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.