wissenschaft nicht länger getrennt bleiben konnten. Der Vorfechter der Undulationstheorie Thomas Young nahm deshalb die mechanische Theorie der Wärme als etwas Selbstverständliches an. Die schönen Versuche von Melloni, die alle Gesetze des Lichtes auch für die strahlende Wärme nachwiesen, mussten noch mehr zu dieser Anschauung hindrängen. Allein alles diess half nichts; der Wärmestoff war einmal in den Lehrbüchern als wirklich existierende Materie anerkannt und liess sich nicht so leicht verdrängen. Zum Durchbruch kam somit die mechanische Wärmetheorie nicht durch die Arbeiten der Physiker von Fach, die in ihrer Mehrzahl zu sehr von den
damals geltenden Schulbegriffen gefangen gehalten waren; das frische Element musste von ausserhalb hineingebracht werden, und so verdanken wir den Sieg der mechanischen Wärmetheorie hauptsächlich drei Dilettanten in der physikalischen Wissenschaft, einem französischen Ingenieur Namens Sadi Carnot, dem Sohn des bekannten Mathematikers und Kriegsministers, einem deutschen Arzte in Heilbronn Julius Robert Mayer, und einem englischen Brauer in Manchester Namens Joule. Der Franzose hat zuerst die Bahn gebrochen, der Deutsche gab die philosophische Begründung und der Engländer die praktischen Versuche. Jeder war selbstständig, denn keiner hat von den Arbeiten des andern etwas gewusst.
Um jedoch die Bedeutung der neuen mechanischen Wärmetheorie begreiflich zu machen, müssen wir noch ein Mal kurz abschweifen und die Entstehung eines wichtigen mechanischen. Begriffes kennen lernen; denn auch hier ist es sehr deutlich ersichtlich, wie die Entstehung der physikalischen Theorieen innig gebunden ist an die Entwicklung der Lehre der Kraft.
Bei dem Studium dessen, was die Kräfte hervorbringen, sind zwei verschiedene Gesichtspunkte möglich. Das eine Mal untersuchen wir die Wirkung, d. h. wie durch eine Kraft die Richtung und Geschwindigkeit einer bewegten Masse geändert wird; diess führt uns zu dem eigentlichen Begriffe der Kraft, wie dieselbe nach Gewichtseinheiten, z. B. nach Kilogrammen oder Pfunden, gemessen wird. Das andere Mal sehen wir, in wie fern eine Kraft das zu Stande bringt, was sie will, d. h. in wie weit bei der anziehenden Kraft die Körper sich nähern und wie viel bei einer abstossenden Kraft sie sich entfernen. In diesem Falle reden wir von der Leistung einer Kraft. Schon im gewöhnlichen Leben wird die Leistung von der Wirkung unterschieden, in so fern als wir sehr wohl sagen können, unsere Muskelkraft habe gewirkt, wenn wir eine Stunde lang an einem schweren Stein gezogen haben, ohne ihn zu
heben; das Wort Leistung können wir nur gebrauchen, wenn der Stein wirklich in die Höhe gebracht wird. Auf diese Weise entstand als Maass der Leistung der besonders in der praktischen Mechanik und bei der Erklärung der Maschinen so wichtige Begriff der Arbeit, des Productes von Kraft und Weg. Die grosse Bedeutung dieses Begriffes für die Lehre des Gleichgewichtes wurde schon von den alten Griechen geahnt, von Galilei genau und klar entwickelt und von Johann Bernoulli in einem von Basel aus an Varignon geschickten Briefe zu dem wichtigen Principe der virtuellen Geschwindigkeiten erweitert. Der Begriff der Arbeit gebrauchte aber noch ein Seitenstück in dem Maass der Leistungsfähigkeit eines Körpers in Bewegung, d. h. seiner Wucht; man braucht nur an einen Sturm, an fliessendes Wasser, an eine abgeschossene Kugel, an ein fallendes Beil zu denken, um sich gleich klar zu machen, dass ein bewegter Körper in Folge seiner Bewegung eine Leistungsfähigkeit besitzt, die ihm im ruhenden Zustande nicht zukommt.
Der Weg zur Erkenntniss dieses neuen Maasses und seines Zusammenhanges mit der Arbeit war gebahnt durch Huyghens; die genaue Aufstellung des Begriffes verdanken wir Leibnitz. In einem von ihm im Jahre 1686 publicierten Aufsatze, betitelt: Brevis demonstratio erroris memorabilis Cartesii, tritt er, mit der Behauptung auf, dass die Wucht eines bewegten Körpers nicht, wie Cartesius und seine Anhänger annahmen, der Geschwindigkeit, sondern dem Quadrate der Geschwindigkeit proportional sei, d. h. eine Kugel mit doppelter Geschwindigkeit dringe nicht zwei, sondern vier Mal so tief in eine weiche Masse ein, ein Sturm von doppelter Geschwindigkeit entwickle nicht einen zwei-, sondern einen vierfachen Druck, und, um ein recht triviales Beispiel zu gebrauchen, ein Stock geschwungen mit doppelter Geschwindigkeit thue nicht nur zwei, sondern vier Mal so weh. Dem Producte der Masse mit dem Quadrate
der Geschwindigkeit gab Leibnitz den Namen der vis viva, was später. Immanuel Kant etwas schwerfällig im Deutschen mit lebendiger Kraft bezeichnet hat.
Wohl selten hat eine Behauptung auf dem Gebiete der mathematischen Wissenschaft, wo man gewohnt ist, mit strengen Beweisen zu kämpfen, die gelehrte Welt in solche Aufregung gebracht, wie die Leibnitz'sche Lehre in Betreff der lebendigen Kraft; denn während mehr als sechzig Jahren dauerte der Streit zwischen den Cartesianern und Leibnitzianern über das Maass für die Leistung der bewegten Körper. Besonders lehrreich in diesem gelehrten Streite .ist die Art, wie Leibnitz seinen Freund Bernoulli in dem berühmten Briefwechsel, dessen Originale unsere Bibliothek besitzt, nicht nur zu seiner Ansicht bekehrte, sondern ihn schliesslich zu einem der eifrigsten Vorfechter der neuen Lehre machte, so dass sich Kant bewogen fühlte, ihn den grossen Schutzgott der lebendigen, Kräfte zu nennen. Die meisten Gelehrten der damaligen Zeit, die sich mit Fragen aus dem Gebiete der theoretischen Mechanik beschäftigten, und die wir hier nicht alle aufzählen wollen, haben sich an dem Streite betheiligt; eine Hauptrolle spielte sogar eine gelehrte Dame, die geistreiche Madame du Châtelet, die bekannte Geliebte Voltaire's. Auch dieser Letztere der über diesen Punkt mit seiner Gönnerin nicht einverstanden war, hatte sich berufen gefühlt, eine Arbeit über das Maass der Kräfte der Pariser Akademie einzugeben, so dass der Geschichtsschreiber dieser gelehrten Corporation zu der etwas pompösen Phrase sich verleiten liess: "Notre siècle ainsi que les plus beaux siècles de Rome et de la Grèce peut compter des philosophes parmi ses plus grands poètes." Welche grosse Bedeutung der Lösung dieser Frage noch in der Mitte des vorigen Jahrhunderts beigelegt wurde, ist unter.. Anderem daraus zu ersehen, dass die erste wissenschaftliche Arbeit des Philosophen Kant eine fast 200 Seiten lange Abhandlung
war, betitelt: "Gedanken von der wahren Schätzung der lebendigen Kräfte."
Wir können jetzt mit aller Ruhe und Leidenschaftslosigkeit den damaligen Streit betrachten, denn es steht ausser allem Zweifel, dass die Wucht eines bewegten Körpers entsprechend der Leibnitz'schen Behauptung dem Quadrate der Geschwindigkeit proportional ist. Jedenfalls aber wäre der Streit bedeutend abgekürzt worden, wenn Leibnitz nicht den so wenig passenden Namen der vis viva in die Wissenschaft eingeführt hätte, und wenn er sich nicht zugleich darauf gesteift hätte, dieselbe als das allein richtige Maass der Kraft überhaupt und nicht allein der Kraftleistung zu betrachten.
Es handelte sich jedoch nicht nur allein darum, den Begriff der lebendigen Kraft aufzustellen, sondern ihm in der Mechanik und Physik die richtige Stelle anzuweisen; und diess geschah durch die Aufstellung eines Satzes, dessen Entstehung und Bedeutung wir noch erwähnen müssen.
Schon Cartesius hatte gelehrt, dass von Gott die gleiche Quantität der Bewegung in der Welt bewahrt werde. Bei seiner Art, die Wucht zu messen, musste sich dieser Satz in manchen Füllen augenscheinlich als unrichtig erweisen; was unter Anderem Newton auf sehr überzeugende Weise zeigte. Anders verhielt es sich bei Anwendung des neuen Begriffes von Leibnitz; bei diesem wurde die Cartesianische Lehre zum Gesetz der Erhaltung der lebendigen Kraft. Welche grosse Bedeutung er selbst demselben zuschreibt, geht daraus hervor, dass er es als das sicherste und' allgemeinste (certissimum universalissimumque) der von ihm aufgestellten Principien betrachtete.
Die Anwendung des Gesetzes der Erhaltung der lebendigen Kraft auf die Mechanik und die mechanische Physik würde besonders durch Johann und Daniel Bernoulli durchgeführt. Wenn man die Schriften des Letzteren liest, so ist
man verwundert zu sehen, wie ausserordentlich nahe er der heutigen Anschauung war. Er erkannte, dass beim Stoss weicher Körper lebendige Kraft scheinbar verloren gehe, er nahm. an, dass dieselbe nicht verschwinde, sondern an eine materia subtilis im Inneren des Körpers. übergehe, er wusste so gut wie wir Alle, dass durch Stoss und Reibung Wärme entwickelt wird, und die Wärme war nach ihm nichts Anderes als die innere Bewegung der kleinsten Theile. Es war somit nur noch nöthig, diese Anschauungen dahin zusammenzufassen, dass man sagte, die durch innere Reibung beim Stoss scheinbar verloren gegangene lebendige Kraft tritt in der Form von Wärme wieder zum Vorschein.
Ein. Jahrhundert musste vergehen, bis dieser scheinbar so kleine Schritt gethan wurde; nur darum, weil fast die ganze gelehrte Welt durch die stofflichen Theorieen und die Lehre der Imponderabilien geblendet war. Im Jahre 1824 gieng Carnot in seinen réflexions sur la puissance motrice du feu von der allgemeinen Gültigkeit des Satzes von der Erhaltung der Kraft in der etwas populären Form aus, dass ein perpetuum mobile unmöglich sei, und entwickelte daraus, noch vollkommen auf dein Boden der stofflichen Theorie stehend, eine Anzahl sehr wichtiger Sätze über den Zusammenhang von Wärme und Arbeit. Die Schrift von Carnot blieb ziemlich unbeachtet. Erst zu Anfang der vierziger Jahre wurde durch die äusserst ideenreichen Schriften Mayers und durch die sehr mannigfaltigen, theilweise in grossartigem Maassstabe ausgeführten Versuche von Joule die Lehre des mechanischen Aequivalentes der Wärme aufgestellt, wodurch es möglich wurde, die Wärmemenge nach mechanischen Einheiten zu messen. Es wurde gezeigt, dass die Wärmemenge, die es braucht, um einen Liter Wasser um einen Grad zu erwärmen, der Arbeit von 425 Kilogrammetern entspricht, d. h. ungefähr der Wucht, mit der eine 12 Pfünderkugel auf den Boden aufschlägt,
wenn sie von der Höhe unseres Münsterthurmes (etwas über 200 Fuss) herunterfällt.
Seitdem das richtige mechanische Maass für die Wärmemenge gefunden war, musste der Wärmestoff von selbst in Nichts zerrinnen. Allerdings spielt dafür der durch die Lichttheorie eingeführte Aether auch in der Wärmelehre eine bedeutende Rolle; es sind somit die hypothetischen unwägbaren Stoffe nicht ganz aus der Wissenschaft verschwunden. Allein ein bedeutender Fortschritt ist doch darin zu finden, dass eine grosse Mannigfaltigkeit von Erscheinungen auf Wirkungen des einen Aethers zurückgeführt wird, während früher mehrere stofflich ganz verschiedene Imponderabilien angenommen wurden. Noch weiter zu zeigen, wie sich die mechanische Wärmelehre in den letzten Decennien mit Riesenschritten entwickelt hat, geht über die Aufgabe, die wir uns für heute vorgenommen.
Es bleibt uns noch übrig anzudeuten, wie der Leibnitz-Bernoulli'sche Satz nicht nur für das Gebiet der Wärmelehre, sondern für die ganze Physik einen noch viel weiter gehenden und alle Abschnitte umfassenden Erfolg gehabt hat. Einen mächtigen Schub nach dieser Richtung bewirkte im Jahre 1847 Helmholtz, als er der physikalischen Gesellschaft in Berlin seine Sätze über die Erhaltung der Kraft vortrug und besonders auch die Lehre der Elektricität und des Magnetismus in seine Betrachtungen hineinzog. Seit dieser Zeit nimmt man allgemein an, dass in der Natur keine Arbeit oder Wucht in irgend einer Form, sei es Schall, Wärme, Licht, Elektricität, entstehen kann, ohne dass andererseits eine genau entsprechende Menge in gleicher oder anderer Form verschwinde; und ebenso lässt jeder scheinbare Verlust von Arbeit mit Sicherheit darauf schliessen, dass dieselbe irgendwo vielleicht in ganz anderer Gestalt wieder aufgefunden werden muss. Es ist ganz unsäglich, in welchem Grade durch die Anwendung dieses Satzes die physikalischen Theorieen und besonders die
Lehre von der Wechselwirkung der Naturkräfte sich entwickelt und ausgebildet haben.
Nur auf einen Punkt möchte ich noch aufmerksam machen, nämlich auf die oft unrichtige und falsche Stellung, welche dem Princip der. Erhaltung der Kraft gegeben wird. Kaum zu erwähnen brauche ich die lächerliche Uebertreibung, die sich einige Auswüchse der materialistischen Schule haben zu Schulden kommen lassen durch die Annahme, dass nicht nur Schall in Wärme, Wärme in Elektricität, Elektricität in Licht sich umsetze, sondern dass ebenso gut mechanische Arbeit oder Wärme in Gedanken und Gefühle verwandelt werden können. Von solchem Unsinn ist die eigentliche Wissenschaft ferne geblieben. Allein auch in dieser wird oft das Princip der Erhaltung der Kraft unrichtig aufgefasst, insofern man es als das höchste Naturgesetz, eine Art Theorie der Theorieen, das letzte Ziel der physikalischen Wissenschaft hinstellt. Das genannte Princip ist nichts weiter als eine nothwendige Folge der mechanischen Naturanschauung, und wenn wir bei allen physikalischen und chemischen Forschungen nichts finden, was diesem Satze widerspricht, so ist damit erst gezeigt, dass wir mit der mechanischen Anschauung auf dem richtigen Wege sind; über die Gesetze, nach denen die von den Atomen ausgehenden Kräfte auf einander wirken, und deren genaue Erkenntniss unser letztes Streben sein muss, sagt uns der Satz der Erhaltung der Kraft nichts. Derselbe ist erst der Grundstein des wissenschaftlichen Gebäudes und nicht der Schlussstein des Gewölbes, mit welchem sich das Ganze zu einer Einheit abschliesst. Von dem Schlusssteine aber, das heisst der Lehre, die für alle Erscheinungen der unorganischen Natur aus den den Atomen inwohnenden Kräften in ähnlicher Weise die Erklärung giebt, wie die Theorie der allgemeinen Anziehungskraft für die Bewegungen der Gestirne, ist die heutige Wissenschaft noch unendlich weit entfernt.
Nur in der soeben genannten Lehre der allgemeinen Anziehungskraft haben wir eine abgeschlossene Theorie, die bis jetzt im Stande war, alle einzelnen Gesetze zu erklären; die Theorie der Molecularkräfte ist noch höchst unbestimmt und unsicher; die Theorie des Lichtes befriedigt so ziemlich, so lange wir. nur, von der Fortpflanzung desselben im freien Aether handeln; sobald die Lichterzeugung und Lichtwirkung erklärt werden soll, so tappen wir trotz alles Lichtes im Dunklen herum; die Theorie der chemischen Anziehungskraft hat in Folge der neuen Anschauung entschieden gewonnen, weil die Menge der bei einer Verbindung entstehenden Wärme dadurch eine höhere wissenschaftliche Bedeutung erhalten hat, von einer klaren mechanischen Theorie kann man aber hier kaum sprechen; noch betrübter sieht es aus in der Lehre der Elektricität und des Magnetismus, wo wir zwar in Folge der vielen und erfolgreichen experimentellen Arbeiten unseres Jahrhunderts eine grosse Anzahl genau festgestellter Gesetze haben, wo wir ferner in Folge der mannigfachen und sorgfältig untersuchten Wechselwirkung zwischen Elektricität, Magnetismus, Wärme und Licht deutlich erkennen, dass nur eine mechanische Theorie wirklichen Aufschluss geben kann; wo man aber aus Mangel einer solchen sich immer noch mit der alten Anschauung der elektrischen und magnetischen Fluiden schleppt, obwohl eigentlich im Ernst kein Mensch mehr an dieselben glaubt.
Fassen wir das Resultat unserer Betrachtungen kurz zusammen, so können wir sagen:
Die Entwicklung der physikalischen Wissenschaft seit Galilei berechtigt uns zu der Behauptung, dass nur mechanische Theorieen im Stande sind, uns wirkliche Erklärung der Erscheinungen der unorganischen Natur zu geben. Von dem eigentlichen Ziele, der Zurückführung aller Naturerscheinungen auf die den Atomen inwohnenden Kräfte sind wir noch ganz ausserordentlich weit entfernt.
Ob das gesteckte Ziel jemals wird vollkommen erreicht werden, ist sehr zu bezweifeln; aber so viel steht doch deutlich fest, dass die Wissenschaft dem Ziele entschieden näher gerückt ist, und diess ermächtigt zu der Hoffnung, dass wir auch in Zukunft noch um ein Bedeutendes näher gelangen können. Soll aber diess mit Sicherheit geschehen, so kann es nur stattfinden auf dem mühsamen Wege der Induction, dem Wege, der immer wieder beginnt mit der Beobachtung und dem Versuch. Hier ist aber noch ein reiches Arbeitsfeld vorhanden; und der Einzelne, der seine schwachen Kräfte nur einem beschränkten Gebiete widmen kann, entnimmt daraus den Trost, dass jede einzelne Beobachtung, sobald sie zuverlässig und gewissenhaft angestellt ist, ein wenn auch kleiner und bescheidener, doch werthvoller Beitrag sein kann zu dem grossen hehren Bau der Wissenschaft.
Druck von J. B. Hirschfeld in Leipzig.