18. Aufgaben und Ziele.

Die großen Errungenschaften, deren Zustandekommen der Gegenstand

der bisherigen Darstellung gewesen ist, bestimmen nach Inhalt wie

nach Richtung auch die Forschung unserer Tage, so daß es, um weitere

Erfolge zu zeitigen, durchaus nicht immer der Auffindung neuer Wege

und Methoden bedarf. Vielmehr versprechen die zahlreichen Ansätze,

welche der heutigen Generation neben einem festgefügten Lehrgebäude

übermittelt sind, eine stete Fortentwicklung der Naturwissenschaften.

Hierzu wirkt sowohl die Verfeinerung der Hilfsmittel, die immer

schärfere Messungen erlauben, als auch der Umstand, daß die

Experimentierkunst durch ihre Verbindung mit der Ingenieurmechanik

einen Zug ins Großartige nimmt, den die älteren Forscher mit ihren

bescheidenen Mitteln nicht kannten.

Indessen auch neue Wege und Methoden, die sich auf den vorhandenen

Grundlagen oder in engster Anlehnung an diese entwickeln, liefern

fortgesetzt eine reiche Fülle neuer, oft ganz unerwarteter,

überraschender Aufschlüsse. Es wird daher immer schwieriger, sich

in dieser Fülle den Blick für das große Ganze zu bewahren. Durch

eine Vertiefung in das Detail aller Einzeluntersuchungen ist dieses

Ziel schon lange nicht mehr zu erreichen, wohl aber durch eine

Betrachtung der Naturwissenschaften vom philosophischen und vom

entwicklungsgeschichtlichen Standpunkte.

Als ein Beispiel für die an erster Stelle erwähnte Genauigkeit der

Messungen kann aus der Geschichte der letzten Jahrzehnte die Entdeckung

des Argons genannt werden, jenes von *Rayleigh* und *Ramsay* 1894

aufgefundenen Bestandteiles der Luft, den *Cavendish*, wie sich

nachher herausstellte, schon hundert Jahre früher isoliert hatte[625].

*Rayleigh* ging von der Aufgabe aus, die Zusammensetzung des Wassers

mit möglichster Schärfe zu bestimmen[626]. Dazu waren genaue Wägungen

von Wasserstoff und Sauerstoff erforderlich, die *Rayleigh* einige

Jahre später auch auf den Stickstoff ausdehnte[627]. Während nun ein

Liter des aus der Luft entnommenen Stickstoffs 1,257 g wog, ergab sich

für den aus chemischen Verbindungen[628] hergestellten Stickstoff ein

etwas geringeres Gewicht (1,250 g). Die alsbald auftauchende Vermutung,

daß dem aus der Atmosphäre gewonnenen Stickstoff eine kleine Menge

eines erheblich schwereren Gases beigemengt sei, hat sich darauf

bestätigt. Wurden nämlich der Luft zunächst der Sauerstoff und dann

der Stickstoff entzogen, so blieb ein schweres Gas zurück, das wegen

seiner chemischen Indifferenz Argon genannt wurde. Die Entdeckung

dieses Stoffes ist mit Recht als ein Triumph der dritten Dezimale, in

der sich ja erst der Unterschied im Gewicht des chemisch reinen und des

atmosphärischen Stickstoffs bemerkbar macht, bezeichnet worden.

Auch die wissenschaftlichen Fortschritte der letzten Jahre haben sehr

häufig den Ausspruch *Lord Kelvins* bestätigt, daß fast alle großen

Entdeckungen der Neuzeit der Lohn gewesen sind für exakte, geduldige

Messungen und die genaue Prüfung der zahlenmäßigen Ergebnisse.

Wieweit die Verfeinerung der für solche Messungen erforderlichen

Hilfsmittel getrieben werden kann, lehren uns die neuesten Forschungen

über den Atomzerfall radioaktiver Elemente. Diese Forschungen führten

zur Konstruktion von Mikrowagen, deren Empfindlichkeit sich auf den

500000. Teil eines Milligramms beläuft[629]. Eine bei der Untersuchung

radioaktiver Körper angewandte optische Methode gestattet sogar,

jedes abgeschleuderte α-Teilchen zu zählen. Läßt man nämlich die

abgeschleuderten α-Teilchen auf einen Zinksulfidschirm treffen,

so erzeugt der Stoß eines jeden Teilchens ein Szintillieren. Man

beobachtet einen Teil des Schirmes mit dem Mikroskop und findet so

durch Auszählen, wieviel α-Teilchen in der Sekunde auf ein bestimmtes

Flachenstück kommen. Das auf diese Weise erhaltene Ergebnis stimmte mit

dem nach einem elektrischen Meßverfahren erhaltenen gut überein[630].

Die Zeiten eines *Scheele* und eines *Berzelius*, in denen bescheidene,

auch dem Privatmanne zu Gebote stehende Mittel genügten, um die

der Wissenschaft gestellten Aufgaben zu bewältigen, sind längst

vorüber. Um ein Problem auf experimentellem Wege bis in seine letzten

Konsequenzen zu verfolgen, bedarf es häufig eines Aufwandes an Kosten

und an Mühe, der die Kräfte des einzelnen bei weitem übersteigt. So

wurde das Gebiet der Kondensation der Gase in den zwanziger Jahren von

*Faraday* durch einfache Versuche erschlossen[631]. Sein Verfahren

bestand darin, daß er Gase aus der Entwicklungsflasche in geschlossene

Gefäße leitete und sie in einigen Fällen unter dem so erzeugten Druck

verflüssigte. An die Stelle dieser einfachen Versuchsanordnung trat

die Kompressionsmaschine. Und als man erkannte, daß der bloße Druck

häufig nicht ausreicht, wandte man gleichzeitig tiefe Temperaturen an.

Zu einem gewissen Abschluß gelangte diese Versuchsreihe erst durch die

Bemühungen *Dewars*, der unter einem hohen Druck stark abgekühlten

Wasserstoff verflüssigte. Mit dem Aufbau des dafür erforderlichen

Apparates waren drei Ingenieure ein volles Jahr beschäftigt, so daß die

Schlußbemerkung *Dewars*[632], daß zu derartigen Versuchen vor allem

Geld gehöre, sehr berechtigt erscheint.

Um die Forschung größeren Stiles zu ermöglichen, genügt es heute

selbst nicht mehr, daß die Regierungen und die Akademien dem

wissenschaftlichen Arbeiter Geldmittel zur Bewältigung bestimmter

Probleme zur Verfügung stellen. Man ist daher zur Einrichtung

besonderer Forschungsinstitute geschritten. An deutschen Unternehmungen

dieser Art ist die von *Werner Siemens* ins Leben gerufene

physikalisch-technische Reichsanstalt zu nennen, mit deren Leitung

*Helmholtz* während der letzten Jahre seines Lebens (seit 1888) betraut

war. Rein wissenschaftlichen Zwecken soll die anfangs 1911 ins Leben

gerufene Kaiser Wilhelm-Gesellschaft dienen. Sie wurde mit einem

Kapital von 11 Millionen Mark gegründet und stellt sich die Aufgabe,

Institute zu schaffen, an denen Gelehrte sich ausschließlich der

Forscherarbeit widmen. Entstanden sind bis jetzt ein chemisches und ein

chemisch-physikalisches Institut.

Zu den Forschungsmitteln der heutigen Wissenschaft gehört auch die

Anwendung gewaltiger Druckkräfte sowie sehr hoher und sehr tiefer

Temperaturen.

Durch die Anwendung gewaltiger Druckkräfte wurde z. B. der seit alters

geltende Satz, daß die Körper nur im gelösten Zustande chemisch

wirken[633], einer erheblichen Einschränkung unterworfen. So gelang

es, um nur eine der zahlreichen, durch Druck bewirkten Umsetzungen

zu erwähnen, in einem völlig trockenen Gemisch von Bariumsulfat

und Natriumkarbonat bei gewöhnlicher Temperatur die Bildung von

Natriumsulfat und Bariumkarbonat herbeizuführen, indem man das Gemenge

einem Drucke von 6000 Atmosphären aussetzte[634].

Die Anwendung außerordentlich tiefer Temperaturen erschließt ein

unabsehbares Feld für weitere Untersuchungen. Während z. B. die

Reaktionsfähigkeit der Materie durch eine Erhöhung des Druckes eine

beträchtliche Zunahme erfährt, stellt sich unter dem Einfluß tiefer

Temperaturen das Gegenteil ein. So werden die Alkalimetalle bei der

Temperatur des siedenden Sauerstoffes von diesem Elemente, für das sie

sonst die größte Affinität besitzen, überhaupt nicht angegriffen.

Auch die Bemühungen, sehr hohe Wärmegrade zu erzeugen, eröffnen die

Aussicht auf eine Fülle ungeahnter Fortschritte von technischer und

theoretischer Bedeutung. Als das wichtigste Mittel zur Erzielung

hoher Temperaturen ist seit einigen Jahrzehnten an die Stelle des

Knallgasgebläses der elektrische Ofen[635] getreten, ein Apparat, der

uns das Calciumkarbid, das Karborund und andere technisch wichtige

Verbindungen beschert, sowie die Darstellung des Aluminiums im großen

ermöglicht hat. Indem man im elektrischen Ofen Kohlenstoff in flüssigem

Eisen löste und unter hohem Druck kristallisieren ließ, gelang sogar

die Herstellung von Diamanten.

Um das Verhalten flüchtiger Elemente und Verbindungen bei hohen

Temperaturen zu studieren und zu wichtigen Schlüssen bezüglich der

Konstitution der Materie zu gelangen, sind ergiebige Wärmequellen nicht

das einzige Erfordernis, sondern hier handelt es sich in erster Linie

um die Beschaffung eines widerstandsfähigen Materiales. An die Stelle

des anfänglich benutzten Glases traten Porzellan und Platin, so daß

die Bestimmung der Dampfdichte schließlich bei 1700° ausgeführt werden

konnte. Ein interessantes Ergebnis dieser insbesondere von *Victor

Meyer* angestellten pyrochemischen Untersuchungen besteht darin, daß

die Elemente Chlor, Brom und Jod bei einer Temperatur von 1400° nicht

mehr im molekularen Zustande beharren, sondern in ihre Atome gespalten

werden, während z. B. Sauerstoff und Stickstoff bei jener Temperatur

ihr molekulares Gefüge noch nicht ändern. Den Bemühungen, Gefäße

herzustellen, welche das Platin an Widerstandsfähigkeit übertreffen und

eine Ausdehnung dieser für die Erkenntnis der Konstitution der Materie

so überaus wichtigen Versuche ermöglichen, ist *Victor Meyer* durch

einen allzu frühen Tod entrissen worden. Der Gedanke, im Einklang mit

dem periodischen System die zusammengesetzte Natur der Elemente auf

pyrochemischem Wege nachzuweisen, wird aber auch für spätere Forscher

leitend bleiben.

Während man einerseits die Zurückführung der Elemente auf einen

einzigen Urstoff wenigstens in Betracht zieht, hat die analytische

Chemie während der letzten Jahrzehnte die Zahl der Elemente noch

immerfort durch die Entdeckung neuer Grundstoffe vermehrt. Neben dem

Skandium und dem Germanium, deren Bedeutung für das periodische System

wir kennen lernten, sind hier in erster Linie Argon und Helium zu

nennen. Hat doch der Entdecker des Germaniums der Meinung Ausdruck

verliehen, daß die Erforschung dieser Elemente einen Anstoß zum

weiteren Ausbau, wenn nicht zur Umgestaltung des periodischen Systemes

geben werde[636].

Neben der wachsenden Schärfe der Messungen und der großartigen

Entwicklung der experimentellen Technik erweist sich die innige

Verknüpfung der verschiedenen Wissenschaftsgebiete als eine

unerschöpfliche Quelle des Fortschritts. So ist im Verlauf der

letzten Jahrzehnte aus bescheidenen Anfängen die physikalische Chemie

erwachsen, die neben einer Umgestaltung der chemischen Technik

auch einen tieferen Einblick in die Natur der chemischen und der

elektrischen Vorgänge herbeizuführen bestrebt ist.

Ein technisches Problem von großer Wichtigkeit, das erst vor kurzem

mit Hilfe der neuesten Methoden der physikalischen Chemie bewältigt

wurde, ist die Erzeugung von Ammoniak aus seinen Elementen[637]. Die

älteren Bemühungen, den mit einer sehr geringen Affinität begabten

Stickstoff an Wasserstoff zu binden, waren erfolglos geblieben.

Bei der Wiederaufnahme des Problems erforschte man zunächst für

Ammoniak, Stickstoff und Wasserstoff die Bedingungen des chemischen

Gleichgewichts. Man fand, daß bei etwa 1000° Ammoniak in seine

Elemente zerfällt, gleichzeitig aber daraus in geringen Mengen neu

entsteht (NH_{3} ⇄ N + 3H). Nun galt es, in ungezählten Versuchen zu

ermitteln, in welcher Weise die Synthese des Ammoniaks nicht nur von

der Temperatur, sondern von gewissen Katalysatoren, vom Druck und

von Strömungsverhältnissen abhängt. Schließlich hat man diejenigen

Bedingungen, die man als die günstigsten ermittelt hatte, so vereinigt,

daß das Problem nicht nur wissenschaftlich, sondern auch technisch

gelöst war. Das heißt, daß synthetisches Ammoniak mit dem Ammonsulfat

der Gasanstalten, dem Chilesalpeter und der durch Elektrosynthese

erzeugten Salpetersäure auf dem Weltmarkt in Wettbewerb treten

konnte[638].

Nicht minder belangreich wie die technischen Fortschritte sind die

Früchte, welche die innige Verknüpfung der Physik mit der Chemie

auf wissenschaftlichem Gebiete zeitigt. Hier sind *van't Hoffs*

Entdeckung, daß die Stoffe in der Lösung denselben Gesetzen gehorchen

wie im gasförmigen Zustande, sowie die von *Arrhenius* und *Ostwald*

begründete Theorie der elektrolytischen Dissoziation die Etappen, die

in erster Linie geeignet scheinen, dem weiteren Eindringen in das

Gebiet der Molekularphysik und die Natur des chemischen Prozesses die

nötigen Stützen zu gewähren[639].

Daß sich nicht nur zwischen den einzelnen Wissenschaften, sondern auch

zwischen den Teilgebieten eines und desselben Zweiges noch manche

wichtige Beziehung knüpfen läßt, haben die epochemachenden, die Kluft

zwischen der Optik und der Elektrizitätslehre überbrückenden Versuche

eines *Hertz* ergeben.

Auf dem durch *Hertz* erschlossenen Felde der elektrischen Strahlung,

welches durch die Entdeckung *Röntgens* noch eine ungeahnte Erweiterung

erfuhr, sehen wir heute zahlreiche Forscher tätig. Das letzte, von

einer Lösung wohl noch weit entfernte Problem, das diesen vorschwebt,

ist die Frage nach der Natur des raumerfüllenden Äthers, der an die

Stelle der früheren Imponderabilien getreten ist, und nach seinem

Verhältnis zu der wägbaren Materie. Ob den zu erhoffenden Aufschlüssen

gegenüber die atomistische Auffassung des Naturganzen Stand halten

oder eine rein energetische an deren Stelle treten wird, hängt von den

schließlichen Erfolgen der hier gestreiften Untersuchungen ab.

Eine wenn auch nur skizzenhafte Darstellung der Entwicklung dieses

Forschungsgebietes soll uns zu den hier noch einer Lösung harrenden

Problemen führen.

Auf die eigentümlichen Erscheinungen, welche der elektrische Funken

bei seinem Durchgange durch stark evakuierte Röhren darbietet, war man

schon um die Mitte des 18. Jahrhunderts aufmerksam geworden[640].

Etwa hundert Jahre später gelang es dem Mechaniker *Geißler*, mit

Hilfe seiner Quecksilberluftpumpe Glasröhren in solchem Grade zu

evakuieren, daß sich in ihnen nur noch eine Spur von Quecksilberdampf

oder von einem beliebigen Gas befand. In einer solchen Röhre, in

welcher die Verdünnung bis zu einem Drucke von 0,001 mm gelangt ist,

machen sich bei der Entladung eigentümliche Erscheinungen bemerkbar.

Wie zuerst *Hittorf* im Jahre 1869 beobachtete, füllt sich die Röhre

mit einem Licht, das von der Kathode ausgeht und das Glas sowie

Mineralien zur Fluorescenz bringt. Werden metallische Gegenstände der

Kathode gegenüber angebracht, so werfen sie einen von der Kathode

fortgerichteten Schatten. Das beweist, daß die Strahlen von der Kathode

ausgehen und sich gradlinig fortpflanzen. Daß diese Kathodenstrahlen

von einem Magneten beeinflußt werden, bemerkte schon *Hittorf*.

Durch einen Zufall machte 1895 *Röntgen* die Entdeckung, daß von

den Stellen, auf welche die Kathodenstrahlen treffen, unsichtbare

Strahlen ausgehen. Diese von den Kathodenstrahlen erzeugten Röntgen-

oder X-Strahlen machen sich erst dadurch bemerkbar, daß sie

fluoreszierende Substanzen zum Leuchten bringen und photochemische

Wirkungen hervorrufen. Daß es sich hier um eine eigene Strahlengattung

handelt, zeigte sich darin, daß die Röntgenstrahlen im Gegensatz zu

den Kathodenstrahlen vom Magneten kaum beeinflußt werden und weder

Reflexion noch Brechung erleiden. Ihre Fähigkeit, auch undurchsichtige

Stoffe in mehr oder minder hohem Grade zu durchdringen, vereint mit

ihrer Wirkung auf den Fluorescenzschirm oder die photographische Platte

hat bekanntlich zu einer wichtigen Verwendung der Röntgenstrahlen auf

dem Gebiete der ärztlichen Untersuchung geführt.

Vor einem neuen Rätsel stand man, als *Becquerel* im Jahre 1896

dunkle Strahlen beobachtete, die im Gegensatz zu den Kathoden- und

den Röntgenstrahlen ohne jede Mitwirkung elektrischer Entladungen

entstehen. *Becquerel* bemerkte, daß ein Uransalz[641] durch

eine undurchsichtige Substanz hindurch auf eine photographische

Platte wirkte. Er war zunächst geneigt, diese Erscheinung aus der

Phosphorescenz des Salzes zu erklären. Indes ergab die weitere

Untersuchung, daß das Uransalz auch durch undurchsichtige Substanzen

hindurch auf die Platte wirkte, wenn man das Salz nicht dem Lichte

ausgesetzt hatte. Es ergab sich ferner, daß selbst nach längeren

Zeiträumen die Intensität der in völliger Dunkelheit von dem Uransalze

ausgesandten Strahlen nicht abnahm. Da alle Uransalze, mochten sie fest

oder gelöst sein, das gleiche Verhalten zeigten, so kam *Becquerel*

auf den Gedanken, daß das Uranmetall die gleichen dunklen Strahlen

vielleicht in einem noch höheren Maße aussenden möge. Die Vermutung

wurde durch den Versuch bestätigt. Bald darauf (1896) entdeckte

*Becquerel*, daß die von dem Uran ausgehenden Strahlen Gasen die

Eigenschaft erteilen, elektrische Körper zu entladen, eine Eigenschaft,

die man später zum Nachweise der Radioaktivität verwertet hat.

Im Jahre 1897 konnte *Becquerel* die ganz erstaunliche Mitteilung

machen[642], daß Uransalze, die er länger als ein Jahr, geschützt

gegen jede Strahlung, aufbewahrt hatte, mit unverminderter Stärke

Strahlen aussandten, die durch undurchsichtige Körper hindurch auf die

photographische Platte wirken. Die Frage nach der Quelle dieser Energie

wurde dadurch immer rätselhafter.

Im Jahre 1898 dehnte das Ehepaar *Curie* die Untersuchung auf Uran und

Thor enthaltende Mineralien (Pechblende, Uranit) aus. Sie vermuteten,

daß diese Mineralien eine Substanz enthalten konnten, die stärker wirkt

als die genannten Metalle. Um diese Vermutung auf ihre Richtigkeit

zu prüfen, lösten sie die Mineralien in Säuren. Beim Hindurchleiten

von Schwefelwasserstoff blieben Uran und Thor in Lösung. Der

Schwefelwasserstoffniederschlag, in dem sich eine Anzahl von Metallen

befand (Blei, Kupfer, Wismut usw.) erwies sich als sehr aktiv. Durch

geeignete Lösungsmittel ließen sich eine Anzahl von Metallen aus dem

Niederschlag entfernen. Schließlich hinterblieb ein vorzugsweise

Wismut enthaltender Rest, dessen Emmissionsvermögen 400mal so groß

war wie dasjenige des Uran[643]. Fällte man die gelösten Mineralien

mit Schwefelsäure, so erwies sich der vorwiegend aus Bariumsulfat

bestehende Niederschlag noch aktiver als der nach dem ersten Verfahren

mit Schwefelwasserstoff erhaltene. Da Bariumverbindungen für gewöhnlich

das merkwürdige, von *Becquerel* entdeckte Strahlungsvermögen nicht

aufweisen, so wurden P. und *S. Curie* auf die Vermutung geführt,

daß dem aus der Lösung von Uranpecherz ausgefällten Bariumsulfat,

das Sulfat eines dem Barium sehr nahestehenden, bisher unbekannten

Elementes beigemengt und daß dieses Element der Träger der neuen,

später als Radioaktivität bezeichneten Eigenschaft sei. Sie nannten

dieses neue, zunächst sehr hypothetische Element Radium. Ob es sich

hier tatsächlich um ein neues Element handelt, konnte nur mit Hilfe der

Spektralanalyse entschieden werden. Sie ergab die Richtigkeit der von

P. und *S. Curie* ausgesprochenen Vermutung. Der Spektralapparat ließ

nämlich in den Rückständen des Uranpecherzes eine Linie von bestimmter

Wellenlänge erkennen, die keinem bekannten Elemente zugeschrieben

werden konnte und die immer deutlicher hervortrat, je mehr man das

Strahlungsvermögen der Masse durch weitere Konzentration erhöhte.

Groß war das Aufsehen, als im Jahre 1899 Radiumpräparate der

Versammlung deutscher Naturforscher und Ärzte vorgeführt wurden.

Bei dieser Demonstration war ein Präparat in einer 12 mm dicken

Bleiumhüllung untergebracht. Trotzdem erregten die von dem Präparat

ausgehenden Strahlen außerhalb der Bleiumhüllung das Aufleuchten

eines Bariumplatinzyanürschirmes, der ein zum Nachweis von

Fluorescenzwirkungen besonders geeignetes Mittel ist.

Mit dem Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die eingehendere Erforschung

der Radioaktivität von zahlreichen Chemikern und Physikern in die

Hand genommen. Man entdeckte, daß sich bei dem Vorgänge verschiedene

Strahlengattungen (α-, β- und γ-Strahlen) unterscheiden lassen und daß

mit der Strahlung eine Gewichtsabnahme verbunden ist. Die Strahlung

besteht daher zum Teil in einer Absonderung von Substanz. Man hat

diese gasförmige Substanz rein dargestellt und Emanation genannt.

Das größte Aufsehen erregte es, daß Radium, scheinbar im Widerspruch

zum Energiegesetz, fortwährend Wärme ausstrahlt, eine Tatsache, die

wegen der langen Dauer dieses Prozesses nur aus der Annahme eines

ganz ungeheuren, in dem Radium steckenden Energievorrats erklärt

werden kann. Im Widerspruch zu den bisherigen Erfahrungen und Theorien

bemerkte man ferner, daß sich die aus dem Element Radium entstandene

Emanation in das Element Helium[644] umwandelt. Nach den neuesten

Ergebnissen sind die Teilchen der α-Strahlen positiv geladene

Heliumatome. Alle radioaktiven Stoffe, die α-Strahlen aussenden,

erzeugen also fortdauernd Helium[645]. Die β-Strahlen sind dagegen

negative Elektronen. Sie entsprechen also den in den *Crookes*schen

Entladungsröhren auftretenden Kathodenstrahlen. Auf dem Gebiete der

Radiumforschung ist trotz der angestrengten Arbeit eines Jahrzehnts und

der Feststellung zahlreicher Tatsachen sehr vieles noch aufzuhellen.

Daneben erwächst der Theorie die Aufgabe, sich den neuen Tatsachen

anzupassen, soweit sich letztere den früheren Theorien nicht einfügen

lassen. Am besten ist diese Anpassung der schon um 1880, also vor

der Entdeckung der Radioaktivität geschaffenen Elektronentheorie

gelungen. Nach dieser von *H. A. Lorentz* begründeten Theorie ist

die Elektrizität an Masse gebunden. Aus den zur Bekräftigung dieser

Vorstellung unternommenen Versuchen ließ sich ermitteln, daß die

Massenteilchen, die als die Träger der negativen Elektrizität

betrachtet werden, etwa 2000mal leichter sind als die Atome des

Wasserstoffs, dem die Chemie das kleinste Atomgewicht zuschreibt.

Die mit einer bestimmten elektrischen Ladung versehenen Massen, die

Elektronen, können aus dem Atom heraustreten. Dies geschieht z. B.

beim Reiben. Das zurückbleibende Atom ist positiv geladen. Es wird als

positives Ion bezeichnet. Verbinden sich die freigewordenen Elektronen

mit einem neutralen Atom, so wird dieses zum negativen Ion. Die

Kathodenstrahlen stellen sich nach dieser Theorie als abgeschleuderte

Elektronen dar. Daß sie negativ sind, läßt sich daraus schließen,

daß sie von einem negativ geladenen Körper abgelenkt werden. Der

galvanische Strom, sowie die Fortleitung der Elektrizität in den

Metallen besteht nach dieser Auffassung gleichfalls in einer Wanderung

der Elektronen. *Lorentz* bezweckte mit seiner Elektronentheorie nicht

etwa die Beseitigung, sondern den Ausbau der von *Maxwell* auf Grund

der Untersuchungen *Faradays* entwickelten elektromagnetischen Theorie

des Lichtes. Er zeigte, wie durch die Annahme elektrisch geladener

Teilchen in den durchsichtigen Körpern gewisse optische Erscheinungen

ihre Erklärung finden. Die *Maxwell*schen Gleichungen für den freien

Äther ließ *Lorentz* in Geltung. Die Elektronen beeinflussen nach ihm

die elektrischen und die optischen Vorgänge nur dadurch, daß sie nebst

ihren Ladungen eine schwingende Bewegung ausführen.

Eine Stütze erhielt die Elektronentheorie dadurch, daß sie das von

*Zeemann* im Jahre 1896 entdeckte Phänomen vorherzusagen vermochte.

*Zeemanns* Phänomen besteht darin, daß sich die Spektrallinien

eines leuchtenden Dampfes unter der Wirkung eines genügend starken

Magnetfeldes spalten[646].

Die durch *Lorentz* geschaffene atomistische Auffassung der

Elektrizität bedeutet übrigens in gewissem Sinne eine Rückkehr zu

früheren Vorstellungen. So hatte schon *Wilhelm Weber* um die Mitte

des 19. Jahrhunderts die elektrischen Erscheinungen aus der Annahme

elektrischer Atome zu erklären gesucht. Auch *Helmholtz* war geneigt,

aus den *Faraday*schen elektrolytischen Gesetz auf die Existenz

gewisser Elementarquanten der Elektrizität zu schließen, die an

den Elektroden sich von den geladenen chemischen Atomen, den Ionen

*Faradays*, trennen sollten.

Seitdem man gefunden hat, daß die radioaktiven Stoffe ohne äußere

Einwirkung Elektronen aussenden, hat man sich der Elektronentheorie

mit dem doppelten Interesse zugewandt. Diese Theorie und die weitere

Erforschung der Radioaktivität gehen heute vollkommen Hand in

Hand[647]. Das wird solange dauern, bis neue Tatsachen entdeckt werden,

denen sich die Theorie nicht anzupassen vermag. Aber selbst dann

werden die Vorstellungen, welche die heutige Physik beherrschen, von

der Geschichte der Wissenschaften als eine für die betreffende Zeit

sehr wertvolle Arbeitshypothese anerkannt werden. In dieser Geschichte

steht dem Wechsel der Theorie als das Bleibende nicht nur das Reich der

einwandsfrei ermittelten Tatsachen gegenüber. Von demselben beständigen

Wert wie die Tatsachen erweisen sich vielmehr auch die Überlegungen,

die zur Entdeckung und Verknüpfung der Tatsachen geführt haben. In der

Hervorhebung dieses Gesichtspunktes liegt vor allem die Bedeutung der

geschichtlichen Betrachtungsweise. Sie stellt dar, was geworden ist

und nicht, was wird und daher zunächst nur in unbestimmten Umrissen

erscheint. Das unterscheidet die Geschichte der Wissenschaften von

der Wissenschaft des Tages, die, wie die Kultur im allgemeinen, das

letzte Glied einer fast endlos scheinenden Kette einer abgeschlossenen

Entwicklung und der Anfangspunkt einer ebenso unabsehbaren Folge

weiterer Entwicklung ist.

Ob es der Wissenschaft gelingen wird, an der Hand der Elektronentheorie

Dinge, wie z. B. die Natur der Sonnenkorona und der Kometen, das Alter

der Erde[648], sowie den Aufbau der Elemente zu enträtseln, bleibt

der Zukunft vorbehalten. Jedenfalls gehören solche Dinge heute schon

zu den diskutierbaren Problemen der wissenschaftlichen Forschung.

Ferner weist alles darauf hin, daß das als Radioaktivität bezeichnete

Verhalten immer mehr den Charakter des Vereinzelten verliert. So hat

sich gezeigt, daß nicht nur das Uran, sondern auch das Thorium[649]

den Ausgangspunkt einer radioaktiven Reihe von Umwandlungsprodukten

bildet. Uran und Thor besitzen beide ein sehr großes Atomgewicht (U =

237,7; Th = 232,4), während das letzte Umwandlungsprodukt des Uran,

das Helium, nur das Atomgewicht 3,94 hat. Nach der von *Rutherford*

und *Soddy* begründeten Theorie deutet das hohe Atomgewicht der

radioaktiven Elemente auf einen komplizierten Bau der Atome hin, und

die Radioaktivität hat darin ihre Ursache, daß die kompliziert gebauten

Atome einem Zerfall unterliegen.

Als ein Beispiel, wie eine Methode aus einer älteren erwachsen und eine

solch vielseitige Verwendbarkeit finden kann, wie es sich die reichste

Phantasie nicht hätte ausmalen können, wollen wir in aller Kürze

die Entwicklung des photographischen Verfahrens zur Kinematographie

betrachten.

Die ersten photographischen Aufnahmen erforderten einen Zeitraum

von Minuten, ja Stunden. Es konnten dafür also zunächst nur ruhende

Gegenstände in Betracht kommen. Durch die Verbesserungen der

Methode wurde die zu einer Aufnahme erforderliche Zeit immer mehr

eingeschränkt. Schließlich belief sie sich nur noch auf den Bruchteil

einer Sekunde. Den Gedanken, die Momentphotographie zum Studium von

Bewegungserscheinungen zu verwerten und auf diese Weise nicht nur einen

Zustand, sondern einen Vorgang zu photographieren, haben um 1880 der

Franzose *Marey* und der Deutsche *Anschütz* verwirklicht.

*Marey* stellte sich als Ziel, das Bild, das die Bewegungen des Gehens,

Laufens und Springens darbieten, in eine Reihe von Augenblicksbildern

zu zerlegen. Der erste von ihm hergestellte Apparat gestattete, 24

Aufnahmen in der Sekunde zu machen. Bei dem verbesserten Apparat,

den *Marey* 1888 der französischen Akademie der Wissenschaften

vorlegte, vermittelte ein Uhrwerk gleichzeitig das Öffnen des

Verschlusses und die Fortbewegung des zur Aufnahme des Negativs

bestimmten Papierstreifens. Einen hohen Grad der Vollendung empfing der

kinematographische Apparat, mit dem man heute bis zu 2000 Aufnahmen in

der Sekunde erzielen kann, durch die Einführung der Zelluloidfilms.

*Anschütz* kam 1882 auf den Gedanken, derartige Reihen von

Augenblicksaufnahmen vermittelst des schon lange als Spielzeug

bekannten Stroboskops oder Lebensrades zu einem Gesamteindruck zu

vereinigen. Auf diesen Grundlagen schuf *Lumière* im Jahre 1895

den Apparat für kinematographische Wiedergaben, wie wir ihn heute

zu wissenschaftlichen Zwecken, zur Belehrung und zur Unterhaltung

benutzen. *Lumière* traf nämlich die Einrichtung, daß die Reihe der

Momentaufnahmen in rascher Folge auf einen Schirm projiziert wurde.

Die Dienste, welche das kinematographische Verfahren der Wissenschaft

geleistet hat, lassen sich hier nicht alle aufzählen. Es gibt wohl kein

Gebiet, das nicht durch dieses Verfahren bereichert wäre und nicht

noch fortgesetzt Nutzen daraus zöge. Man hat es auf alle Vorgänge

von den astronomischen bis hinab zur *Brown*schen Molekularbewegung

anzuwenden verstanden. Durch Verbindung der Kinematographie mit

der ultramikroskopischen Methode ist es neuerdings sogar gelungen,

Vorgänge, die sich in den Zellen oder im lebenden Blute abspielen,

wie z. B. das Verhalten der weißen Blutkörperchen gegen Bakterien,

zu fixieren, und eingehender zu untersuchen, als es durch bloße

Beobachtung am Mikroskope möglich ist.

Zu der Anwendung des Ultramikroskops gesellte sich die

kinematographische Aufnahme der vermittelst der Röntgenstrahlen

erhaltenen Bilder, so daß es heute z. B. möglich ist, die Bewegungen

des Magens und des Herzens auf diesem Wege zu reproduzieren und

eingehend zu untersuchen. Anfangs ließ man die Lichtbilderserien

mit der gleichen Geschwindigkeit ablaufen, mit der sie in dem

Aufnahmeapparat entstanden waren. Man erhielt auf diese Weise ein

lebendes Bild, d. h. eine Wiedergabe des Vorganges, wie ihn das Auge

gesehen haben würde, wenn es die Stelle der kinematographischen Kamera

eingenommen hätte. Zwar bestehen feinere Unterschiede. Indessen, bis zu

einem gewissen Grade, ist das Gesagte zutreffend.

Zu Ergebnissen, die sich durch die bloße Beobachtung nicht erzielen

lassen, führte eine Beschleunigung sowie eine Verzögerung beim

Ablaufenlassen des Films während der Projektion des Vorganges.

Dies für wissenschaftliche Beobachtungen außerordentlich wertvolle

Resultat ergibt sich daraus, daß man einen für das genauere Studium

zu rasch verlaufenden Vorgang so verlangsamen kann, daß er sich in

allen Stadien übersehen läßt. Ein derartiges retardierendes Verfahren

hat beispielsweise bei der Untersuchung der Kristallisation, der

hydrodynamischen Vorgänge, der Wellenbewegung, der Schwingungen fester

Körper usw. Aufschlüsse gebracht, welche durch die unmittelbare

Beobachtung niemals erzielt worden wären.

Bei sehr langsam vor sich gehenden Erscheinungen, welche die Geduld des

Beobachters ermüden würden, z. B. bei Bewegungen im Pflanzenreich, hat

man das Charakteristische der Erscheinung sofort erkannt, indem man die

Reproduktion der kinematographischen Aufnahme erheblich beschleunigte.

* * * * *

Sämtliche Gebiete der Naturwissenschaften stehen heute noch mehr

als in den früheren Perioden unter dem überwiegenden Einfluß der

chemisch-physikalischen Forschung. Auf die von letzterer gebotenen

Hilfsmittel ist man vor allem angewiesen, wenn es astronomische

Probleme zu enträtseln gilt.

So ist der Aufschwung, den die Himmelskunde durch die Erfindung des

Fernrohrs erfuhr, kaum größer gewesen als derjenige, den in unserem

Zeitalter die Einführung des Spektroskops, sowie der photographischen

Kamera für die astronomische Wissenschaft herbeigeführt hat. Des

ferneren hat sich kein physikalischer Grundsatz gleich fruchtbar

für diese Disziplin erwiesen als der von *Doppler* ausgesprochene

Gedanke[650], daß die Höhe eines Tones, sowie die Art eines

Lichteindruckes davon abhängen, ob sich die Entfernung zwischen der

Wellenquelle und dem empfindenden Organe vergrößert oder verringert.

Als man 1868 kleine Verschiebungen der Linien bekannter Elemente in den

Spektren der Sterne wahrnahm, erinnerte man sich des *Doppler*schen

Prinzips, das jene nach beiden Seiten stattfindenden Verschiebungen

nicht nur zu erklären vermochte, sondern auch ein Mittel an die Hand

gab, um aus dem Grade dieser Verschiebungen die Größe der Annäherung

und der Entfernung eines lichtspendenden Körpers in absolutem Maße zu

ermitteln, selbst wenn, wie bei Arktur, die Tiefe des zwischenliegenden

Raumes so ungeheuer ist, daß der Lichtstrahl Jahrzehnte braucht, um

unser Spektroskop zu treffen.

Die Methode der Linienverschiebung ermöglichte es ferner den Leitern

des Potsdamer Observatoriums[651], eine Erklärung der rätselhaften

Erscheinung zu geben, die Algol im Sternbilde des Perseus den

Astronomen seit 200 Jahren bietet. Dieser Stern zeigt nämlich innerhalb

der kurzen Zeit von 68 Stunden einen eigentümlichen Lichtwechsel.

Nachdem er etwa 60 Stunden als Stern 2. Größe geglänzt hat, nimmt er

innerhalb 4 Stunden um mehrere Größen ab, wächst dann in derselben Zeit

wieder zu einem Gestirn 2. Größe an, um diesen Wechsel nach abermals

60 Stunden zu wiederholen. Die spektroskopische Beobachtung ergab,

daß sich Algol vor dem Minimum von uns entfernt und danach sich uns

wieder nähert. Der Stern besitzt also eine kreisende Bewegung, welche

der Periode des Lichtwechsels entspricht. Beide Erscheinungen weisen

darauf hin, daß, wie schon früher vermutet wurde, Algol zur Klasse der

Doppelsterne gehört, und daß ein dunkler, sehr naher Begleiter durch

seine Vorübergänge jenen eigenartigen Lichtwechsel hervorruft.

Auch wo es sich um leuchtende Doppelsterne handelt, welche durch

die schärfsten Teleskope nicht getrennt gesehen werden können, gibt

das Spektroskop uns Aufschluß. In diesem Falle werden nämlich die

Spektrallinien in bestimmten Zeitintervallen doppelt erscheinen und

damit beweisen, daß das scheinbar einheitliche Licht des Gestirnes von

einem sich uns nähernden und von einem sich entfernenden Weltkörper

ausgesandt wird[652].

*Huggins*, der zuerst die Geschwindigkeit des Sirius bestimmte,

äußerte die Ansicht, daß man mit Hilfe dieser Methode die wichtigsten

Entdeckungen des 20. Jahrhunderts machen werde[653]. Da das Spektroskop

nur die in die Gesichtslinie fallende Bewegungskomponente zu messen

gestattet, bedarf es einer Ergänzung durch die Bestimmung der senkrecht

zu jener Richtung vor sich gehenden Ortsveränderungen.

An diesem Punkte setzt eine astronomische Aufgabe ein, die an Bedeutung

und an Großartigkeit bisher nicht ihres Gleichen hat. Im Jahre 1887

faßte nämlich in Paris eine internationale Versammlung den Beschluß,

eine Himmelskarte auf photographischem Wege herzustellen. Viele

Sternwarten, unter denen sich das astrophysikalische Observatorium

zu Potsdam befindet, haben sich in diese Aufgabe geteilt. Ihre

Organisation hat bis zur Erledigung der Einzelheiten allein drei Jahre

gedauert. Handelt es sich doch um 22000 Aufnahmen, die alle Sterne

bis hinab zur 14. Größenklasse umfassen. Früchte sind von dieser

Riesenarbeit aber nur dann zu erhoffen, wenn spätere Generationen sie

wiederholen und so die nötigen Vergleichspunkte gewinnen werden. Es

ist dies die einzige Möglichkeit, die am Fixsternhimmel periodisch

vor sich gehenden Bewegungen, sowie die Bahn des Sonnensystems,

dessen augenblickliche Bewegungsrichtung die Forschungen der letzten

Jahrzehnte mit einiger Zuverlässigkeit dargetan haben, zu enthüllen.

Wenden wir uns von den fernen Sonnen zu den Gliedern unseres

Planetensystems, so sind die Aufgaben, die sich auch hier dem

Astronomen bieten, nicht weniger interessant und zahlreich,

zumal die Begierde, einen Einblick in die auf der Oberfläche der

nächsten Himmelskörper stattfindenden Vorgänge zu tun, durch einige

Entdeckungen der neueren Zeit in ganz besonderem Grade rege geworden

ist. Leider wird das Teleskop die Grenzen seiner Leistungsfähigkeit

wohl bald erreicht haben, so daß die Hoffnung, durch Beobachtung

der Marsoberfläche z. B. unverkennbare Spuren lebender Wesen zu

finden, kaum jemals in Erfüllung gehen dürfte. Vorläufig bietet auch

das organische Leben, wie es sich hier auf der Erde abspielt, der

Aufgaben und der Rätsel so viele, daß es dem forschenden Geiste an

Zeit mangelt, sich wissenschaftlichen Träumen über eine Vielheit der

Lebewelten hinzugeben.

Seitdem man die höheren Organismen als eine Vereinigung von

Elementargebilden auffassen gelernt hat, erblickt die Physiologie

ihre wichtigste Aufgabe in dem Studium der einzelnen Zelle mit ihrem

protoplasmatischen Inhalt in der Voraussetzung, daß sie sich hier dem

Problem des Lebens in seiner einfachsten Gestalt gegenüber befindet.

Bisher hat man sich indessen fast ausschließlich darauf beschränkt, den

Ablauf der Verrichtungen der Zelle, sowie die Reaktionen der lebenden

Substanz auf den Angriff der verschiedenartigsten Kräfte nach Art und

Größe kennen zu lernen. Die wichtige Aufgabe dagegen, den Lebensvorgang

selbst als chemisch-physikalischen Prozeß zu deuten, hat sich bisher

als wenig zugänglich erwiesen, wenn sich die Physiologie auch von der

Überzeugung leiten läßt, daß es ein, wenn auch äußerst verwickelter

Mechanismus ist, dem sie sich gegenüber befindet. So steht z. B. die

Botanik der Assimilation, mit dem die Kette der in der Pflanze und dem

Tiere vor sich gehenden Prozesse erst beginnt, noch fast ebenso ratlos

gegenüber wie zu den Zeiten *Saussures* und *Liebigs*.

Erst in der neuesten Zeit ist es gelungen, auf photochemischem Wege

aus Kohlendioxyd und Wasserstoff Kohlenhydrate ohne die Mitwirkung von

Chlorophyll synthetisch darzustellen[654]. Ließ man ultraviolettes

Licht in Gegenwart von Kaliumhydroxyd auf ein Gemisch von Kohlendioxyd

und Wasser wirken, so bildete sich Formaldehyd (CH_{2}O), das man schon

vor längerer Zeit als das erste Produkt des Assimilationsprozesses

ansprach. Wurde der Versuch in der Weise geändert, daß man die

ultravioletten Strahlen auf Kohlendioxyd und Wasserstoff im

Entstehungszustande wirken ließ, so entstand bei Gegenwart von

Kaliumhydroxyd Zucker, den man ja als ein Polymerisationsprodukt von

Formaldehyd betrachten kann (6 CH_{2}O = C_{6}H_{12}O_{6}).

Zwar ist der Vorgang der Assimilation durch diesen Versuch noch nicht

in allen seinen Einzelheiten erklärt. Doch ist damit bewiesen, daß wir

zu seiner Erklärung nicht etwa eine besondere Fähigkeit der lebenden

Substanz in Anspruch zu nehmen brauchen.

Wie die Assimilation so bietet auch der zweite der fundamentalsten

Vorgänge des organischen Lebens, die Atmung, noch manches Rätsel,

dessen Lösung der Forschung unserer Tage vorbehalten blieb. Zu diesen

Problemen gehört das Leben ohne Sauerstoff oder die Anoxybiose.

Entzieht man einer lebenden Zelle den Sauerstoff, so wird dadurch der

Stoffwechsel keineswegs sofort unterbrochen. Die Zelle spaltet vielmehr

wie bei der normalen Atmung als das Endprodukt der in ihrem Inneren

stattfindenden Zersetzungen Kohlendioxyd ab, ein Vorgang, den man wohl

als intramolekulare Atmung bezeichnet hat. Der Vorgang der Anoxybiose

wurde zunächst an den einfachsten Lebewesen studiert. Die neuere

Physiologie hat diesen Vorgang durch das ganze Tier- und Pflanzenreich

hindurch verfolgen können. Man fand, daß es Parasiten gibt, die

normalerweise ohne Zufuhr von Sauerstoff leben.

Zu den Tieren, die eine zeitweilige Entziehung von Sauerstoff ertragen,

gehören die Frösche, die sich bekanntlich im Winter im Schlamme der

Teiche vergraben. Die noch vor kurzem geltende Annahme, daß diese

Tiere einen Sauerstoffvorrat in ihrem Innern aufspeichern, hat

sich als hinfällig erwiesen. Die geringe zur Erhaltung des Lebens

notwendige Energie wird jedenfalls durch den Zerfall eines Teiles der

Körpersubstanz erzeugt. Darauf weist auch die jüngst entdeckte Tatsache

hin, daß bei der anoxybiotischen Abscheidung von Kohlendioxyd nur ein

Drittel der Wärmemenge erzeugt wird, die sich bei der oxybiotischen

Abscheidung der gleichen Menge Kohlendioxyd entwickelt. Den Vorgang der

Anoxybiose hat man auch an Organen warmblütiger Tiere, z. B. an der

Leber, verfolgen können. Die chemischen und physiologischen Fragen,

die sich an diese Untersuchungen anknüpfen, werden jedenfalls den

Stoff zu vielen neuen Forschungen darbieten. Und so verhält es sich

nicht nur hier, sondern mit jedem anderen Gegenstande und zwar selbst

bei solchen, für die schon ein abgeschlossenes Ergebnis vorzuliegen

schien. Vertiefen wir uns in ihn von neuem, so erweitern sich zwar

unsere Kenntnisse, es tauchen aber auch stets wieder neue Ausblicke und

Fragen auf, so daß es dann oft so scheint, als ob die alten Grundlagen

schwankend geworden seien. In der Biologie macht sich das um so mehr

bemerkbar, als man heute geneigt ist, einer vitalistischen Erklärung

der Erscheinungen einen breiteren Spielraum zu gönnen, während man

vor kurzem noch ausschließlich der mechanistischen Erklärungsweise

huldigte. Dazu kommt die Fortbildung der beschreibenden zur

experimentellen Morphologie und der Wechsel in der Bewertung der von

*Darwin* aufgestellten Lehre von der natürlichen Zuchtwahl. Von einer

Umwälzung und völligen Neugestaltung der Biologie kann aber trotzdem

ebensowenig die Rede sein, wie von einer Umgestaltung der Physik und

der Chemie infolge der Entdeckung der radioaktiven Substanzen und der

Aufstellung der Theorien, die an jene Entdeckung angeknüpft wurden.

Es zeugt von einer tendenziösen Darstellung der Wissenschaften, wenn

es so geschildert wird, als ob ihre Grundlagen ins Wanken geraten

seien und unsere Zeit von neuem aufbauen müsse. Die geschichtliche

Betrachtung läßt erkennen, daß beispielsweise der Wechsel, der um

die Wende des 18. zum 19. Jahrhundert erfolgte, kein geringerer war

als der Umschwung, der sich heute geltend macht. Dennoch stellt sich

jener Wechsel dem Historiker als ein Weiterbauen und nicht etwa als

ein bloßes Niederreißen dar. Ebenso wie in jenem Falle wird dem

Geschichtsschreiber einer späteren Zeit dasjenige, was sich heute

auf dem Gebiete der Wissenschaften vollzieht, als eine Fortbildung

erscheinen, bei dem eins aus dem anderen erwächst.

Namenverzeichnis für Band I-IV.

Die Naturwissenschaften in ihrer Entwicklung und in ihrem Zusammenhange, IV. Band Das Emporblühen der modernen Naturwissenschaften seit der Entdeckung des Energieprinzips · 第 63 / 171 题