Ernst Schwenk

Maßmenschen

Von Ampère und Becquerel bis Watt und Weber

Wer den internationalen Maßeinheiten den Namen gab

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durch Fernsehen, Rundfunk, Film, Bild- und Tonträger,

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Vollständig überarbeitete und wesentlich erweiterte Neuausgabe 2003

4. Auflage 2008

Copyright © 2003/8 by oesch verlag/kontra punkt, Zürich

Satz: Oesch Verlag

EPUB-ISBN 978-3-0350-4006-7

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Inhalt

Vorwort: Zu diesem Buch

König Heinrichs Nasenspitze

Ein Streifzug durch die Geschichte des Meßwesens

Ein findiger Wirrkopf

André Marie Ampère (1775–1836), Mitbegründer der Elektrodynamik

Er brachte ein Weltbild ins Wanken

Antoine Henri Becquerel (1852–1908), Entdecker der natürlichen Radioaktivität

Siedendheiß und bitterkalt

Die Temperaturskala des Anders Celsius (1701–1744)

Forschung am seidenen Faden

Charles Augustin de Coulomb (1736–1806) und das Grundgesetz der Elektrostatik

Ein genialer Autodidakt

Michael Faraday (1791–1867), Pionier der Elektrizität

Strahlen statt Skalpell

Louis Harold Gray (1905–1965), Vater der Radiobiologie

Der amerikanische Nationalheld

Joseph Henry (1797–1878), Entdecker der elektromagnetischen Selbstinduktion

Schnelle Wellen

Heinrich Hertz (1857–1894), Wegbereiter von Radio und Fernsehen

Physik im Sudhaus

James Prescott Joule (1818–1889) und das mechanische Wärmeäquivalent

Universalgenie und Lebemann

Lord Kelvin (1824–1907) und der absolute Nullpunkt

Der letzte Magier der Physik

Sir Isaac Newton (1643–1727) und die Himmelsbahnen

Ein Leben voller Widerstände

Georg Simon Ohm (1789–1854) und die elektrischen Ströme

Das Experiment auf dem Puy de Dôme

Blaise Pascal (1623–1662), Entdecker der Atmosphäre

Mit goldenen Löffeln zum Erfolg

Werner von Siemens (1816–1892), Begründer der Starkstromtechnik

Der Strahlenpapst

Rolf Maximilian Sievert (1896–1966), Pionier der Röntgentechnik

Zuckende Blitze im Madison Square Garden

Nikola Tesla (1856–1943), »Dichter der Elektrotechnik«

Der erste Kraftwerksbetreiber

Alessandro Graf Volta (1745–1827) und die elektrische Batterie

Der eiserne Engel

James Watt (1736–1819), Erfinder der Dampfmaschine

Mikkelmann kömmt

Wilhelm Eduard Weber (1804–1891), der erste Telegraphist

Anhang

Gesetzliche Einheiten im Meßwesen, die den Namen verdienter Wissenschaftler tragen

Vorsätze und Vorsatzzeichen zur Bezeichnung von dezimalen Vielfachen und Teilen von Einheiten

Die »pensionierten Maßmenschen«

Wie mißt man Erdbeben, Lärm und Traubensaft? Die Namensgeber von SI-fremden Einheiten

Alte Maßeinheiten im deutschen Sprachraum

Literaturhinweise

Personen- und Sachregister

Zu diesem Buch

Wir kennen sie schon lange, täglich verwenden wir ihre Namen. Das 220-Volt-Netz, die 100-Watt-Glühbirne, die 16-A-Sicherung, eine Taktfrequenz von 800 MHz, das sind für die meisten Zeitgenossen wohlvertraute Begriffe. Doch was wissen wir über die Menschen, die sich hinter diesen technischen Bezeichnungen verbergen? Wer war Graf Volta, wo hat Mister Watt gelebt, welche Erfindung verdanken wir Monsieur Ampère? Wer erinnert sich aus dem Physikunterricht noch an die Namen Hertz, Kelvin, Coulomb und Tesla? Und warum wurde die gute alte Kalorie durch die schwer aussprechbare Maßeinheit »Joule« ersetzt?

Dieses Buch beschreibt das Leben und Wirken von 19 Physikern, Ingenieuren und Erfindern, die bedeutende Beiträge für den Siegeszug der Technik geleistet haben. Bei der Festlegung der Maßeinheiten hat man ihre Verdienste gewürdigt, indem wichtige Einheiten nach ihren Namen benannt wurden. So erhielten sie posthum ein Denkmal der besonderen Art.

Das Internationale System der Maßeinheiten (SI-Einheiten) wurde in den Jahren 1969 bis 1985 von Wissenschaftlern und Experten der führenden Industriestaaten erarbeitet. Es ist inzwischen in fast allen Ländern der Erde gesetzlich eingeführt. Für die Weltwirtschaft hat das neue Maßeinheitensystem eine enorme Bedeutung. Die Verständigung in Wissenschaft, Technik und Handel auf dem Gebiet des Meßwesens ist damit über alle Grenzen hinweg erheblich vereinfacht. Die komplizierten Umrechnungen entfallen. Prüfgeräte, Prüfmethoden und Normen wurden vereinheitlicht, Handelshemmnisse beseitigt. Was die Maßeinheiten angeht, spricht man heute rund um den Erdball dieselbe Sprache.

Dieses Buch soll an die großen Pioniere der Technik erinnern und den von ihren Namen abgeleiteten technischen Begriffen einen menschlichen Hintergrund verleihen. Vor den Augen des Lesers entfaltet sich ein buntes Kaleidoskop denkwürdiger Ereignisse der Technikgeschichte. Er erlebt die Anfänge der Elektrizität und der Fernmeldetechnik, er erfährt, durch welche Zufälle die Radioaktivität entdeckt wurde und was zur Erfindung der Dampfmaschine geführt hat. Die Bewunderung für die Erfindungsgabe der Technikpioniere mischt sich mit dem Staunen über ihre Phantasie und Genialität.

Das Buch enthält im Anhang Kurzbiographien früherer Namensgeber von Maßeinheiten, beispielsweise von Marie Curie, Carl Friedrich Gauß und Evangelista Torricelli, ferner Informationen über die Namensgeber SI-fremder, aber häufig verwendeter Maßeinheiten: die bekannten Oechsle-Grade, die Erdbebenskala nach Richter, die Skala der Windgeschwindigkeit nach Beaufort usw. Für geschichtsinteressierte Leser, Historiker und Heimatforscher dürfte das ausführliche Verzeichnis alter Maßeinheiten aus dem deutschsprachigen Raum von besonderem Interesse sein.

Den Lesern dieses Geschichtenbuches wünsche ich Bereicherung, Erkenntnisgewinn und Lesevergnügen.

Ernst Schwenk

Das vorliegende Werk ist eine vollständig überarbeitete und erheblich erweiterte Neuauflage des 1993 bei dtv erschienenen Buches Mein Name ist Becquerel. Das Buch wurde 1995 vom »Deutschen Verband Technisch-Wissenschaftlicher Vereine« (DVT) mit dem DVT-Preis »Technik und Öffentlichkeit« ausgezeichnet.

König Heinrichs Nasenspitze

Ein Streifzug durch die Geschichte des Meßwesens

Wann lernte der Mensch das Messen? Vielleicht noch vor dem Sprechen. Im Kampf ums Überleben konnte der Homo erectus nur bestehen, wenn er die Wassertiefe des Flusses, die Höhe des Felsens, die Entfernung des Wildes richtig einzuschätzen wußte. Der Mensch mußte lernen, seine eigene Körperkraft an der Kraft seines Feindes zu messen, er mußte die Zeit taxieren können, die ihm nach der Jagd noch verblieb, um vor Einbruch der Dunkelheit sein Lager zu erreichen.

Daumenbreite, Schrittweite und Handspanne

Solange die Menschen der Vorzeit nur für ihren eigenen Bedarf jagten, fischten oder Früchte sammelten, bestand für sie kein Anlaß, sich über Begriffe wie Länge und Zeit, Gewicht und Volumen zu verständigen. Erst als der Mensch zu tauschen und zu handeln begann, gewannen definierte Maße und Gewichtseinheiten an Bedeutung. Eine Übereinkunft zwischen Käufer und Verkäufer über die zugrunde gelegte Maßeinheit war eine unumgängliche Voraussetzung für den friedlichen Warenaustausch. Was lag näher, als den Maßstab zu benutzen, den man immer bei sich trug, nämlich die Maße des eigenen Körpers? Die Breite des Daumens, die Länge des Schritts, die Handspanne, das waren gemeinverständliche Einheiten des Längenmaßes. Was zwei Hände an Getreidekörnern fassen konnten, bildete die Grundlage für das Volumenmaß. Die Sumerer und Chaldäer sprachen bereits vor Jahrtausenden von Daumenbreite (Zoll) und Armspanne, sie kannten die Maßeinheiten Tagwerk, Becher und Eimer. Die ägyptische Hieroglyphe für die Einheit »Elle« war der abgewinkelte Unterarm. 180 Getreidekörner, genau abgezählt, waren die Grundeinheit für das Gewicht. Gut ausgebildet war auch das Meßwesen der Römer. Ihr System der Längenmaße reichte von der Meile (milia = 1000 Doppelschritte) über Stadie, Schritt, Fuß bis zur Fingerlänge. Von den holländischen Kolonisten stammt die Gewichtseinheit »Karat« für Gold und Edelsteine. Ein Karat entsprach dem Gewicht eines Samenkorns vom Johannisbrotbaum.

Schon die alten Ägypter benutzten eine zweischalige Balkenwaage (Totenbuch der 18. ägyptischen Dynastie, ca. 1300 v. Chr.)

König Heinrich I. von England. Seine Körpermaße werden in den angelsächsischen Ländern noch heute benutzt – für das Yard

Daß eine Maßeinheit für jedermann verständlich war, bedeutete noch lange nicht, daß sie auch von allen anerkannt wurde. Wollte der kleinwüchsige Tuchhändler dem großgewachsenen Kunden zehn Ellen Stoff verkaufen, kam es fast zwangsläufig zum Streit. Wessen Elle sollte gelten? Nur einer konnte das entscheiden: der Souverän des Landes. Und dieser wählte natürlich diejenigen Maßeinheiten, die ihm am nächsten lagen, nämlich die seines eigenen Körpers. Um das Jahr 800 war der königliche Fuß Karls des Großen das Längenmaß, nach dem sich seine Untertanen zu richten hatten. In weiser Voraussicht, daß er eines Tages sein »Urmaß« mit ins Grab nehmen würde, bestimmte König Heinrich I. von Sachsen um das Jahr 900 die Länge seines goldenen Zepters als Standard für die sächsische Elle. Aber das war die Ausnahme. Sein Namensvetter, König Heinrich I. von England, ging wieder von seinen eigenen Körpermaßen aus: Im Jahr 1101 befahl er seinen Höflingen, die Entfernung zwischen seiner Nasenspitze und dem Daumennagel bei ausgestrecktem rechtem Arm »exakt« zu vermessen. Die Länge dieser »Meßrute« ist noch heute in den angelsächsischen Ländern gültig und dort weit beliebter als das Meter. Es ist das Yard (1 yd = 0,9144 m).

Jedem Ländchen sein eigen Quentchen

In anderen Ländern herrschte weniger Traditionsbewußtsein. Wenn die Landesfürsten wechselten, änderten sich meist auch die Einheitsmaße. In deutschen Landen war die Verwirrung wohl am größten. Hier hatte fast jede Stadt, jede Grafschaft, jeder Marktflecken seine eigenen Maße und Gewichte, also »jedes Ländchen sein eigen Quentchen« (1 Quentchen = ca. 1,66 g). Kaufleute und Zünfte sahen in dem lokalen Maß- und Gewichtssystem keineswegs immer einen Nachteil, so waren sie vor auswärtiger Konkurrenz besser geschützt. »Das rechte Maß« – also das in der betreffenden Stadt anzuwendende – wurde im Rathaus aufbewahrt, für den Fall, daß Streitereien vor Gericht zu schlichten waren. Noch heute ist an der Außenmauer vieler Rathäuser die für die Tuchhändler gültige Elle eingemauert, ein Eisenstab von 57 bis 69 cm Länge.

Festlegung der Maßeinheit: »Rute« (12 Fuß): »16 Mann groß und klein, wie sie aus der Kirche kommen, stellen die Schuh voreinander.« So findet man die »gerecht gemeyn Meßrut«. Holzschnitt 1575

Manchmal diente das Maßsystem auch dazu, die Kalkulation etwas freundlicher zu gestalten: Indem man die Elle etwas kürzer, die Pfunde etwas leichter machte, konnte man die Teuerung elegant verschleiern. Das hatte zur Folge, daß auf dem Gebiet des Meßwesens bis in die erste Hälfte des 19. Jahrhunderts ein heilloses Durcheinander herrschte. Um 1800 gab es in dem kleinen Herzogtum Baden nicht weniger als 112 verschiedene Ellen, 92 Flächenmaße, 65 Holzmaße, 163 Getreidemaße, 123 Oehme und Eimer, 63 Schenkmaße und 80 verschiedenwertige Pfunde. Kleinstaaterei und Eigenbrötelei wurden für den grenzüberschreitenden Handel zum unüberwindlichen Hindernis.

Der mühsame Siegeszug des Meters

Eine Reform des Meßwesens war längst überfällig, als 1789 die Französische Revolution ausbrach. Zu den feudalen Hinterlassenschaften gehörten auch die am Körper des französischen Königs abgenommenen Maßeinheiten toise (Armspanne, Klafter), pied (Fuß) und pouce (Daumen, Zoll). Mit solchen Relikten der verhaßten Monarchie wollten die Jakobiner nun gründlich aufräumen. Künftig sollte die Erdkugel das Maß aller Dinge sein. Auf die unvergängliche, maßstabile Erde, den gemeinsamen Wohnsitz aller Menschen, würden sich die Völker wohl am ehesten einigen können, so hofften die Revolutionäre.

Die Französische Akademie der Wissenschaften bekam von der Nationalversammlung den Auftrag, ein neues, weltweit anwendbares Maßsystem auszuarbeiten. Ein Jahr später legten die Gelehrten ihr Gutachten vor: Der zehnmillionste Teil des Erdmeridianquadranten zwischen Nordpol und Äquator sollte die Grundeinheit des neuen Maßsystems sein und die Bezeichnung »Meter« erhalten (abgeleitet vom griechischen Wort metron, das Maß). Noch wichtiger: Alle Vielfache und Teile des Meters sollten künftig in Zehnerschritten, also dezimal, gebildet werden. Das war die Geburt des metrisch-dezimalen Systems.

Die bedeutendsten Astronomen Frankreichs, Jean Baptiste Delambre, Mitglied des neuerrichteten Bureau des longitudes, und Pierre François Méchain, Direktor des Pariser Observatoriums, begannen am 17. Juni 1792 den durch das Observatorium von Paris verlaufenden Meridian auf der Strecke zwischen Dünkirchen und Barcelona mit ihren Theodoliten zu vermessen. Ein mühsames und gefährliches Unterfangen. Die Expeditionsteilnehmer hatten nicht nur zahlreiche bürokratische Hindernisse zu überwinden und große Strapazen zu erdulden, mehrfach landeten sie wegen Spionageverdachts im Kerker. Die Vermessung wurde erst nach sieben Jahren zum Abschluß gebracht. Am 22. Juni 1799 präsentierte eine internationale Kommission von Experten, die mit ihrem Namen für die Richtigkeit der Messungen bürgten, der Französischen Nationalversammlung das Ergebnis. Auf einem purpurroten Samtkissen trug der Zeremonienmeister einen Stab von x-förmigem Querschnitt aus funkelndem Platin feierlich in die erlauchte Versammlung. »Bürger von Frankreich, erhebt Euch, hier ist das neue Längennormal, das Urmeter! Seine Größe beträgt 3 Fuß, 11 296 Teilstriche der Toisen du Pérou. Ein neues Zeitalter beginnt! A tous les temps, à tous les peuples!« Seit diesem Tag wird das »für alle Zeiten, für alle Völker« gültige metrische Urmaß streng bewacht in einem acht Meter tiefen Felsentresor unter dem Landschloß von Breteuil bei Paris, am Rande des Parks von Sèvres, aufbewahrt.

Ein Volksaufstand erzwingt die Abschaffung des Meters

Hatten die französischen Behörden geglaubt, die Welt würde sich nun jubelnd auf das neue, von Menschenwillkür unabhängige, unveränderliche und so viel einfachere französische Maßsystem stürzen, so täuschten sie sich. Nicht einmal ihr eigenes Volk wollte vom metrischen System etwas wissen. Obwohl das Parlament per Dekret die sofortige Einführung des Meters verordnete und jeden mit Strafe bedrohte, der es wagen sollte, seine Waren weiterhin nach den alten royalistischen Maßen anzubieten, scherten sich Frankreichs Bürger einen Teufel darum. Unbeirrt verwendeten sie weiter ihre liebgewonnenen Maße toise, pied und livre. Als die Behörden das metrische Maßsystem mit Gewalt durchsetzen wollten, weitete sich die Ablehnung zum Volksaufstand aus. Napoleon mußte seinem Volk den Gebrauch der alten Einheiten wieder gestatten. Sein Nachfolger Ludwig XVIII. sah sich sogar gezwungen, die metrische Messung bei Strafe zu verbieten. Erst im Jahr 1840 konnte sich das neue Maßsystem in Frankreich endgültig durchsetzen.

Die Bürger Frankreichs werden über die neuen metrischen Maße aufgeklärt (Kupferstich um 1800). Das nützte jedoch wenig, das Metersystem wurde vom Volk entschieden abgelehnt

Auch andere Staaten hatten ihre Probleme, das metrische System einzuführen. Als erstes Land stellten im Jahr 1816 die Niederlande um, es folgten Panama und Chile. In der Schweiz wurde das neue System 1868 legalisiert, in Österreich-Ungarn 1871. Im folgenden Jahr ersetzten auch die Deutschen ihre unzähligen landestypischen Maße durch das Meter als Längen- und das Gramm als Gewichtseinheit. Noch länger zögerten andere Länder: Die Sowjetunion folgte 1919, Japan fünf Jahre später, Ägypten und Indien erst nach dem Zweiten Weltkrieg und Kuba 1961. Am schwersten taten sich die angelsächsischen Länder. England hat erst am 1.1.2002 auf das metrische System umgestellt. In den Vereinigten Staaten haben sich die metrischen Maßeinheiten zwar in der Wissenschaft inzwischen weitgehend durchgesetzt. Im Privatleben mag sich der Durchschnittsamerikaner jedoch von den altgewohnten Maßen inch, foot, mile und gallon nur höchst ungern trennen, er empfindet das metrische Maßsystem schlicht als »unamerican«.

Das Büro im Park von Saint-Cloud

Mit der Industrialisierung vollzog sich in Europa und Amerika ab Mitte des 19. Jahrhunderts ein epochaler Wandel in Wirtschaft und Technik. Die Dampfmaschine nahm dem Menschen die Schwerarbeit ab, Telegraf und Telefon erlaubten die Kommunikation über weite Entfernungen, die Elektrizität hielt Einzug in die meisten Haushalte. Physik und Chemie, Mathematik und die Ingenieurwissenschaften begannen das hergebrachte Weltbild radikal zu verändern. Die weltweite technische Zusammenarbeit verlangte zwingend eine internationale Übereinkunft auf dem Gebiet des Meßwesens. Nicht nur die auf dem metrischen System beruhenden Längen-, Flächen- und Volumenmaße – daraus abgeleitet die Maßeinheiten des Gewichts und der Masse – mußten in allen Industriestaaten vereinheitlicht werden. Neue Gebiete, vor allem das der Elektrizität, erforderten die Festlegung zusätzlicher Maßeinheiten.

Ein erster großer Schritt in Richtung auf ein international gültiges System der Maßeinheiten war die im Jahr 1875 abgeschlossene »Meterkonvention«, an der sich zunächst siebzehn Staaten beteiligten. Sie hatte das Ziel, »die internationale Einigung und die Vervollkommnung des metrischen Systems zu sichern«. In dem Vertrag verpflichteten sich die Unterzeichnerstaaten zur Einrichtung und Unterhaltung eines wissenschaftlichen Institutes, des Internationalen Büros für Maß und Gewicht (BIPM). Bis heute befindet sich dieses Büro im Park von Saint-Cloud bei Paris. Mit Argusaugen wacht es über die Einheitlichkeit der physikalischen Maßeinheiten und bereitet die alle vier Jahre stattfindende Generalkonferenz des Internationalen Komitees für Maß und Gewicht (CGPM) vor.

Das Ende der Pferdestärke

Das Büro im Park von Saint-Cloud hat zwei wichtige Aufgaben. Einmal soll es die moderne Version des metrischen Systems, das Internationale Einheitensystem, weiterentwickeln. Zum anderen muß es die zahlreichen alten, nichtgesetzlichen Maßeinheiten dahin befördern, wo sie hingehören: in die Rumpelkammer des Meßwesens. Elle und Rute, der Scheffel und die Postmeile sind längst schon dort gelandet, und niemand weint ihnen eine Träne nach. Die Gewichtsmaße Pfund und Zentner sind im Handel nicht mehr gestattet. Es ist nur noch eine Frage der Zeit, bis die (bisher noch erlaubten, eher verwirrenden) Doppelbezeichnungen wegfallen, zum Beispiel die Angabe »263 kJ / 63 kcal« in den Nährwerttabellen. Kaum ein Autobesitzer wird sich bei der Angabe der Motorleistung »55 KW / 75 PS« im Kraftfahrzeugbrief beide Zahlenwerte merken und den Umrechnungsfaktor 1 PS = 735,49875 W schon gar nicht. Warum auch sollte er die Stärke des Automotors mit der Stärke eines Pferdes vergleichen? James Watt hatte seinerzeit die Bezeichnung »Pferdestärke« doch nur deshalb gewählt, weil seine ersten Dampfmaschinen die Zugpferde in den Kohlengruben ersetzen sollten.

Das BIPM hat weiter die Aufgabe, dafür zu sorgen, daß die lokalen und länderspezifischen Einheiten durch Maßeinheiten ersetzt werden, die in allen Staaten der Erde in gleicher Weise verstanden und angewendet werden. Auf der 10. Generalkonferenz des CGPM im Jahr 1954 legten die Vertreter aller 40 Staaten, die bis zu diesem Zeitpunkt der Konvention beigetreten waren, zunächst sieben SI-Basiseinheiten fest, nämlich

 das Meter (m) als Einheit der Länge

 das Kilogramm (kg) als Einheit der Masse

 die Sekunde (s) als Einheit der Zeit

 das Ampere (A) als Einheit der elektrischen Stromstärke

 das Kelvin (K) als Einheit der thermodynamischen Temperatur

 das Mol (mol) als Einheit der Stoffmenge und

 die Candela (cd) als Einheit der Lichtstärke

Zwischen 1969 und 1983 einigten sich die Experten dann auf etwa 20 »abgeleitete SI-Einheiten«, wie z. B. Frequenz, Druck, Wärmemenge und elektrischen Leitwert. Die meisten abgeleiteten Einheiten wurden nach dem Nestor des jeweiligen Fachgebiets benannt. Damit führte man eine alte Tradition fort. Bereits 1893 hatte der Internationale Elektrikerkongreß in Chicago beschlossen, den Maßeinheiten des elektrischen Widerstands, der Stromstärke und der Spannung die Namen der großen Pioniere Ohm, Ampère und Volta zu verleihen. Diese Namensgebung hat sich bis heute erhalten, auch wenn ihre Definition bzw. Bedeutung inzwischen mehrfach verändert werden mußte.

Nach der Umsetzung der internationalen Vereinbarungen auf dem Gebiet des Meßwesens in das jeweilige Landesrecht gilt in den europäischen Ländern die internationale Norm ISO 1000, in Deutschland und einigen anderen Ländern beschreibt die Deutsche Industrie Norm DIN 1301 die heute gültigen Maßeinheiten.

»Das neue Maß« wurde zur Grundlage des internationalen, metrischen, dezimalen Maßsystems. Nahezu alle Staaten der Welt verwenden heute das Système International d’Unités. In der Praxis hat sich dafür ein von der jeweiligen Landessprache unabhängiges Kurzzeichen durchgesetzt: SI. Der große Vorteil dieses Systems: Sämtliche Umrechnungsfaktoren fallen weg. Alle abgeleiteten Einheiten sind mit den Basiseinheiten ausschließlich über Multiplikation und Division verbunden.

Damit hat die jahrhundertelange Suche nach einem weltweit einheitlichen System ein glückliches Ende gefunden. Das chaotische Durcheinander bei den Maßeinheiten ist beendet. Das einst von den französischen Revolutionären erträumte Ziel eines »für alle Zeiten, für alle Völker« gültigen Längenmaßes namens »Meter« ist nicht nur erreicht, sondern weit übertroffen. Heute mißt alle Welt alles, was meßbar ist, mit den gleichen Maßen.

Ein findiger Wirrkopf

André Marie Ampère (1775–1836), Mitbegründer der Elektrodynamik

André Marie Ampère, französischer Physiker * 22. Januar 1775 in Lyon † 10. Juni 1836 in Marseille

Immer wenn in der Welt eine Sicherung durchbrennt, wird seiner gedacht. Für wieviel Ampere war der Stromkreis abgesichert? Aber kaum einer fragt heute noch, woher dieser terminus electrotechnicus kommt und wer der Maßeinheit Ampere den Namen gegeben hat.

Der Blick zurück auf das Leben des fast vergessenen Namengebers führt in eine dunkle Periode der Geschichte. In der Jugendzeit von André Marie Ampère waren in Europa noch die Monarchen an der Macht. Es herrschte Willkür und Feudalismus, die Menschen waren bettelarm, dauernd wurde irgendwo Krieg geführt. Dunkel war es aber auch nächtens auf den Straßen, in den Zimmern der Bürgerhäuser. Das trübe Licht der Ölfunzeln gehörte bereits zum gehobenen Wohnkomfort. Elektrizität war nur das, »was die Froschschenkel zum Zucken bringt«. Ampère sollte einen wichtigen Beitrag dafür liefern, daß 100 Jahre später die elektrische Kraft Maschinen antrieb und Glühbirnen zum Leuchten brachte.

Wer war der Mensch, nach dem heute die Maßeinheit der elektrischen Stromstärke benannt ist?

Die SI-Einheit Ampere

Ampere ist die Basiseinheit der elektrischen Stromstärke.

Definition: Das Ampere (A) ist die Stärke eines zeitlich unveränderlichen elektrischen Stromes, der, durch zwei im Vakuum parallel im Abstand 1 Meter angeordnete, geradlinige, unendlich lange Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je 1 Meter Leiterlänge die Kraft 2 x10–7 Newton hervorrufen würde.

Anmerkung: Das auf dem Personennamen liegende Akzentzeichen è fällt bei der SI-Einheit weg. Gelegentlich wird zur Vermeidung von Verwechslungen auch die Abkürzung »Amp« anstelle des Zeichens A verwendet.

Als Sohn des wohlhabenden Seidenhändlers Jean-Jacques Ampère kam André Marie am 22. Januar 1775 in Lyon zur Welt. Als der Junge sieben Jahre alt war, zog die Familie in ihren luxuriös eingerichteten Landsitz im Bergdörfchen Poleymieux. Weil es in der Umgebung keine Schule gab, kümmerte sich der Vater um die Bildung des Sohnes. Er unterrichtete ihn in Sachkunde, Philosophie und Religion. Lesen und Schreiben brachte sich der intelligente Junge selbst bei. Bereits mit zwölf Jahren lernte er die Gesetze der Algebra aus eigener Initiative. Unermüdlich las er alle wissenschaftlichen Bücher, die ihm in die Hände kamen. Einen besonders nachhaltigen Eindruck machte auf ihn die fünfunddreißigbändige Enzyklopädie von Diderot, in der alle damals bekannten Wissensgebiete in Wort und Bild ausführlich beschrieben waren. Noch im Alter kannte er ganze Kapitel dieses Werkes auswendig.

Mit dreizehn Jahren verblüffte André Marie die Académie de Lyon mit einem Lösungsvorschlag für die Quadratur des Kreises. An diesem Problem hatten sich schon ganze Generationen von Mathematikern die Zähne ausgebissen. Zwar stellte sich Andrés Lösung später nach eingehender Prüfung als unrichtig heraus, doch hier zeigte sich schon, aus welchem Holz dieser Junge geschnitzt war. Die lateinische Sprache erlernte er in wenigen Wochen ohne fremde Hilfe. Weil der 14jährige Schwierigkeiten mit der Integration partieller Differentialgleichungen hatte, nahm er Privatunterricht an der Universität von Lyon. Nebenbei belegte er Vorlesungen in Physik und Biologie und entwarf eine Universalsprache auf logischer Basis, ein Vorläufer des Esperanto.

Tod auf dem Schafott

So schien der Lebensweg des jungen André Marie eigentlich schon vorgezeichnet: Er würde die Universität besuchen und später ein stiller Gelehrter werden, der sein Leben zwischen dicken Büchern und verstaubten Herbarien verbringt. Doch das Schicksal wollte es anders. Die Funken der französischen Revolution sprangen auch nach Lyon über. Vater Ampère setzte sich in der ehrenamtlichen Funktion eines Friedensrichters für die königstreuen Girondisten ein und sorgte dafür, daß dem Führer der aufständischen Jakobiner der Prozeß gemacht wurde. Doch plötzlich waren es die Jakobiner, die in Lyon die Macht übernahmen. Der angesehene Seidenhändler wurde verhaftet, vor das Revolutionstribunal gezerrt und nach kurzem Prozeß auf dem Schafott hingerichtet.

Der 18jährige Sohn erlitt einen schweren Schock. In der Trauer um seinen Vater verfiel André in völlige Apathie. Ein ganzes Jahr lang las er keine einzige Zeile mehr, statt dessen spielte er stundenlang wie ein Kleinkind im Sand. Erst durch die Lektüre der Oden von Horaz wurden seine Lebensgeister wieder geweckt – und durch die Liebe zu einem Mädchen aus dem Nachbardorf, das er beim Blumenpflücken getroffen hatte. Drei Jahre warb er um seine Julie, er besang sie in italienischen Versen und widmete ihr seine schwärmerischen Tagebuchnotizen. Doch Julie Caron, Tochter aus gutem Hause, durfte ihn nicht erhören, solange sich der junge Mann nicht zu geregelter Arbeit aufraffen konnte. Erst als Ampère die Stelle eines Privatlehrers für Mathematik übernahm, durfte Hochzeit gefeiert werden. Ein Jahr später wurde ein Sohn geboren. Die glücklichen Eltern gaben ihm den Namen des hingerichteten Großvaters: Jean-Jacques.

Die Ecole Polytechnique in Paris (beim Besuch von Napoleon 1815). Hier hatte Ampère eine schlechtbezahlte Stelle als Hilfslehrer inne

Feuersglut im Herzen

Schon ein Jahr später – Ampère war inzwischen Professor für Physik an der Zentralschule in Bourg-en-Bresse geworden – starb die junge Frau an Tuberkulose. Verzweifelt und mutlos wollte der erst 28jährige André aus dem Leben scheiden oder in ferne Länder auswandern. Auf gutes Zureden der Familie nahm er schließlich die Stelle eines répetiteur an der Ecole Polytechnique in Paris an, die erbärmlich schlecht bezahlt war. Diese Arbeit füllte ihn bei weitem nicht aus, doch ließ sie ihm wenigstens Zeit, sich mit Fragen der Philosophie und der Religion zu befassen. Auch von ungelösten Problemen aus den Fachgebieten Biologie und Chemie, aus der Astronomie und Psychologie wurde er wochenlang gefesselt. Immer wieder überwältigt von neuen Ideen, aber unfähig, sich auf eine Sache ganz zu konzentrieren, ließ er sich von einem Thema zum anderen treiben. Nächtelang brütete er über einer mathematischen Formel, stundenlang erklärte er andern das Weltsystem. Freunde sagten von ihm, er habe stets »eine Feuersglut im Herzen« gehabt. Ein Biograph beschrieb Ampères Naturell so: »Sein gewaltiger Geist war wie ein bewegtes Meer, plötzlich türmten sich die Wellen empor, schwimmende Korken und Sandkörner wurden gen Himmel geschleudert …«

Wenig erfreulich gestaltete sich das Privatleben. Eine zweite Ehe, im Jahr 1806 mit der lebenslustigen, etwas liederlichen Jeanne Potot geschlossen, erwies sich als Katastrophe. Nach wenigen Jahren war er wieder allein. Die Aufgabe, für den Sohn aus erster und die Tochter aus zweiter Ehe zu sorgen, überforderte den grüblerischen und in praktischen Dingen völlig hilflosen Gelehrten. Mutter und Schwester kamen nach Paris und übernahmen die Haushaltsführung.

Zerstreuter Professor

Mit der Ernennung zum Generalinspekteur der Universität Paris im Jahr 1808 waren wenigstens die drängenden materiellen Sorgen behoben. Die mit dem hohen Amt verbundenen Verpflichtungen erfüllte der zerstreute Professor mehr schlecht als recht. Seinem Wesen entsprechend beschäftigte er sich mit Dutzenden von Fragestellungen gleichzeitig: mit dem ungelösten Problem des Parallelenaxioms, mit der Anwendung der Variationsrechnung in der Mechanik, mit der Integration partieller Differentialrechnungen. Arbeiten über die Atomistik, den Bau der Kristalle, die Theorie der Gase und das Boyle-Mariottesche Gesetz schlossen sich an. Mit dem englischen Chemiker Sir Humphry Davy (1778–1829) führte er jahrelang einen Briefwechsel über die chemische Natur der Halogene Chlor, Fluor und Jod und ihre Einordnung in eine homologe Reihe. Eine Zeitlang verschrieb er sich der spekulativen Philosophie, in der Hoffnung, auf diesem Wege schwierige naturwissenschaftliche Probleme besser lösen zu können. Die Vielzahl seiner Interessen und der wenig effektive Arbeitsstil verhinderten zunächst, daß er in irgendeiner Disziplin herausragende Leistungen erzielen konnte.

Mit diesem Instrument wies Ampère 1822 die elektromagnetische Induktion nach

Dies sollte sich mit einem Schlage ändern. Im Juli des Jahres 1820 erfuhr Ampère beiläufig von der Beobachtung des dänischen Physikers Hans Christian Ørsted (1777–1851), daß eine Magnetnadel durch einen stromdurchflossenen Leiter abgelenkt wird. Dieses nebensächliche, von anderen Physikern bis dahin kaum beachtete Phänomen faszinierte den versponnenen Gelehrten so sehr, daß er alle anderen Arbeitsgebiete vernachlässigte und sich nur noch mit einer Frage beschäftigte: Welche Wechselwirkung besteht zwischen Magnetismus und elektrischem Strom? Er machte Hunderte von Versuchen, um ganz sicher zu sein. In größter Hast – diesmal wollte er endlich der erste sein, der eine wissenschaftliche Neuigkeit verbreitete – schrieb er zwei Aufsätze, die sich mit der bewegten Elektrizität als Quelle der magnetischen Wirkungen befaßten. In einem Vortrag vor der Französischen Akademie der Wissenschaften berichtete Ampère am 25. September 1820 über die Wechselwirkung zweier stromdurchflossener Leiter: Gleichgerichtete Ströme ziehen sich an, entgegengesetzt gerichtete stoßen sich ab. Er zeigte, daß sich eine stromdurchflossene Drahtspule wie ein Stabmagnet verhält, und bewies damit, daß die bewegte Elektrizität den Magnetismus erzeugt. Ampère stellte zum erstenmal einen Zusammenhang her zwischen zwei physikalischen Erscheinungen, die man bis dahin für völlig unabhängig gehalten hatte.

Die von Ampère aufgestellte »Schwimmer-Regel«: Ein Schwimmer, der mit dem Strom schwimmt, zeigt mit der rechten Hand in die Richtung, in die der Nordpol des Magneten abgelenkt wird

Den Elektromagnetismus erforscht

Volle sieben Jahre hielt ihn dieses Phänomen gefangen. In dieser Zeit entwickelte der Wissenschaftler, dem Elektrizität und Magnetismus bis dahin ziemlich fremd gewesen waren, ein völlig neues und bedeutendes Teilgebiet der Physik: das theoretisch und experimentell abgesicherte Gebäude des Elektromagnetismus.

In diesen sieben fruchtbaren Jahren stellte Ampère eine Fülle von Theorien auf, so die Hypothese der »Ampèreschen Molekularströme«, wonach jedes Molekül von ringförmigen Strömen umgeben sein sollte, deren mikroskopisch kleine Wirkungen sich zum makroskopischen Magnetismus addieren. Diese Annahme war zunächst sehr umstritten. Mehr als hundert Jahre später war jedoch der Beweis erbracht, daß Ampères Vorstellungen prinzipiell richtig waren: Der Ferromagnetismus setzt sich aus den Spinmomenten der Elektronen zusammen. Große Bedeutung gewann ein von Ampère entwickeltes Meßinstrument, bei dem eine frei beweglich angebrachte Magnetnadel die Stromstärke anzeigte. Es wurde später in verbesserter Form als Galvanometer bezeichnet und ist noch heute eines der wichtigsten Meßinstrumente der Elektrotechnik.

In seinem großen, abschließenden Werk Über die mathematische Theorie elektrodynamischer Erscheinungen, allein aus dem Experiment abgeleitet entwickelte André Marie Ampère 1826 eine umfassende Theorie der elektrischen Erscheinungen. Hier formulierte er erstmals die noch heute gültigen Begriffe »Strom« und »Spannung«, hier beschrieb er die Wirkungsweise des Galvanometers und des Elektromagneten. In Anspielung auf Newtons Grundlagenwerk über die Mechanik Principia erhielt Ampères Werk später den Ehrentitel Principia der Elektrodynamik.

Die gequälte Seele

So sah sich Ampère selbst

In den letzten Jahren seines Lebens kehrte der unruhige Geist zu seinen alten Gewohnheiten zurück. Sein Arbeitsstil wurde wieder unsystematisch. Von plötzlichen Eingebungen gepackt, wechselte Ampère sprunghaft von einer Fragestellung zur anderen. Unter dem Eindruck von Emanuel Kants Kategorienlehre Kritik der reinen Vernunft setzte er sich mit er kenntnistheoretischen Betrachtungen auseinander. Ein Zeitgenosse charakterisierte den wunderlichen Gelehrten so: »Leidenschaftlich in seinen Überzeugungen und Zweifeln, bietet Ampère stets das Bild einer mystischen und gequälten Seele.« Immer weniger gelang es ihm, sich seinen Mitmenschen verständlich zu machen. Darüber verfiel er in tiefe Melancholie. Mehr und mehr wurde der liebenswürdige, sensible und poetisch veranlagte Gelehrte zur Zielscheibe des Gespötts. Zahlreiche Anekdoten ranken sich um seine Zerstreutheit. Man amüsierte sich darüber, daß Ampère im Feuereifer seines Vortrags vor der Französischen Akademie den direkt vor ihm sitzenden Kaiser Napoleon nicht erkannt und ihn keines Grußes gewürdigt hatte. Der Kaiser nahm es ihm nicht übel, sondern lud den berühmten Gelehrten für den nächsten Tag zum Mittagessen ein. Napoleon wartete umsonst: Über seiner Arbeit hatte Ampère die Verabredung vergessen.

Die letzte große Aufgabe, die Ampère im Jahr 1834 in Angriff nahm, war der Versuch, die Gesamtheit der wissenschaftlichen Kenntnisse in ein umfassendes Ordnungsschema zu gruppieren. Das an sich wohldurchdachte philosophische Alterswerk fand bei der Fachwelt jedoch keine Resonanz, im Gegenteil: Von seinen Kollegen erntete der Autor nur Spott und ablehnende Kritik. Die letzten Lebensjahre waren geprägt von Armut und Krankheit. Auf einer Reise in die Provence, von der er sich eine Besserung seines »Lungenkatarrhs« versprochen hatte, verschlimmerte sich sein Zustand. Während eines Besuches der Universität von Marseille starb Ampère am 10. Juni 1836, erst 61 Jahre alt, nach einem plötzlichen Fieberanfall. Dreißig Jahre später wurde sein Sarg nach Paris überführt und unter großen Ehren auf dem Friedhof von Montmartre beigesetzt. Das Elternhaus in Poleymieux wurde zu einem »Ampère-Museum« umgebaut.

Ein Denkmal der besonderen Art wurde Ampère im Jahr 1881 von den Teilnehmern des in Paris tagenden »Electrischen Congresses« gesetzt. Auf Vorschlag des deutschen Physikers Hermann von Helmholtz (1821–1894) wählte man für die Einheit der elektrischen Stromstärke die Bezeichnung »Ampere«. So wurde der Name des unsteten, vom Glück verlassenen französischen Forschers zu einem in aller Welt bekannten Terminus technicus.

Das ungenießbare Mittagsmahl

André Marie Ampère war geradezu der Inbegriff eines zerstreuten Professors. Immer in tiefen Gedanken versponnen, ständig mit physikalischen Problemen beschäftigt, nahm er sein Umfeld oft kaum noch wahr. Eine hübsche Anekdote illustriert dies:

Nach einer Vorlesung wurde er einmal von einem befreundeten Professor eingeladen, bei dessen Familie zu Mittag zu speisen. Als sich das Mahl etwas verzögerte, nutzte Ampère die Zeit, um in seinem Notizbuch eine Formel nachzurechnen.

Noch ganz in Gedanken, setzte er sich zu Tisch, aß einige Bissen, schleuderte die Serviette auf den Tisch und schimpfte: »Das Essen ist ja wieder einmal nicht zu genießen! Wann wird meine Schwester endlich einsehen, daß jede Köchin, bevor man sie einstellt, erst eine Kostprobe ablegen muß?« Ampère hatte völlig vergessen, daß er nicht zu Hause speiste, sondern zu Gast war bei einem Kollegen.

Er brachte ein Weltbild ins Wanken

Antoine Henri Becquerel (1852–1908), Entdecker der natürlichen Radioaktivität

Henri Antoine Becquerel, französischer Physiker * 15. Dezember 1852 in Paris † 25. August 1908 in Le Croisic (Bretagne)

Namen seien nur Schall und Rauch, meint Goethe in Faust I. Ob er sich da nicht geirrt hat? Der Name Becquerel jedenfalls ist geradezu ein Synonym für eine Naturerscheinung, die weder Schall noch Rauch hinterläßt. Im Gegenteil: Sie ist absolut lautlos und unsichtbar und gerade deshalb so unheimlich.

Antoine Henri Becquerel hat die natürliche Radioaktivität entdeckt und damit die moderne Atomphysik begründet. Sein Name ist heute in aller Munde, weil er 1985 – sozusagen als Nachfolger von Marie Curie, der berühmten französischen Chemikerin polnischer Herkunft, die den ersten radioaktiven Stoff isoliert hat, das Radium – in den Rang einer Maßeinheit erhoben wurde.

Wer war dieser Monsieur Becquerel? Wie kam er zu jener Entdeckung, die seinen Namen unsterblich machte, weil sie ein bis dahin als unumstößlich geltendes Weltbild verändert hat?

Antoine Henri Becquerel war ein Mann von zierlicher Statur und gepflegtem Äußeren. In der besten Wohnlage von Paris, nahe den Champs Elysées, bewohnte er eine prächtige Villa. Die herrschaftlichen Räume waren mit wertvollem altem Mobiliar und feinen Gobelins, mit chinesischem Porzellan und kostbaren Gemälden ausgestattet. Am Muséum National d’Histoire Naturelle war er der führende Physiker. Seine Schüler bewunderten seine Eloquenz, die Fachkollegen schätzten seine Kompetenz. In ganz Frankreich galt er als großer Wissenschaftler, im Ausland wurde sein Name jedoch kaum bekannt.

78 Jahre nach seinem Tod begann seine zweite Karriere. Sie machte ihn weltberühmt, wenn auch in einer wenig rühmlichen Weise. Sein Name wurde geradezu zu einem Synonym für unsichtbare Gefahr und allgegenwärtiges Unheil. Wenn er genannt wurde, dann mit besorgtem Gesicht und oft im Zusammenhang mit Milchpulver, Haselnüssen und Pilzen. Nach dem Reaktorunglück von Tschernobyl 1986 stand der Name des französischen Physikers Becquerel im Mittelpunkt heftiger Diskussionen über Nutzen und Gefahren der Kernenergie. Die Maßeinheit der Radioaktivität erlangte plötzlich eine ungeheure, wenn auch fragwürdige Popularität. Selten wurde eine Maßeinheit so oft – und meist auch so falsch – zitiert.

Verdächtiges Glimmen am Leuchtschirm

Antoine Henri Becquerel, geboren am 15. Dezember 1852 in Paris, entstammte einer alten Gelehrtenfamilie. Vater und Großvater gehörten zu den führenden Physikern Frankreichs, und so lag es nahe, daß Henri in ihre Fußstapfen treten und ebenfalls Physiker werden sollte. Nach dem Lyzeum wurde er an der Eliteschule Ecole Polytechnique für seine spätere Aufgabe als Lehrer und Wissenschaftler ausgebildet. Weitere drei Jahre widmete er sich an der Ecole des Ponts et Chaussées dem Studium des Brücken- und Straßenbaus. Es folgte die übliche akademische Laufbahn: Assistent an der Ecole Polytechnique, Lehrstuhl für Physik an der Ecole des Arts, Chefingenieur in einem Ministerium. Von 1891 an bekleidete er, in direkter Nachfolge seines Großvaters und seines Vaters, die beiden Lehrstühle für Physik am Musée d’histoire naturelle und am Conservatoire Nationale des Arts et Métiers in Paris. Bis an sein Lebensende war Becquerel auch für die Ausbildung des Physikernachwuchses an der Ecole Polytechnique verantwortlich.

Die SI-Einheit Becquerel

Das Becquerel ist die Einheit der Aktivität einer radioaktiven Strahlungsquelle.

Definition: 1 Becquerel (Bq) ist die Aktivität einer radioaktiven Strahlungsquelle, bei der sich im zeitlichen Mittel von 1 Sekunde 1 Atomkern eines Nuklides umwandelt.

1 Bq = 1 / s

Schon als 24jähriger bearbeitete Becquerel eigenständig neue Forschungsgebiete. Dabei entdeckte er die infraroten Banden im Spektrum des Sonnenlichts und die Drehung der Polarisationsebene des Lichtes im Magnetfeld. Es folgten Arbeiten über die Sonnentemperatur und den Magnetismus bei Nickel und Kobalt. Jahrelang beschäftigte er sich mit den eigentümlichen Phänomenen der Luminiszenz und der Phosphoreszenz. Sie führten ihn schließlich zu jener Entdeckung, die seinen Namen später unsterblich machen sollte.

Wilhelm Conrad Röntgen, Professor an der Universität Würzburg, der mit den X-Strahlen den Anlaß gab für Becquerels Untersuchung der Uransalze

Am 8. November 1895 hatte Wilhelm Conrad Röntgen (1845–1923), Professor für Physik an der Universität Würzburg, wieder einmal mit Kathodenstrahlen experimentiert. Dabei entdeckte er auf einem im gleichen Zimmer stehenden Leuchtschirm zufällig ein schwaches Glimmen. Er ging dieser Erscheinung nach und fand, daß sie von einer unbekannten Strahlung herrührte, die auf der Erde nicht natürlich vorkommt. Es war eine ganz ungewöhnliche elektromagnetische Strahlung. Sie war so energiereich, daß sie scheinbar widerstandslos durch Eichentüren und dicke Bücher, sogar durch Metallplatten hindurchging. Röntgen war völlig überrascht und wußte nicht, was er von diesen unbekannten Strahlen halten sollte. Er bat einige Kollegen um Rat, auch den berühmten französischen Mathematiker und Wissenschaftsphilosophen Henri Poincaré (1854–1912). Dieser hielt am 20. Januar 1896 vor der Pariser Académie des Sciences einen Vortrag über den damaligen Stand der Naturwissenschaften. Dabei konnte er von der Existenz neuer Strahlen berichten, die den menschlichen Körper durchdringen, so daß die Skelettknochen sichtbar werden. Als Beweis zeigte Poincaré den verblüfften Zuhörern eine von Röntgen selbst angefertigte fotografische Aufnahme, auf der die Handknochen von Frau Röntgen abgebildet waren.

Die Handknochen von Frau Bertha Röntgen, aufgenommen am 22. Dezember 1895 (die erste Röntgenaufnahme der Geschichte)

Indiskrete Strahlen

Die Nachricht von den geheimnisvollen Strahlen – Röntgen selbst bezeichnete sie als »X-Strahlen«, weil sie sich in das bestehende Lehrgebäude der Physik nicht einordnen ließen – war eine wissenschaftliche Sensation. Nicht nur die Gelehrten diskutierten sich die Köpfe heiß. Wochenlang beherrschten die Strahlen auch die Schlagzeilen der Gazetten, in den Salons der feinen Gesellschaft waren sie das Lieblingsthema der Saison. Die Phantasie trieb seltsame Blüten, windige Geschäftemacher witterten ihre große Chance. Eine Pariser Firma bot eine Spezialbrille an, die angeblich in der Lage war, mit Hilfe der indiskreten Strahlen die Kleidung zu durchdringen. Im Gegenzug propagierte eine Londoner Firma »X-Strahlen-sichere Dessous« für die Damen.

Doch zurück zu dem denkwürdigen Akademievortrag. Unter den Zuhörern befand sich auch Henri Becquerel. Aufmerksam hatte er die vom Vortragenden geäußerte Vermutung registriert, daß möglicherweise jede elektromagnetische Strahlung, also auch das Licht, fluoreszierendes Material zur Abgabe von X-Strahlen anregen könne. Professor Becquerel, anerkannter Fachmann auf dem Gebiet der Fluoreszenz, kam diese Hypothese reichlich unwahrscheinlich vor. Er beschloß, am nächsten Tag sofort die Probe aufs Exempel zu machen. Eine Reihe unbelichteter Fotoplatten verpackte er in schwarzes, lichtdichtes Papier und legte auf jedes Päckchen ein Kreuz aus reinem Kupfer. Dann nahm er aus dem Laborschrank diejenigen Salze, die nach seiner Erfahrung am Licht fluoreszieren, streute sie einzeln auf die verschiedenen Päckchen und legte diese für einen Tag an die Sonne. Das Ergebnis war, wie er vermutet hatte, durchweg negativ. Mit einer Ausnahme: Auf einer einzigen Fotoplatte zeigte sich nach dem Entwickeln tatsächlich der schwache Schatten eines Kreuzes. Die Platte war mit einem Uransalz beschichtet gewesen.

Selbst die renommierte Zeitschrift Life zeigte ihren Lesern die »aussichtsreichen« Einblicke mit Hilfe der X-Strahlen. Eine Abendgesellschaft, fotografiert einmal mit einem normalen Plattenapparat, unten mit Hilfe der Röntgenstrahlen

Geheimnisvolles Salzlicht

Als kritischer und systematischer Experimentator wollte sich Becquerel nicht auf einen einzigen Versuch verlassen. Er präparierte weitere Fotoplatten mit Uransalz und legte sie, weil der Himmel bewölkt war, in eine Schublade, um auf besseres Wetter zu warten. Sicherheitshalber prüfte er nach ein paar Tagen, ob die Platten noch in Ordnung waren. Dabei bemerkte er zu seiner Überraschung, daß auf einer Platte wieder das Kreuz zu sehen war, sogar viel deutlicher, und das, obwohl diese Platte überhaupt nicht in der Sonne gelegen hatte. Woher konnte die Schwärzung stammen, etwa von dem Uransalz selbst? Mit größter Sorgfalt durchgeführte weitere Untersuchungen lieferten den Beweis: Alle Uransalze, auch das reine Uranmetall, senden eine Strahlung aus, welche die Fotoplatten sogar in absoluter Dunkelheit schwärzen. Becquerel hatte durch Zufall, Scharfsinn und Wachsamkeit die natürliche Radioaktivität entdeckt.

Die Schwärzung dieser Fotoplatte läutete das Atomzeitalter ein. In der unteren Hälfte die vagen Umrisse des Kupferkreuzes, oben eine handschriftliche Notiz des Entdeckers

Daß diese Zufallsentdeckung eine neue Epoche der Menschheit einleiten würde, nämlich das Atomzeitalter, das konnte Becquerel nicht ahnen. Ihm war noch nicht einmal der Begriff »Radioaktivität« bekannt. Das von ihm beobachtete Phänomen betrachtete er als eine Art »langlebige Fluoreszenz«, eine Strahlung, die kurioserweise von einem Metallsalz ausging. Die Wissenschaft kannte ja schon mehrere Strahlenarten, die Radiowellen beispielsweise und das Sonnenlicht, das Leuchten der Glühwürmchen und das Phosphoreszieren verfaulenden Holzes. Warum sollte es nicht auch eine Art »Salzlicht« geben? Am 2. März 1896 berichtete Becquerel vor der Académie des Sciences über die Entdeckung einer natürlichen Strahlung des Elements Uran, welche ebenso wie die X-Strahlen des Herrn Kollegen Röntgen feste Körper durchdringen konnte. In mehreren Aufsätzen legte er weitere Beobachtungen über die »Becquerelstrahlen« vor. Als ein Echo ausblieb, verlor er das Interesse und wandte sich wieder seiner Fluoreszenzforschung zu.

Woher kommt die Energie?

Vielleicht wäre seine Entdeckung in Vergessenheit geraten, hätten sich die aus Polen stammende Marya Sklodowska (1867–1934) und der französische Physiker Pierre Curie (1859–1906), ihr Kollege und späterer Ehemann, nicht gefragt, woher denn die zwar geringen, aber deutlich meßbaren Energiemengen stammen, die vom Uran und seinen Verbindungen unablässig ausgestrahlt werden. Sie arbeiteten ungeheure Mengen uranhaltiger Pechblende auf in der Hoffnung, die unbekannte Energiequelle zu finden. Nach zwei Jahren konnten die beiden Forscher in den Comptes Rendus verkünden, daß sie aus 8000 kg Pechblende ein knappes Gramm eines neues Elementes isoliert hatten, von dem eine extrem starke Strahlung ausging. Das Element solle den Namen »Radium« – das Strahlende – erhalten.

Der Brief an die französische Akademie, in dem Becquerel seine Entdeckung beschreibt

Die Entdeckung des Radiums brachte das hergebrachte Weltbild der Wissenschaft ins Wanken. Der Beweis war erbracht, daß die Atome eben nicht »atomos«, d. h. unteilbar, sind. Sie mußten aus noch kleineren Partikeln aufgebaut sein. Nun war Becquerels Interesse an den Uransalzen wieder geweckt. Er fand heraus, daß die radioaktiven Strahlen imstande waren, Gase zu ionisieren und elektrisch leitend zu machen. Das war insofern eine wichtige Entdeckung, als man nun diese Strahlen auch messen konnte, nämlich mit einem ganz einfachen Goldplättchen-Elektroskop.

Das vergessene Glasröhrchen

Für die Entdeckung der Radioaktivität erhielt Henri Becquerel im Jahr 1903 den Nobelpreis für Physik, gemeinsam mit dem Ehepaar Curie. Eigentlich hätten diese drei Forscher auch den Nobelpreis für Medizin verdient gehabt: Unabhängig voneinander entdeckten sie die physiologischen Wirkungen der radioaktiven Strahlen auf das lebende Gewebe, und zwar am eigenen Körper. Von Marie Curie persönlich hatte Becquerel anläßlich eines Besuches einige Milligramm Radium erhalten. Das achtlos in die Westentasche gesteckte Glasröhrchen hatte er bereits vergessen, als sich nach einigen Tagen an seinem Körper schwere Verbrennungen zeigten. Marie Curie, der er von seiner Vergeßlichkeit und ihren schmerzhaften Folgen erzählte, gestand, daß auch sie Verbrennungen an den Händen erlitten habe, als sie ungeschützt mit Radiumpräparaten gearbeitet hatte. Ihr Ehemann Pierre Curie griff dieses bis dahin unbekannte Phänomen auf und bestätigte durch einen Selbstversuch die zerstörende Wirkung der radioaktiven Strahlen auf biologisches Gewebe. Die gemeinsame Veröffentlichung der drei Forscher hatte zur Folge, daß sich drei Jahrzehnte später die Strahlentherapie des Krebses allgemein durchsetzen konnte.

In seinen letzten Lebensjahren wurde Becquerel mit zahlreichen Preisen und Medaillen geehrt. Ausländische Akademien ernannten ihn zu ihrem Mitglied. Die Académie des Sciences wählte ihn 1908 zum Präsidenten und Sekretär auf Lebenszeit. Doch schon sechs Wochen später, am 25. August 1908, starb Becquerel im Alter von 56 Jahren auf seinem Landsitz Le Croisic in der Bretagne an den Folgen der Strahlenschäden, die er sich bei der Arbeit mit den radioaktiven Uransalzen zugezogen hatte.

Dunkle Vorahnung

War sich Henri Becquerel über die Folgen seiner epochalen Entdeckung im klaren? Daß er sie zumindest geahnt hat, geht aus einer Äußerung hervor, die er gegen Ende seines Lebens machte: »Ob die Wissenschaft schließlich so weit fortschreiten wird, daß sie die praktische Verwendung des ungeheuren Energievorrats zu nutzen vermag, dies ist eine Frage, auf die nur die Zukunft antworten kann. Man möge aber daran denken, daß die Elektrizität in den Anfängen der Forschung auch nur als reine Spielerei angesehen wurde, zu nichts nütze, als Kinder zu unterhalten, indem sie mit einer geriebenen Siegellackstange Papierschnitzel anzuziehen versuchen.«

Siedendheiß und bitterkalt

Die Temperaturskala des Anders Celsius (1701–1744)

Anders Celsius, schwedischer Astronom * 27. November 1701 in Uppsala † 25. April 1744 in Uppsala

»Nachts Frost bis minus fünf Grad, Temperaturen tagsüber ansteigend auf Werte zwischen vier und acht Grad.« Täglich hören wir solche Informationen im Wetterbericht, und jeder weiß sofort Bescheid: Es handelt sich um Celsius-Grade.

In den USA hätte diese Ansage eine ganz andere Bedeutung, denn dort werden die Temperaturen bekanntlich nicht in »Grad Celsius« (°C), sondern in »Grad Fahrenheit« (°F) gemessen.

Nochmals anders müßte der Wetterbericht im wissenschaftlichen Sprachgebrauch lauten: »Nächtliche Tiefsttemperaturen bis 268,13 Kelvin ...«. Die international festgelegte Maßeinheit der »thermodynamischen« Temperatur ist nämlich das »Kelvin«.

Man sieht: Die Bezeichnung »Grad« ist ohne Zusatz keineswegs eindeutig. Es gibt ohnehin ja noch zahlreiche andere Gradeinteilungen: Die geographische Länge und Breite, der Winkel, das Mostgewicht, die Härte der Edelsteine – alles wird in Graden gemessen.

Nach diesem Exkurs in die ähnlich klingenden, aber total verschiedenartigen Fachgebiete Meteorologie (Wetterkunde) und Metrologie (Maß- und Gewichtskunde) kehren wir zurück zum Namen Celsius. So vertraut uns das Temperaturmaß »Grad Celsius« auch ist, so wenig bekannt dürfte für die meisten das Leben des Mannes sein, der dieser häufig benutzten Maßeinheit seinen Namen gab.

Erbliches Interesse für Mond und Sterne

Anders Celsius, 1701 in Uppsala geboren, wuchs mit den Gestirnen auf. Schon als Zehnjähriger kannte er die Namen der Sternbilder, mit dem Fernrohr seines Vaters betrachtete er die Mondkrater und wartete in den Augustnächten auf Sternschnuppen. Dieses bei Kindern seines Alters eher ungewöhnliche Interesse hatte er geerbt: Sowohl der Vater, Nils Celsius, als auch die beiden Großväter waren Professoren der Astronomie an der ältesten schwedischen Universität in Uppsala, einer Kleinstadt von (damals) 3000 Einwohnern.

Als Anders Celsius die Schule verließ, war er schon fast ein perfekter Sternenkundler. Daß er später Astronomie studieren würde, war für ihn selbstverständlich. Der Vater, der keine allzu guten Erfahrungen mit den Universitäten gemacht hatte, wollte jedoch, daß der Junge im Staatsdienst Karriere machte. Dafür war ein Jurastudium das beste Sprungbrett.

Widerwillig gehorchte der Sohn, doch seine Vorliebe für Mathematik und Naturwissenschaften war stärker als das väterliche Machtwort. Zusammen mit einem Freund vergnügte er sich in der Freizeit an physikalischen, arithmetischen und meteorologischen Aufgabenstellungen. Am liebsten frönte er seinem Hobby, der Sternbeobachtung. Schwankend zwischen der Juristerei und seinen Liebhabereien, zog sich sein Studium fast zehn Jahre dahin. Als Celsius seine Promotionsschrift vorlegte, handelte diese nicht von Paragraphen, sondern von der Drehbewegung des Mondes. Im Alter von 28 Jahren wurde Anders Celsius zum Professor der Astronomie ernannt. Seine Vorlesungen über die »astronomische Beobachtungskunst« waren sehr beliebt und stets überfüllt.

Zwei Jahre auf großer Tour

Um seinen Studenten nicht nur die Theorie, sondern auch die Praxis der Sternbeobachtung vermitteln zu können, stellte Celsius den Antrag, an der Universität Uppsala ein mit den modernsten Instrumenten ausgestattetes Observatorium zu bauen. Nur so könne Schweden künftig mitreden, wenn es um die »Sternenkunst« gehe. Nach langen Verhandlungen genehmigte der König den Antrag und dazu das Geld für eine Auslandsreise. Zwei Jahre lang sollte sich Professor Celsius an den bedeutendsten europäischen Sternwarten über den neuesten Stand der Astronomie und der astronomischen Instrumente informieren.

Für Celsius, damals 29 Jahre alt, war die grand tour die Chance seines Lebens. Seine erste Station war Berlin; hier blieb er fast ein Jahr. Dabei hatte er das Glück, eine partielle Sonnenfinsternis beobachten und dokumentieren zu können. Am Observatorium in Nürnberg bestimmte er die geographische Breite der Stadt. Dann reiste er weiter an die damals berühmte Gelehrtenuniversität Altdorf in Franken und nützte dort die Zeit, um eine Abhandlung über »316 Beobachtungen des Nordlichts« zu schreiben. Es war eine erste zusammenfassende Beschreibung der eigentümlichen Lichterscheinungen in der Polarregion (»aurora borealis«). Sein weiterer Weg führte ihn nach Venedig und Padua, dann für sieben Monate nach Bologna, wo er Messungen zur Bestimmung der Ekliptik der Erde durchführte. In der Sommerresidenz des Papstes in Rom, dem Quirinalspalast, machte er Messungen über die Intensität des Mondlichts. So verbreiterte er systematisch sein Wissen auf den verschiedensten Gebieten der Geographie und Astronomie.

Die Einheit Celsius

Nach dem Gesetz über die Einheiten im Meßwesen (siehe DIN 1301) ist die SI-Basis-Einheit der »Thermodynamischen Temperatur« das Kelvin (K). Als »besonderer Name« für die SI-Temperatureinheit (genauer als Differenz zwischen zwei thermodynamischen Temperaturgraden) ist auch die Angabe in »Grad Celsius« (°C) zugelassen.

In Paris, der letzten Station seiner Reise, wollte sich Celsius mit den neuesten Sternbeobachtungen vertraut machen. Doch die französischen Gelehrten hatten keine Zeit für ihn, es herrschte große Aufregung. Bei einer Gedächtnisveranstaltung für den verstorbenen englischen Physiker Isaac Newton (1643–1727) hatte sich eine heiße Diskussion an dessen Hypothese entzündet, die Erde habe keine ideale Kugelgestalt. Infolge der Zentrifugalkräfte müsse die Erdkugel am Äquator ausgebuchtet sein, also ein »abgeplattetes Rotationsellipsoid« darstellen. Warum diese These auf so großen Widerstand stieß, wird verständlich vor dem Hintergrund, daß kurz zuvor französische Wissenschaftler bekanntgegeben hatten, die Erde habe die Form einer Melone, mit Ausbuchtungen an den Polen. Da das Verhältnis zwischen den (zu dieser Zeit überlegenen) englischen Universitäten und den aufstrebenden französischen Gelehrtenschulen nicht gerade das beste war, prallten die Meinungen hart aufeinander. In Paris wollte man nicht wahrhaben, daß die Engländer in Isaac Newton den alles überragenden Physiker besaßen.

Expedition zum Polarkreis

Wer wollte Newtons Theorie der »äquatorialen Ausbuchtung« beweisen, wer widerlegen? Wenn die Erde an den Polen abgeplattet ist, müßte der »waagrechte« Erddurchmesser auf Höhe des Äquators etwas größer sein als der »senkrechte« von einem Pol zum anderen. Die einzige Möglichkeit, Klarheit zu schaffen, bestand darin, den Abstand zwischen zwei Breitenkreisen genau zu vermessen, einmal in der Nähe des Äquators und zum Vergleich einen anderen Meridianabschnitt möglichst weit im Norden. Die französische Akademie der Wissenschaften rüstete zwei wissenschaftliche Expeditionen aus. Die eine sollte nach Peru reisen, die andere in ein Land nördlich des Polarkreises. Celsius schlug vor, diese Expedition nach Lappland zu entsenden. Er erklärte sich bereit, an dem Unternehmen selbst teilzunehmen, was gerne akzeptiert wurde, da er sich inzwischen einen guten Ruf als Astronom erworben hatte und außerdem die Landessprache beherrschte.

Nach einjähriger Vorbereitungszeit wurde im Mai 1736 das kühne Vorhaben gestartet. Von Dünkirchen aus stach das Segelschiff »Prudent« in See, mit dem Ziel Tornio am Bottnischen Meerbusen. Unter Führung des französischen Physikers Pierre de Maupertuis (1698–1759) – er wurde später wissenschaftlicher Berater Friedrichs des Großen – hatten sich an Bord führende Mathematiker, Geographen und Vermessungsspezialisten versammelt, unter ihnen auch der Astronom Anders Celsius.

Unzuverlässige Thermometer

Die exakte Vermessung des etwa 100 km langen Meridianbogens nördlich der Hafenstadt Tornio stellte die Expeditionsteilnehmer vor unerwartet große Schwierigkeiten. Das unwegsame, fast unbewohnte Gelände, die Überwindung hoher, schneebedeckter Berge und reißender Flüsse, die bittere Kälte im Winter und die Schnakenplage im Sommer, die lokalen Kompaßstörungen und vor allem die schlechten Lichtverhältnisse während der Polarnacht brachten Anders Celsius und seine Begleiter mehr als einmal an den Rand der Verzweiflung. Es dauerte mehr als ein Jahr, bis die Expedition zu ihrem Schiff nach Tornio zurückkehren konnte. Ein wichtiges Kapitel der Erdvermessung war abgeschlossen und der Beweis erbracht: Newton hatte recht, die Erde ist keine Kugel, sondern an den Polen abgeplattet. Die Fachwelt feierte die Lapplandexpedition als großen Erfolg der Wissenschaft.

Nur Celsius selbst war unzufrieden. Die unter seiner Leitung durchgeführten Pendelversuche, die über die Gravitationskräfte und damit über die Entfernung zum Erdmittelpunkt Aufschluß geben sollten, hatten keine eindeutigen Ergebnisse erbracht. Er wußte auch warum: Die von der Expedition mitgeführten Thermometer des französischen Physikers Réaumur waren nicht nur sehr schwer und unhandlich, sondern auch völlig unzuverlässig, vor allem bei winterlichen Temperaturen. Ein Expeditionsmitglied schrieb dazu:

»Unsere Thermometer taugen ganz und gar nichts. Sie sind von Weingeiste, haben keinen beständigen Punct, die Gradirung davon anzufangen, und stimmen nicht miteinander überein, welches ich selbst genugsam an zween dergleichen gesehen, die sich in Upsal befinden.«

Genaue Temperaturmessungen wären jedoch nötig gewesen, um die Pendeluhr richtig zu justieren. Celsius nahm sich vor, diesen Mangel abzustellen.

Wohin mit dem Nullpunkt?

An die Universität Uppsala zurückgekehrt, beschäftigte sich Celsius zunächst mit der Aufgabe, das im Bau befindliche Observatorium mit den modernsten Instrumenten auszurüsten. Daneben widmete er sich der Konstruktion eines zuverlässigen Thermometers. Exakte Temperaturmessungen wurden nicht nur im wissenschaftlichen Bereich benötigt, sondern auch im Handwerk, z. B. bei den Bierbrauern, Seifensiedern, Branntweinbrennern und den Färbern. Celsius hoffte, daß ein allgemein verwendbares Meßinstrument guten Absatz finden und ihm einen schönen Nebenverdienst garantieren würde. Neben der Wahl der richtigen Glassorte – mit möglichst geringem Ausdehnungskoeffizienten – war das Problem zu lösen, welche Thermometerflüssigkeit am besten geeignet war. Celsius entschied sich – wie schon verschiedene seiner Vorgänger, z. B. Fahrenheit – für Quecksilber, das allerdings sehr rein sein mußte. Am wichtigsten für ihn war jedoch die Frage der Gradeinteilung. Welche Bezugspunkte für die Skala sollte er wählen, wo war der »beste« Nullpunkt?

Eichung eines Thermometers nach der Celsius-Skala. Kupferstich (1764)

1742 stellte Celsius die Konstruktion eines deutlich verbesserten Quecksilberthermometers vor. Das Instrument war mit einer parallel angebrachten Dezimalskala ausgestattet. Celsius kennzeichnete den Siedepunkt des Wassers mit der Zahl 0, den Gefrierpunkt des Wassers mit 100. In einem Schreiben an die Schwedische Akademie über die »Beobachtung von zween beständigen Graden auf einem Thermometer« heißt es: »Ich für mein Theil finde keine bequemere und sichere Art, die Grade auf einem Thermometer abzutheilen, als einige Puncte von der Höhe des Quecksilbers zu bestimmen. Wenn das Wasser kocht und zu frieren anfängt, und darnach die übrigen Grade zu verzeichnen …«

Damit war die dezimale Celsius-Skala geboren, die heute in den meisten Ländern der Erde (mit Ausnahme der USA und Englands) verwendet wird. Auch zur Eichung des Thermometers machte Celsius genaue Angaben:

»Der Punct des gefrierenden Wasser läßt sich am genauesten bestimmen, wenn man das Thermometer im klebrichten Schnee eine halbe Stunde stehen läßt …«

Der Wärmemesser des Anders Celsius fand als »Schwedisches Thermometer« bald Eingang bei den meisten europäischen Universitäten. Die Abkürzung »°C« bedeutete damals »Centigrad«, erst später wurde daraus die heutige Bezeichnung »Grad Celsius«. Der berühmte Naturforscher Carl von Linné (1707–1778), dem wir die Systematik und Nomenklatur der Pflanzennamen verdanken, machte später den Vorschlag, die Skala umzudrehen: Es wäre doch besser, mit der Zahl 0 den am unteren Ende der Skala liegenden Eispunkt zu markieren, mit der Zahl 100 den Siedepunkt des Wassers. Darauf einigten sich die Fachleute, das heute gebräuchliche Thermometer war erfunden.

Anders Celsius war in Schweden ein hochgeachteter Gelehrter, der weitsichtig und energisch seine Pläne verfolgte. Seine Studenten gingen für ihn durchs Feuer. Für seine Verdienste bei der Lapplandexpedition erhielt er vom französischen König eine lebenslängliche Pension von 1000 Livres. Sehr lange konnte er sich dieser Wertschätzung jedoch nicht erfreuen. Von der Lapplandexpedition hatte er einen hartnäckigen Husten mitgebracht, der sich nicht bessern wollte. Als sich sein Gesundheitszustand immer mehr verschlechterte, stellten die Ärzte fest: Celsius litt an der (damals unheilbaren) Volkskrankheit Schwindsucht (Lungentuberkulose).

Anders Celsius starb am 25. April 1744 – unverheiratet – im Alter von 42 Jahren. Seine Verdienste auf dem Gebiet der Astronomie werden heute kaum noch erwähnt, seine Arbeiten über das Magnetfeld der Erde und dessen Auswirkungen auf das Nordlicht sind durch neuere Forschungen überholt. Dennoch, der Name Celsius ist unvergessen. Auf der Rückseite aller Fieberthermometer ist jenes »C« eingraviert, das jedermann mühelos als Abkürzung für den Namen Celsius erkennt.

Der hartnäckig geführte und bis heute noch nicht beendete Streit, welche Temperaturskala gelten sollte, die nach Celsius, jene des französischen Gelehrten Graf de Réaumur (1683–1757) oder die von dem deutschen Instrumentenmacher Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) propagierte Skala, hat auch Eingang in die Lyrik gefunden:

Die Abtrünnigen

– »Ich bin der Graf von Réaumur

und haß’ euch wie die Schande!

Dient nur dem Celsio für und für,

Ihr Apostatenbande!«¹

Im Winkel König Fahrenheit

hat still sein Mus gegessen.

– »Ach Gott, sie war doch schön, die Zeit,

da man nach mir gemessen!«

Christian Morgenstern, Galgenlieder

¹Apostaten sind Abtrünnige einer Partei oder Religion

René-Antoine Réaumur (1683–1757), französischer Physiker. Porträt, Stahlstich

Forschung am seidenen Faden

Charles Augustin de Coulomb (1736–1806) und das Grundgesetz der Elektrostatik

Charles Augustin de Coulomb, französischer Ingenieur * 14. Juni 1736 in Angoulême † 23. August 1806 in Paris

Seit undenklichen Zeiten benutzen die Menschen für das Abwiegen von Gegenständen zwei Schalen, die an einem gemeinsamen Angelpunkt befestigt sind. In der einen Schale liegt die Ware, die gewogen werden soll, in die andere Schale kommen soviel geeichte Gewichte, bis beide Schalen im Gleichgewicht sind.

Für den Handel ist diese einfache Methode ausreichend genau. Was aber, wenn es darum geht, etwa das Gewicht eines menschlichenHaares zu bestimmen? Oder die Schwere eines Mehlstäubchens?

Es war ein französischer Offizier, der 1784 eine geniale Methode erfand, mit der geringste Anziehungs- und Abstoßungskräfte, ja sogar die Änderung des Magnetfeldes gemessen werden konnten. Sein Name wird heute als Maßeinheit für die Elektrizitätsmenge verwendet.

Charles Augustin de Coulomb, geboren 1736 in Angoulême (Südfrankreich), war das einzige Kind eines hohen Regierungsbeamten in Paris. Die Ehe der Eltern war nicht gerade glücklich. Nach der Trennung von seiner Frau gab der Vater sein Amt als Inspekteur der Königlichen Domänen auf und zog sich auf den Familiensitz in Südfrankreich zurück, während die Mutter mit dem Sohn allein in Paris blieb.

Am Collège des Quatre-Nations zeigte der Junge gute Leistungen, vor allem in Mathematik. Die Mutter wollte, daß Charles Medizin studiert. Doch er widersetzte sich und bestand darauf, Ingenieur zu werden. Es kam zum Streit, zur Strafe für seinen Eigensinn entzog ihm die Mutter die Unterstützung. Charles mußte sein Studium am Collège Royal vorzeitig beenden, er zog zum Vater nach Montpellier. 1764 trat Coulomb dem Königlichen Ingenieurskorps der Armee bei und ließ sich in die Kronkolonie Martinique versetzen. Dort wurde er mit der Bauleitung von Befestigungsanlagen betraut.

Für seine Erfindung zum Ritter geschlagen

Nach acht Jahren Dienst im ungesunden Tropenklima der Antilleninsel erkrankte Kapitän Coulomb schwer und mußte in die Heimat zurückkehren. Kaum genesen, beteiligte er sich an einem Wettbewerb, den die Französische Akademie ausgeschrieben hatte. Die Aufgabe bestand darin, ein Instrument zu konstruieren, das den Schiffen auf hoher See eine genauere Kursbestimmung ermöglichte. Mit seinem in der Praxis geschulten, scharfen und kritischen Verstand und einem ausgeprägten Sinn für wissenschaftliche Methoden untersuchte Coulomb das Schwingungsverhalten von Kompaßnadeln. Mit der Konstruktion eines verbesserten Schiffskompasses gewann Coulomb den ersten Preis. Der neue Kompaß bewährte sich in der Praxis glänzend, der Erfinder wurde zum Ritter des Saint-Louis-Ordens geschlagen. Dieser Erfolg gab dem noch immer im Militärdienst stehenden, inzwischen zum Oberstleutnant beförderten Coulomb entscheidenden Auftrieb. In den folgenden Jahren veröffentlichte er zahlreiche weitere Abhandlungen über die Ergebnisse seiner Freizeitforschungen. Sie zeigten eine erstaunliche Bandbreite: Arbeiten über den Bau von Windmühlen, über die Bodenmechanik bis zur Theorie einfacher Maschinen. Er unterschied als erster zwischen gleitender und rollender Reibung. Mit Untersuchungen über die Belastbarkeit von Gewölben und Balken, besonders aber mit seiner noch heute gültigen Theorie des Erddrucks gegen Mauern legte er den Grundstein zur wissenschaftlichen Baustatik. Dank seiner Theorie wurde es möglich, Brücken mit gußeisernen Rundbögen und Spannweiten bis zu 30 m zu konstruieren. Coulomb gehörte schon bald zu den berühmtesten Brückenbauern der Welt.

Das Fort Royal auf der Insel Martinique. Hier arbeitete Coulomb als Bauleiter

Die SI-Einheit Coulomb

Die Maßeinheit Coulomb ist die Einheit der elektrischen Ladung und der Elektrizitätsmenge.

Definition: 1 Coulomb (C) ist die Elektrizitätsmenge, die bei konstantem Strom der Stärke 1 Ampere während der Zeit 1 Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters fließt.

1 C = 1 A s (Amperesekunde)

Die Elektrizitätsmenge von 1 Coulomb entspricht 6,242 Trillionen Elementarladungen.

Mehrfach wurde Charles Augustin de Coulomb von der Regierung als Gutachter für technische Projekte herangezogen. Dabei zeigte er sich als unerschrockener und unbestechlicher Kämpfer, der zu seiner Überzeugung stand, auch wenn ihm dadurch Nachteile entstanden. Als er 1783 ein Gutachten über den Nutzen des Baus eines Kanals in der Bretagne zu erstellen hatte, hielt er mit seinem negativen Ergebnis nicht zurück, obwohl hochgestellten Personen viel an dem Bau lag. Coulomb mußte für eine Woche ins Gefängnis. Als er wieder freikam, wandte er sich weiter offen gegen das Unternehmen. Der Kanal wurde nicht gebaut.

Eine völlig neue Art des Wiegens

1784 untersuchte Coulomb das physikalische Verhalten von Haaren und Seidenfäden. Er bemerkte, daß schon äußerst geringe Kräfte ausreichten, um diese in ihrer Längsrichtung zu verdrillen. Noch wichtiger war die Erkenntnis, daß die Stärke der Drehung genau proportional zur einwirkenden Kraft war. Das brachte ihn auf eine völlig neue Art des Wiegens: An einem senkrecht aufgehängten Seidenfaden befand sich eine Querstange mit zwei Hohlkugeln. Etwas tiefer war ein Spiegel angebracht. Bei der Annäherung elektrisch geladener Gegenstände an die Hohlkugeln verdrehte sich der Faden. Das Maß für die einwirkende Kraft war an einem gespiegelten Lichtstrahl abzulesen. Mit Hilfe dieser »Drehwaage« konnten selbst kleinste Gewichte und Kräfte mit bemerkenswerter Genauigkeit gemessen werden.

Die Coulombsche Drehwaage (1785) Figur 1: Das Instrument Figur 2: Die Aufhängung des Seidenfadens Figur 3: Die am Faden befestigte Querstange, am dem einen Ende eine Hohlkugel, am anderen ein kleiner Spiegel, der einen Lichtstrahl an eine außen angebrachte Skala wirft Figur 4: Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen der Kugel Figur 5: Gegenladung

Mit der »Coulombschen Waage« wurde es nun möglich, exakte quantitative Messungen auf den verschiedensten Gebieten (Elektrizität, Magnetismus, Luftwiderstand) durchzuführen. Besonders für die Untersuchung der elektrischen Gesetzmäßigkeiten war die Drehwaage von allergrößter Bedeutung. Mit ihrer Hilfe stellte Coulomb das später nach ihm benannte Grundgesetz der Elektrostatik auf. Es besagt, daß die zwischen zwei elektrischen Ladungen wirkende Kraft proportional den beiden Ladungen und umgekehrt proportional dem Abstand der Ladungen ist (das »invers-quadratische Abstandsgesetz«). Haben die Ladungen gleiche Vorzeichen, stoßen sie sich ab, bei ungleichen Vorzeichen entsteht eine gleich große Anziehungskraft. Bemerkenswert ist die Tatsache, daß Coulomb für die Aufstellung dieses eminent wichtigen physikalischen Gesetzes lediglich drei Messungen benötigte. Er war nämlich überzeugt, daß hier eine Analogie zum Gravitationsgesetz vorliegen mußte. Nachdem die drei Messungen seine Vermutung bestätigt hatten, war für ihn der Beweis erbracht.

In den Jahren 1785 bis 1789 veröffentlichte Coulomb sieben weitere grundlegende Arbeiten auf den Gebieten Elektrizität und Magnetismus. Er zeigte, daß die Elektrizität an der Oberfläche eines geladenen isolierten Leiters lokalisiert bleibt und daß sie bei Berührung mit einem anderen Leiter infolge der elektrischen Abstoßungskräfte auf diesen übergeht. Die Funktion des Blitzableiters, der Elektrizitätsverlust an Spitzen und Kanten, die Herstellung künstlicher Magnete, all das waren neue Erkenntnisse, die das wissenschaftliche Gebäude der Elektrizitätslehre ungemein bereicherten.

Alle Ämter verloren

Aufgrund seiner wissenschaftlichen Verdienste genoß Charles Augustin de Coulomb in Frankreich hohes Ansehen. Der König ernannte ihn zum Kommissar für die Organisation des Unterrichtswesens, als Generalinspekteur war er für die Gewässer und Quellen im ganzen Land verantwortlich. Kurz nach Ausbruch der Französischen Revolution wurde er in eine wissenschaftliche Kommission berufen, welche die Aufgabe hatte, ein neues Maßsystem auszuarbeiten. Als Standardmaß für die Längenmessung hatte die Kommission den vierzigmillionsten Teil des Meridians festgelegt – das noch heute gültige »Urmeter«. Mitten in die Arbeit platzte die Weisung des Jakobinerführers Maximilien de Robespierre (1758–1794), alle königstreuen Wissenschaftler sofort aus der Kommission und dem Staatsdienst zu entfernen. Coulomb verlor alle seine Ämter und den gesamten Familienbesitz. Er floh aufs Land, in die Gegend von Blois, wo er, wenn auch mit Einschränkungen, seine Forschungen fortsetzen konnte. Hier untersuchte er die elektrischen Eigenschaften von Flüssigkeiten, er stellte Magnete aus Nichteisenmetallen her und entdeckte die bis dahin unbekannte Tatsache, daß ein Magnet beim Erhitzen auf 700 °C seine magnetischen Eigenschaften verliert.

Als Napoleon im Jahr 1799 an die Macht kam, rehabilitierte er den verdienten Wissenschaftler. Coulomb wurde in die Ehrenlegion aufgenommen und in das Institut Français gewählt. Coulombs Traum war es, die elektrischen Kräfte für den Menschen nutzbar zu machen, um die Effektivität der Arbeit zu erhöhen und die körperlichen Anstrengungen zu vermindern. Mit seinen Forschungen hatte Coulomb wichtige Grundlagen für den Bau elektrischer Maschinen gelegt. Die Realisierung seiner Ideen erlebte er jedoch nicht mehr. Kurze Zeit nach der Veröffentlichung seiner abschließenden Denkschrift über den Magnetismus starb er am 23. August 1806 im Alter von siebzig Jahren. Noch heute gilt er in Frankreich als der bedeutendste Ingenieur seiner Zeit.

Französische Briefmarke (1986), herausgegeben zum 250. Geburtstag von Coulomb

Postkarte zum Andenken an Charles A.Coulomb

Das Coulombsche Gesetz und was sich sonst noch alles mit dem Namen Coulomb verbindet:

Das Coulombsche Gesetz besagt, daß die anziehende oder abstoßende Wirkung (Kraft) zweier punktförmiger elektrischer (oder magnetischer) Ladungen proportional ist dem Produkt ihrer Größen und umgekehrt proportional dem Quadrat ihres Abstands.

Coulomb-Anregung: Anregung eines Atomkerns durch ein vorbeifliegendes geladenes Teilchen

Coulomb-Barriere oder Coulomb-Wall: den Atomkern umgebender Potentialwall

Coulomb-Effekt: Ausdruck aus der Atomenergie

Coulomb-Energie: Teil der Bindungsenergie eines Moleküls

Coulombmeter oder Coulometer: (veraltete) Einheit des elektrischen Dipolmoments, auch: elektrostatisches Meßgerät (Voltameter)

Coulomb-Kraft: zwischen zwei Ladungsschwerpunkten herrschende Zentralkraft

Coulomb-Potential: elektrisches Potential einer punktförmigen Ladung

Coulombsches Reibungsgesetz: physikalisches Gesetz der Reibung

Coulomb-Spaltung: eine Art der Kernspaltung

Coulomb-Streuung: auf Wechselwirkung beruhende Streuung geladener Teilchen

Coulomb-Wechselwirkung: Wechselwirkung geladener Teilchen

Coulometrie: elektrochemisches Analysenverfahren

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