Bild - Martin Wagenschein

Martin Wagenschein: Zusammenhänge der Naturkräfte. Das Gefüge des physikalischen Naturbildes, Braunschweig: Vieweg 1937
28. Januar 2000
Auf CD-ROM gefasst von Prof. Dr. Michael Soostmeyer, Essen 2000, Kraneburgstraße 81, D 46240 Bottrop

Martin Wagenschein: Zusammenhänge der Naturkräfte. Das Gefüge des physikalischen Naturbildes, Braunschweig: Vieweg 1937
28. Januar 2000
10 Abbildungen
Umschlag Heinz Menz, Berlin
Alle Rechte vorbehalten
Druck von Fried. Vieweg & Sohn, Braunschweig
Printed in Germany
Auf CD-ROM gefasst von Prof. Dr. Michael Soostmeyer, Essen 2000, Kraneburgstraße 81, D 46240 Bottrop

Martin Wagenschein: Zusammenhänge der Naturkräfte. Das Gefüge des physikalischen Naturbildes, Braunschweig: Vieweg 1937
28. Januar 2000
Meiner Lieben Frau
zu eigen
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Martin Wagenschein: Zusammenhänge der Naturkräfte. Das Gefüge des physikalischen Naturbildes, Braunschweig: Vieweg 1937
28. Januar 2000
{VII}
Vorwort *)
Michael Faraday (1845)
„Längst hegte ich ... die fast an Überzeugung
grenzende Meinung, daß die verschiedenen
Formen, unter denen die Naturkräfte sich
offenbaren, einen gemeinsamen Ursprung haben
oder, mit anderen Worten, in so unmittelbaren
Verwandtschaft und gegenseitiger Abhänigkeit
steheh, daß sie sich in einamder verwandeln
können....“
Ohne irgendwelche mathematischen oder physikailischen Kenntnisse oder
Fertigkeiten vorauszusetzen, wendet sieh dieses Buch nur an den Forschungstrieb,
den Natursinn und die Nachdenklichkeit eines unbefangenen Lesers. Die
Darstellung hält sich nach Möglichkeit an das Offenbare und Anschauliche, ohne
doch zu verbergen, daß die Physik enge Wirklichkeit anderer Art nicht entbehren
kann. Sie beschränkt sich außerdem auf die sogenannte klassische Physik, aber
nicht als etwas Abgeschlossenes, sondern als das Durchgangstor zur modernen
Physik.
Die Welt umgibt uns, und wir erfahren von ihr durch Auge und Ohr und die
anderen Sinnesorgane. Sie sind wie Feinster für die Seele. Jedes zeigt uns einen
anderen Ausblick, undd so zerfällt die Natur vor unserem nachdenklichen Blick
wie eine Landschaft, die wir durch verschiedene Luken eines Turmens sehen.
Die Welt erscheint eins als eine Vielfältigkeit von Erscheinungen und Kräften:
Licht, Schall, Schwere, Elektrizität und anderen. Es ist immer ein Hauptziel der
physikalischen Forschung gewesen, einen verbindenden Zusammenhang zu
suchen zwischen diesen verschiedenen Naturkräften, einen gemeinsamen
Untergrund, in dem sie sieh vereinigen.
* Das Vorwort wendet sich mehr an physikalisch mehr schon unterrichteten, die
Einführunug vorwiegend an den von Vorkenntnissen ganz freien Leser.
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28. Januar 2000
{VII}
Nun scheint es aber in unserer menschlichen Natur begründet zu sein - und in der
großen Natur überhaupt, von der wir nur ein kleiner, aber das Ganze spiegelnder
–Teil sind daß dieses Unternehmen ganz nur gelingen kann mit Hilfe von
Begriffen und Worten von eigener Art. Von solchen nämlich, die etwa bedeuten,
das unseren Sinnen unmittelbar immer unzugänglich bleiben muß (Atome,
Elektronen, Äther, Kraftlinien usw.). Nicht aus Zufall oder weil wir so weit noch
nicht gekommen sind, sondern weil dies Begriffe sind, deren Dasein auf einer
ganz anderen Bühne spielt als das des Wassers, des Steines, des Lichtes und all
der anderen Dinge unserer täglichen Umwelt.
So kommt es, daß der Laie, der von den letzten Zusammenhängen am stärksten
angezogen wird, vom Fachmann immer gerade auf diese geheimnisvollen
Begriffe sich hingewiesen sieht, daß aber alle diese Versuche volkstümlicher
Darstellung der wissenschaftlichen Ergebnisse zuletzt etwas Unbefriedigendes
behalten müssen. Weil nämlich der Laie gerade die letzten Begriffe mißverstehen
muß, indem er glaubt, sie bedeuteten etwas von derselben Art wie die Dinge, die
seine Augen sehen, seine Ohren hören und seine Hände greifen können.
Diese Mißverständnisse haben nicht nur zur Folge, daß der Wißbegierige, ohne es
zu bemerken, etwas anderes erhält als er sticht. Sie sind mitverantwortlich zu
machen für die Verbreitung jener Auffassung von der Natur, die wir durch das
Wort "Materialismus" bezeichnen, und die im Volke weit länger lebt und wirkt
als in der Wissenschaft selbst.
Aus dieser Notlage gibt es zwei Auswege (- beide unvollkommen, da der
vollkommene mir das jahrelange gründliche Fachstudium ist, das aus dem Laien
einen Fachmann werden läßt).
Entweder: man macht gemeinsam mit dem Laien eine Tiefenbohrung an einer -
fast beliebigen - Stelle des physikalischen Arbeitsfeldes und lehrt ihn weniger
Ergebnisse als Arbeitsweise. Dann sieht er an einem Problem, welcher Art die
letzten Begriffe sind, und ahnt, wie das Ganze zu verstehen ist.
Oder: man versucht, wie weit man in der Beschreibung des Zusammenhanges
kommt, wenn man die allerletzten Dinge meidet und sieh möglichst daran hält,
wie sie sich im Sinnlichen, im Offenbaren kundgeben.
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IX
Dieser Versuch ist hier gemacht. Er schließt nicht aus, daß der Leser außer den
Ergebnissen nach Möglichkeit auch die Wege erfährt, auf denen man zu ihnen
gekommen ist. Ja, es war mir wesentlich, daß er tätig und urteilend selbst an dem
Gedankenfortschritt teilnehmen könne.
Der Versuch kann nur gelingen, wenn auch seine Sprache sich frei hält von den
erstarrten und unlebendigen -Formulierungen der Wissenschaft. Damit geht
freilich auch der Vorzug der wissenschaftlichen Ausdrucksweise verloren: die
unmißverständlich verabredete Eindeutigkeit ihrer Bezeichnungen. Aber darauf
kommt es hier nicht so sehr an. - Wer von den vielen Gleichnissen aus der
menschlich-sinnlichen Welt unwissenschaftlich berührt wird, bedenke, daß auch
die wissenschaftlichen Worte im Anfang Gleichnisse waren (wir sprechen von
magnetischer "Abstoßung", von "lebendiger Kraft") und nur scheinbar, durch ihre
Abgegriffenheit, diesen Zug verloren haben. - Auch einzelne Fachwörter sind
vermieden, denn gerade sie geben keine Erkenntnis, täuschen sie aber oftmals
vor. Damit aber der Leser, der weiter vordringen will oder schärfer nachdenkt
oder schon dies und jenes weiß, einen Anschluß findet, sind die Anmerkungen
angefügt.
Im Ganzen wäre es mir schon eine Freude, wenn es mir gelänge, davon zu zeugen,
daß die schimmernde Welt sich vor dem Blick des wissenschaftlich Denkenden
und Lernenden nicht in ein graues und lebloses Gerüst entzaubert, daß sie
vielmehr weiter und erfüllter wird, bereichert durch unzählige Fäden der Beziehung
und ergänzt durch einen Hintergrund von eigener Wirklichkeit.. In ihm verbinden
sich die vielen Wunder, von denen wir umgeben sind und laufen gleichsam
perspektivisch zusammen auf wenige Urgeheimnisse, deren Rätsel in demselben
Maße tiefer werden, indem ihre Zahl sich vermindert.
Darmstadt, Herbst 1937
Dr. Martin Wagenschein
Auf CD-ROM gefasst von Prof. Dr. Michael Soostmeyer, Essen 2000, Kraneburgstraße 81, D 46240 Bottrop

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28. Januar 2000
Inhalt (Originalfassung)
Einführung
1
Trägheit und Gravitation 4
Das Fallen 4
Ohne Schwere 4
Trägheit 5
Gravitation 7
Vergleich mit dem Magnetismus 8
Wonach die Gravitation sich richtet 9
Erklärung der Schwere 11
Warum alle Dinge gleich schnell fallen 13
Fällt der Mond? 14
Die Flut 17
Die Welt im Großen 21
Bewegung und Wärme 24
Einleitung 24
Die B r o w n sche Bewegung 25
Gedanken über das Vorige
26
Reibung 29
B r o w n s c h e Bewegung und Wärme 30
Bedeutung 31
Was Wärme ist. 32
Bestätigungen 34
Eine Lücke 36
Rückblick 37
Wärme und Licht 42
Einleitung 42
Plan 42
Das Ende des Lichtes 43
Die Entstehung des Lichtes 44
Der Vorläufer 45
Das Gesetz des Vorläufers 46
Der Begleiter 47
Frage 47
Vergleich (Schall) 48
Antwort 50
Licht und Elektrizität 52
Frage 52
Leuchten ist nicht die innere Unruhe selbst 52
Leuchten ist etwas Feineres und Geordneteres 53
Von der Elektrizität 57
Elektrische Schwingung 59
Sender für schnelle elektrische Schwingungen 60
Empfänger für schnelle elektrische Schwingungen 61
Ein zweiter Wesenszug des Elektrischen 61
Abstimmung 62
Licht und elektrische Schwingung 63
Licht als Wechselspiel 64
Was Licht ist 65
Kürzere Darstellung für die fünf letzten Abschnitte 66
Folgerungen und Einsichten 67
Leuchten
67
Kleine Sender 67
Kunstvolle Sender 67
Leuchtendes Gas 68
Gegenprobe 68
Aus Wärme: Licht 69
Aufglühen 69
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Immer Strahlung 69
Aus Licht: Wärme 70
Aus Licht: Licht 70
Das elektrische Auge 71
Elektrizität als Fundament 71
Elektrizität und Magnetismus 74
Der Magnet bewegt alles 74
Alles kann Magnet werden 74
Das Grundgesetz 75
Gegenseitigkeit 76
Vergleich mit der Elektrizität 77
Was Magnetismus ist 79
Ergänzungen
82
Der dritte Wesenszug des Elektrischen 82
Die kleinen elektrischen Kreisel 84
Einwände und Antworten 85
Was ist “Magnetisch Machen”? 86
Der Verlust des Magnetismus 88
Die Brücke 92
Rückblick 92
Materie und Elektrizität 93
Der leere Raum 97
Besinnung 101
Zusammenfassung 103
Zusammenfassungen des Ganzen 109
Anmerkungen 113
Inhaltsverzeichnis
(Fassung für den Gebrauch der digitalen Fassung)
(Diese Fassung ist aktiv! Sie verschiebt die Seitenzahlen nach oben. Durch Aktivierung
der Seitenzahlen (darauf klicken!) gelangt man unmittelbar zu dem Kapitel, zu dem man will. Die
Seitenzahlen des Originales sind in { n; 2n+1 } Klammern oben rechts des Seitenanfanges gesetzt.)
Einleitung................................................................................................................................. 10
Trägheit und Gravitation......................................................................................................... 14
Das Fallen ................................................................................................................................ 14
Ohne Schwere .......................................................................................................................... 14
Trägheit .................................................................................................................................... 15
Gravitation................................................................................................................................ 17
Vergleich mit dem Magnetismus............................................................................................. 18
Wonach die Gravitation sich richtet........................................................................................ 19
Erklärung der Schwere............................................................................................................ 21
Warum alle Dinge gleich schnell fallen.................................................................................. 23
Fällt der Mond? ....................................................................................................................... 24
Die Flut..................................................................................................................................... 27
Die Welt im Großen ................................................................................................................. 31
Bewegung und Wärme............................................................................................................. 34
Einleitung................................................................................................................................. 34
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28. Januar 2000
Die B r o w n sche Bewegung.................................................................................................. 35
Gedanken über das Vorige ...................................................................................................... 36
Reibung..................................................................................................................................... 39
B r o w n s c h e Bewegung und Wärme .................................................................................... 40
Bedeutung................................................................................................................................. 41
Bestätigungen........................................................................................................................... 44
Eine Lücke................................................................................................................................ 46
Rückblick.................................................................................................................................. 47
Wärme und Licht ..................................................................................................................... 52
Einleitung................................................................................................................................. 52
Plan........................................................................................................................................... 52
Das Ende des Lichtes ............................................................................................................... 53
Die Entstehung des Lichtes ..................................................................................................... 54
Der Vorläufer ........................................................................................................................... 55
Das Gesetz des Vorläufers ....................................................................................................... 56
Der Begleiter ............................................................................................................................ 57
Frage......................................................................................................................................... 57
Vergleich (Schall) .................................................................................................................... 58
Antwort ..................................................................................................................................... 60
Licht und Elektrizität ............................................................................................................... 62
Frage......................................................................................................................................... 62
Leuchten ist nicht die innere Unruhe selbst ........................................................................... 62
Leuchten ist etwas Feineres und Geordneteres ...................................................................... 63
Von der Elektrizität .................................................................................................................. 67
Elektrische Schwingung .......................................................................................................... 69
Sender für schnelle elektrische Schwingungen...................................................................... 70
Empfänger für schnelle elektrische Schwingungen............................................................... 71
Ein zweiter Wesenszug des Elektrischen ................................................................................ 71
Abstimmung ............................................................................................................................. 72
Licht und elektrische Schwingung.......................................................................................... 73
Licht als Wechselspiel.............................................................................................................. 74
Was Licht ist............................................................................................................................. 75
Kürzere Darstellung für die fünf letzten Abschnitte .............................................................. 76
Folgerungen und Einsichten................................................................................................... 77
Kleine Sender..................................................................................................................................... 77
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Kunstvolle Sender.............................................................................................................................. 77
Leuchtendes Gas................................................................................................................................ 78
Gegenprobe........................................................................................................................................ 78
Aufglühen. ......................................................................................................................................... 79
Immer Strahlung. .............................................................................................................................. 79
Aus Licht:Wärme .............................................................................................................................. 80
Aus Licht: Licht................................................................................................................................. 80
Das elektrische Auge. ........................................................................................................................ 81
Elektrizität als Fundament ...................................................................................................... 81
Elektrizität und Magnetismus.................................................................................................. 84
Der Magnet bewegt alles.......................................................................................................... 84
Alles kann Magnet werden ...................................................................................................... 84
Das Grundgesetz ...................................................................................................................... 85
Gegenseitigkeit ......................................................................................................................... 86
Vergleich mit der Elektrizität................................................................................................... 87
Was Magnetismus ist ............................................................................................................... 89
Ergänzungen ............................................................................................................................ 92
Der dritte Wesenszug des Elektrischen............................................................................................. 92
Die kleinen elektrischen Kreisel........................................................................................................ 94
Einwände und Antworten ........................................................................................................ 95
Was ist “Magnetisch Machen”?.............................................................................................. 96
Der Verlust des Magnetismus.................................................................................................. 98
Die Brücke.............................................................................................................................. 102
Rückblick................................................................................................................................ 102
Materie und Elektrizität......................................................................................................... 103
Der leere Raum ...................................................................................................................... 107
Besinnung............................................................................................................................... 111
Zusammenfassungen ............................................................................................................. 113
Elektrizität und Magnetismus................................................................................................ 117
Die Brücke.............................................................................................................................. 118
Zusammenfassung des Ganzen ............................................................................................. 119
Anmerkungen......................................................................................................................... 122
{1}
Einleitung
Auf CD-ROM gefasst von Prof. Dr. Michael Soostmeyer, Essen 2000, Kraneburgstraße 81, D 46240 Bottrop

Martin Wagenschein: Zusammenhänge der Naturkräfte. Das Gefüge des physikalischen Naturbildes, Braunschweig: Vieweg 1937
28. Januar 2000
Wenn wir der Kindheit entwachsen, trennen wir die Natur in die beiden Reiche
des Lebendigen und des Unbelebten. Aber es gibt Erscheinungen, Kräfte, Gesetze,
die für beide Reiche gelten. Diese Vorgänge untersucht die Physik 1 ) *).
Um Ordnung zu schaffen, macht sie eine Einteilung, faßt zu Gruppen zusammen.
Diese sind: Schall, Wärme, Licht, Bewegung, Elektrizität, Magnetismus. - Man
sieht sofort, daß diese Gruppierung nicht nach einer einheitlichen Regel gemacht
ist. Die ersten drei Kapitel richten sich nach unseren Sinnesorganen (Ohr, Haut,
Auge), die anderen aber nach gewissen Naturkräften (Elektrizität, Magnetismus)
oder Vorgängen, für die wir nicht je einen besonderen Sinn besitzen, die wir
vielmehr durch mehrere Sinne wahrnehmen. Wir wollen uns nicht daran stoßen,
daß diese Einteilung nicht einheitlich ist. Sie hat natürlich ihre Gründe und ist für
den Anfang nicht zu vermeiden. Wir wollen keine Unterschiede machen und
allgemein von “Naturkräften” sprechen, also z. B. auch das Licht eine Naturkraft
nennen. Nicht ganz im Sprachgebrauch der Wissenschaft, aber doch im Sinne des
Lebens.
So sehen wir die Natur durchwirkt von mehreren Naturkräften. Sie sind
grundverschieden voneinander. Licht und Magnet haben nichts miteinander
gemein, zwischen ihnen ist keine Brücke. So scheint es wenigstens.
Aber der Mensch hat immer die Hoffnung gehabt - und die Natur hat ihn immer
wieder dazu ermutigt -, daß die Naturkräfte alle miteinander in Verbindung stehen
könnten. Er kann den Glauben nicht aufgeben, daß schließlich hinter aller Vielgestaltigkeit
ein Gesetz und eine Kraft über die Natur herrscht. Genau wie in den
verschiedenen Gesetzen eines wohlgeleiteten Staates überall dieselbe Grundidee
zum Ausdruck kommt.
Diese Sehnsucht ist noch nicht ganz in Erfüllung gegangen. Wieweit sie aber
Wirklichkeit geworden ist, soll hier berichtet werden 2 .
*) Anmerkungen Seite 113,
{2}
1 Wenn man dies unter “Physik” versteht, so ist die “Chemie” ein Teil von ihr. Aber ein so wichtiger und
eigenartiger Teil, daß man ihn meist selbständig neben die Physik stellt, diesen Begriff also in einem engeren
Sinne gebraucht. Die Chemie untersucht die gleichsam persönliche Eigenart der verschiedenen Stoffe, aus denen
die Dinge gemacht sind. Sie fragt nach dem, was dem Wasser, was der Erde, was dem Kupfer eigentümlich ist.
Jeder Stoff hat seine Eigenart, und von ihr hängt es ab, wie er sich mit anderen Stoffen verträgt. Die Physik – im
engeren Sinne – dagegen übersieht diese Unterschiede. Sie sieht nur auf das, was alle Stoffe angeht. Alle Stoffe
können z. B. warm werden, oder bewegt sein. Aber nur ein Stoff kann in allen seinen Eigenschaften so sein wie
das Kupfer, eben das kann in allen seinen Eigenschaften so sein wie das Kupfer, eben das Kupfer allein. Darum
wird das Kupfer in der Chemie, Wärme und Bewegung in der Physik betrachtet.
2 Die Enthüllung dieser Zusammenhänge ist eine Leistung fast auschließlich des 19. Jahrhunderts.
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Dieser Bericht soll nur die wichtigsten Ergebnisse bringen und er soll kurz und
allgemeinverständlich sein. Das wird erkauft durch einen Verzicht: Wir wollen
hier möglichst wenig sprechen von den Dingen, für die zwar der Laie ein natürliches
Interesse hat - gerade heute -, die er aber nur mißverstehen kann, wenn er
nicht Kraft, Willen und Zeit hat zu einem ganz gründlichen Studium. Es wird also
nicht die Rede sein von Elektronen, Atomzertrümmerung, Relativitätstheorie,
Kraftlinien u. a. Es handelt sich nämlich dabei um Dinge und Vorstellungen, die
nicht offenkundig sind. Das heißt: sie müssen - häufig mit Hilfe komplizierter
Apparate – erschlossen und können nicht selbst vorgezeigt werden. Man kann
Niemanden den Aufbau des Wasserstoffatoms „zeigen“, so daß er ihn mit seinen
Sinnen wahrnimmt. Und man wird es auch niemals können. Man muß ihm eine
lange Kette von Experimenten vorführen, er muß Begriffe bilden und sich dann
von alleine ein „Bild“ machen. Dabei sind Mißverständnisse fast unvermeidlich
und Selbsttäuschungen über das, was „Verstehen“ heißt, sehr häufig.
Deshalb wollen wir diese Schwierigkeit umgehen und uns möglichst an das „Offenkundige“
halten, das soll heißen: an das, was mit unseren Sinnen - wenigstens
grundsätzlich wahrgenommen werden könnte.
Natürlich geht uns dadurch etwas an Einsicht in das physikalische Gedankengebäude
verloren. Aber - abgesehen davon, daß gerade diese Teile des Gebäudes
noch stark im Bau und Umbau sind - der Verlust ist nicht so sehr groß, wie man
glauben sollte. Wir bekommen doch einen Blick für das Tatsachengerüst von dem
dieses großartige Gedankengebäude getragen wird.
Der Leser soll also offenkundige Antworten bekommen. Die Frage etwa, ob eine
Verbindung zwischen Elektrizität und Magnetismus gefunden wurde, soll ihm
durch die Beschreibung eines sehr einfachen Experimentes gegeben werden, das
er im Grunde selbst machen könnte. Es soll vor allem die Rede sein von dem, was
er sehen und hören würde, wenn er diese grundlegenden, diese überbrückenden
Versuche selbst vor sich hätte.
Aber hier ist etwas Wichtiges zu sagen: Diese einfachen Versuche, die hier beschrieben
werden, sind meist nicht dieselben wie die, durch welche die Zusammenhänge
entdeckt
Auf CD-ROM gefasst von Prof. Dr. Michael Soostmeyer, Essen 2000, Kraneburgstraße 81, D 46240 Bottrop

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{3}
wurden.
Die Entdeckung geschah durch außerordentlich verwickelte und sehr überlegte
Experimente, deren Beschreibung ein dickes Buch erfordern würde. Sie gelang
nur durch die Zusammenarbeit vieler Geschlechter und Völker im Laufe einiger
hundert Jahre. Denn die Brücken zwischen den einzelnen Naturkräften sind - für
uns Menschen - meist außerordentlich schwer zu erkennen. Nur mit Umständen
und mit List. Sind sie aber einmal gesichert, so ist es nachträglich leicht, zu sehen:
sie lassen sich auch mit ganz einfachen Mitteln darstellen. Mit ihnen konnten
sie aber nicht entdeckt werden, weil die entscheidenden Schlußeffekte darin zwar
„da“ sind, aber so schwach, daß unsere Augen und Hände tausendmal feinfühliger
und flinker sein müßten als sie sind, um etwas davon zu merken.
Die Art Versuche, die ich hier beschreibe, waren also meistens nicht geeignet, die
Brücke zu finden, aber sie sind, wenn auch schwach in der Wirkung, so doch
wahr und richtig, und deshalb sehr gut geeignet, die Brücke zu beschreiben.
Gerade die Zusammenhänge sind oft fein wie Spinnweb für uns grobe Wesen.
Und eben darum zerfällt für den Menschen, der ohne Forschung lebt, die Welt in
so viele Bereiche.
Der Leser wird also selten solche Versuche hören, die er selbst praktisch nachprüfen
kann. Aber nur deshalb, weil es ihm etwa an einem Mikroskop fehlt, oder an
einer äußerst feinen Hebelübertragung, oder an einer außerordentlich schnell rotierenden
Maschine, also immer nur an „Vergrößerungs“-Apparaten irgendwelcher
Art, die den Kern der Sache nicht verändern. Insofern ist er also auf den
Glauben angewiesen. Aber das ist jeder, der Ergebnisse erfahren will.
Die Begründungen, die hier gegeben werden, sind nur Andeutungen. Niemals
möge der Leser glauben, daß es in der Forschung so leicht ist, Wege zu finden
und zu gehen, wie hier, sie nachträglich zu erläutern.
Vorkenntnisse sind nicht notwendig, aber auch nicht störend.
Trotzdem muß das Buch wohl sehr gründlich, langsam und nachdenkend gelesen
werden.
Am Ende des Buches steht für jedes Kapitel eine Zusammenfassung seines Inhaltes.
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{4}
Trägheit und Gravitation
Das Fallen
Alle Dinge fallen. Oder, wenn sie daran gehindert sind, so möchten sie es doch,
und deshalb lasten sie. - Du meinst: Luft fällt nicht, sie schwebt; und wenn sie
warm ist, sucht sie die Höhe. Aber ihr Drängen nach oben ist Schein. Auch sie
sucht die Tiefe. Nur ist um sie herum Anderes. Wasser oder Erde, das strebt stärker
als sie nach unten, schiebt sich unter sie und drängt sie zurück, nach oben. Es
geht ihr wie dem Kork im Wasser, wie dem Schwachen beim Ansturm auf das
Ziel. Auch er drängt nach vorn und kommt doch immer mehr zurück.
Alles fällt nach unten. Und wo ist unten? Hier! sagt der Europäer und zeigt auf
seinen Erdboden. Hier! sagt der Australier- und zeigt auf seinen. Nun siehst du:
sie zeigen in entgegengesetzter Richtung. - Unten ist, wo die Erde ist!
Alle Dinge fallen gegen die Erdkugel. Die Erde “zieht sie an“ sagt man. Aber das
ist keine „Erklärung“. Es ist nur eine andere Ausdrucksweise. Denn was wir sehen
und spüren können, ist immer nur, wie sie sich auf die Erde zu bewegen, oder,
wenn wir sie festhalten, an unserer Hand nach unten ziehen.
Ohne Schwere
Denke dir alles weg, außer dich selbst! - Das ist nicht leicht. Versuche es so: Denke,
du steigst auf, in einem Luftballon oder einem Raketenflugzeug, immer höher,
daß die Erde wegsinkt unter dir, bis sie aussieht wie eine kleine ferne Kugel. Laß
sie weiter entschwinden - sie wird wie ein schwacher Stern. Dann wirf sie ganz
aus der Welt! Laß ihr das Flugzeug folgen: dann bist du allein. Nur Himmel über
und unter dir, Himmel nach allen Seiten. Daran Sonne, Mond und Sterne. Nun
denke auch die noch aus der Welt hinaus, so bist du ganz allein. Nur etwas Licht
möge bleiben.
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{5}
Du fürchtest zu fallen? Wohin? Die Erde ist nicht mehr da. Es gibt kein Unten
mehr.
Auch die Dinge, die du vielleicht bei dir hast, oder absichtlich mitgenommen zu
dieser Fahrt, auch sie fallen nicht. Ein Apfel, ein Bleistift, ein Stein: lege sie vor
dich in den Raum: sie schweben. Sie zerren auch nicht mehr an deiner Hand,
nicht der eine viel und der andere wenig, sondern alle überhaupt nicht. „Fallen“......
„Unten“ und „Gewicht“, „leicht“ und „schwer“, das sind Begriffe, die du
auf der Erde gelassen hast. Sie gelten hier so wenig, wie der Name der Hauptstraße
deiner Heimatstadt in der großen Welt bekannt ist.
Trägheit
Du fängst an zu spielen mit den Dingen, die du mitgebracht hast. Ein altes und ein
neues Spiel.
Das alte Spiel: Werfen und Fangen. Freilich kannst du den Ball nicht „hoch“ werfen
und warten, daß er wieder „herunterfällt“, du kannst ihn nur fortwerfen, geradeaus
und auf Nimmerwiedersehen 3 . Du kannst ihn aber auch behalten: du wirfst
ihn dann von einer Hand in die andere, nicht im Bogen natürlich, sondern geradlinig
vor deiner Brust hin und her.
Dann ist es dort im leeren Raum genau wie es auf der Erde war: Eine große Eisenkugel
mußt du stark anstoßen, um sie in Gang zu bringen, und ebenso, wenn
sie dann in der anderen Hand gefangen wird, gibt sie dieser Hand einen starken
Stoß.
Ebenso ist es, wenn die Hand sie seitlich aus ihrer geraden Bahn werfen will.
Kurz: Sie ist schwer in Gang zu bringen und schwer zur Ruhe und schwer aus ihrer
geraden Bahn. Mit einem Apfel, einem Bleistift, einer Nuß geht beides leichter:
diese Dinge sind folgsamer, sie passen sich leichter an, wir brauchen nicht
soviel Anstrengung, um sie umzustellen. Aber auch sie sind nicht ganz frei von
diesem Widerstand, der beim Werfen und Fangen zu spüren ist. Er ist kleiner als
bei der Eisenkugel, aber er ist da. Alte Körper haben ihn - auch Luft; du spürst ihren
Stoß im Winde. Und eben deshalb ist auch sie ein „Körper“. Das ist also eine
Ureigenschaft allen Stoffes. Man nennt sie „Trägheit“. Man sagt: „Alle Dinge
sind träge.“ Eine große Eisenkugel ist träger als eine gleichgroße
3 Hier ist von der Gravitaion noch abgesehen. Wer das Kapitel zu Ende gelesen hat, bemerkt, daß der Ball
tatsächlich wieder zu dem Körper zurückgezogen wird, der ihn geworfen hat.
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{6}
Holzkugel, und eine kleine Eisenkugel ist weniger träge als eine sehr große Holzkugel.
Du wunderst dich, daß ich nicht einfach „schwer“ sage statt „träge“? Aber wir
waren übereingekommen, von Schwere nicht mehr zu sprechen -, es könnte Verwechslungen
geben.
Das ist der Grund, weshalb ich dich in den leeren Weltraum führte. Wir hätten ja
zu diesem Spiel die Erde nicht unbedingt verlassen müssen. Du hättest auch dort
verstanden, was Trägheit ist. Aber du hättest diese Eigenschaft mit „Schwere“
verwechselt. Aber hier draußen, ohne Erde, ist Schwere ja nicht mehr da, und die
Trägheit ist geblieben. Es ist hier leichter, beide auseinanderzuhalten. Freilich:
das, was besonders träge ist, auch im Himmelsraum noch, das ist auf Erden auch
besonders schwer. Das ist so, aber das ist seltsam, und nicht selbstverständlich.
Es sind doch zwei ganz verschiedene Dinge, der Zug zur Erde und der Widerstand
gegen einen Stoß. Davon später (S. 13).
Du mußt dir diesen Unterschied, und das was das Wort “träge” meint, sehr
deutlich machen: die Schwere ist eine irdische Kraft, sie zieht immer nach unten,
und sie tut es immerfort. Die Trägheit geht mit den Dingen, wohin sie auch
gebracht werden in der Welt. Sie bleibt bei ihnen, aber sie zeigt sich nicht immer.
Sie schläft gleichsam in ihnen, erwacht immer dann, wenn ein Stoß das Ding in
Bewegung bringen, oder wenn ein Hemmnis es aufhalten will. Dann wacht sie auf
und zeigt sich als ein Nichtwollen. Was will der Körper nicht? Er will die
Bewegung nicht, wenn er ruhte, - er will die Ruhe nicht, wenn er flog. Er will das
weiterhin, was er tat: geradeaus, und nicht schneller und nicht langsamer. Er ist -
was Bewegung angeht – “träge”; das heißt hier nicht: “faul”, sondern: beharrlich,
eigensinnig, schwerfällig, konservativ, widerspenstig gegen das Neue, unfolgsam.
Wir dürfen die Trägheit ruhig eine Naturkraft nennen. Sie macht uns viel zu
schaffen und meist wirkt sie zerstörend. Wenn ein Gefäß zerbricht, das zu Boden
fällt oder gegen die Wand geschleudert wird, so geht das so vor sich - der eine
Teil des Gefäßes wird vom Boden oder von der Wand schon aufgehalten, gebremst;
der andere kümmert sich nicht darum, er fliegt beharrlich, eigensinnig
weiter und zerreißt so den Zusammenhang mit dem anderen Teil.
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Wer - hier auf der Erde - Bälle hochwirft und fängt, wer Stöcke auf der Spitze balanciert,
der spielt mit der Schwere. Mit der Trägheit aber hat der Fußballspieler zu tun.
Er versteht, daß es mühsamer ist, eine Bleikugel anzutreten als einen Gummiball,
und auch, daß es mehr Kraft kostet, ihn aufzuhalten. Das ist die Trägheit, und sie ist
groß bei dem einen und klein bei dem andern. Und das ist im leeren Himmelsraum
nicht anders als auf der Erde. Aber schwer sind sie dort nicht mehr. Das ist etwas
ganz anderes, es war - auf der Erde.
Wir können die Trägheit auch genau messen. Wann sagen wir: ein Körper ist doppelt
so träge wie ein anderer? Wenn es uns doppelt so viele Mühe macht, ihn aus der
Ruhe zu bringen 4 .
Gravitation
Das neue Spiel: das kannst du auf der Erde nicht machen. Deshalb wird es dich erstaunen.
Nimm den Apfel in die eine Hand und die Nuß in die andere und lege sie vor dich in
den Raum - etwa in 1 m Abstand voneinander - und lasse sie dann gleichzeitig los,
ohne ihnen den geringsten Stoß zu geben. Zugleich denke nun auch deinen eigenen
Körper noch weg. Dein Geist soll dableiben und zusehen mit Geistesaugen, was
geschieht.
Er sieht dann Folgendes: er sieht, daß die beiden sofort anfangen, gerade aufeinander
los zu treiben, anfangs ganz ganz langsam, dann immer schneller. Am Ende treffen
sie sich, legen sich aneinander und bleiben zusammen.
Nun fängst du an zu probieren, wie das ist. Du nimmst andere Dinge: einen Felsblock
und ein Grasbüschel, zwei Felsblöcke, zwei Grasbüschel, ein Glas Wasser und
eine Blume: es geschieht immer dasselbe. Du läßt deinen eigenen Körper wieder da
sein und wählst ihn als das eine und den Felsblock als das andere Ding: ihr treibt
aufeinander zu bis zur Berührung. Du nimmst drei Dinge: sie bewegen sich alle zueinander
und treffen sich in einem mittleren Punkt.
Du darfst dir das nicht schnell vorstellen: Bis dein Körper (70 kg) mit einem Felsstück,
das auf der Erde 10 kg wiegt, aus 1 m Abstand zusammenkommt, wird es
Stunden dauern.
Du bemerkst sehr bald noch etwas anderes: Wenn du Dinge gewählt hast, die sehr
verschieden sind in ihrer Trägheit: z. B.
4 Genauer: Jede Messung erfordert Zeit. Um nun den Körper eine Zeitlang dauernd und immer wieder “aus der
Ruhe zu bringen” muß man ihn so vor sich her schieben, daß die schiebende Hand seine Trägheit als Widerstand
ständig in gleichem Maße spürt. (Es zeigt sich, daß man dann immer schneller und schneller laufen muß. Man
macht mit dem Körper zusammen eine “gleichförmig beschleunigte Bewegung”.) Nehmen wir an, wir machen das
eine Sekunde lang und wählen die Kraft so, daß der Körper im ganzen einen Meter weit kommt. – Dieser
Behandlung unterwerfen wir nun zwei verschiedene Körper. Wenn dann an dem einen die schiebende Hand
doppelt so stark drücken muß (um ihn in einer Sekunde einen Meter weit zu schaffen) wie an dem anderen, so sagt
man: seine Trägheit (oder auch seine “Masse”) ist doppelt so groß wie die des anderen. Entsprechend versteht man
eine drei- oder vierfache Trägheit.
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den Felsblock und das Grasbüschel: dann kommt das Büschel viel schneller in Gang als
der Block. Der bewegt sich auch, nur viel langsamer. Er ist nur ein kleines Stück gewandert,
da hat ihn das flinke Büschel schon erreicht. Wenn du mit dem 10-kg-
Felsblock aus 1 m Abstand das Spiel machst, so hast du nur 12 cm dich treiben zu lassen,
da hat er dich schon erreicht. Es ist also genau so, als wenn zwischen den zwei
Körpern ein Gummiseil gespannt wäre. Es würde ebenfalls den trägeren langsam, den
weniger trägen schneller in Fahrt bringen.
Man kann natürlich die beiden Körper daran hindern, daß sie sich einander nähern, mit
Gewalt. Man bindet sie fest, an einen anderen Körper, oder man hält sie zurück. Dann
ziehen sie wie gefüllte Luftballons an ihren Seilen.
Am einfachsten kannst du das selbst spüren, wenn du wieder dich dem Felsblock gegenüberstellst
und ihn in 1 m Abstand mit der flachen Hand von dir abhältst (ohne zu
stoßen), noch ehe er sich in Gang gesetzt hat (Abb. 3, S. 23). Dann spürst du sofort, wie
ihr gegeneinander gedrängt werdet, und wie dein Arm schließlich eine bestimmte
gleichbleibende Kraft aufzubringen hat, um den Block in einem bestimmten Abstand zu
halten. Er hat übrigens nicht viel auszuhalten nicht mehr, als wenn er hier auf Erden
1/2000 Milligramm „stemmt“. [Dieses Gewicht ist zugleich ein Maß 5 für die Stärke der
Anziehung zwischen deinem Körper und dem Felsblock.]
Dieser Druck ist die verhinderte Bewegung. Und die Bewegung ist dieser Druck, der
sich auslebt. Beides: „Anziehungskraft“ und „Bewegung“ sind Ausdruck derselben Naturkraft.
Man nennt sie „allgemeine Massenanziehung“ oder „Gravitation“. Ihr Gesetz
läßt sich sehr einfach aussprechen: alle Dinge drängen zueinander und, wenn sie nicht
daran gehindert werden, treiben sie aufeinander zu.
Vergleich mit dem Magnetismus
Es erscheint dir jetzt klar, daß wir von dieser langsamen und schwachen, gleichsam
schleichenden Kraft hier auf der Erde nicht leicht etwas merken können. Die schnelle
Fallbewegung reißt die Körper zu Boden, ehe sie sich merklich zueinander in Bewegung
gesetzt haben. Und wenn wir sie auf
5 Genauer: Gegeben sind zwei Körper in bestimmtem Abstand voneinander. Die Gravitationskraft, die sie
zueinander zieht, soll gemessen werden. – Prinzipiell geschieht das so: Zwischen beide wird eine
zusammengedrückte Spiralfeder gebracht, deren Spannung gerade ausreicht, um eine Annäherung der beiden
einander zu verhindern. Diese Spiralfeder wird dann, entspannt, auf die Erde gebracht, senkrecht gestellt, und von
oben mit einem solchen Gewicht belastet, daß sie wieder genau so weit zusammengerückt wird, wie es unter der
Wirkung der zu messenden Gravitationskraft geschehen war. Ist dieses Gewicht 23 g, so sagt man: Die
Gravitationskraft zwischen den beiden Körpern hat die Größe von 23-g-Gewichten. - Vergleichen wir diese
Messung mit der Messung der Trägheit (Anm. 4), so zeigt sich ganz besonders deutlich, daß Trägheit und
Gravitation ganz verschiedene Dinge sind. Denn sie werden auf völlig verschiedene Weise gemessen.
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leichte Räder setzten, so wäre doch der erste schwache Ansatz zur Bewegung
nicht imstande, die Reibung zu überrennen, die auch auf den glattesten Schienen
und in den besten Kugellagern niemals ganz wegzubringen ist.
Was die Gravitation so wichtig macht, das ist, da sie alle Dinge erfaßt, ausnahmslos,
gleichgültig ob aus Stein oder Holz oder Metall, ob groß oder klein, tot oder
lebendig. - Vergleiche sie mit der magnetischen Anziehung: das ist gleichsam eine
Privateigenschaft von Eisen. 6 Die Gravitation dagegen kennt kein Ansehen des
Stoffes. Darum muß sie tief im Wesen des Stoffes überhaupt begründet sein. -
Noch aus einem anderen Grunde muß sie das: Eisen kann magnetisch sein, es
muß nicht. Und man kann einem Stück Eisen, das ein Magnet ist, seinen Magnetismus
wieder nehmen. Man braucht es nur auszuglühen. Die Gravitation einem
Körper auszutreiben, ist ganz unmöglich. Wir wissen kein Mittel. Wir können ihn
glühen, schmelzen, in Stücke schlagen, verformen und verfärben: nichts kann ihn
davon abbringen, daß er sucht, mit den anderen Körpern sich zu vereinigen.
Wonach die Gravitation sich richtet
Gibt es denn gar nichts, wonach die Gravitation sich richtet, womit sie wenigstens
einen Zusammenhang hat? Ja, das gibt es, und du würdest es bei deinem Spiel
längst gemerkt haben:
Halte den Felsblock 50 cm von dir ab: du spürst einen bestimmten Druck. Halte
ihn 1 m ab, 1.50 m, 2 m, 20 m: der Druck wird kleiner, immer kleiner, und zwar
ziemlich schnell. Aber niemals hört er ganz auf, es sei denn, du triebest den Block
ins Unendliche fort, das heißt: du schafftest ihn aus der Welt. Da haben wir ein
Mittel, ihn der Gravitation zu entziehen. Aber so eines meinten wir nicht.
Es gibt noch ein anderes: Halte wieder den Block 1 m von dir ab und merke dir
den Druck. Nun nimm einen Hammer, schlage ein Stück von dem Block ab, wirf
es aus der Welt und wiederhole die Messung mit dem Rest des Blockes, der übrig
ist. Der Druck ist kleiner geworden. Je mehr du fortschaffst, desto geringer wird
er. Könntest du auch von deinem eigenen Körper ein Stück fortwerfen, so würde
die Kraft dadurch ebenfalls vermindert. Die beiden Körper sind also ganz gleich-
6 Später wird sich zeigen, daß das nicht ganz richtig ist. Das ändert aber nichts an dem Schluß, daß Gravitation
und Magnetismus wesensverschieden sind. Denn die Gravitation nimmt auf die stoffliche (chemische) Eigenart
jedenfalls keine Rücksicht, während der Magnetismus sich von ihr abhängig zeigt.
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berechtigt. Dieses Mittel, dem Körper seine Gravitation zu rauben, paßt sehr gut
zu dem vorigen:
Es gibt kein Mittel, einem Körper die Gravitation zu nehmen, es sei denn, daß wir
ihn vernichten, das heißt: ihn - auf einmal oder stückweise - aus der Welt schaffen.
Die Gravitation gehört zu den Dingen so fest wie ihr Dasein!
Immerhin haben wir nun zweierlei gefunden, wonach sie sich richtet, wovon es
abhängt, ob sie groß oder klein ist. Das ist: 1. die Entfernung der beiden Körper
voneinander, 2. ihre „Größe“? „Größe“ können wir nicht sagen: Nimm ein kleines
Bleistück, es drückt stärker als ein größerer Aluminiumblock. Also das „Gewicht“?
Es wäre ein Rückfall, wenn wir uns so ausdrückten. Ein Rückfall auf die
Erde, auf irdische Begriffe. Das Wort „Gewicht“ hat keinen Sinn im leeren Himmelsraum.
Wie sagen wir also? - Aber es handelt sich gar nicht darum, wie wir es nennen.
Sondern die Frage ist, ob es eine andere, uns schon bekannte und benannte, und
nicht nur auf der Erde gültige Eigenschaft der Körper gibt, mit der die Gravitation
hier einen Zusammenhang offenbart.
Da helfen nur genaueste Messungen. Man hat sie gemacht und ihr Ergebnis ist
merkwürdig genug: Die Gravitation richtet sich nach der Trägheit!
Das heißt, wenn man es ganz ausführlich sagt, Folgendes:
Du formst dir zwei Tonklumpen zurecht, und zwar so, daß der eine genau doppelt
so träge ist wie der andere (vergleiche Anm. 4). Es können auch zwei Kupferblöcke
sein, oder ein Ton- und ein Kupferblock.
Und nun mißt du, wie stark ein dritter Körper - etwa dein eigener - den einen anzieht,
und wie stark den anderen. Du hältst also zuerst den einen Klumpen mit der
flachen Hand in einem gewissen Abstand von dir ab, mißt den Druck (Anm. 5)
und machst dasselbe dann mit dem anderen (Abb. 3, S. 23). Dann findest du: der,
der doppelt träge ist, drängt auch genau mit der doppelten Kraft gegen deinen
Körper. (An Stelle deines Körpers kann natürlich irgendein anderer Körper stehen.
Und wenn du dessen Trägheit verdoppelst, so hat das auch die Wirkung, daß
die gegenseitige Anziehung zweimal so groß wird.)
Etwas wissenschaftlicher ausgedrückt: die Anziehungskraft, mit der zwei Körper
aufeinander wirken, ändert sich in dem-
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selben Maße, in dem die Trägheit eines der beiden Körper geändert wird.
Was bedeutet das nun? Es bedeutet den Zusammenhang zweier Naturkräfte. Und
zwar zweier Naturkräfte, die von Hause aus gar nichts miteinander zu tun haben:
Trägheit: der Widerstand gegen „langsamer“ und „schneller“, und Gravitation:
der Drang, jedem anderen Körper entgegenzutreiben. Sind es nicht Körpereigenschaften,
die miteinander gar nicht verwandt sind, so wenig wie etwa die Tapferkeit
eines Menschen sich nach seinem Schönheitssinn richtet? Wären Trägheit
und Gravitation aufeinander angewiesen, wie z. B. körperliche und seelische Gesundheit,
so wäre ihre Verbindung verständlicher. 7
So bleibt etwas Rätselhaftes und Dunkles in dem Zusammenhang dieser beiden
Naturkräfte, die alle Stoffe beherrschen, allen Stoffen eingeboren sind.
Für „Stoff“ wollen wir von nun an das fremde aber schöne Wort „Materie“ setzen.
Schön, weil es von mater herkommt, das bedeutet Mutter. Dadurch enthält
es, was es bezeichnen soll: das, was allem Körperlichen gemeinsam ist; das, worin
das Verschiedene - Wasser, Erde, Luft – übereinstimmt. Und als diese aller
Materie gemeinsamen Eigenschaften haben wir nun Gravitation und Trägheit erkannt.
Sie sind die Ureigenschaften der Materie. Und wenn wir von etwas nicht
wissen, ob es zur Materie gehört, Licht z. B. oder Elektrizität, so kommt es darauf
an: hat es diese beiden Eigenschaften oder nicht.
Erklärung der Schwere
Damit wären wir mit der Hauptsache zu Ende. Aber ich muß noch etwas nachtragen
zur Gravitation. Vorher hätte es dich vielleicht verwirrt. Jetzt ist es nötig,
sonst bemerkst du nicht, wie wichtig sie - und damit auch ihr Zusammenhang mit
der Trägheit - ist. Sie könnte dir bis jetzt noch als etwas Geheimes und für uns
Erdenmenschen Gleichgültiges erscheinen. Jedenfalls müssen wir sie herunterholen
aus dem leeren Himmelsraum, in dem wir in Gedanken unsere Versuche
machten. Was bedeutet sie für uns auf der Erde? Holen wir die Erde zurück.
Vorher überlegen wir: Der 10-kg-Felsblock und dein Körper drängten aus 1 m
Abstand zueinander mit der winzigen An-
7 Wer diese Meinung hat, daß körperliche Gesundheit die Voraussetzung der seelischen ist, aber auch umgekehrt,
daß die Unversehrtheit der Seele die des Körpers mit sich bringt, der kann sich das so deuten, daß beide, und
damit auch Leib und Seele selbst, im Grunde dasselbe sind, und sich für uns nur durch gleichsam einen Wechsel
des Gesichtspunktes als verschieden zeigen. Für das Paar Gravitation - Trägheit ist dies etwa die Lehre der
“Allgemeinen Relativitätstheorie”: daß nämlich beide in gewissem, sehr abstraktem Sinne ein und dasselbe sind.
Ob aber diese Lehre nur den Rang einer Denkmöglichkeit oder den einer Wahrheit hat, ist heute noch nicht entschieden.
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fangskraft von 1/2ooo Milligrammgewichten und erreichten sich auch erst nach
Stunden. Nimmst du zwei ganz wenig träge Dinge, so ist auch ihre Gravitationskraft
geringer, denn sie richtet sich ja nach beider Trägheit. Für zwei Briefe von je
10 g und in 1 m Abstand voneinander geht sie schon in die milliardstel Milligrammgewichte
und es dauert Tage, bis sie sich treffen. - Nimm aber zwei Felsblöcke,
groß wie Häuser, so drängen sie aus 10 m Abstand schon mit einer Anfangskraft
von 1/2 kg aufeinander los und prallen nach Minuten zusammen.
Holen wir nun die Erde zurück. Was ist sie anderes, als eine riesenhafte Felskugel
von ungeheurer Trägheit! Halte ihr deinen Apfel entgegen, und es wird zwischen
den beiden eine Gravitationskraft entstehen, die gewaltig ist, eben wegen dieser
großen Trägheit der Erdkugel. Aus demselben Grunde wird aber die Erde selbst
sich kaum rühren. Der unvergleichlich viel weniger träge Apfel wird sie in
schneller Bewegung über viele Meter hin erreicht haben, ehe sie selbst auch nur
den millionsten Teil eines Millimeters ihm entgegengekommen ist. So ruht die
Erde, und so „fällt“ der Apfel auf sie „hinunter“. Und so müssen alle die leichten
Dinge fallen, mit denen wir hier auf der Erde zu tun haben. Alles muß so sein,
wie wir es gewohnt sind.
Nur sehen wir es jetzt von einem höheren Gesichtspunkt aus. Denn wir haben
jetzt die Schwerkraft durch die Gravitation „erklärt“. So sind wieder zwei Naturkräfte
in Zusammenhang gebracht. Aber in ganz anderem Sinne als Gravitation
und Trägheit. In viel vollkommenerer Weise. Denn die Schwerkraft ist in der
Gravitation aufgegangen, sie ist dasselbe wie sie, nur für uns Menschen gleichsam
verzerrt dadurch, daß wir auf der Oberfläche einer ungeheuer trägen Kugel
wohnen. Sie ist nichts anderes als auf die Erde bezogene Gravitation.
Die Übermacht der Erde täuscht uns doppelt: Wir merken erstens nicht, daß die
Anziehung zwischen ihr und dem Apfel oder dem Stein eine gegenseitige ist.
Sondern wir haben den Eindruck, als sei der fallende Apfel allein der Tätige, als
„suche“ er die „Tiefe“. - Zweitens läßt sie uns keine Zeit, zu erfahren, laß alle
Dinge unter sich ebenfalls einander anziehen. Denn zwei Äpfel, die zugleich vom
Baume fallen, hat sie so schnell sich entgegen zu Boden gerissen, daß in der kurzen
Fallzeit ihre Annäherung aneinander nicht zu merken ist.
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So sind wir in einer recht seltsamen Lage: Wir übersehen die Gravitation, weil sie
an unserem Wohnort innerhalb der Welt zu stark und zu einseitig ist. Wer an einer
Küste wohnt, über die immer ein Sturm von Westen hinwegbraust, der weiß
gar nicht, daß es auch andere Winde und lindere Lüfte geben kann. So leben wir
gleichsam in einem Gravitations-Sturm.
Warum alle Dinge gleich schnell fallen
Wie groß die Kraft zwischen Erde und Stein ist, dafür allerdings ist die Erde allein
nicht bestimmend. Der Stein hat ebensoviel Einfluß wie sie (S. 10). Wir wissen
aus täglicher Erfahrung: der zehnmal trägere Stein ist auch zehnmal schwerer.
Das ist uns so selbstverständlich geworden durch unser Erdenleben, daß wir kaum
denken können, daß es auch anders sein könnte. Von Kindheit an spüren es doch
unsere Arme: was schwer in der Hand lastet, das ist auch schwer zu werfen. Das
Wort „schwer“ bedeutet beides.
Aber die Experimente im leeren Himmelsraum haben dich nun vorurteilslos gemacht.
Jetzt weißt du: daß der zehnmal trägere Stein auch zehnmal schwerer
wiegt, das kommt daher, daß die Gravitation sich nach der Trägheit richtet. Das
ist so, aber es ist keineswegs selbstverständlich, es ist sogar sehr seltsam. Es ist
fast so merkwürdig, als wenn sich die Schwere nach der Härte oder der Farbe der
beiden beteiligten Körper richtete. Denke dir, wie es wäre, wenn die Gravitation
sich nach der Härte richtet. Die harten Dinge wären dann auch immer schwer und
die weichen alle leicht. Wir könnten auch nichts dagegen tun. Wir wären es von
Jugend an so gewohnt und würden es wahrscheinlich selbstverständlich finden.
Und vermutlich hätten wir für „schwer“ und „hart“ nur ein Wort.
Damit hängt noch etwas zusammen. Das zehnmal Trägere ist auch das zehnmal
Lastendere. Das heißt: die Gravitation hilft dem Flinken wenig und dem Schwerfälligen
viel. Der Erfolg ist, daß beide gleich schnell ins „Fallen“ kommen: der
abstürzende große Felsblock kommt auch nicht eher unten an als das Steinchen,
das er mit abgelöst hat. Alle Körper fallen gleich schnell! Daß Papier so viel langsamer
fällt als ein Stein, liegt nur am Widerstand der Luft. Er trifft das Papier auf
großer Fläche und kann es, da es so wenig träge ist, leicht
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bremsen. Im luftleeren Raum fällt eine Flaumfeder genau so schnell zu Boden wie ein
Stück Blei. Das ist die irdische Übersetzung des Satzes: die Gravitation richtet sich nach
der Trägheit.
Fällt der Mond?
Ich glaube, du wirst noch fragen, woher man über die Gravitation dies alles überhaupt
weiß. Die Versuche im leeren Himmelsraum kann man ja doch gar nicht wirklich machen.
Man kann die gegenseitige Anziehung zweier Körper nicht so bemerken, daß man zwei
Äpfeln aufpaßt, die zugleich vom Baume fallen. Auch nicht so, daß man sie auf leichte
Wägelchen setzt oder auf Schiffchen, und wartet, daß sie aufeinander los treiben. 8
Aber mit feineren Aufhängungen, Drehungen und Hebeln ist es doch gelungen. Schon
1797. Das ist kein Apparat, den man sich selbst zusammenbasteln kann. Aber in jeder
Universität, auch in mancher höheren Schule schon, kannst du ihn dir zeigen lassen, und
kannst sehen, wie eine schwere Metallkugel langsam auf eine andere zuwandert, wenn
die in die Nähe kommt. Es ist eine winzige Bewegung, aber durch eine Art Lichthebel
kann man sie dir vielmals vergrößert sichtbar machen. - Seit 1797 zweifelt niemand
mehr an der Gravitation.
Der große N e w t o n war ihrer aber schon hundert Jahre vorher sicher, obwohl er sie
niemals so unmittelbar sehen konnte. Er hat sie in den Bewegungen des Mondes und
der Planeten entdeckt, diesen großen fernen Felskugeln, die sichere, seltsame Wege
durch den Himmelsraum gehen. Daß er das konnte, wird dir zuerst kaum einleuchten, ja
es kommt dir dabei vielleicht sogar ein Gedanke, der dir zuletzt den Glauben an die
Gravitation wieder ganz nimmt:
Müßten nicht - wirst du fragen -, wenn alle Körper zueinanderstreben, längst alle
Himmelskörper sich zu einem gedrängten Haufen gesammelt haben, innerhalb einer
unendlichen Leere? Warum stürzen die Sterne, die doch große schwere glühende
Kugeln sein sollen, nicht alle aufeinander? Reicht die Gravitation etwa nicht so weit?
Gelten in diesen Fernen andere Gesetze? Oder sind die Sterne vielleicht schon lange im
Sturz gegen die Mitte der Welt? Ist die Welt nur noch nicht alt genug, ist die Zeit des
Zusammenstoßes noch nicht
8 Man könnte vermuten, es wäre die Gravitation, die die Tinte in der Feder hält, die das Wasser in den Schwamm
saugt und zwei Wassertropfen zum Zusammenfließen bringt. Das ist aber ein Irrtum, wie folgender einfache
Versuch zeigt: An einer waagerechten Glasplatte kann man einen Wassertropfen von einer gewissen Größe
anhängen. Wenn dafür die Gravitation zwischen dem Wassertropfen und der Glasplatte verantwortlich zu machen
wäre, so müßte eine doppelt so dicke Platte einen doppelt so schweren Tropfen tragen können. Das ist aber, wie
jeder weiß, nicht so. Sie kann auch nicht merklich mehr tragen. - Diese Kräfte haben also mit Gravitation nichts zu
tun. (In den Lehrbüchern der Physik findet man Näheres über sie unter den Stichworten: Oberflächenspannung,
Kapillarität, Molekularkräfte, Kohäsion, Adhäsion.) Sie sind von großer Wichtigkeit sie sorgen
z. B. dafür, daß die Körper überhaupt zusammenhalten - fallen aber nicht sehr auf. Sie sind in diesem Buch nicht
besonders behandelt.
Es ist gelungen, sie auf elektrische Kräfte zurückzuführen.
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erfüllt? Aber warum fällt nicht wenigstens der Mond, der uns so nahe ist und von dem wir lernen,
er laufe im Kreis um die Erde? Ist nicht jeder Kreislauf ein Widerspruch gegen die Gravitation?
Oder ziehen den Mond die Sterne nach außen? Wird vielleicht jeder Stern von seinen
Nachbarn nach allen Seiten gezogen, daß er nicht weiß, wohin er fallen soll? Beginnt das Fallen
bei den Sternen, die am Rande der Welt stehen?
Wir wissen nicht, ob die Welt der Sterne Mitte und Rand hat, oder ob sie unendlich ist nach allen
Seiten. - Wir wissen, daß die Gravitation von Stern zu Stern reicht. Ihr ist keine Grenze gesetzt,
nur wird sie schwächer, je weiter sie sich im Raum verliert. - Aber dies brauchen wir zu
unserer Frage alles nicht. Sie ist einfacher zu lösen. Gerade der Kreislauf des Mondes zeigt uns,
warum er nicht fällt! (Abb. 1) 9
Dies (Abb. 1) ist eine Zeichnung
N e w t o n s. Du siehst die Erdkugel und
auf ihr einen übertrieben hohen Berg.
Seine Spitze ragt weit über die Lufthülle
hinaus in den leeren Raum. - Du stellst
dich auf seine Spitze V und wirfst einen
Stein waagerecht fort also in der Richtung
VH. Er fällt im Bogen und
trifft auf die Erde bei D. Nun wirfst du
einen zweiten in derselben Richtung,
aber fester. Er landet in flacherem Bogen
weiter weg bei E. So wirfst du weiter,
immer stärker. Allmählich kommen die
Steine so weit, daß der Erdboden unter
ihrem Fluge sich merklich wegkrümmt.
Du siehst, wohin das führt. Die Steine
haben schließlich immer weniger
Aussicht, überhaupt noch auf die Erde zu kommen. Und es ist ja klar: wenn du
plötzlich ganz ungeheuer stark wirfst, stärker als jede Kanone kann, dann wird
ihn auch die Gravitation nicht halten. Er fliegt fast geradlinig fort, über H, und
kommt nie zurück.
9 ) Die Figur ist übernommen aus: Sir I s a a c N e w t o n s Mathematische Prinzipien der
Naturlehre, S. 515. Herausgegeben von Ph. Wolters, Berlin 1872. (Das lateinisch geschriebene
Originalwerk Newons erschien 1686,) Einige, hier nicht benutzte, Buchstaben sind
fortgelassen. Hinzugfügt habe ich die Buchstaben H, I, K, L, M und die punktierten Strecken
VH und HM. (Aus technischen Gründen musste die Fußnote versetzt werden. Unrprünglich ist
sie von Wagenschein hinter “Newtons” im Folgetext gesetzt.
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Aber, steigern wir die Geschwindigkeit nicht plötzlich sondern allmählich, dann merkst
du, es gibt eine ganz bestimmte Abwurfgeschwindigkeit, bei der etwas Besonderes geschieht:
dann ist nämlich die Wurflinie genau ebenso stark gekrümmt wie die Erde unter
ihr. Dann fällt der Stein um die Erde herum! Immer krümmt sie sich unter ihm weg und
entzieht ihm sein Ziel, den Boden. Dabei mußt du Folgendes bedenken: Wenn er von V
nach I gekommen ist, so ist er auf diesem Wege nicht gebremst worden, denn dort ist
keine Luft oder sonst etwas im Wege. Er fliegt also in I noch ebenso schnell wie in V.
Und seine Richtung ist auch wieder, wenn man sie auf die Erde bezieht, horizontal. Er
hat also überhaupt in I - in bezug auf die Erde - genau dieselbe Bewegung wie in V. Hat
ihn diese Bewegung von V nach I gebracht, so muß sie ihn genau so von I nach K weitertragen,
von K nach L, und schließlich nach V zurück. So geht das fort: Er muß unaufhörlich
kreisen! - Der Mond kreist nun schon viele tausend Jahre unverändert über
den Menschen. Wir brauchen nur anzunehmen, daß er früher einmal von irgendeiner
Kraft an der Erde vorbei- oder aus ihr herausgeworfen worden ist. Da hat sie ihn „eingefangen“.
Warum also fällt der Mond nicht? Weil er von Anfang an eine Bewegung hatte, die ihm
nicht genommen werden kann, da er träge ist, und nichts ihm begegnet, was ihn bremsen
könnte. - Und was tut die Gravitation dabei, wo er doch nicht fällt? Sie krümmt seinen
Weg, denn ohne sie flöge er von V nach H. Aber sie reißt ihn herunter zur Kreisbahn
nach M. Und wenn man es so betrachtet, so ist er doch gefallen, um das Stück
HM. - So sind sie beide bei diesem Kreisen im Spiel: die Trägheit, die geradeaus drängt
und die Gravitation, die zur Erde zieht. Wäre die Geschwindigkeit des Mondes größer
als sie ist, so hülfe sie der Trägheit zum Sieg: der Flucht des Mondes. Wäre die Gravitation
größer als sie ist, so wäre der Erfolg auf ihrer Seite: Absturz. So wie es ist, sind
beide aufeinander abgewogen, der Kampf steht unentschieden und bleibt es 10 .
Dieses Beispiel läßt wohl ahnen, wie N e w t o n aus der Mondbahn die Gravitation entdecken
konnte. - Auch macht es deutlich, warum die Sterne sich nicht längst zu einem
Klumpen zusammengedrängt haben: Sie sind alle in Bewegung. (Auch die Fixsterne.
Manche machen 100 km in der Sekunde,
10 Der Kampf steht aber nicht so auf des Messers Schneide, wie es nach dieser etwas übertriebenen Darstellung
scheinen könnte. Es ist kein so “labiler” Gleichgewichtszustand wie etwa das Balancieren eines Stockes auf seiner
Spitze. Die geringste Störung, etwa die Annäherung eines anderen Planeten, müßte ja dann genügen, das
Gleichgewicht umzuwerfen und den Mond zur Flucht oder zum Absturz bringen. - Gegen ein solches haarscharf
abgewogenes Gleichgewichtmußte man auch folgenden Einwand machen: es müßte dann, nach unserer
Darstellung, der Mond eine ganz bestimmte, genau abgewogene Geschwindigkeit haben und bei seiner
Entstehung, seiner Ankunft bei der Erde, gehabt haben, wenn die Kreisbahn entstehen sollte. Wäre das nicht ein
höchst unwahrscheinlicher, ja unmöglicher Zufall? - Die genaue Untersuchung zeigt denn auch, daß dann, wenn
die Geschwindigkeit nicht genau den zur Kreisbahn nötigen Wert hat, nicht gleich die Katastrophe eintritt (Flucht
oder Absturz), sondern daß der Mond dann zwar keinen Kreis macht, aber doch noch eine beständige, dauerhafte
Bahn: er schwingt in einer überhängenden Ellipse um die Erde herum. Und tatsächlich ist auch die wirkliche
Mondbahn (und ebenso die Bahn jedes Planeten um die Sonne) eine solche Ellipse, allerdings eine nicht sehr
längliche, sondern eine dem Kreis sehr ähnliche. - Erst eine sehr große Anfangsgeschwindigkeit würde den Mond
ganz der Erde entführen, “ganz kleine würde ihn auf die Erdoberfläche stürzen lassen. - Diese Anmerkung ist
auch zum vollen Verständnis des auf S. 16 nun folgenden Absatzes von Nutzen.
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aber sie sind so unvorstellbar weit entfernt, daß man tausend Jahre zusehen müßte,
um die Verschiebung zu erkennen.) Nichts hemmt sie im leeren Raum, und der
Schwung ihrer Bewegung ist es, die Trägheit, das „nicht von selbst zur Ruhe
kommen können“, was sie daran hindert, sich zu vereinigen. So wie der Schwung
des trägen Mondes ihn hindert, auf die Erde zu stürzen, so fallen auch die Sterne
nicht aufeinander, sie fallen aneinander vorbei.
So wird die Gravitation um ihren vollen Erfolg durch das betrogen, mit dem sie
so eng verbunden ist: die Trägheit.
Die Flut
Zuletzt muß ich von einem anderen großen Schauspiel sprechen, das von der Gravitation
geleitet wird. Es ist eigentlich ihre für den Menschen eindrucksvollste
Kundgebung und die am meisten überzeugende. Denn wir sind es nicht so gewohnt
wie das Fallen, und es rollt nicht in so gleichgültigen Fernen ab wie der
kreisende Mond. Nur einem Teil der Menschheit ist es unmittelbar bekannt: den
Anwohnern der Küsten. Ich meine Ebbe und Flut des Meeres.
Zweimal am Tage steigt es und fällt. An den flachen Küsten ist es ein wechselndes
Heranfluten und Zurücksaugen. Es erscheint wie ein gewaltiges, lebendiges
Atmen des Meeres.
Nicht an allen Küstenorten der Welt zugleich kann das Meer steigen und sinken.
Wenn man dem nachgeht, so merkt man: der Mond ist der Regent dieser schweren
Atemzüge: Wie er am Himmel aufsteigt, erhebt sich auch das Meer, und die
Ebbe begleitet seinen Untergang. So haben alle Orte Flut, für die er hoch am
Himmel steht; und da, von wo man ihn am Horizont sieht, ist tiefster Wasserstand.
Ein Wasserberg also wölbt sich ihm entgegen und wandert mit ihm täglich
um die Erde. Oder richtiger (da der Mond täglich nur scheinbar über unseren
Himmel rollt, in Wirklichkeit 11 aber unsere Erdkugel sich unter ihm nach Osten
wälzt): der Flutberg steht, dem Monde zugewandt, und unter ihm dreht sich die
Erde. Und zwar nicht das Wasser selbst bleibt stehen, nur seine Erhebung; nicht
das Wasser selbst scheint um die Erde zu rauschen, nur der Befehl des Mondes
zur Erhebung.
11 “Wirklich” heißt hier: Betrachtet vom Welt-Ganzen aus, vom Gerüst der Sternbilder.
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Ist das nicht die Gravitation zwischen der großen Felskugel Mond und dem nachgiebigen
Wasser unserer Meere, das er zu sich hinaufsaugt, an der Stelle, die ihm
am nächsten ist? So muß es sein. Aber es ist erst die halbe Wahrheit. Denn es entsteht
ein Flutberg auch immer auf der gegenüberliegenden, der dem Mond abgewandten
Seite der Erdkugel (Abb. 2). (Und darum erhebt sich an jedem Ort zweimal
täglich die Flut.) Das erscheint ganz unverständlich! Und noch etwas ist
unklar dabei: zieht der Mond nur Wasser an? Müßte nicht auch die starre Erdkugel,
da sie doch frei beweglich ist, dem Zuge der Gravitation folgen und ihrem
vorderen Wasserberg nachrücken?
Gewiß ist es so. Nicht nur zieht die Erde am Mond. Auch er zieht an der Erde.
„Es“ zieht an ihnen beiden. Sie wollen zueinander. Das ist das Werk der Gravitation.
Zwischen ihnen ist sie am Werk.
Und da nun auch der Mond an der Erde zieht, so kommt sie mit ins Schleudern.
Sie will hinter ihm her. Und da er ihr im Kreise davonläuft, so sucht sie ihn, wo er
war. Und da sie viel träger ist als er, so irrt sie nun in einem kleinen Kreis. Einmal
herum im Monat wie er, beide um einen Punkt herum, der ihr viel näher liegt als
ihm (o in Abb. 2). - Denke dir an jedes Ende eines kurzen Seiles einen Stein gebunden,
einen großen und einen kleinen, und dieses Ganze schleudere in die Luft.
Es wird davonfliegen - und es wird sich zugleich drehen. Dieses Drehen allein betrachte:
Eine ähnliche Bewegung machen monatlich Erde und Mond zusammen.
Es war also nicht ganz richtig zu sagen: der Mond dreht sich „um die Erde“. Er
kreist um beider gemeinsamen Schwerpunkt (o), der, näher der Erde, zwischen
beiden liegt 12 , und um denselben Punkt kreist auch die Erde, immer dem Mond
gegenüber.
So macht also auch die Erde eine kleine monatliche Kreisbahn. Und für die gilt
dasselbe, was wir für die Mondbahn fanden: Auch hier ein Kampf zwischen
Trägheit und Gravitation. Und es muß ein ganz bestimmtes Gleichgewicht da
sein, eine ganz bestimmte Geschwindigkeit, damit die Erde den Kreis macht und
nicht gegen den Mond stürzt - oder davon.
Nun ist ja die Gravitation (S. 9) um so schwächer, je weiter die beiden Körper,
zwischen denen sie wirkt, von einander abstehen.
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12 In Wirklichkeit liegt dieser Schwerpunkt sogar noch innerhalb der Erdkugel, etwa 1500 km unter der
Oberfläche.
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Abbildung 2. Ebbe und Flut
Die in jedem Monat einen vollen Kreis erfüllende Schleuderbewegung von Erde
und Mond und, als Folge davon: die beiden Flutberge des Meeres. Der vordere
(dem Mond zugewandte) entsteht durch das Überwiegen der Gravitation, der hintere
durch das Überwiegen der geradeaus, d. h. nach außen treibenden Trägheit. -
Die Schweife bedeuten nichts Körperliches. Sie bezeichnen die Wege, die ihre
Ansatzpunkte während eines Viertelmonats zurückgelegt haben. (S. 20.)
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Die Geschwindigkeit der trägen Erde muß also im Gleichgewicht sein mit der
Gravitationskraft, mit der der Mond sie in ihrem bestimmten Abstand noch anzieht.
Nun ist die Erde aber kein Punkt. Sie erfüllt einen großen Raum. Für ihren Mittelpunkt
stimmt der Ausgleich zwischen Gravitation und Geschwindigkeit genau.
Für die anderen Erdpunkte aber nicht. Um das zu verstehen, mußt du wissen, daß
alle Orte der schleudernden Erdkugel dieselbe Geschwindigkeit haben und gleich
große Kreise machen, wie die Schweife in Abb. 2 zeigen. Man denkt zuerst, die
mondnahen Punkte müssen kleine, die mondfernen große Kreise machen. Aber so
wäre es nur, wenn Mond und Erde durch eine feste Stange verbunden wären.
Nimm eine Bratpfanne, halte sie flach gegen die Wand, den Stiel nach unten, und
fahre sie an der Wand in einem Kreis herum, aber so, daß der Stiel immer unten
bleibt. Dann hast du die richtige Bewegung vor dir! Die Geschwindigkeit und die
Bahnkrümmung ist deshalb für die mondferne Seite genau so groß wie auf der
mondnahen.
Die Gravitation aber nicht. Sie ist auf der fernen Rückseite der Erde der Geschwindigkeit
unterlegen, auf der mondnahen Seite hat sie den Vorteil.
Die feste Erde hält diesen Unterschied aus. Aber das Wasser, das Meer nicht. Es
ist beweglich gegen die feste Kugel. Zwar hat es dieselbe Geschwindigkeit wie
die ganze Erde (mit gehangen mit gegangen), aber eben deshalb ist das mondnahe
Meer nicht im Gleichgewicht. Bei ihm ist die Mondkraft zu stark. Es dringt deshalb
zum Mond. (Es müßte eigentlich schneller fliegen als die ganze Erde, um die
Mondkraft durch seinen Schwung auszuhalten und nicht gegen den Mond hin zu
treiben.)
Das mondferne Meer - im Gegenteil - wird von der Erde zu schnell mitgenommen.
Zu schnell für die dort schon schwächere Gravitation. Deshalb drängt es
nach außen.
Das mondnahe Meer drängt zum Mond, das mondferne läuft ihm davon. Beide
konnten aber nicht von der mächtigen Erde los. Sie können ihren Wunsch nur
andeuten, sie steigen auf, jedes zu einem Flutberg. Auch der zweite, der
mondferne, ist ein Werk der Gravitation, trotzdem er vom Monde wegstrebt.
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Denn die Gravitation ist es ja, die die Erde ins Schleudern bringt, und daher kommen
beide Wasserberge.
Unter diesen beiden Bergen kreiselt die Erde einmal täglich herum, und deshalb
kommt jeder Ort täglich zweimal an die Flut.
So sind Ebbe und Flut das einzige Geschehen in unserer menschlichen Welt, in
dem die Gravitation nicht zur Erde hintreibt. Diese Wassermassen wollen nicht
nur nach unten, sie sind - auf der mondnahen Seite - auch nach dem Monde hin
schwer. Sie „fallen“ gegen ihn. Sie verraten untrüglich, daß er nicht nur eine
Lichtgestalt und glänzende Scheibe ist, sondern eine große, massige, schwere,
materielle Kugel.
Die Welt im Großen
Wenn du am Strande stehst und siehst Mond und Sterne aufsteigen über dem gewölbten
Meer, so kann sich in deinem Anschauen und in deinem Denken alles
verbinden, was dieses Kapitel enthält:
Die Erde krümmt sich leicht unter dir hin. Die Gravitation hat sie zur Kugel zusammengezogen
zu Zeiten, als sie noch nachgiebig war.
Langsam dreht sie sich - und nimmt dich mit - nach Osten. Die Trägheit macht,
daß sie nicht ruhen kann von einem Antrieb, der sie in uralter Zeit einmal gefaßt
und wieder losgelassen hat. So rollst du langsam unter den Mond, und er und die
Sterne scheinen aufzugehen - im Osten.
Aber der Mond kreist außerdem auch wirklich, langsamer, monatlich einmal,
auch nach Osten, wie die Erde kreiselt. Die Gravitation hält ihn auf diesem Kreise
an die Erde fest. Ohne sie flöge er davon, auch er einem alten Anstoß beharrlich,
träge, folgend.
Er zerrt an der Erde, er will sie mitnehmen. Aber sie kommt nur in ein schwerfälliges
Schleudern, weil sie so groß und träge ist.
Das Wasser zwischen ihnen spürt den Zug von beiden. Und wenn es auch seine
Heimat, die mächtigere und nahe Erde nie verlassen kann, so hebt es sich doch
der fernen Felskugel Mond entgegen. Mit ihm steigt die Flut und rauscht am
stärksten, wenn er am höchsten steht. - Sie kommt wieder nach zwölf
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Stunden, gleich im Anblick, und ist doch nicht dieselbe. Denn der Mond geht nun
unter dir und jenseits der Erde. Nicht zu ihm drängt dieses Wasser. Es hängt dem
anderen Zuge aller Materie nach, dem Zwang nach Geradeaus - auf der Schleuderbahn
der Erde.
Und wenn du dich erhöbest und könntest zusehen von außen, so sähest du die Erde
ihren großen Jahreskreis um die Riesin Sonne ziehen. Ein Bild der Ordnung.
Aber auch die Erde läuft in einem ständigen Kampf zwischen dem Sturz zur Sonne
und der geraden Flucht.
Und selbst die Sonne folgt - in einem Sternstrom treibend ähnlichem Gesetz.
Trägheit und Gravitation, ihre Zweieinigkeit hält die große materielle Welt im
Zaum. Sie hindert, daß sie in sich zusammenstürzt wie daß sie auseinander treibt.
Sie ist das Ureigenste der Materie, ihr Antreiber und ihr Bändiger, ihr maßvoller
Beweger.
Warum aber diese beiden Naturkräfte so eng zusammenhängen, das wissen wir
noch nicht gewiß 13 .
Abbildung 3. Trägheit und Gravitation
Mensch und Block schweben schwerelos im Weltraum.
Je leichter sich der Block durch die stoßende Hand in Bewegung setzen
läßt, desto geringer ist auch der Druck, mit dem er sich gegen die ruhende Hand
andrängt. (S. 8 bis 12.)
13 Vgl. Anm. 7.
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Bewegung und Wärme
Einleitung
So dunkel uns die Kräfte des vorigen Kapitels blieben, noch als wir sie durch
dacht hatten, so vertraut wird es dich berühren, daß Wärme und Bewegung zusammengehören.
Denn wir sehen die Frühlingswärme alles Ruhende erwecken, Pflanzen und Tiere
zu Wachstum und Bewegung. Kälte macht starr, und mit dem Leben verläßt die
Wärme unser Blut. Der Untätige wird kalt, und wer warm werden will, macht sich
Bewegung.
Eis ist fest, zu Wasser erwärmt wird es beweglich, zu Dampf erhitzt bewegt es
selbst und droht die Wärme zu sprengen, die ihm den Raum versperren. Kaltes
Eisen wird durch Hämmern heiß und glühend.
So erschafft Wärme Bewegung und umgekehrt.
Aber damit sind wir erst am Anfang im Verständnis dieser Beziehung. Wir sehen
sie, aber wir verstehen sie nicht. Denn wir wissen zwar genau, was Bewegung ist -
denn wir sehen und tasten sie, wir erzeugen und erleiden sie am eigenen Leibe
aber von der Wärme ist uns nur die eine Empfindung gegeben, oder besser: das
eine, gegensätzliche Empfindungspaar warm - kalt. Warum beide, Wärme und
Bewegung, sich gegenseitig hervorrufen, würden wir recht erst begreifen, wenn
wir wüßten: was ist denn nun mit dem Wasser oder mit dem Eisen geschehen,
was ist in ihnen vorgegangen, wenn sie erst kalt waren, und nun sind sie warm?
Wir wissen es heute. Erst in der Mitte des vorigen Jahrhunderts klärte es sich, und
jetzt sind wir gewiß, daß das Bild richtig ist, das wir uns davon machen.
„Bild“ muß man sagen, weil wir uns nicht unmittelbar von ihm überzeugen können.
Die Antwort liegt im Unsichtbaren, in einer geheimen kleinen Welt, in die
unsere groben Sinne nie
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eindringen können. Alle Wege, die zu ihr führen, sind Gedankenfolgen und
Schlüsse, vom Groben ins Feine.
Es gibt aber ein Experiment - und nur dies eine -, das uns zwar nicht gerade die
Wärme selbst wirklich sehen läßt, aber doch gleichsam einen Schimmer oder
Schatten von ihr. Dieses Experiment, das nur durch die Erfindung des Mikroskopes
möglich wurde, hätte allein vielleicht ausgereicht, auf die richtige Spur zu
kommen; aber nie hätte es allein die Gewißheit geben können, die wir bis heute
aus vielen anderen Erscheinungen erschlossen haben. Nachdem wir die Wahrheit
über die Wärme aber nun haben, kann ich sie dir an diesem Experiment am besten
anschaulich und glaubhaft machen.
Die B r o w n sche Bewegung
Du löst in Wasser etwas Zinnober auf, den roten Farbstoff aus dem Aquarellfarbkasten,
oder etwas chinesische Tusche. Ein Tropfen davon kommt zwischen zwei
dünne Glasplatten, und diese dünne Schicht betrachtest du nun durch ein Mikroskop
von etwa 1000facher Vergrößerung.
Du siehst dann im klaren Wasser die einzelnen, winzig kleinen Bröckchen des
Farbstoffes (die dem freien Auge den Eindruck machen, als sei die Flüssigkeit
durchgehend rot gefärbt). Es kommt allein darauf an, daß es winzige, in der Flüssigkeit
schwebende feste Körnchen sind, es braucht nicht Tusche oder Zinnober
zu sein. Es geht sogar mit kleinen Fetttröpfchen, die du einfach so bekommst, daß
du etwas Milch in Wasser gießt.
An alledem beobachtest du etwas sehr Seltsames, und immer das Gleiche. Anfangs
übersiehst du es, du erkennst nur die Körnchen im Wasser. Sobald du es
bemerkst, erstaunt es dich und fesselt dich zugleich. Ein Anblick, in den man lange
versinken kann:
Die Körnchen bewegen sich, nämlich, und zwar auf eine ganz eigentümlich ziellose,
hastig wimmelnde Art. Sie kommen dabei nicht recht vom Fleck, sie zittern,
unruhig und in kleinen Rucken auf Zick-Zack-Wegen hin und her. Erst wenn du
eins von ihnen aufs Korn nimmst und eine Zeitlang verfolgst, so
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merkst du, daß es weiter kommt. Wohin, läßt sich nie voraussagen: bald dahin
bald dorthin, auf regellosen Irrwegen: ein Spielball des Zufalls. Es ist kein
gemeinsames Strömen oder Wirbeln, wie wir das von den Sonnenstäubchen
kennen, die der Luftbewegung folgen. Sondern jedes Körnchen bewegt sich
selbständig und für sich. Aber immer sind die kleinsten die flinksten, daran ist
kein Zweifel. Je größer, desto lahmer. Sehr große sehen aus, als säßen sie fest in
einem unsichtbaren Morast und mühten sich zitternd und vergeblich
loszukommen. Die allergrößten rühren sich überhaupt nicht mehr . – Deshalb
gelingt der Versuch auch nur, wenn die Körnchen durchschnittlich sehr klein
sind.
Es ist nicht nötig, daß die Stäubchen in Wasser oder sonst eine Flüssigkeit eingebettet
sind. Sie können auch in Luft – oder sonst einem Glas – schweben. Zigarettenrauch,
in einen kleinen Glaskasten eingesperrt und seitlich durchleuchtet, zeigt
denselben Anblick, noch lebendiger sogar. Nur strömt die Luft immer außerdem
ein wenig (infolge der erhitzenden Beleuchtung) so daß man einen Mückenschwarm
zu sehen meint, den der Wind vorüberträgt.
Man kann diese Erscheinung heute auch als Lichtbild auf der Leinwand für mehrere
Beobachter zugleich sichtbar machen. Man benutzt dazu in Wasser verteilte,
sehr kleine Kristalle, die man seitlich, quer zur Blickrichtung, grell beleuchtet. So
glitzern sie auf dunklem Grund, und man glaubt, in einen Himmel tanzender Sterne
zu blicken.
Gedanken über das Vorige
Was ist von dieser Bewegung zu halten?
Daß der Engländer B r o w n, als er sie 1827 als erster sah, glaubte, etwas Lebendes
vor sich zu haben, ist nicht verwunderlich, zumal er Botaniker war. Später
merkte man dann, daß jedes Stäubchen in diese wimmelnde Bewegung gerät,
wenn es nur klein genug ist. Auch würden Lebewesen sich anders bewegen. Denn
es ist ja ein Kennzeichen dieser „Brownschen“ Bewegung, daß die einzelnen
Körnchen sich nicht im geringsten umeinander kümmern. Jedes tanzt auf eigene
Faust, gleichgültig, welche Bewegung der Nachbar
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macht. Sie suchen, fliehen oder verfolgen sich nie, und ihre Zusammenkünfte sind
offenbar immer zufällig. Auch wäre es nicht ganz zu verstehen, daß gerade die
kleinsten die tätigsten wären. Und schließlich müßten sie, wenn sie lebten, ohne
Nahrung in die Wasserschicht eingeschlossen, sterben und zur Ruhe kommen.
Und damit stoßen wir auf eine neue, sehr wichtige und unheimliche Eigenschaft
der B r o w n schen Bewegung:
Wenn du unvorbereitet zum ersten Male dieses Gewimmel sähest, so würdest du
dir sagen: da geht gerade etwas vor; gut, daß ich dazu komme. Du siehst gefesselt
5 Minuten zu, und fragst dich: wie lang mag das wohl dauern? Du siehst eine halbe
Stunde zu, du gehst nach zwei Stunden, zwei Tagen wieder hin, - nach zwei
Wochen schließlich: es ändert sich gar nichts, es geht immer weiter! (Nur dafür
muß gesorgt sein, daß das Wasser nicht austrocknet; man kann es ja in eine dichte
Kammer einschließen). Es dauert jahrelang, es hört niemals auf!
Vergebens fragt man sich, wodurch diese Bewegung immer wieder angetrieben
wird? Denn sonst überall zeigt uns die Natur, daß jede Bewegung - ihr selbst überlassen
- sich totläuft, weil sie in Reibung erstickt 14 . Und gerade hier, bei der B r
o w nschen Bewegung, kann die Reibung nicht gering sein, da die Stäubchen sich
durch Wasser oder Luft hindurchwühlen müssen.
Überlegen wir ganz ordentlich, woher die Kraft kommen, wo sie sitzen könnte, so
zeigen sich wohl nur zwei Möglichkeiten:
Die erste ist, daß die Bewegung von den Stäubchen selbst ausgeht. - Lebendig
sind sie nicht. Dann könnte es also sein, daß sie auf andere Art sich gegenseitig in
Bewegung bringen, anziehend oder abstoßend, ähnlich wie wir das von der Gravitation
oder vom Magneten her kennen. Das müßte man aber der Bewegung ansehen.
Dann dürfte eben nicht jedes Stäubchen tanzen, wie es ihm gefällt, sondern
auch so, wie es dem Nachbarn gefällt. Irgendeine Beziehung, eine Ordnung (voneinander,
zueinander, umeinander müßte hervortreten. Das ist aber nicht so! - Und
selbst wenn es so wäre, so bliebe noch
14 Das gilt nur für solche Bewegungen, bei denen der bewegte Körper in (reibender oder stoßender) Berührung mit
anderen Körpern oder mit sich selbst ist. Es gilt also nicht für die Mondbewegung und ähnliche.
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das Rätsel, warum nicht diese Eigenbewegung in der hemmenden Flüssigkeit allmählich
erlahmte und aufhörte.
So bleibt nur die andere Möglichkeit: die Stäubchen selbst sind ganz untätig, und
die Bewegung kommt aus der Flüssigkeit. Das brächte uns auch über die Reibungsfrage
weg: Denn wenn das Reibende zugleich das Treibende ist, so hat ein
so getriebenes Stäubchen keine Ursache mehr, zur Ruhe zu kommen. So wenig
wie der Faustball über einem Feld von Spielern. Die Fäuste hemmen ihn wohl,
zugleich aber geben sie ihm die verlorene Bewegung mit einem Überschuß zurück.
– Oder, denke dir in stillem Wasser ein Boot, das in die tummelnde Herde
großer Fischer gerät. Oder, das schönste Beispiel 15 : Auf einem Ameisenhaufen
liegt ein Stückchen Papier, das von den wimmelnden Tieren ziellos hin und her
gerückt wird. Vorausgesetzt, daß die Ameisen es nicht benutzen und fortschleppen,
sondern nur im Vorbeistreifen achtlos daran stoßen.
Die in der Flüssigkeit wohnende, die Stäubchen bewegende Kraft müssen wir
uns, wie der Anblick und diese Vergleiche zeigen, als eine regellos stoßende vorstellen.
Nicht als etwas so geordnetes wie Strömen oder Wirbeln, sondern als eine
viel feinere, ungeregelte, überall gleiche innere Unruhe. Wenn sie überall gleich
ist, so wird es auch verständlich, daß die beweglicheren kleinen Stäubchen ihr
besser folgen können als die trägeren großen. Je kleiner sie sind, desto genauer
werden sie – wie mehr oder weniger große Stücke Papier auf den Wellen oder auf
dem Ameisenhaufen – sich der Unruhe anpassen, die gerade an der Stelle
herrscht, die sie ausfüllen. Unterhalb einer gewissen Grenze können wir die
Körnchen nicht mehr sehen; und vielleicht sind die kleinsten, die wir erkennen
können, noch immer recht groß im Vergleich zu dem Gefüge der inneren Unruhe
selbst, - so etwa wie eine Zeitung sich verhalten mag zu der einzelnen Ameise.
Trotzdem gibt uns der Anblick des kleinsten umhergetriebenen Körnchens ungefähr
an, wie wir uns die innere Unrast der Flüssigkeit (oder der Luft) vorstellen
müssen: als ein schnelles, immer wechselndes, zielloses, ruckartiges Umherspringen,
an jeder Stelle ohne Beziehung zur Nachbarschaft.
Da die Stäubchen untätig sind, müssen wir annehmen, daß die innere Bewegung
der Flüssigkeit, die sie antreibt, auch
15 Dieser Vergleich findet sich bei R. W. Pohl: Mechanik und Akustik, 2. Auflage, Berlin 1931, Seite 117
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dann da ist, wenn sie fehlen. Sie verraten nur und vermitteln zwischen der Feinheit
der inneren Unruhe und der Größe unseres Körpers. Und sogar im stärksten
Mikroskop sieht jede Flüssigkeit ruhig und unterschiedslos aus. Die innere Bewegung
selbst bleibt uns ewig verborgen, so wie das Wimmeln der einzelnen Ameisen,
deren Wohnhaufen wir aus 10 m Entfernung betrachten.
Reibung
Wenn wir uns in dieses Bild der inneren Unruhe vertiefen, so kommt uns das alte
Bedenken wieder: Die unbequeme Frage nach der Reibung haben wir im Grunde
doch nur von den Körnchen auf die Flüssigkeit abgeschoben. Warum erstickt sie
nicht ihre eigene Bewegung? Sie ist nicht lebendig, sie enthält keine Faustballspieler,
keine Ameisen, die aus Nahrung die Kraft gewinnen, in Bewegung zu
bleiben. Wasser können wir in die tollste Bewegung bringen: stellen wir es dann
hin und überlassen es sich selbst, so strömt es noch eine Weile, aber immer langsamer.
Innerlich reibt es sich, in sich selbst, wie ein Tonklumpen, den du mit der
Hand knetest. Und zuletzt kommt es zur Ruhe. So jede andere Flüssigkeit auch.
Aber verstehen wir denn das, verstehen wir die Reibung, zumal wir von der Trägheit
wissen, die alle Bewegung erhalten will? Hier in der Flüssigkeit, scheint doch
Bewegung spurlos zu vergehen?
Wie nun, wenn die Frage sich so löste: wenn nun dieses Verlorengehen nichts anderes
wäre als ein Übergehen der groben sichtbaren Bewegung in diese neu entdeckte,
unsichtbare, feine, geheime innere Unruhe? Wenn sich die Bewegung, mit
der wir einen Knüppel durchs Wasser ziehen, nun einfach in sie verwandelte, verzettelte,
verkrümelte, und also gar nicht als Bewegung verlorenginge? Wenn der
Reibungsverlust eben dieser Übergang wäre? Wohin sollte dann diese innere, innerste
Bewegung selbst sich noch verlieren? Sie ist am Ziel, sie kann sich nur
noch an sich selbst verlieren. Und das heißt: sie muß sich erhalten ohne Ende.
Dieser Gedanke fällt uns schwer, denn er wendet sich gegen das Gewohnte. Aber
er ist der einzige, der die Frage löst, und er hat sich in allen Fällen bewährt.
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Brownsche Bewegung und Wärme
Nun wirst du aber schon lange fragen wollen: was hat das alles mit der Wärme zu
tun?
Tatsächlich kommen wir erst jetzt zur Hauptsache. An der B r o w nschen Bewegung
ist noch etwas zu beobachten. Es zeigt sich erst bei genauerem Zusehen und
Studieren, aber es ist von der größten Bedeutung:
Wenn du das Wasser oder die Luft, in dem die Körnchen umhergetrieben werden,
stark abkühlst, so zeigt sich, daß ihre Bewegungen lahmer werden. Umgekehrt
macht Erhitzung sie lebhafter. Dieser Zusammenhang ist ganz streng: Zu jeder
Temperatur gehört ein bestimmtes Tempo der Bewegung, und jede Schwankung
des Wärmegrades wird sichtbar abgebildet.
Nun habe ich das etwas übertrieben: Du darfst dir nicht denken, daß es sehr viel
ausmacht. Wenn es z. B. im Zimmer 10 oder 20 Grad wärmer wird, so macht das
noch wenig aus, und du kannst es dem Bewegungsbild nicht ohne weiteres ansehen.
Man muß stark erhitzen oder abkühlen und genaue Messungen dazu machen,
etwa verfolgen, wie weit ein bestimmtes Bröckchen in der Minute kommt, bei
Kälte und bei Wärme.
Man stößt dabei auf die Frage: ob die Bewegung wohl auch bei Kälte noch anhält?
Nun ist ja wohl mancher durch die Einteilung des Thermometers irregeführt
zu glauben, daß bei „Null Grad“ alle Wärme aus den Dingen entwichen ist, um
nun der Kälte Platz zu machen, wenn das Quecksilber noch weiter sinkt. Aber es
ist ja ganz willkürlich, daß wir 0 Grad gerade dann sagen, wenn das Wasser anfängt
zu gefrieren. Auch meint der Physiker, wenn er „Wärme“ sagt, nicht das
Wärmegefühl. Er sagt: „Wärme“ ist da, solange es noch kälter werden kann. Das
nennt er „Wärme“.
Und dazu paßt es, wenn wir am Mikroskop sehen: die B r o w n sche Bewegung
ist auch bei 10 Grad Kälte noch da, auch bei 20 und bei 30 Grad, wenn auch etwas
zögernder. Auch sie bleibt da, solange es noch kälter werden kann. (Man
muß aber eine Flüssigkeit wählen, die bei der beobachteten Temperatur noch
nicht eingefroren ist!)
Und kann es denn „immer kälter“ werden? - Das ist nun ohne weiteres schwer zu
sagen, ebenso wenig wie: ob es immer
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heißer werden kann. Man muß das ausprobieren. Die Physiker, die das getan und
versucht haben, den Körpern auf sehr kunstvolle Weise immer mehr Wärme zu
entziehen, sagen uns, daß das einmal ein Ende hat, daß bei ungefähr 273 Grad
Kälte keine Wärme mehr herausgeholt werden kann. Die Körper sind dann
gleichsam leer von ihr. Man hat diese Temperatur fast erreichen, aber nie
unterschreiten können.
Das ist eine Entdeckung, die sehr gut dazu paßt, daß - wie wir sahen - Temperatur
und B r o w nsche Bewegung miteinander gehen. Denn wie die Abkühlung, so ist
auch eine erlahmende Bewegung etwas, das einmal ein Ende findet: die Ruhe. So
müssen wir annehmen - und viele Beobachtungen führen dazu -, daß die B r o w n
sche Bewegung bei 273 Grad Kälte endgültig erstarrt und uns das Bild eines
Todes gibt, den auch die leblosen Körper noch sterben können.
Aber es ist kein rechter Tod: wenn man das Abgekühlte wieder warm werden
läßt, so ist auch die Bewegung wieder da, in alter Frische, und läßt an nichts erkennen,
daß sie inzwischen erloschen war.
Bedeutung
Wir hatten uns gefragt: was hat die B r o w n sehe Bewegung mit der Wärme zu
tun? Wenn wir nun die Antwort darauf kurz zusammenfassen sollten, so würden
wir wohl sagen:
(x)
Erwärmung bewirkt Zunahme der B r o w n schen
Bewegung, das heißt eine Steigerung der geheimen inneren Unruhe,
die in Flüssigkeiten und Gasen am Werke ist.
Und vorher hatten wir gefragt: Was ist Wärme? „Was ist denn nun anders geworden
in dem Wasser, das erst kalt war und nun ist es heiß?“ Was ist in ihm vorgegangen,
was hat sich verändert?
Kann uns die Brownsche Bewegung und der Satz (x) für diese Frage etwas be-
deuten?
Zuerst scheint es, als hätten wir zu den vielen belebenden Wirkungen der unbekannten
Macht „Wärme“ nur noch eine neue hinzugefunden. Wärme steigert so
viele Bewegungen, so auch diese Brownsche.
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Aber es ist ein ungeheurer Unterschied in der Bedeutung, ob ein Kaulquappenschwarm
in der Sonne lebhafter wird oder die B r o w nsche Bewegung. Denn sie
ist überall und immer da. Alle flüssigen und luftförmigen Stoffe sind insgeheim
unaufhörlich von ihr erregt.
Und die festen nicht? - Auch sie! Nur ist sie in ihnen noch verborgener. Ist die
Bewegung im Flüssigen schon träger als im Gas, so muß sie im Festen noch gehaltener
sein. Niemals würde sein starrer Verband ein Gleiten gestatten, wie es in
der Flüssigkeit möglich ist. Das Mikroskop zeigt uns denn auch in den festen
Körpern nichts von einer inneren Bewegung. Und doch haben wir Beweise dafür,
daß auch hier ein Zittern und sogar ein langsames Wandern im Gange sein muß.
Man hat gefunden, daß z. B. Blei und Gold, wenn sie in enger Berührung liegen
bleiben, gleichsam zusammenheilen: das Gold wandert langsam ins Blei hinein in
unzähligen Vorposten. Und je wärmer es ist, desto schneller geht das vor sich.
So ist also auch der feste Zustand nicht ausgenommen, und wir müssen erkennen,
daß jene fiebernde Unruhe, ebenso wie die Wärme, überall und immer dem Stoffe
innewohnt, in Wasser, Luft und Stein, mit ihr steigt und fällt und ihr folgt wie ein
unzertrennlicher Begleiter.
Was Wärme ist
Wenn du siehst, daß Zwei immer zusammen sind und immer dasselbe tun, so
kannst du nicht leicht sofort sagen, welcher von beiden der Bestimmende ist, und
welcher der Geführte. Hier, in unserem Falle, wirst du aber kaum schwanken und
es so ansehen, daß die Wärme der Anführer ist, und daß die innere Bewegung ihr
folgt. Nun kann man das bei scharfer Beobachtung ja prüfen: das, was dem anderen
folgsam ist, muß ihm auch in der Zeit folgen, es muß ihm ein wenig nachhinken.
Bei der B r o w nschen Bewegung ist es nun aber nicht festzustellen, daß sie
der Erwärmung nachfolgt. Aber auch umgekehrt ist es nicht. Sondern beide sind
immer gleichzeitig auf dem Posten. Hat das Thermometer 50 o erreicht, so ist auch
die Bewegung bei ihrem 50 o -Tempo angelangt. Sie macht
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nicht nach, sie macht mit. Sie folgt nicht wie das Echo, sondern wie der Schatten
oder wie das Spiegelbild 16 .
Danach wäre es also nicht richtig zu sagen: „die Erwärmung ruft die Zunahme der
B r o w n schen Bewegung hervor“ und ebensowenig: „die Steigerung der Bewegung
verursacht die Erwärmung“. Es wäre eines so richtig wie das andere. Aber
strenggenommen ist beides falsch. Es ruft nicht eins das andere. Sie sind zugleich
da und ändern sich zugleich.
Wir sind nun nah am Ziel, der Antwort auf die Frage „was ist Wärme?“.
Etwas wird dir noch den letzten Stoß geben: Es ist nicht gelungen „die Wärme
selbst“ sonst irgendwie zu fassen. Eine Zeitlang glaubte man, sie sei ein äußerst
feiner Stoff, aber das hat man längst aufgeben müssen. Der Stoff ist nicht da. Es
ist nur unsere Empfindung da und außerdem, als ihr treuer Begleiter, die „innere
Unruhe“ dessen, dem man einen gewissen Wärmegrad anfühlt.
Ist es da vernünftig, noch immer nach „der Wärme“ zu suchen, noch weiter an ein
ungreifbares Gespenst zu glauben, das die B r o w n sche Bewegung „verursacht“,
so wie es unsere Empfindung verursacht?
Sehen wir, was ist: Immer wenn deine Augen an der Brownschen Bewegung sehen,
daß die innere Unruhe des Stoffes wächst, so sagen dir deine Fingerspitzen,
die diesen Stoff anfühlen: er wird wärmer. Und wenn die innere Bewegung erlahmt,
so meldet deine Haut: er wird kälter. Ist es nicht das einfachste, anzunehmen:
Das, was deiner Haut dieses Gefühl macht, das ist eben die innere Bewegung
des Stoffes, die daran klopft und rüttelt? Hat er mehr Bewegung als die
Haut, und wird sie also von ihm aufgerüttelt, so meldet sie „warm!“ Hat er weniger
davon und läßt sich auf ihre Kosten innerlich stärker antreiben, so meldet sie
den Verlust als „Kälte“ 17 . Wir schließen also:
Wärmeempfindung ist die vergleichende Wahrnehmung der inneren Bewegung
des berührten Stoffes durch besondere Organe der Haut.
Was dem Auge durch den Anblick der B r o w n schen Bewegung als Bewegung
angezeigt wird, das spürt die Haut als
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16 - Dieser Vergleich ist nicht streng richtig. Auch der Schatten der bewegten Hand folgt ihrer Bewegung nicht
gleichzeitig, sondern soviel später, wie das Licht Zeit braucht, um von der Hand bis zum Schatten zu gelangen.
17 Hiermit hängt es auch zusammen, daß derselbe Gegenstand der Hand warm erscheint, wenn diese Hand kalt
war, und kalt, wenn die Hand warm war. - Ebenso wird es dadurch verständlich, daß ein Stück Metall sich kälter
anfühlt als ein Stück Holz, auch wenn das Thermometer für beide gleiche Temperatur nachweist, Das Eisen leitet
nämlich die Wärme der Hand schneller ab als das Holz, so daß der Verlust an Wärme für die Hand größer ist,
wenn sie das Eisen anfaßt
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besondere Empfindung. So zeigt uns dasselbe zwei verschiedene Gesichter, je
nachdem wir es mit dem einen oder mit dem anderen Sinn aufnehmen.
So verstanden, ist die Wärme eben diese innere und unsichtbare Bewegung der
Materie.
Bestätigungen
Das ist für uns bis jetzt nur eine Annahme, wenn auch die vernünftigste. Aber die
Gründe, die wir hier durchdacht haben, sind allein doch nicht beweisend genug.
Wenn du willst, so kannst du doch weiter hartnäckig nach dem Gespenst
„Wärme“ suchen, das nur nicht zu fassen ist und auf eine ebenfalls unfaßbare
Weise für die innere Bewegung und zugleich für die Wärmeempfindung sorgt.
Wenn heute niemand mehr an es glaubt, sondern alle Physiker davon überzeugt
sind, daß Wärme die innere Bewegung ist, so liegt das daran, daß sich aus dieser
Vorstellung alles 18 , was die Wärme sonst mit sich bringt, in einer vollkommenen
und fast wunderbaren Weise verstehen läßt. Das will ich dir noch kurz andeuten:
Das heiße Gas, das dem Feuer entströmt, ist erfüllt von heftigster innerer Bewegung.
Halte ein Gefäß mit kaltem Wasser hinein: das Gas umspült es und durch
unmittelbare Berührung greift seine innere Bewegung über in unzähligen Stößen,
dringt ein in Gefäß und Wasser und greift auch dort immer mehr um sich. Auch
ein Thermometer und sein Quecksilber, das du hineingestellt hast, wird von allen
Seiten von dem Aufruhr durchdrungen. Es „steigt“, denn das Quecksilber, durch
die zunehmende Unruhe im Innersten aufgelockert, verlangt nun mehr Raum. So
etwa wie eine Volksmenge, die anfangs dicht gedrängt und ruhig dasteht, und
dann allmählich in einen immer wilderen Tanz verfällt. Denn wenn der Einzelne
tanzt wie er will, nur immer toller, so wird der Volkshaufe sich auf einen immer
größeren Patz ausbreiten müssen; selbst dann, wenn alle so nahe beisammen bleiben,
wie sie nur können, ohne doch das Tanzen zu lassen. – Ebenso wie das
Quecksilber dehnen sich Wasser und Topf; alles weitet sich in der Wärme. – Erhält
nun der unsichtbare Aufruhr durch das fort
18 Ausnahme: S. 36.
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heizende Feuer immer neuen Anstoß und Nachschub, so wirft er zuerst feinste
Trümmer aus dem Wasser heraus – es dampft -, und schließlich zerreißt er offen
und sichtbar den Zusammenhang der Flüssigkeit im Inneren: sie kocht. Allmählich
verkochend zerfetzt sie sich völlig zu Dampf. Damit sind die Fesseln des
stofflichen Zusammenhangs gesprengt. Im Dampf und Gas ist die verborgene
Bewegung zu einem inneren Sturm angewachsen. Es geht nun zum Angriff nach
außen über, der Dampf drängt heftig auseinander und, wenn er eingeschlossen ist,
sprengt er die Wände (vgl. Abb. 4, S. 41, Zeichnung 2). Ist das leergekochte Gefäß
immer weiter großer Hitze, das heißt prasselnder Unruhe, ausgesetzt, so
kommt sein starres Gefüge ins Wanken und dann ins Fließen: es „schmilzt“, und
schließlich zerstäubt es auch zu Dampf. – Das ist das letzte Schicksal aller Stoffe
in der Hitze. Der eine verfällt ihm eher als der andere: Das muß daran liegen, daß
für jeden die Kraft des inneren Zusammenhanges eine andere ist.
Wenn wir mit Feuer oder heißer Platte heizen, so ist das wesentliche die Berührung
zwischen dem Heizenden und dem Geheizten, zwischen dem Warmen und
dem Kalten. Denn sie allein gestattet den Übertritt der inneren Bewegung. Auch
Luft kann ihn vermitteln, wenn auch langsam.
An Stelle der vielen kleinen unsichtbaren Stöße kann aber auch ein großer äußerer
Angriff dasselbe leisten: wir können auch hämmern oder reiben. Mit jedem
Schlag des Schmiedehammers empfängt die oberste Schicht des Eisens einen
Stoß, der, in die Tiefe fortgegeben, sich immer weiter ins Metall zerstreut und
verliert, immer ungeordneter und unsichtbarer wird, ohne doch zu vergehen. Die
grobe sichtbare Hammerbewegung lebt weiter als das geheime Gewimmel im Eisen,
dem Blick verborgen, der Haut fühlbar als Wärme (vgl. Abb. 4, Zeichnung
1).
Warum in der Wärme alles Lebende lebhafter und beweglicher wird – die Wirkung
des Frühlings -, auch das durchschauen wir jetzt ein wenig. Das Leben als
geheimnisvoll bauende Kraft braucht einen gefügigen Stoff. In der Wärme wird er
innerlich beweglich und damit zugänglich seiner sanften Gewalt, die seine Teile
ordnet und lenkt zu sinnvoller Form und Bewegung. In der Kälte ist er starr in
sich verfangen.
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Aber auch ein Übermaß von Wärme wird dem Leben wieder gefährlich: es macht
das Folgsame ungebärdig, das Bewegliche bewegt nun selbst und zerstört. Sein
wirres und ungeordnetes Gewimmel zerreißt die kunstvollen Bauten des lebendigen
Leibes. Hitze tötet wie Frost. - Deshalb ist auch weder das Harte noch das
Luftartige der eigentliche Baustoff der Lebenskraft. Darum machte sie ihre ersten
Versuche in den Meeren der Vorzeit, und darum sind die Leiber der Tiere und
Pflanzen aus Flüssigem gebildet, gerade in den Teilen, die am meisten lebendig
sind.
Eine Lücke
So könnten wir also wohl zufrieden sein mit unserer Erkenntnis: Wärme ist innere
Bewegung des Stoffes.
Aber, hast du bemerkt, daß da eine Lücke ist? Daß es eine Naturerscheinung gibt,
die unverständlich und dunkel bleibt? Etwas, das nicht paßt in dieses Bild? Oder,
wie sollen wir es verstehen, daß die Sonnenwärme auf die Erde kommt? Denn der
Raum zwischen Sonne und Erde ist leer! –
Zwei Kugeln stehen sich gegenüber, zwischen ihnen ist eine weite Leere. Die eine
ist sehr heiß, also ein von stürmischer innerer Bewegung durchtobter Gasball. Die
andere ist kühl, das heißt: ihre innere Unruhe ist nur leicht. Und nun erleben wir
den warmen Sonnenschein! Die innere Bewegung der Erde bekommt etwas ab
von der der Sonne 19 ! Und doch ist keine Berührung da, keine stoffliche Brücke,
auf der die Bewegung stoßend fortschreiten könnte, Schritt für Schritt, so wie sie
es tut im Löffel auf dem Weg vom heißen Getränk zur Hand.
Unwillkürlich kommt man auf den Gedanken, der Stoff selbst, aufgelöst, verdampft
durch seine innere Bewegung, flöge vielleicht in feinen Trümmern herüber
und schlüge hier wie ein Hagel winziger Geschosse ein, deren Wucht nun
auch hier die innere Unruhe verstärkte. Wenn es so wäre, müßte der Wärmestrahlende
Körper leichter und leichter werden und schließlich zerstäuben. Das ist
aber nicht so. Er verliert die Bewegung seines Stoffes, aber nicht seinen Stoff
selbst.
Nein, die „Wärme unterwegs“ scheint eine völlig andere zu sein wie die in den
Körpern „seßhafte Wärme“. Es ist als zöge sie eine Tarnkappe über, wenn sie auf
die Reise geht.
19 Direkt können wir nur den Gewinn der Erde kontrollieren, nicht den Verlust der Sonne. Aber die gleichen
Verhältnisse lassen, sich im Laboratorium herstellen: Zwei Körper verschiedener Temperatur sind getrennt durch
einen luftleer gepumpten Raum, und doch gewinnt der eine, was der andere (in seiner Richtung) verliert. - Daß die
Temperatur der Erde durch die ständig zustrahlende Sonnenwärme nicht immerfort zunimmt, liegt daran, daß auch
sie, auf dieselbe geheimnisvolle Art wie die Sonne, ihre innere Bewegung in die Ferne verliert.
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Dieses Rätsel findet seine Lösung aus einer ganz neuen Richtung. Die Wärme ist
ja nicht nur an den groben Stoff gebunden; sie hat noch eine andere, gleichsam
vornehmere Verwandtschaft mit dem Licht, die uns im Sonnenschein vertraut ist.
Auf dem Wege über das Licht kann sich die Lücke schließen.
Rückblick
Ehe wir uns dem zuwenden, sehen wir zurück. Wärme ist eine Art der Bewegung:
innere, geheime, zuckende Unruhe der Materie. Wie fügt sich diese Erkenntnis
zur früheren und wie wirkt sie überhaupt auf uns?
1. Die erfüllte, wirr bewegte Innenwelt der Dinge scheint im Gegensatz zu
stehen zu dem Anblick, den uns die Welt im Großen gab; dem endlosen leeren
Raum, in dem die Gestirne widerstandslos ihre festen und geordneten Bahnen
ziehen, im Banne der Trägheit und der Gravitation. - Aber dieser Gegensatz ist
kein Widerspruch, sondern eine Ergänzung. Es wirken dieselben Gesetze. Um die
großen Materiebälle der Gestirne hat die Gravitation den Raum leer gesaugt. Die
Ordnung der Bahnen im Leeren ist die Ursache für das Gedränge im Kleinen.
Und auch die Trägheit wirkt in beiden Welten. Wie sie die Sterne niemals ruhen
läßt, so ist sie auch der Grund dafür, daß die innere Bewegung nicht vergehen
kann. Und auch reibende und stoßende Bewegung vergeht nicht. Nur im Großen
und Sichtbaren verschwindet sie. Sie flüchtet ins Innere, wo sie unzerstörbar
bleibt.
2. Diese Flucht macht uns nachdenklich: Wir rühren Wasser um mit einem
Stock (S. 29) und warten, es macht Wellen und wirbelt, dann strömt es ruhiger
und wird schließlich still. Die äußere Bewegung ist innere geworden, Wärme. -
Und nun nimmst du irgendwoher ein wenig Wasser, aus dem Regen oder aus dem
Teich, oder du nimmst Luft oder einen Stein, irgend etwas - und weißt nun: auch
darin ist diese Bewegung. Und wie ist sie hineingekommen? Auch sie kann einmal
grobe sichtbare Bewegung gewesen sein, irgendwann vor unbekannter Zeit,
und dann geflüchtet ins Innere dieses Wassers oder Steines, und irrend von einem
zum andern. Du siehst ein Grab, in das alle große Bewegung einmal einmündet,
ein großes, gleichmachendes Sammelbecken vergangener Bewegung. Und
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was daran unheimlich ist: man hat das Gefühl, daß alle Bewegung, die jetzt noch
in der Welt sichtbar ist, dorthin drängt, daß es einmal aus sein wird mit aller großen
geordneten Bewegung. Denn man spürt (und es ist durch Messungen bestätigt),
daß dieser Übergang viel leichter ist, und also viel häufiger sein muß, als der
umgekehrte: die Wiedergeburt einer großen Bewegung aus dem wirren Durcheinander
des Kleinen. Derartiges ist zwar nicht unmöglich, es kann vorkommen
(Abb. 4, Zeichnung 2), bei der Sprengung eines Vulkans z. B. (und in jedem
Explosions-Motor!) Da ist es die stürmende innere Unruhe heißer Gase, die gegen
die Bergwände trommelt und sie in Stücken davonschleudert. Aber solche Vorgänge
sind verhältnismäßig selten, seltener als das Gegenteil, das doch immer das
letzte Wort hat und das täglich um uns her geschieht, wie das Mahlen einer großen
Mühle. Dazu kommt, daß Wärme sich nicht als ein brauchbarer Vorrat zusammenhält,
sondern sich immer mehr nutzlos ausbreitet und verdünnt durch Leitung
und Strahlung.
So tut sich eine erschreckende Zukunft für die Welt auf: sie wird im Großen immer
unbewegter und dafür immer gleichmäßiger warm. Man hat das den
„Wärmetod“ genannt.
Aber solche Schlüsse haben nicht viel Sinn. Denn wir kennen nur einen winzigen
Teil der Welt und die Menschheit lebt erst eine kurze Zeit. Zwar dürfen wir glauben,
daß die Gesetze, die wir „hier“ und „jetzt“ gefunden haben, überall und immer
gelten. Aber es mag andere geben außerdem, die wir noch nicht kennen, solche
die an anderen Orten und zu anderen Zeiten die Umstände vorfinden, die sie
offenbar werden lassen. Manches spricht dafür, daß es Einflüsse gibt, die dem
Untergang der Bewegung in Wärme entgegenwirken: Müßte die Welt nicht schon
längst im Wärmetod erloschen und erlahmt sein? Sie steht schon lange und ist
noch voller Bewegung, und immer wieder tauchen „neue Sterne“ aus dem Himmel
auf.
So liegt nicht nur etwas Bedrückendes in der Vorstellung der inneren Bewegung.
Auch etwas Befreiendes geht von ihr aus. Die große Welt, in der die Sterne ihre
genauen Wege gehen, kann uns in ihrer Ordnung erstarrt und tot vorkommen. Das
Innere der Materie zeigt uns das Bild der äußersten Freiheit. Aus diesem Durcheinander
kann neue Ordnung hervor-
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gehen, wenn es von der rechten Kraft ergriffen wird. Und wir haben ein Beispiel
dafür in unserer nächsten Nähe: der geheimnisvollen aller Mächte, dem Leben,
gelingt es, lebende Wesen zu erzeugen und zu erhalten. Das sind materielle Körper,
in denen nicht nur die Wärmebewegung ihr Wesen treibt. Aus ihr heraus und
durch sie hindurch führt eine für uns noch nicht faßbare Ordnung kleine Teile
sinnvolle Wege, die dem Ganzen dienen.
3. Die Einsicht, daß Wärme unsichtbare Bewegung ist, kann sehr ernüchternd und
befremdend wirken: Heißt das denn nicht, daß die Wärme, - das, was wir von ihr
fühlen, das Eigentümliche und Unbeschreibliche dieser Empfindung, daß dies
alles nur Schein ist? Wärme gibt es demnach eigentlich gar nicht. Wir sind
Getäuschte! “In Wirklichkeit” ist nichts da, als diese sinnlose, wirre,
unaufhörliche Bewegung. Nein, es gibt für dich nichts Gewisseres als deine
Empfindung. Aber ebenso wie wir mit den Nerven unserer Haut die Wärme auf
eine Art erleben, so können wir mit den Augen zwar nicht sie selbst, aber doch
einen Abglanz von ihr sehen! Und aus beiden können wir in denkender
Betrachtung uns das “Bild” machen der inneren Bewegung. Alles dies: Fühlen,
Sehen, Denken hat uns die Natur mit unserem körperlichen und seelischen Bau
mitgegeben, indem sie uns zu Menschen machte. Auf alle diese Arten fassen wir
nach der Natur, immer aber aus unserer menschlichen Beschränktheit, aus der
Beschränktheit, die der Teil haben muß, der aufs Ganze geht.
Der Physiker betrachtet die Welt aus einer Beschränkung, die er sich selbst auferlegt:
er arbeitet nur auf dem Grund dessen, was die Natur uns allen gemeinsam
durch die Sinne darbietet, und er sucht das Meßbare. Niemals kann er also den
menschlich-sinnlichen Standpunkt verlassen und erfahren, was die Wärme „an
sich“ ist. Auch in der Vorstellung der Bewegung stecken unsere sinnlichen Erfahrungen,
und zwar aus mehreren Sinnesgebieten gemischt und darum zuverlässiger
und in Raum und Zeit meßbar. Darauf kommt es ihm an, und deshalb erscheint es
ihm als ein Fortschritt, die Wärmeempfindung durch innere Bewegung zu erklären.
Immer aber bleibt er in der Welt, in die unsere Sinne uns einblicken lassen.
Sucht einer mehr, sucht er das Wesen der Dinge, das „hinter“ ihrer sinnlichen Erscheinung
wirkt, so verläßt er den
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Standort und den Gesichtspunkt des Physikers. Es scheint, daß er dann eine gänzlich
andere Haltung einnehmen muß, die sich mit der des Physikers nicht vereinigen
läßt. Nicht als ob sie ihr widerspräche. Aber sie liegt auf einer ganz anderen
unvergleichbaren Ebene. Diese andere und tiefere Art der Naturerkenntnis ist die
mystische. Wer auf diese Art von der Welt erfährt, muß dem Übersinnlichen ausgesetzt
sein. Sein Kennen ist tiefer, aber es ist nicht nachprüfbar. Er muß allein
gehen und kann niemand genau sagen, was er gefunden hat, weil Worte nicht fähig
sind, solche Erkenntnisse mitzuteilen. Denn Worte entspringen Bildern aus
der Welt des Sinnlichen 20 .
20 Vgl. A. S. Eddington, Die Naturwissenchaft und die Welt des Unsichtbaren. Berlin-Lübars., 1930.
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Abbildung 4. Bewegung und Wärme
1. Bewegung erzeugt Wärme, nämlich dann, wenn sie durch Anprall oder
Reibung zweier Körper aneinander gebremst wird. Eher reibt sich der aus dem
Himmelsraum gegen die Erdkugel stürzende Block mit der Luft und wird glühend
zur Sternschnuppe. (S. 35.) 2. Wärme erzeugt Bewegung, nämlich dann, wenn ein
heißes, eingeschlossenes Gas sich ausdehnt, und z. B. einen Block aus dem Vulkan
in die Höhe wirft. (S. 35, 38.) 3. Wärme ist Bewegung, nämlich innere Bewegung
des warmen Körpers. Ihre Wirkung wird sichtbar in der Brownschen Bewegung:
Blickfeld eines Mikroskops; darin ein größeres Stäubchen und ihre Orte, in
gleichen Zeitabschnitten festgelegt und geradlinig verbunden. (Schematisch.) (S.
25.)
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Wärme und Licht
Einleitung
Das erste Kapitel war in sich geschlossen. Das vorige nicht. Die Lücke deutete
auf das Licht (S. 36).
Wenn wir nun der Verwandtschaft Wärme - Licht nachgehen, so wirst du hoffen,
daß wir jetzt Boden finden, daß die Lücke sich schließt. Aber sie wird sich zunächst
nur in bezug auf das Licht schließen. Es wird uns gelingen, das Loch
gleichsam mit Licht zu stopfen. Aber wir werden davon noch nicht wissen, was
das Licht selbst ist, so wenig wir vor dem 11. Kapitel wußten, was Wärme ist. -
Das Licht - ich kann es schon hier sagen - kann nicht aus sich selbst heraus oder
aus der Wärme verstanden werden. So wie die Wärme (die seßhafte Wärme) auf
der Bewegung des Stoffes, so ruht das Licht auf der Elektrizität.
Wärme Licht
Bewegung Elektrizität
Zwischen Wärme und Licht sind wir also auf dem höchsten Bogen einer halbgebauten
Brücke. Wir tasten im Leeren wie die Raupe, wenn sie das Ende eines
Zweiges erreicht hat.
Plan
Wenn wir jetzt Beziehungen aufsuchen, die es zwischen Wärme und Licht geben
mag, so soll es uns nicht stören, daß wir vom Licht noch nicht wissen, was es ist,
und von der Wärme auch noch nicht ganz. Du kannst zwei Menschen auf der
Straße beobachten, die du gar nicht kennst, und trotzdem kannst du ihrem Benehmen
ansehen, wie sie zueinander stehen, welcher der stärkere, welcher der abhängige
ist, ob sie freundlich oder feindlich zueinander sind. So wollen wir auch
Licht und Wärme beobachten.
Wenn du es schnell vom praktischen Leben aus überdenkst, so könntest du zuerst
vielleicht meinen, sie gingen sich bei aller Freundschaft doch manchmal sehr aus
dem Wege. Über-
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helle, kalte Wintertage fallen dir ein, und schlechtgeheizte Versammlungsräume,
die auch von der festlichsten Beleuchtung nicht warm werden. Auch an das kalte
Licht des Mondes muß man denken. - Aber man muß da vorsichtig sein. Da sind
Nebeneinflüsse beteiligt (die weiße Farbe des Schnees z. B.) und unsere groben
menschlichen Maßstäbe, für die vielleicht wenig Wärme so gut wie keine ist.
Wenn wir genau und geordnet vorgehen, werden wir doch merken. Wärme und
Licht sind nicht gerade unzertrennlich, aber wo der eine ist, da haben wir den anderen
nicht weit zu suchen.
Wir wollen das so prüfen: Wir verfolgen das Licht von seiner Entstehung bis zu
seinem Vergehen, und auf diesem Wege sehen wir uns überall um, ob die Wärme
dabei ist.
Nur will ich, gleich gegen die Ordnung, mit dem Vergehen anfangen, weil wir
dort am ehesten ein klares Ergebnis finden werden.
Das Ende des Lichtes
Licht kann nur vernichtet werden, wenn es auf Materie aufprallt, aber nicht immer
wird es dann ganz zerstört. Nicht alle Stoffe sind Vernichter. Manche, wie Glas,
sind gleichgültig und lassen es durchgehen. Wir nennen sie durchsichtig. Andere
wollen nichts mit ihm zu tun haben und werfen es zurück. Spiegel tun das, der
Schnee, Kalk und alles Weiße. (Und darum ist es weiß, denn was viel Licht von
sich wirft, muß hell erscheinen und Weiß ist die äußerste Helle.) Aber dann gibt
es Lichthungrige, die alles behalten, Lichtfallen, Lichtvernichter. Ihre Farbe ist
schwarz, denn es kommt kein Licht mehr von ihnen her zurück. - Die meisten
Stoffe sind nicht so einseitig. Die halbhellen, die grauen, braunen, bunten 21 sind
nicht so habgierig wie die schwarzen und nicht so ablehnend wie die weißen. Sie
geben sich damit zufrieden, einen Teil des Lichtes zu behalten und das übrige zurückzugeben.
Mag nun Materie das Licht ganz oder zum Teil in sich behalten, die Frage ist: was
wird aus dem Licht, das sich in ihr verliert? Ist es einfach „weg“?
Halte deine Hand in die Sonne (sie gehört zu den Körpern, die einen Teil aufnehmen):
sie wird warm. Im schwarzen Handschuh wird sie heißer als im weißen!
Ein angerußtes Thermometer zeigt in der Sonne mehr als ein blankes!
21 Daß das grüne Licht; das ein Blatt zurückwirft, ebenfalls ein Teil ist des weißen Lichtes, mit dem die Sonne das
Blatt bescheint, wird erst später (S. 55) begründet werden.
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Und nicht nur Sonnenlicht, alles Licht wärmt! Mondlicht und Laternenschein,
Glühwurmleuchten und Sternenschimmer - sie alle enden als Wärme - Du glaubst
es nicht -. Aber geh auf die Sternwarte und laß es dir zeigen: sie fangen das
Mondlicht, ja das Licht von Sternen, in großen hohlen Spiegeln und sammeln es
auf ungeheuer empfindliche Thermometer. Es ist eine Tatsache: Alles Licht
wärmt die Körper, die es vernichten. Ja man möchte sagen: es wird zur Wärme, es
verwandelt sich in sie. Auf rätselhafte Weise erzeugt es in ihnen die innere
Unruhe. Wärme (seßhafte Wärme) ist das letzte Schicksal des Lichtes.
Die Entstehung des Lichtes
Gehen wir zurück und nun der Reihe nach.
Wie entsteht das Licht, wo entspringt es? - Verfolgen wir es rückwärts bis zum
Anfang. Lassen wir uns dabei nicht durch Zwischenstationen täuschen; das
Mondlicht entsteht nicht auf dem Mond, der Glanz des Wassers nicht auf dem
See. Es kommt von der Sonne: der Mond, das Wasser, sie lenken es nur um, wie
alle Dinge, die wir bei fremder Beleuchtung sehen. Wir müssen uns an die
selbstleuchtenden Körper halten. - Da sehen wir: Kerze, Feuer, Kohlenglut, auch
Glühbirne und Gaslicht, sie alle enthalten heiße Stoffe, wie ja auch die
Sonnenoberfläche ein glühendes Gasmeer ist. Fast scheint es, als wäre immer
Wärme der Erzeuger des Lichtes. Es gibt aber Ausnahmen, wenn sie auch in der
Minderzahl erscheinen: Glühwürmchen z. B. und das fahle Licht faulenden
Holzes. - Wir dürfen also nur sagen: Das meiste Licht entsteht in heißen Körpern.
Aber natürlich läßt sich das nicht umkehren: die Wärmflasche leuchtet nicht, der
Ofen muß nicht sichtbar glühen:
Alles Licht wärmt, aber nicht alles Warme leuchtet. Nicht alle heißen Körper
geben Licht.
Und welche geben es? Vielleicht erstaunt es dich zu hören: alle, wenn sie nur heiß
genug sind! Du glaubst es für Eisen, für Stein; aber wie ist es mit Holz, mit
Wasser, mit Pflanzen? Auch sie müssen schließlich sichtbar glühen, aber du
kennst sie dann nicht mehr, denn vorher werden sie verwandelt, sie sind zerkocht,
verbrannt, zerfallen. Was dann aus ihnen geworden ist, Asche und Gase, das wird
in der Hitze leuchten. Alle Stoffe leuchten, wenn sie heiß genug geworden sind.
Der
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eine tut es früher, der andere später, schließlich bleibt keiner zurück. Auf der
Sonne ist diese Hitze erreicht: alles muß dort in seine Urstoffe zerfallen und
leuchten. Die Glut ist das letzte Schicksal, das dem heißen Körper bevorsteht. Das
Licht ist die Krönung der Wärme. Es bricht aus ihr heraus wie das Singen aus
dem Fröhlichen.
Der Vorläufer
Aber auch vorher ist der warme Körper nicht stumm. Auch ehe er leuchtet, geht
insgeheim und dunkel etwas von ihm aus, eben das, was uns erstaunte, und dem
wir nun nachspüren: die Wärme selbst, sie allein, die strahlende Wärme, die
“Wärme unterwegs”. - Setze dich vor den Ofen, zwei Meter von ihm ab, ins
dunkle Zimmer. Wenn er zu heiß wird, leuchtet er rot, aber vorher schon spürst
du seine Wärme auf Stirn und Wange brennen. Laß ein Blech schnell zwischen
dich und ihn halten und sofort hat es den Transport abgeschnitten. Das ist nicht
das Überkriechen der seßhaften Wärme durch die Luft, so wie sie durch den
Löffel kriecht (“Leitung”). (Das gibt es auch in Luft, aber das geht viel
langsamer, so langsam wie durch ein Federkissen.) Nein, dies hier ist das schnelle
Fliegen, das auch vor dem leeren Raum nicht Halt macht (“Strahlung”). Wenn du
eine hohle Glaswand um den Ofen baust und pumpst die Luft heraus, so strahlt
die Wärme auch da hindurch, besser sogar, als wenn der Hohlraum mit Luft
gefüllt wäre. Es ist das geheimnisvolle Reisen der Wärme durch den leeren Raum,
von dem wir nicht verstanden, wie es ihr gelingt. Wir wissen es auch jetzt noch
nicht. Wir sehen nur: Solange die Körper noch nicht heiß genug zum Leuchten
sind, strahlen sie dunkle Wärme aus, auch durch den leeren Raum. Die strahlende
Wärme ist der Vorläufer des Lichts.
Und wann beginnt der Vorläufer sich zu zeigen? Bei welcher Wärme, welcher
Kälte ist er schon unterwegs? - Der Ofen strahlt gewiß die dunkle Wärme, auch
deine Hand. Auch der Tisch und der Eisblock? - Geh mit deiner warmen Hand in
einen überheizten Raum (einen auskühlenden Brennofen z. B. von 70 o ). Strahlt
sie dort noch? Wohl schon. Aber sie bekommt mehr als sie gibt. - Leg den
Eisblock von 0 o in einen Kühlraum von 3 o Kälte, und du siehst, daß er hier als ein
schwaches Öfchen geachtet wird. Er heizt, er ist warm, er ist
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“wärmer”, er strahlt sein bißchen Wärme aus. Und Wärme hat alles, was noch
nicht die innere Totenstarre von –273 o erreicht hat (S. 31). - Der Eisblock strahlt
auch in der Sonne seinen kleinen Reichtum aus (wie deine Hand im Brennofen).
Sie gibt es ihm tausendfach zurück. Er schmilzt davon, wird warm und kann nun
noch mehr als vorher geben. - Tisch und Stuhl im Zimmer stehen sich gegenüber.
Nichts scheint zu geschehen. Doch beide strahlen sich ihre dunkle Wärme zu.
Nichts ist davon zu merken, denn jeder gibt soviel er nimmt. So strahlt jeder
Körper, der noch Wärme, noch innere Unruhe in sich hat, diese Wärme dunkel
aus. Ein jeder gibt solange er hat. Der unruhige verschenkt sich und fragt nicht,
wem er gibt. - So erscheint der dunkle Vorläufer des Lichtes nicht erst kurz bevor
das Leuchten aufglimmt: er ist schon immer dagewesen, solange nur Bewegung
war im Inneren dessen, das nachher leuchtet.
Das Gesetz des Vorläufers
Die dunkle Strahlung ist ein sehr genauer, ein pedantischer Vorläufer. Nicht nur,
daß sie genau so schnell durch den Raum schießt wie das Licht - in einer Sekunde
eine Strecke, die sich siebenmal um die Erde wickeln läßt -, sie läuft auch
sozusagen auf denselben Schienen. Ich meine das so: Denke dir einen glühenden
Ofen. Sein rotes Licht fange und lenke mit Röhren, Spiegeln, Linsen, laß es um
Ecken gehen und wirf es hin und her, wie in einem Labyrinth. Zuletzt soll es etwa
durch ein Brennglas laufen. Dann kannst du dahinter auf einem Stück Papier
einen roten Lichtfleck auffangen. Tust du dein Auge dorthin und blickst dem
Licht entgegen in das Glas, so siehst du um all die Ecken herum das rote
Leuchten deines Ofens. - Und nun laß ihn langsam ausgehen. Sein Licht erlischt,
aber er strahlt noch Wärme. Statt des Lichtes schießt er nun sie in dem Labyrinth.
Und an genau der Stelle, wo vorher der rote Lichtfleck hinkam, da ist jetzt ein
Wärmefleck! Dein Auge sieht dort zwar nichts mehr, aber wenn du deine Stirne
an diese Stelle hältst, so fühlt sie, wie Wärme ankommt (vgl. Abb. 5, S. 51). - Das
heißt: Die dunklen Wärmestrahlen haben dieselbe Schnelligkeit und befolgen
dieselben Weggesetze wie das Licht.
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Der Begleiter
Und was wird nun mit dem dunklen Vorläufer, wenn an der Quelle die Hitze so
gestiegen ist, daß das Licht ausbricht? Verschwindet er dann, um ihm Platz zu
machen? Tritt das Licht alleinherrschend in seine leeren Fußtapfen? - Nein, wir
wissen ja: alles Licht wärmt, hat Wärme bei sich. Wenn eine Wolke vor die
Sonne tritt, so wird es dunkel und kalt im gleichen Augenblick. Und jedes
Brennglas sammelt an derselben Stelle mit dem Licht die Wärrme.
Sieht das nicht so aus, als bliebe der dunkle Vorläufer, als würde er nun zum
Begleiter? Als liefe mit jedem Lichtstrahl ein Wärmestrahl, als ritten sie
gleichsam dasselbe Pferd? Denn, so sagen uns die Physiker aus vielen
vergeblichen Versuchen: es ist auf keine Weise möglich, sie zu trennen, den
normalen (warmen) Lichtstrahl also aufzuspalten) in einen dunklen Wärmestrahl
und einen Strahl kalten puren Lichtes. Sie sind unzertrennlich. - Diese Art, die
Sache anzusehen, hat viel für sich.
Aber es ist noch eine andere möglich, folgende: Sobald das Leuchten einsetzt,
hört die dunkle Wärmestrahlung auf. Es beginnt eine reine Lichtstrahlung, die
aber die Eigenschaft hat, beim Auftreffen auf Materie ganz oder zum Teil
vernichtet und in (seßhafte) Wärme verwandelt zu werden.
Tatsächlich ist es schwer, zwischen beiden Ansichten zu entscheiden. Das liegt
daran, daß wir die dunkle Begleitstrahlung (falls sie selbständig da ist) unterwegs
gar nicht anders nachweisen können, als indem wir sie auf Materie auflaufen
lassen und an ihrem Enderzeugnis erkennen, der seßhaften Wärme. Aber die
können wir genau so gut als eine Umwandlung der Lichtstrahlung ansprechen, -
wie wir wollen!
Das ist eine unangenehme Lage, und wir kommen nur heraus, wenn wir uns
besinnen:
Frage
Was wollten wir? Erkennen, was hinter der strahlenden Wärme steckt. (So wie
wir gefunden haben, daß in der “seßhaften” Wärme die innere Bewegung des
Stoffes zu uns spricht, den wir berühren.)
Was haben wir erfahren? Daß die strahlende Wärme Vorläufer und Begleiter des
Lichtes ist.
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Was nutzt uns das, da wir nicht wissen, was das Licht ist?
Das Etwas X, das wir als strahlende Wärme aufnehmen, und das Etwas Y, das wir
als Licht empfinden, beide sind uns unbekannt geblieben. Insofern hat uns dies
Kapitel nicht weiter gebracht. Aber können wir jetzt nicht etwas über die
Beziehung zwischen den beiden Unbekannten X und Y sagen?
Wie war es? Vorläufer und Begleiter, gleich schnell, auf gleichen Wegen,
unzertrennlich -. Das heißt: erst ist X allein da, aber es benimmt sich schon genau
wie der andere. Und dann, sobald der auch dazu gekommen ist, sind sie wie
Zwillinge, gleich schnell am gleichen Ort, tun sie immer dasselbe.
Was unterscheidet sie eigentlich? Der eine wird gefühlt, der andere gesehen,
nichts sonst. Ist es nicht, als beobachtetest du einen Läufer, einen allein, und dann
drücktest du ein wenig gegen das eine Auge, so daß du schielst: da sind es zwei
geworden. Was unterscheidet sie? Der eine ist für das linke Auge da, der andere
für das rechte, sonst nichts.
Vergleich (Schall)
Das war nur ein Gleichnis. Aber ich will dir einen Fall erzählen, wo die Dinge
fast genau so liegen, aus einem anderen Gebiet der Physik, der Lehre von den
Tönen. Dieses Gebiet hat hier kein eigenes Kapitel erhalten, denn wir sehen die
Töne nicht eigentlich als Naturkraft an, weil sie uns nicht so viel bedeuten, wie
etwa das Licht, außer in der Form, die ihm menschliche Kunst erst gibt: als Musik
und Sprache. Aber, unparteiisch gesehen, hat das Ohr dieselben Rechte wie das
Auge. So wie der Physiker danach forscht, was das Licht ist, so fragt er auch: was
ist ein Ton? Hierauf ist die Antwort nun leicht und klar, und dadurch ist sie auch
für andere Gebiete der Physik ein Vorbild geworden, oft ein gefährliches: Tönen
ist ein regelmäßiges Zittern. Von jedem Körper, der einen Ton gibt, schwingt
irgendein Teil - bei der Geige ist es die Saite - sehr regelmäßig und schnell hin
und her, 1000- oder 10000mal in der Sekunde. So bekommt die Luft 1000 oder
10000 Stöße in der Sekunde. Die laufen hintereinander her, breiten sich aus in der
Runde - wie Wellen um den Stein, der in den stillen Teich gefallen ist - und
treffen dein Ohr. Sie laufen hinein, und machen drinnen ein feines Ohr erzittern.
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wieder 1000- oder 10 000mal in der Sekunde. Wie es weiter geht, wissen wir
nicht, aber dieses Zittern, auf Nervenbahnen deinem Gehirn gemeldet, empfindest
du als gleichmäßig anhaltenden Ton; je schneller das Zittern, desto höher klingt
er. - Du siehst die Ähnlichkeit mit dem Licht-. Musikinstrument und Kerze, Ohr
und Auge entsprechen einander. Beim Tönen wissen wir, was dahinter steckt:
Zittern, Stöße. Bei Wärme und Licht ist das noch dunkel: X und Y. Besonders
dunkel auch deshalb, weil der Zwischenraum leer sein darf. Nun aber die
Hauptsache: Laß ein Instrument, eine Geige etwa, erst langsam, dann immer
schneller schwingen. Die Saite ist dann zuerst ganz schlaff und muß zunehmend
straffer gespannt werden. Der Ton wird dann immer höher. Solange die Saite
noch sehr schlaff ist, so daß sie vielleicht nur 5mal in der Sekunde hin- und
herzittert: Da hörst du überhaupt keinen Ton. Du empfindest ja auch keinen, wenn
du deine Hand langsam hin und her bewegst. Erst wenn etwa 16 Luftstöße in der
Sekunde ankommen, hörst du einen ganz tiefen, dumpfen Hummelton. Bei 500
hast du einen Ton mittlerer Höhe, bei 1700 ist er schon recht hoch. Mit sehr
schnellen Erschütterungen (über 20 000 in der Sekunde) geht es dem Ohr wieder
wie mit den ganz langsamen, es ist taub für sie. (Kennst du das, wenn kleine
Vögel schon die Kehle bewegen, aber du hörst noch nichts?) Aber die Stöße sind
natürlich trotzdem da. Und du kannst dir denken, daß man feine Apparate bauen
kann, Schallempfänger, künstliche Ohren, die sie anzeigen. - Nun denke dir, du
stehst neben einem solchen Apparat, beobachtest seinen Zeiger und zugleich
horchst du gut. Denn in der Ferne soll nun ein Tonerzeuger anfangen zu
schwingen, erst ganz langsam, dann immer schneller. Aber davon sollst du nichts
wissen, auch sollst du vergessen, was du eben über Töne gehört hast. Du machst
nur Augen und Ohren auf. Was erlebst du? Der Zeiger rührt sich plötzlich (sobald
nämlich das ferne Instrument beginnt), eine Zeitlang er allein. Was für ein X mag
dahinter stecken, denkst du. Auf einmal beginnt ein tiefes Tönen, das dann in die
Höhe schleift wie ein anlaufender Motor. Was für ein Y mag das bringen? Ein
Blick auf den Zeiger. Das X ist auch noch da. Und in demselben Maße, wie der
Zeiger sich dreht, steigt der Ton an. Wenn die Tonmaschine aufhört, fällt der
Zeiger zurück und der Ton schweigt. Beide,
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das X, das der Zeiger anzeigt, und das Y, das du hörst, sind unzertrennlich. Und
dieselben Weggesetze haben sie auch.
Antwort
Genug: du siehst nun die Entscheidung auch für Wärme - Licht: Das unbekannte,
den leeren Raum durchdringende Etwas, das auf geheimnisvolle Art die Wärme
überträgt, ist dasselbe Unbekannte, das unsere Augen als Licht empfinden. Licht
ist sichtbare Wärmestrahlung. Nur ist das Auge noch blind, wenn die Haut von
dem (noch nicht sehr heißen) Körper schon die Wärme kommen fühlt. Diese
dunkle Strahlung ist unsichtbares Licht.
Beide, Licht- und Wärmestrahlen sind Dasselbe. Die Haut empfindet es immer,
das Auge erst, wenn es durch eine bestimmte Hitze des Leuchtenden eine gewisse
Steigerung erfahren hat. Worin diese Steigerung besteht, davon später. (Beim
Schall entspricht ihr eine zunehmende Schnelligkeit des Zittern.) Was “Es” aber
ist, das wir als Wärme und Licht empfinden, ist damit noch nicht gefunden. Auch
bleibt es rätselhafte wie “Es” aus der inneren Unruhe des Stoffes entspringen und
in sie sich wieder verwandeln kann.
Strahlende Wärme = Licht
seßhafte Wärme
⎥⎥
innere Bewegung der Materie
?
Ist unsere Entscheidung auch richtig? - Wer weiterhin glaubt, daß mit jedem
Wärmestrahl ein Lichtstrahl reist, wer hartnäckig die zwei Reiter sieht, die wir als
einen erkennen, der ist so wenig zu überzeugen, wie der Schielende, der glaubt,
die Welt sei zweimal da.
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Abbildung 5. Licht und Wärme
gehen gleiche Wege, denn sie sind unterwegs dasselbe. – Von der Felswand links
geht bei Nacht nur noch die Wärme aus, bei Tage auch das Licht. Beide, Licht
und Wärme finden den Weg zu dem Sitzenden. Er sieht durch seine Höhlung bei
Tag das Spiegelbild der Felswand im Wasser und spürt nach Sonnenuntergang
mit seiner Haut ihre gespiegelte Wärmestrahlung vom Wasser her durch dieselbe
Höhlung kommen. (S. 46).
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Licht und Elektrizität
Frage
Wenn wir jetzt “Licht” sagen, so meinen wir das unsichtbare mit. Wir meinen das
“Etwas”, von dem in der Zusammenfassung des vorigen Kapitels (S. 105) die
Rede ist. Und sollten wir das Rätsel des sichtbaren Lichtes gelöst finden, so auch
das der strahlenden Wärme.
Wie im Warmen die wirre innere Unruhe sich verbirgt, wie im Tönenden ein
großer sichtbarer Teil des Körpers regelmäßig schwingt, so muß auch im
Leuchtenden etwas geschehen, das eben das Leuchten ausmacht. Und wie der
Ton, der vom Tönenden in die Ferne dringt, eine Folge regelmäßiger Luftstöße
ist, so möchten wir auch wissen: was ist das, was in Feuer, Glühwurm, Kerze und
Sonne geschieht und herausbricht und uns draußen Kunde gibt? Zwei Fragen
stehen also vor uns: Was ist Leuchten und was ist Licht? Was geht im
Leuchtenden vor und was geht vom Leuchtenden aus? Was ist Lichterzeugung
und was ist Lichttransport?
Leuchten ist nicht die innere Unruhe selbst
Vielleicht hast du den Gedanken, daß wir das erste wenigstens schon wissen?:
Unterwegs sind Licht und Wärme eins; sollten sie es nicht schon von Anfang an,
nicht schon in der Quelle sein? Licht, sagten wir, “wird erzeugt” durch die
Wärme, durch die innere Unruhe des leuchtenden Stoffes. Können wir nicht
geradezu sagen: Lichterzeugung, Leuchten also, “ist” eben diese innere stoffliche
Unruhe dessen, das leuchtet? Dasselbe also wie (seßhafte) Wärme, nur eben
sichtbare, dem Auge erst in einer gewissen Steigerung bemerklich, der Haut
vorher schon?
So einfach kann es aber nicht sein. Denn wir vergessen das Licht, das nicht aus
Wärme kommt, wir vergessen die
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Leuchtkäfer und das faulende Holz. Meist entsteht das Licht in dem durch Hitze
erregten Stoff, nicht immer. Es gibt z. B. Stoffe, die leuchten, wenn sie belichtet
werden. Sie werfen das Licht nicht einfach zurück, sie nehmen es auf und strahlen
es aus ihrem Innern wieder, oft verwandelt, in einer anderen Farbe. Andere
glimmen im Dunklen nach, wenn sie vorher im Hellen waren, sie speichern auf
und geben langsam wieder aus. Die Leuchtfarbe an den Zifferblättern unserer
Uhren tut das. Es gibt auch Stoffe, die lassen sich elektrisch oder chemisch zum
Leuchten anregen. Sie bleiben alle kühl dabei.
Nein, die Wärme ist nicht das einzige Mittel, um das Licht aus den Stoffen
hervorzurufen, aber sie ist ein unfehlbares, also wohl ein grobes Mittel. Die
innere Unruhe des Stoffes “ist” nicht das Leuchten, sie ist nur sein nie
versagender Antreiber. Im Leuchten muß etwas anderes und wohl Feineres
verborgen sein.
Leuchten ist etwas Feineres und Geordneteres
Wie sehr es etwas Feineres sein muß, als das wirre Durcheinander der
Wärmebewegung, etwas streng Gegliedertes, geordnet sich Entfaltendes, das will
ich dir jetzt zeigen: Schon darin zeigt sich ein geordneter Aufbau, daß der
steigend erhitzte feste oder flüssige Körper erst unsichtbar, dann rötlich strahlt,
um schließlich über Gelb in fast bläulicher Weißglut zu enden.
Im Licht ist aber ein noch feineres Gefüge verborgen. Nur ist es nicht alltäglich
zu sehen. Erstens, weil es sich nur an glühenden Gasen auffinden läßt, zweitens
weil das Auge dafür stumpf, fast blind ist, und ein Hilfsmittel, ein Werkzeug
braucht.
Unser sonst so empfindliches Auge ist nämlich in einer Beziehung grob und
vermischend, und dem Ohr unterlegen. Wenn ein Geiger zwei Töne zu gleicher
Zeit anstreicht, so hörst du sie beide heraus, sie vermischen sich nicht, sie bilden
einen Klang (Akkord). Zwei Lichter verschiedener Farbe dagegen, die dem Auge
gleichzeitig und überdeckt, durchdrungen, dargeboten werden, kann es nicht mehr
auseinanderhalten, nicht mehr einzeln herauserkennen, sie verschwinden in einer
Mischfarbe, der ihre Bestandteile nicht mehr anzusehen sind: Laß einen roten und
blauen Scheinwerfer auf dieselbe Stelle einer
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weißen Wand leuchten. Dieser doppelt Licht zurückwerfende Fleck sieht dann lila
aus. (Dem entspräche es, daß das Ohr einen mittleren Ton hörte, wenn es einen
tiefen und einen hohen zugleich wahrnähme.) - Beklebe eine kreisrunde
Pappscheibe halb mit rotem, halb mit grünem Papier und laß sie schnell kreiseln.
Der rasche Wechsel der Farben ist für das ruhig hinblickende Auge dann wie ein
gleichzeitiges Da-Sein, weil der Eindruck jeder Farbe in ihm nachklingt. Es sieht,
wenn Rot und Grün gut gewählt sind, ein helles Grau, das weder dem Rot noch
dem Grün im entferntesten ähnlich ist. So macht das Auge aus zwei Farben eine
neue, die nicht verrät, woraus sie sich vereinigt hat. Es kann sogar denselben
Mischeindruck auf verschiedene Weise bilden (auch Blau zusammen mit Gelb
ergibt Grau 22 . Kommt ihm nun irgendein Farbton vor, so weiß es nicht: ist das nun
eine einzelne Farbe, oder tun sich hier mehrere zusammen, und welche und
wieviele? (Im Beispiel also: Grau oder: Blau und Gelb oder: Rot und Grün oder:
Blau und Gelb und Rot und Grün?) Durch diesen Mangel entgeht dem Auge
manches. Ein kunstvoll aufgebauter Farbakkord erscheint ihm ebenso eintönig
wie eine Einzelfarbe oder wie ein wahlloses Gemisch.
Man kann ihm aber helfen. Das gelingt so: Ein Lichtstrahl, der von einem
durchsichtigen Stoff schräg in einen anderen übertritt (aus Luft in Wasser z. B.),
macht dabei immer eine Schwenkung, wird “gebrochen”. Und da zeigt sich nun:
wenn er einfarbig ist (in Wirklichkeit, nicht nur fürs Auge), so bleibt er es auch
nach der Brechung. Kommt aber, dem Auge undurchschaubar, auf den Strahl ein
Farbgemisch, so überstehen die einzelnen Farben diesen Übergang auf
verschiedene Weise, sie werden verschieden stark gebrochen. Sie trennen sich
also räumlich, werden auseinander gefächert und sortiert, erscheinen nun
nebeneinander und werden so+ dem Auge einzeln erkennbar. - Wie das zugeht,
kann uns jetzt gleichgültig sein, denn im Augenblick denken wir technisch, nicht
physikalisch, wir forschen nicht, wir nutzen aus. - Praktisch geschieht das durch
ein dachförmig geschaffenes Glasstück (“Prisma”), das den Strahl gleich zweimal
in derselben Richtung knickt und also auch doppelt stark in seine einfarbigen
Bestandteile aufsplittert. - Betrachte durch ein solches Prisma den lila Lichtfleck,
von dem wir vorhin sprachen, und du siehst statt seiner
22 Mischt man nicht Lichter, sondern Farbstoffe, so geben Blau und Gelb zusammen grün. Dies ist ein ganz
anderer Vorgang. Den Unterschied erklärt jedes Physikbuch (additive und subtraktive Farbenmischung).
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nun zwei, einen roten und einen blauen, nebeneinander. Natürlich macht man den
Lichtfleck, den man so untersuchen will, möglichst schmal, linienförinig, damit
die zwei Bilder sich nicht zum Teil überdecken. - Ein Auge, das durchs Prisma
blickt, ist also von seinem Mangel befreit.
Mit so verfeinertem Auge bist du nun vorbereitet zu sehen, was ich dir zeigen
will. Es ist nur an leuchtenden Gasen zu sehen.
Wenn du Eisen, Kupfer, Kohle, Quecksilber - irgend etwas - durch Hitze in
hellste Glut bringst, so leuchten sie alle gleich, also ganz unpersönlich, nämlich
weiß. Diesem Licht ist nicht anzusehen, welche Art Materie es geboren hat. Das
gilt aber nur, solange diese Materie trotz der Hitze fest oder flüssig bleibt. Ist sie
verdampft, oder ist sie sowieso ein Gas, so ändert sich das.
Vorher aber noch etwas anderes, Seltsames: so ein weißer Lichtfleck (auch
Sonnenlicht gehört dazu), durchs Prisma betrachtet, zieht sich zu einem bunten
Band auseinander, das alle Farben enthält, die es überhaupt gibt, schön geordnet,
der Reihe nach ineinanderfließend, und das Ende wieder dem Anfang ähnlich: rot,
orange, gelb, grün, blau, violett (ganz wie wir es vom Regenbogen kennen, und
bei dem denn auch die Regentropfen dasselbe tun wie hier das Prisma). Das sieht
so aus, als wäre Weiß eine Mischfarbe, und wirklich: läßt du, als Gegenprobe,
alle Farben zugleich ins Auge fallen, so empfindet es weiß (oder grau). - Den
vorigen Absatz kann ich also auch so zusammenfassen: Jede feste oder flüssige
Materie leuchtet in der Hitze alle Farben zugleich.
Nun aber die Gase: In der Lockerheit und Freiheit, die dieser Zustand wohl
bedeutet, bekommt die Materie plötzlich Charakter, die einzelnen Stoffe
bekennen Farbe: Das leichte Wasserstoff-Gas (in ein Glasrohr eingesperrt und
durch elektrische Funken aufglühend) leuchtet ein prächtiges Rot, Natrium (ein
silbriges Metall, das sich wie Seife schneidet und an der Luft gleich grau
verrostet, ein Bestandteil des Kochsalzes) verdampft in der Flamme fahl-gelb.
(Halte etwas Satz an die Gasflamme.) Ein Nagel in die große Hitze des
elektrischen Lichtbogens gehalten, wird zu Eisendampf und leuchtet grün.
Quecksilberdampf strahlt ein peinliches Milch-Violett.
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Und so gibt jeder Stoff sein Farbsignall (Nicht zu verwechseln mit der Eigenfarbe
des festen Zustandes: Kupfer ist rot, Kupferdampf glüht grün.)
Im Prisma aber zeigt sich noch mehr: daß diese Signale nämlich Mischlichter
sind. Nur Natriumlicht ist auch durchs Prisma gesehen gelb. Aber das rote
Wasserstoffröhrchen siehst du durchs Prisma dreimal: einmal rot, daneben scharf
abgesetzt blau-grün, und ganz seitlich glimmt, viel stärker gebrochen als die
beiden anderen, ein schwach violettes. Das Wasserstoffgas gibt also einen
Farben-Dreiklang, und immer und überall denselben. Man kann ihn daran
erkennen. Man kann diesen Farbklang mit einem Dreiklang auf dem Klavier
vergleichen: zwei tiefe Töne werden unten angeschlagen, dazu kommt ein ganz
leiser, hoher dritter Ton. Das ist das Signal des Wasserstoffs.
Laß das grüne Eisenlicht auf einer weißen Wand einen schmalen Streifen bilden.
Sieh diesen Streifen durchs Prisma an 23 : Du erstaunst, wie er zu einem bunten
Gitter auseinanderspringt, aufsplittert in tausend getrennte Farben, die sich in
seinem Grün versteckten.
So gibt es für jeden Stoff eine ganz bestimmte Auswahl von Farben, in denen er
allein als Gas leuchtet.
Aus dem Vorrat Weiß wählt sich also jeder als Gas leuchtende Stoff nach
eigenem Gesetz einige Farbtöne aus, der eine wenige, der andere viele; mancher
Tausende, jeder andere, aber jeder Stoff immer dieselben, und niemals zwei
verschiedene Stoffe dieselben. Wie die Sprossen einer ungleichmäßigen Leiter
lieben sich diese Eigenfarben aus dem Band der möglichen heraus. Sie folgen
aufeinander nach strengen, auf den ersten Blick unübersehbaren Regeln.
Es scheint also, als ob erst im aufgelockerten, im gasförmigem Zustand die Stoffe
die innere Freiheit fänden, dem ausgestrahlten Licht eine Eigenart mitzugeben.
Dabei hat es einen nur geringen Einfluß, auf welche Art das Gas zum Leuchten
angeregt wird: durch Flammenhitze, durch den elektrischen Funken oder durch
Belichtung. Manche Sprossen der Lichtleiter treten bei der einen Art deutlicher
hervor als bei der anderen, nicht immer ist der Akkord vollständig; aber im
ganzen bleibt er ziemlich unverändert erhalten.
23 Alle diese Versuche sind so einfach beschrieben, wie sie im Grunde im Prinzip, sind. Ihre praktische
Durchführung macht mehr oder weniger große technische Schwierigkeiten und erfordert Vorrichtungen, die den
Grundgedanken oft nur schwer noch erkennen lassen. Wer also die hier so einfach beschriebenen Versuche in
derselben Einfachheit auch wirklich machen sollte, würde meist nichts oder doch weniger sehen, als er erwartet.
Er kann sich aber leicht in einem Lehrbuch der Physik über die Apparate unterrichten, die – auf dem hier
beschriebenen Grundprinzip aufgebaut – eine feinere und bequemere Beobachtung ermöglichen
(“Spektroskopie”) Spektralanalyse”).
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Diese lange Abschweifung sollte noch einmal auf andere und deutliche Weise
zeigen, daß das Leuchten etwas Anderes und viel Feineres sein muß als die wirre
Wärmebewegung, von der es angeregt werden kann. Es muß - wenigstens in den
Gasen - ein Vorgang sein: strengstens geregelt und in sich erstaunlich vielfältig.
Außerdem wechselnd von Stoff zu Stoff, gleichsam eine persönliche Kundgebung
der stofflichen Eigenart, vergleichbar der Stimme eines Menschen, die sein
Wesen enthält und in die Ferne trägt.
Von der Elektrizität
Und nun wollen wir wissen, von welcher Art dieser Vorgang ist.
Wir besteigen die Brücke von der anderen Seite, wo die mühselig tastende
Forschung endlich den tragenden Boden fand, von der Elektrizität her.
Du weißt: Bernstein (oder Hartgummi), wenn du ihn reibst, dann zieht er die
kleinen Papierstückchen an sich. Und wenn die Papierschnitzel - oder was es
sonst ist - etwas zu schwer sind, so richten sie sich wenigstens auf; sie tun eben,
was sie können, um ihrem Streben zu folgen. Und schwenkst du den Bernstein
hin und her, so folgen sie ihm. - Kinder und Forscher werden nicht müde, diesem
Spiel zuzusehen. Sie staunen über die wunderbare Wirkung in die Ferne. Noch
wunderbarer für den der weiß, daß sie vom leeren Raum nicht aufgehalten wird,
so wenig wie Gravitation, Wärme und Licht (vgl. S. 97). Einstweilen nehmen wir
die elektrische Kraft unerklärt als Tatsache und Grundlage an.
Übrigens muß es nicht Bernstein oder Hartgummi sein. Ein jedes Ding, - man
muß es nur “isoliert” anfassen -, mit einem anderen Stoff gerieben 24 , oder auch
nur berührt, erhält diese seltsame Macht, andere Dinge an sich zu ziehen. Und
diese Macht meine ich, wie ich sie im folgenden auch benenne: den “elektrischen
Zustand”, oder “die Elektrizität” oder “das Elektrische”.
Es ist interessant, sie mit ihren Brüdern, der Gravitation und der magnetischen
Anziehung zu vergleichen. Magnetisch kann nur Eisen sein 25 und muß es nicht. Es
gibt ja auch
24
Auch Wärme entsteht durch Reibung. Der Unterschied: zum Elektrischmachen müssen es verschiedene Stoffe
sein, und Berührung genügt schon.
25
Das gilt nur bei flüchtiger Betrachtung. Genaueres folgt (S. 74).
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unmagnetisches Eisen. Der Magnetismus erscheint nur als eine gelegentliche
Privatunternehmung einiger Stoffe. Als ein Zustand, den gewisse Stoffe haben
können. - Elektrizität dagegen ist ein Zustand, in den jeder Stoff kommen kann. -
Sie ähnelt darin der Gravitation. Aber die Gravitation ist kein ”Zustand” mehr,
denn sie kann keinem Ding genommen werden. Sie ist ein eingeborenes
Wesensmerkmal aller Materie.
In welcher Art der elektrische Zustand den Stoffen innewohnt, das kannst du noch
an folgendem sehen: Es wäre falsch zu glauben, der elektrische Zustand des
Bernsteins hätte seine anziehende Macht unmittelbar auf das Papier selbst. Denn
genauere Untersuchungen haben gezeigt, daß er seltsamerweise zuerst auf das
Papier so wirkt, daß sich im Papier, in seiner Spitze, ebenfalls ein elektrischer
Zustand erhebt 26 ; und daß dann zwischen ihm und dem elektrischen Zustand des
Bernsteins enge Anziehung sich anspinnt, die das Papier mitnimmt. Niemals kann
Elektrisches das Körperliche unmittelbar erfassen. Elektrisches wirkt unmittelbar
immer nur auf seinesgleichen.
Du fragst mit Recht: woher dieser elektrische Zustand im Papier? Tatsächlich hat
es niemand gerieben oder elektrisiert. Der elektrische Zustand hat sich in ihm aus
dem Nichts erhoben. - Das hängt damit zusammen, daß die Erregung des
elektrischen Zustandes nicht darin besteht, daß etwas da ist, was vorher fehlte;
sondern darin: daß etwas, was vorher in einer gewissen und “normalen” Menge
da war, jetzt zuviel (oder zuwenig) da ist. Und erst diese Abweichung vom
Gewöhnlichen macht sich als ein besonderer, als der “elektrische” Zustand
bemerkbar. - Ein Gleichnis dazu: Den gewöhnlichen Luftdruck (1 kg auf das
Zentimeterquadrat) empfinden wir nicht; und nur, wenn er zu groß oder zu klein
ist, wird uns unwohl; wir spüren, es ist etwas los, da ist ein besonderer “Zustand”.
Und nun denke dir einen geschlossenen Raum, der mit Luft von gewöhnlichem
Druck erfüllt ist, und du stehst in einer Ecke. Ein Zauberer möge es nun
irgendwie fertig bringen, die Luft in dieser deiner Ecke zu stauen, sie dort auf
Kosten der gegenüberliegenden Ecke anzusammeln. Dann spürst du plötzlich den
Druck, den “Zustand”. Er ist da, obwohl er nicht von außen in den Raum
hineingebracht worden
26 Schneidet man dem Papier mit einem isolierenden Werkzeug die Spitze ab, solange der Bernstein in der Nähe
ist, so zeigt sich diese Spitze elektrisch. So bleibt es, auch nachdem der Bernstein entfernt ist.
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ist. Ähnlich hat sich in dem ganz normalen, unelektrischen Papier der elektrische
Zustand aus dem “Nichts” erhoben. Und der Zauberer ist in diesem Fall die
elektrische Kraft des Bernsteins. (Wie sie das macht, ist damit nicht erklärt. Das
gehört zu den Grundgesetzen der Elektrizität.)
Dies zur Einführung der Elektrizität. Es ist nur das, was im folgenden zunächst
gebraucht wird, und lange nicht alles, was für die Elektrizität grundlegend ist.
Dahin würde z. B. gehören, daß zwei Bernsteinstücke, die beide elektrisch sind,
sich abstoßen, und vieles andere. (Vgl. S. 78).
Und nun will ich dir sagen, was Licht ist.
Elektrische Schwingung
Wie das Papier auf dem Tisch dem elektrisierten Bernstein entgegengereckt
dasteht, dieser Moment ist es nicht, der uns am meisten fesselt. Dieser starren
Verspannung allein wäre wenig anzusehen. Erst wenn du den Bernstein besiegst,
und das Papier gehorsam folgt, dann erst erkennst du die rätselhaft verbindende
Kraft und merkst, daß im Bernstein die führende, tätige Ursache sitzt, die befiehlt,
und daß das Papier, oder besser - der elektrische Zustand in ihm, der
empfangende und gehorchende Teil ist. Nicht tote Haltung, sondern lebendige
Bewegung überträgt sich jetzt durch den Raum.
Dauernd und geordnet läßt sich das so einrichten, daß der Bernstein regelmäßig
hin und her bewegt wird und das Papier zum Mitwedeln zwingt. Beide
“schwingen”.
Dieses Spiel soll die Grundlage der folgenden Überlegungen sein. Und weil es
später gut passen wird, soll der Bernstein der “Sender” heißen, denn er sendet die
Befehle; und das Papier wollen wir den “Empfänger” nennen, weil es sie in
Empfang nimmt und ausführt. In diesen Worten spürt man die Vorstellung des
Zwischenraumes, durch den der Befehl hindurch muß. Nur verstehen wir noch
nicht, wie er durch den leeren Raum hindurch kann, denn es ist kein Faden da und
kein Geschoß.
Unsere Überlegung wird dahin gelten, daß wir dieses Spiel immer schneller
treiben und selten, was das für den Sender und was es für den Empfänger
bedeutet.
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Sender für schnelle elektrische Schwingungen
Zuerst der Sender, das Bernsteinstückchen. Die führende Hand wird schließlich
nicht mehr schneller können.
Auch wenn wir es mit einer Maschine hin und her reißen, muß diese Maschine
bald zerbrechen und in Stücke auseinanderfliegen. Auch das leichteste Material
ist zu träge, um solchem Hin und Her zu folgen und so überplötzlich umzukehren.
Und wir brauchen viel schnellere Zuckungen, als eine Maschine aushält.
Nun kommt es aber bei dem, worauf ich ziele, nicht darauf an, daß der Bernstein
selbst bewegt wird, sondern der elektrische Zustand muß das tun, der auf ihm
sitzt. Es genügte, wenn ich abwechselnd seine linke und seine rechte Seite
elektrisch machte. Noch besser nehme ich statt seiner ein Stück Metall, einen
“Leiter”, auf dem der elektrische Zustand nicht sitzen bleibt, wohin er gebracht
wird, sondern auf dem er sich ausbreitet und von dem ganzen Stück Besitz
ergreift. Wenn man ein solches Metallstück auf seiner einen Seite schnell
elektrisch macht und es dann in Ruhe läßt, so schwankt der elektrische Zustand
von selbst eine Zeitlang auf dem Metall von einer Seite zur anderen hin und her.
Nicht anders wie in einem Gefäß das Wasser schwankt, wenn es nicht sorgsam in
die Mitte gegossen wurde. Und wie dieses Wasser um so schneller schwankt, je
kleiner das Gefäß ist, so zuckt auch der elektrische Zustand um so rascher, je
kleiner das Metallstück ist, das ihn trägt.
Da der elektrische Zustand (im Gegensatz zur Materie) fast ganz ohne Trägheit ist
(vgl. Anm. 32), so folgt er augenblicklich und es macht ihm nichts aus, beliebig
oft in der Sekunde umzukehren. So haben wir ein einfaches Mittel, den
elektrischen Zustand immer schneller ins Pendeln zu bringen. In der Praxis ist das
nicht so einfach, wie es sich hier anhört. (Vgl. Anm. 28.)
So kommt man bei den elektrischen Schwingungen, die den “Rundfunk” tragen,
auf 150 000 bis 1 500 000 Wechsel in der Sekunde. (Eine Abkürzung: für 1 500
000 schreibt man 15 . 10 5 . 10 5 ist “Eins mit 5 Nullen”) Im Laboratorium erreicht
man 3 . 10 12 . Weiter aber geht es nicht, denn dazu brauchten wir schließlich so
kleine Körper, daß unsere Hände sie nicht halten,
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unsere Augen sie nicht mehr sehen könnten. Aber die erreichten Wechselzahlen
sind schon ungeheuer groß!
Empfänger für schnelle elektrische Schwingungen
Inzwischen müssen wir uns aber den Empfänger ansehen. Das Papier hat das
Zittern natürlich ebenfalls aufgeben müssen. Es kommt bei den schnellen
Schwingungen nicht mit. So ist auch der Empfänger unbrauchbar geworden. Er
zeigt nicht mehr an, ob noch etwas geschieht.
Nun war ja aber das Schwanken des Papieres nicht das Wesentliche. Es folgte ja
nur dem elektrischen Zustand in ihm (S. 58). Nehmen wir also auch statt des
Papieres einen Leiter, ein Stück Metall, so wird zwar dieses selbst so schnell nicht
mitkommen, aber wir brauchen es nur ruhig hinzulegen: in ihm wird der
elektrische Zustand hin und her schwanken, immer gehorsam auf den Bernstein
zielend, so wie es vorher die Spitze des Papieres tat. Und da wir ja auch den
Bernstein durch ein Metallstück ersetzt haben, in dem der elektrische Zustand
schwankt, müssen wir sagen: der elektrische Zustand im Empfänger zielt immer
auf den elektrischen Zustand des Senders. Er reckt sich immer in der Richtung
aus, aus der er den Befehl kommen spürt. So etwa wie die Augen des Hundes der
Hand des Herrn folgen, der einen Stock hin und her schwenkt.
Ein zweiter Wesenszug des Elektrischen
Es ist also dieser Einstellungszwang (die elektrische Anziehung), der die Ursache
ist für die Übertragung der elektrischen Schwingung vom Sender auf den
Empfänger.
Ich muß aber, um genau zu sein, hinzufügen, daß es noch einen zweiten
Wesenszug des Elektrischen gibt, der ebenfalls entscheidend mit im Spiele ist:
Der elektrische Zustand des Empfängers ist nicht nur für die Stellung des
elektrischen Zustandes im Sender empfindlich, er hat, ganz unabhängig davon,
auch eine Erregbarkeit durch ruckartige Bewegungen, die der elektrische Zustand
in seiner Umgebung ausführt. Deutlicher: Wenn irgendwo der elektrische Zustand
sich zuckend bewegt
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(auf einem ruhenden Leiter oder zusammen mit einem bewegten Körper), und irgendwo
nebenan findet sich auch elektrischer Zustand [verborgen noch oder schon offen vorhanden (S.
58)], so reizt ihn diese Zuckung zur Nachahmung. Er kann keinen Tanz von seinesgleichen mit
ansehen, ohne ihn nachzumachen. Und zwar ist die ansteckende Wirkung um so stärker, je
schärfer und schneller die Rucke des Vortänzers sind. Dieser zweite Wesenszug ist zwar im
Grunde von dem ersten (dem Einstellungszwang) ganz verschieden 27 , aber in unserem Falle,
dem der Schwingung, unterstützt er ihn vollkommen: Wenn nämlich im Sender der elektrische
Zustand regelmäßig hin und her fährt, so spürt das die Elektrizität des Empfängers erstens als
einen Stellungswechsel, zweitens aber als unaufhörliches Rucken. Beide Gesetze treten hier in
Kraft und unterstützen einander in der Wirkung.
Daß dieser zweite Wesenszug hinzukommt, macht alles vielleicht etwas schwerer verständlich.
Aber du brauchst dir für das, was folgt, diese Einzelheiten nicht gegenwärtig zu halten. Es
genügt, wenn du weißt: Sender und Empfänger sind jeder ein Metallstück 28 . Wenn in dem
ersten der elektrische Zustand regelmäßig hin und her fährt, so wirkt diese Zuckung in die
Ferne und erzeugt im Empfänger einen Vorgang von ganz derselben Art. Daß dies so
geschieht, liegt zutiefst im Wesen der Elektrizität begründet.
Nun wenden wir uns zurück zu unserem Gedankengang.
Abstimmung
Es gibt ein Mittel, den Empfänger für die Befehle des Senders besonders empfindlich und dem
leisesten Wink gehorsam zu machen. Es besteht darin, daß man ihn ebenso groß wie den
Sender macht. Denn dann wird die Schnelligkeit, mit der der elektrische Zustand zu schaukeln
bereit ist, in beiden dieselbe sein. Der Empfänger ist dann, wie man sagt, auf den Sender
“abgestimmt”. Es kommen also die Befehle des Senders in genau dem Takt an, der auch dem
Empfänger natürlich ist. Dadurch werden dann die elektrischen Schwingungen im Empfänger
stärker als sie ohne Abstimmung würden. Genau wie du eine Schaukel nur dann gut in
Schwung bringen kannst, wenn du sie in ihrem eigenen Takt anstößt.
27 Daß die zwei Wesenszüge im Grunde ganz verschieden von einander sind (in der Sprache der Physik: daß
elektrostatische Influenz nicht dasselbe ist wie elektromagnetische Induktion), zeigt folgendes Experiment: Ein
Bernsteinring werde gleichmäßig elektrisiert und dann, in sich selbst, ruckartig gedreht. Liegt in der Nähe ein Leiter, so
wird in ihm nach dem ersten Gesetz nichts geschehen, weil die Anordnung des elektrischen Zustandes im Ring und im
Raum durch diese Drehung im ganzen nicht verändert worden ist. Tatsächlich geschieht aber etwas in dem Leiter: ein
elektrischer Ruck, ein “Stromstoß”. Er reagiert also noch auf etwas anderes als auf veränderte Anordnung, er wird
gezwungen, den Bewegungsruck nachzuahmen. Das ist das zweite Gesetz, - Umgekehrt läßt sich aus dem zweiten
Gesetz nicht ableiten das erste: daß der ruhende elektrisierte Bernstein das ruhende Papier zu sich hinzieht.
28 In der Praxis sind diese “Metallstücke” komplizierte Apparate. Das hat verschiedene Gründe: 1. Man kann die
Schnelligkeit der alektrischen Schwingung nicht nur durch die Größe, sondern auch durch die Form des Metallstückes
beeinflussen. 2. Es sind Vorrichtungen nötig, die die elektrischen Schwingungen immer wieder anregen, so wie eine
Glocke vom Klöppel angeschlagen werden muß. 3. Es ist störend, wenn die Schwingungen zwischen den einzelnen
Klöppelschlägen immer wieder erlahmen, ausklingen wie der Ton einer Glocke auch. Um sie ungedämpft und
gleichmäßig in Gang zu halten, hat man besondere Apparate erfunden. 4. Um große Entfernungen zu überbrücken, sucht
man den Sender besonders stark und den Empfänger durch “Verstärker” besonders empfindlich zu machen.
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Nur mußt du noch wissen, wie man es dem Empfänger ansieht, wenn es in ihm
elektrisch zuckt: Man schneidet ihn durch, so daß in seiner Mitte eine ganz
schmale Lücke entsteht. Diese Lücke wird von dem elektrischen Hin und Her
durchschlagen und es entsteht dort ein feines Blitzen: “es funkt”. Dieser Funken
wird also besonders hell, wenn der Empfänger auf den Sender “abgestimmt ist”,
wenn er von ihm “aufgeschaukelt” wird.
Licht und elektrische Schwingung
Du weißt jetzt, wie man sehr schnelle elektrische Schwingungen machen,
Wechselbefehle senden und empfangen kann. Bei Versuchen mit solchen
Schwingungen ist nun folgendes herausgekommen: Es zeigte sich, daß das
Funkenspiel des Empfängers immer etwas später einsetzte als die elektrischen
Schwingungen des Senders begannen; je größer der Abstand zwischen den beiden
war, desto später. Das war an sich verständlich: der Befehl braucht Zeit; er ist
inzwischen unterwegs. Aber daß die Verspätung genau eine Sekunde war bei
einem Abstand von 300 000 km 29 , das war sehr merkwürdig, oder, in der Sprache
des Detektivs, sehr verdächtig. Es deutete auf einen bekannten Täter. Denn das ist
genau dieselbe Strecke, die das Licht in einer Sekunde durchscheint, siebenmal
der Umfang der Erdkugel.
So war man auf eine Spur gekommen. Nun prüfte man den Täter auf seine
übrigen Gewohnheiten. Man stellte zwischen Sender und Empfänger körperliche
Hindernisse, dieselben, die für die Lichtstrahlen von Bedeutung sind: Spiegel,
Prismen, Linsen und andere, weniger bekannte aber wichtige Vorrichtungen. Es
kam heraus, daß die Wirkung auf den Einpfänger dadurch auf genau dieselbe Art
und in demselben Maße gestört und geändert wird, wie das vom Licht bekannt
war. Wenn z. B. hinter dem Sender ein metallener Hohlspiegel aufgestellt wird,
und man sucht nun mit dem Empfänger den Raum ab, so findet sich ein Ort, an
dem er am besten funkt. Und dies ist derselbe Punkt, in dem das Licht sich
sammelt, wenn an der Stelle des Senders eine gewöhnliche Kerze steht!
Das heißt: Die elektrischen Befehle gehen durch den Raum und durch die
Hindernisse genau, als wären sie unsichtbares
29 Dieser Wert ist natürlich nicht direkt gemessen. Man braucht einen Eisenbahnzug nicht 50 km weit und nicht
eine Stunde lang zu verfolgen, um festzustellen, daß er 50 km in der Stunde macht.
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Licht, genau wie wir das bei den unsichtbaren Wärmestrahlen fangen.
Das muß mehr als ein merkwürdiger Zufall sein. Licht und elektrische
Schwingungsbefehle sind einander also sehr ähnlich. Und doch können sie nicht
einfach dasselbe sein, sonst müßten unsere Augen ja elektrische Schwingungen
sehen. Wie ist das zu verstehen?
Licht als Wechselspiel
Die Antwort kommt von der anderen Seite, vom Licht her. Man wußte schon
lange, längst ehe man auf die elektrische Fährte kam, daß das Licht einem
schnellen Wechselspiel entspringen muß. Daß in einem jeden leuchtenden
Körper, ja in jedem kleinsten Teil von ihm, ein Zustand unbekannter Art
regelmäßig auf das Wasser eines stillen Teiches tupfst, so siehst du auch, wie von
dieser Stelle etwas ausgeht, das den Wechsel mit sich führt: Die Wellenringe, die
einander in gleichen Abständen folgen.) So ist auch dem Lichtstrahl ein
Wechselgefüge eingewoben, fein und nicht gerade auffällig und nie direkt zu
sehen. Aber du kannst dich doch leicht davon überzeugen: Betrachte ein sehr
helles, aber möglichst wenig ausgedehntes (also kleines, fernes) Licht – Laterne,
Bogenlampe, einen sehr hellen Stern oder den einzelnen Faden einer Glühlampe -
, in völliger Dunkelheit durch eine sehr schmale Ritze. (Einen solchen feinen
Spalt bekommst du am einfachsten so, daß du zwei Rasierklingen mit den
Schneiden eng aneinander und unmittelbar vor das Auge hältst.) Du mußt dich
etwas üben und scharf zusehen: dann erkennst du, wie das Licht beiderseits
ausgezogen erscheint, quer zum Spalt – in eine ganze Reihe immer schwächerer
Lichter, in deren Mitte das ursprüngliche alls hellstes stehen bleibt, - Wie das im
einzelnen zugeht, ist jetzt unsere Sache nicht. Wir ziehen nur einen allgemeinen
Schluß darauf: In diesem gitterartigen Anblick kommt ein regelmäßiger Wechsel
zum Ausdruck. Da ein einzelner Spalt nichts Wechselndes an sich hat, muß das
Licht daran schuld sein, muß etwas Wechselndes in sich tragen. Zwei glatte
Dinge können zusammen nichts Gezacktes erzeugen.
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Man erkannte sofort, daß das räumliche Nebeneinander, das der Lichtstrahl uns
bei solchen Experimenten vorführt, herkommt von einem zeitlichen Nacheinander
in der Lichtquelle, das sich in den Raum hinausgeworfen hat – ganz wie bei den
Wasserwellen. Und man hat es verstanden, aus dem Räumlichen das Zeitliche zu
berechnen.
Dabei kam zweierlei zutage, beides gleich erstaunlich:
1. Die Wechselzahl richtet sich nach der Farbe. Rotes Licht kommt aus
(verhältnismäßig) langsamen, blaues aus schnelleren Wechseln. Zu jedem Ton
des Farbenbands gehört eine bestimmte Wechselzahl.
2. Diese Zahlen sind ungeheuer groß. Für rotes Licht fand man 4 . 10 14
Schwankungen in der Sekunde, für violettes etwa das Doppelte.
Was Licht ist
Dies alles wußte man mit Bestimmtheit, ohne doch zu wissen, welcher Art dieser
wechselnde Zustand wäre!
Aber dann erfuhr man allmählich das, was im 10. Abschnitt steht, und du siehst
nun, wie wir die Frage beantworten können, ja müssen, die am Ende dieses
Abschnittes gestellt ist.
Die Wechselzahlen des Lichtes sind über die Grenze, die wir Menschen mit
elektrischen Schwingungen machen können. Gelänge uns das, so hätten wir
elektrische Schwingungen, deren Ausbreitung dem Licht in allem gleicht! In der
Schnelligkeit der Ausbreitung, im Verkehr mit den Hindernissen der Ausbreitung
und in der Wechselzahl. Und, so vermuten wir, auch in der Sichtbarkeit! Daß wir
sie vorher, unter 10 14 , nicht sehen, liegt wohl daran, daß das Auge eben erst von
10 14 an für sie empfänglich wird, genau wie die Luftstöße dem Ohr erst dann
einen Eindruck machen, wenn sie mehr als 16mal in der Sekunde an das
Trommelfell klopfen.
Kurz, wenn wir alles zusammenhalten, so bleibt kein anderer Schluß als dieser:
Licht ist die sichtbare Kunde von sehr schnellen regelmäßigen Schwankungen des
elektrischen Zustandes. Alles was leuchtet, muß elektrische Sender in sich haben,
und das Auge muß eine Art Empfänger sein, der auf einen bestimmten Be-
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reich von Wechseln (4 . 10 14 bis 4 . 10 14 eingestimmt ist. Licht ist unaufhörlicher
elektrischer Wechselbefehl, der das Auge erregt.
Auch die dunklen Wärmestrahlenhaben sieh einordnen lassen: sie kommen aus
den Schwingungen, die etwas langsamer als die des roten Lichtes vor sieh gehen
(10 12 bis 4 10 14 ).
Kürzere Darstellung für die fünf letzten Abschnitte
Eine so verwickelte Entdeckung wie die, daß Licht ein elektrischer Wechselbefehl ist, kann
man nur recht verstehen, wenn man ungefähr weiß, wie sie gemacht wurde. Das sollten die Abschnitte
6 bis 12 andeuten. - Jetzt kannst du ohne Mißverständnis folgende Zusammenfassung
verstehen 30 ) (Abb. 6, S. 73) -
Du sitzest im Dunkeln, ein paar Meter von mir, und ich habe einen elektrisierten Bernstein in
der Hand, den ich hin und her -bewege. Erst langsam, dann immer schneller, und schneller.
Wenn es mir möglich wäre, es darin beliebig weit zu bringen, so würdest du, sobald meine
Hand auf 4 . 10 14 : Schwankungen in der Sekunde gekommen wäre, etwas Seltsames bemerken.
Nachdem du nämlich kurz vorher schon aus der Richtung des zitternden Bernsteins Wärme
gespürt hast, Wärmestrahlung auf dein Gesicht, siehst du jetzt eine rötliche Lichtwolke, die das
Gebiet umschließt, in dem der Bernstein schwingt. In dem Maße, in dem die Schwingung
weiter an Raschheit zunimmt, ändert diese Lichtwolke in allmählichen Übergängen ihre Farbe.
Bei 5 . 10 14 Wechseln in der Sekunde ist sie über Orange hin Gelb geworden. Dann sieht sie,
immer der Verwandtschaft der Farben folgend, Gelbgrün und Grün aus, und hat schließlich
über Grünblau und Blau das Violett erreicht, sobald die Schwingungszahl etwa doppelt so hoch
geworden ist, wie sie beim roten Leuchten war. Dann erlischt die Wolke. Du sitzest wieder im
Dunkeln und siehst nichts mehr, auch wenn die elektrische Schwingung vor dir anhält und sich
weiter beschleunigt. Ich will aber gleich hinzufügen'. Eine Biene würde sie noch eine Welle
länger sehen als du. Und eine photographische Platte, an Stelle deines Auges ge-
setzt, wird auch von jeder noch schneller schwingenden elek-
30 Ein Grund, weshalb nicht einfach dieser Abschnitt an Stelle der fünf vorhergehenden gesetzt wurde, ist
folgender: Der Satz, daß in kleinen Bezirken des leuchtenden Körpers der elektrische Zustand sich “hin und her
bewegt”, gibt nach den Einsichten der neuesten Physik ein zu grobes, zu anschauliches Bild. Das hängt damit
zusammen, daß wir einerseits das Große nur aus dem unsichtbar Kleinen zusammenhängend erklären können
(man denke an die innere Wärmebewegung und an die kleinen Sender), andererseits aber doch nur solche Begriffe
und Worte zur Verfügung haben, die der Welt des großen und der Sinne entnommen sind. Früher glaubte man, sie
wären von nichts abhängig und gälten für alles Denkbare, aber jetzt ist man darauf gestoßen worden, daß sie nur
für den Bereich gelten, aus dem sie erwachsen sind. So scheint es unter Umständen auch mit dem Begriff
“Bewegung” zu sein. Deshalb ist das, was in den kleinsten Bezirken des Leuchtenden vorgeht, durch diese
Begriffe niemals anschaulich zu beschreiben, sondern es ist nur in leeren Zahlen symbolisch zu fassen. Wir
können nur sagen: Denken wir uns den Bezirk allmählich größer werdend auf den Vorgang mit ihm, so wird es
immer richtiger, sich darunter eine “Hinundherbewegung” des elektrischen Zustandes vorzustellen. Dieses Bild
tritt allmählich anschaulich hervor, wie der Umriß eines Baumes, wenn der Nebel sich lichtet. (Vgl. Anm. 38 und
S. 101).
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trischen Strahlung geschwärzt werden. Mit ihr läßt sich die, "Licht"wolke des
zitternden Bernsteins weiterhin photographieren, auch wenn dein Auge nichts
mehr sieht. Auch wird deine Körperhaut eigenartige, Verbrennungen zeigen.
"Röntgenstrahlen", "Gammastrahlen“ sagt der Physiker.
Nicht wahr, es ist klar: die Lichtwolke ist nicht etwas, das
zu den elektrischen Schwingungen hinzukommt. Am Ort der Schwingungen
geschieht immer nur die Schwingung selbst, nichts anderes. Sie ist die;
Lichtwolke. Von einer gewissen Wechselzahl an ist sie es, und zwar für das
Auge. In deinem Auge geschieht - anfangs nichts; sobald aber die gewisse
Wechselzahl erreicht ist, geht etwas vor in ihm (der Empfang des
Wechselbefehls), und zugleich eine Empfindung in deiner Seele. Dazu sagst du:
ich sehe Licht. Leuchten „ist“ elektrische Schwingung, so -wie, Wärme die innere
Unruhe „ist“.
Folgerungen und Einsichten
Wir wissen nun was Licht ist.
Aber diese Erkenntnis ist kein Ende. Sie wirkt auf den Nachdenklichen wie ein
Donner, der allenthalben Echos ablöst. Folgerungen und Einsichten stellen sich
ein, die wir, einer Kette gleich, schnell aneinanderreihen wollen:
Leuchten. Wie Licht erzeugt wird, wollten wir wissen, und wie es den Raum
durchdringt (S. 52). Nur die erste Frage ist beantwortet. Das Rätsel der
Ausbreitung ist nicht erhellt dadurch, daß wir nun "elektrische Fernwirkung" statt
Licht setzen dürfen.
Kleine Sender.
In allem, das selber leuchtet, müssen elektrische Sender sitzen. - Kleine Sender,
ungeheuer kleine- deshalb, weil sie schnelle Schwingungen von sich geben (S.
65) und, weil es so viele sind. Viele, weil ja jedes kleinste Teil- chen der Kohle,
der Kerzenflamme, des Natriumdampfes für sich selber leuchtet. Kleine,
voneinander isolierte, in sich leitende Bezirke müssen es sein, in denen der
elektrische Zustand sich erhoben hat und schwankt. Erhoben aus dem elektrischen
Nichts, wie wir es ausgedacht hatten in dem, Gleichnis von dem Saal, in dem die
Luft zu schaukeln beginnt (S. 58).
Kunstvolle Sender.
Aber der elektrische Zustand muß in ihnen auf eine sehr verwickelte Weise
schwanken. Sie
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können nicht einfach gebaut sein, diese Sender, so klein sie sind. Denn jedes
kleinste Eisenteilchen leuchtet aus dem Eisendampf sein grünes Eisenlicht (S.
56), von dem wir wissen, daß sich tausend Farben in ihm mischen. Jeder kleine
Sender muß diese tausend Farben zugleich geben. Deshalb kann er, da ja jede
Einzelfarbe eine andere ihre eigene Schwingungszahl hat (S. 65), nicht in einer, er
muß in tausend Wechselzahlen zugleich elektrisch schwingen! Wie die Glocke
oder die Flöte mehrere Töne zugleich hören lassen, wie du an einer Geige alle
vier Saiten zugleich zupfen kannst, so wird der kleine Eisensender in irgendeiner
(elektrischen!) Weise tausendfältig gebaut sein. Wie eine Geige mit 1000 Saiten,
wie ein tausendstimmiger Brummkreisel einen “Klang” gibt, so gibt er den
reichen Akkord des Eisens. Jeder Eisensender ist genau so gebaut wie der andere,
jeder gibt denselben elektrischen Akkord. Aber ein anderer Stoff hat seine Sender
anders gestimmt, jeder auf seine Weise: das Natrium einstimmig, die meisten in
vollen Lichtklängen, jeder anders, jeder unverkennbar.
Leuchtendes Gas.
Aber der Stoff muß gasförmig sein. Nur in diesem aufgelockerten Zustand haben,
so scheint es, die kleinen Sender so weit Abstand voneinander genommen, daß sie
frei ihren elektrischen Klang schwingen können. In der Enge und Bedrängnis des
Flüssigen oder gar des Festen sitzen sie so dicht aneinander, daß sie sich wohl
gegenseitig stören und verstummen. Freiübungen können nicht gut und nicht frei
werden, wenn die Turner sich zu nahe stehen und sich berühren. So verstimmen
sich die Sender bis zur Unkenntlichkeit. Und so kommt es, daß für alle Stoffe,
sobald sie sich ins Flüssige verdichten, der eigene, der persönliche Lichtklang
zerfließt zu dem wahllosen Durcheinander “Weiß” (S. 55). Es ist, als ob der
Orgelspieler, der vorher den reichen Akkord gegriffen hat, nun eingeengt sich mit
beiden Armen auf die Tasten legen muß.
Gegenprobe.
Man hat eine Gegenprobe gemacht auf die elektrische Natur der vielstimmigen
kleinen Sender. Sind sie elektrisch, so müssen sie sich auch durch elektrische
Kräfte verstummen lassen. Also brachte man einen sehr stark elektrisierten
Körper in die nächste Nähe des leuchtenden Gases,
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dessen Licht man interdes durchs Prisma im Auge behielt. Und wirklich gab es
eine feine Veränderung der einzelnen Farbtöne, Verschiebungen, Spaltungen der
Lichtlinien, - als wäre an jeder Saite der vielstimmigen elektrischen Geige etwas
geschraubt worden.
Aus Wärme: Licht. Wodurch erhebt sich der elektrische Zustand im kleinen
Sender immer wieder? Wo sind die Klöppel dieser Glocken, die Peitschen dieser
Brummkreisel? - Wir sagten: Licht entsteht - meist - aus Hitze. Das heißt - die
elektrische Schwingung im kleinen Sender wird aufgeregt durch die Unruhe des
Stoffes, durch die Stöße dieses wirren Getriebes. Ein Vergleich: Ich sehe vor mir
einen unruhig bewegten See, auf dem schwimmen Geigen, die schlagen
aneinander, daß sie klingen. Das scheint leicht verständlich. Aber verstehe es
nicht zu leicht, indem du dich verführen läßt durch die vielen Gleichnisse aus der
Welt der Töne. Es sind Gleichnisse! Hier wird nicht, wie bei der Glocke, ein
körperlicher Klöppelschlag die Ursache körperlicher Schwingbewegung; hier
wird ein körperlicher Anstoß Urheber einer elektrischen Schwingung im
Körperlichen. - Ein Zeichen, daß der elektrische Zustand dem körperlichen Sein
tief verbunden sein muß. - Daß Leuchten aber auch anders als durch diesen
groben materiellen Anstoß angeregt werden kann (durch Belichtung z. B. - S. 53),
ist jetzt auch verständlich. Dann kommt von weither der elektrische
Wechselbefehl und greift unmittelbar ein ins elektrische Gefüge des kleinen
Senders. Davon später mehr (Abschnitt k).
Aufglühen.
Daß mit zunehmender Hitze das “Licht” der festen und flüssigen Stoffe erst
dunkle Wärmestrahlung ist, dann sichtbar rot wird, und schließlich immer
schneller schwingend immer “blauer” (und da das andere dabei bleibt, immer
weißer) wird, auch das verstehen wir jetzt, wenigstens im Gleichnis: die tieferen
Saiten der Geige sind schlaff und deshalb langsamer, aber leichter beweglich, und
wenn du in die Flöte bläst, so mußt du dich am meisten anstrengen, um die hohen
Töne herauszubekommen.
Immer Strahlung.
Je kühler also die Materie, je ruhiger ihre innere Bewegung, desto langsamer auch
das elektrische Schwingen in ihr, das wir dann nur noch als dunkle Wärme-
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strahlung empfinden. Und da diese Strahlung, wie wir wissen (S. 46), niemals aufhört,
solange der Stoff noch kälter werden kann, so bedeutet das: auch die leiseste innere
Unruhe bringt in den kleinen Sendern den elektrischen Zustand noch ins Schwingen.
Alle Materie ist immer erfüllt von diesen elektrischen Zuckungen, die in die Ferne
wirken.
Aus Licht:Wärme
Die Wirkung des Lichtes in der Ferne ist im allgemeinen ja die, daß es auf
Materie trifft und, in ihr aufgesaugt (S. 43), Wärme erzeugt, ihm also einen
Beitrag gibt zu seiner inneren Bewegung. Verstehen wir das? Niemals 31
Wir wissen ja, wie der Sender wirkt, daß er einen Empfänger braucht, ein Ding
wie er selbst, in dem er auch dasselbe wachruft was in ihm ist: elektrische
Schwankung. Solche Empfänger muß nun jeder Stoff in sich haben; es sind
zugleich die Sender für den Fall, daß er einmal leuchten muß; und das kann jedem
Stoff geschehen. In diesen kleinen Empfängern erhebt sich also auf den Befehl
des fernen Senders die elektrische Schwingung. Und nun muß es so sein, daß im
allgemeinen diese Empfänger sich gegenseitig so stören und beeinflussen, daß sie
das körperliche Gefüge, in dem sie wohnen, mit erschüttern. (Vergleich: Ich sehe
vor mir viele aufgehäufte Geigen; von ferne, durch irgendeinen Zauber, werden ihre
Saiten in ein starkes Schwingen gebracht: dann kommen auch die Geigenkörper selber
ins Zittern und Rutschen, der Haufe in Bewegung.) - So entsteht Wärme aus Licht.
Dabei ist es wieder wichtig, daß die Materie nicht unmittelbar von der Bewegung
ihresgleichen angesteckt wird, sondern von der ihres elektrischen Zustandes. Es ist
genau der umgekehrte Vorgang wie die Entzündung des Lichts aus den stofflichen
Anstößen der Wärmebewegung.
Aus Licht: Licht.
Nicht immer muß aber die elektrische Schwingung sich in stoffliche Unruhe umsetzen.
Wenn die Empfänger sich gegenseitig nicht stören, wie es in den Gasen vorkommt oder
in den Kristallen (deren äußere Regelmäßigkeit auch eine innere Ordnung verrät), wenn
sie außerdem den Wechselbefehlen willig und stark folgen (weil ihre eigene
Wechselzahl der der Sender gleich oder verwandt ist, S. 62), so klingt ihre Schwingung
frei und lange aus, das heißt der
31 Die Anziehung des Papierblättchens durch den elektrisierten Bernstein widerspricht dem nicht. (Vgl. Anm. 26)
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Körper leuchtet. So verstehen wir das Leuchten, das nicht aus Erwärmung,
sondern aus dem Einfall von Licht entsteht.
Das elektrische Auge.
Unser Auge muß ein elektrisches Organ sein. Es muß Empfänger in sich haben,
und auf 4 . 10 14 bis 8 . 10 14 Wechsel in der Sekunde müssen sie abgestimmt sein
und bereitwillig eingeben. Irgendwie gelingt es ihnen, aus dieser Folge von
Schwingungszahlen eine Leiter von wenigen Stufen zu machen. Diese Stufen
empfindet unsere Seele, und für sie sind es die Farben. Ebensogut können wir
sagen: Was wir als Farben kennen, das erfaßt der forschende Verstand als eine
Folge unendlich vieler, ineinander übergehender Schwingungszahlen. Dasselbe
erscheint uns auf verschiedene Weise, von zwei verschiedenen Standpunkten aus;
beides sind menschliche Standpunkte.
Elektrizität als Fundament
Die Brücke, die wir schlugen, ruht auf den beiden Pfeilern: bewegter Stoff und
bewegte Elektrizität. Stoff ist unseren Sinnen vertraut, und besonders glauben wir
zu wissen, was Bewegung ist, denn wir spüren es an und in uns selbst, wie es ist,
zu bewegen oder bewegt zu werden. Aber was Elektrizität ist, weiß in diesem
Sinne niemand. Wir kennen einige ihrer Charakterzüge, einiges von der Art, wie
sie den Raum erfüllt, doch nichts über ihr Wesen. 32 Aber wir dürfen auch nicht
zuviel und nichts Undeutliches verlangen, indem wir wünschen, alles müsse sich
erklären lassen. Denn was heißt hier.- “Erklären”? Wir haben die Wärme erklärt,
indem wir sie als Bewegung des Stoffes erkannten; das Licht, als es seine
elektrische Natur verriet. Etwas erklären, das heißt also: es als wesensverwandt
erkennen, oder wesensgleich, mit etwas, das wir schon kennen. So baut sich eins
aufs andere. Aber schließlich muß das einmal aufhören. Es muß letzte Dinge und
Erscheinungen geben, die alles tragen, die nicht erklärt werden können, sondern
die alles andere erklären. Wir wissen nicht von vornherein, auf wieviel solchen
Pfeilern ruhend die Welt sich uns Menschen zeigt, wenn wir sie auf physikalische
Art betrachten. Bis jetzt sehen wir zwei: die Materie als Gravitations- und
Trägheitsträger und die Elektrizität als einen Zustand, dessen Bereitschaft der
Materie tief eingewurzelt ist und
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32 Der elektrische Zustand läßt sich abwischen wie Staub und sozusagen löffelweise umfüllen von einem Ding auf
das andere. Dies deutet schon an, was durch äußerst feine Untersuchungen herausgefunden wurde: Der elektrische
Zustand ist gebunden an die Anwesenheit einer besonderen, ungemein leichten – 2000mal leichter als
Wasserstoffgas! -, alle Wände durchdringenden Materie. Dieser Materie sind Gravitation, Trägheit und elektriche
Kraft eingeboren. - Ich gehe auf diese Begriffe nicht ein. Sie führen allzusehr vom “Offenbaren” ab. Wenn ich
weiterhin vom “elektrischen Zustand” spreche, so widerspricht das nicht der Tatsache einer elektrischen Substanz.
Denn für sie ist die elektrische Kraft eine von Gravitation und Trägheit zwar räumlich unabtrennbare, aber doch
wesentlich verschiedene Naturkraft. (Vgl. Anm. 40.)
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anhaftet. Beide entfalten ihre eigentliche Wirksamkeit erst in der Bewegung.
Und wenn die Überschrift des nächsten Kapitels “Elektrizität und Magnetismus”
heißt, so soll dir das nicht die Hoffnung wecken, als ließe sich unter dem Pfeiler
Elektrizität als tieferes Fundament der Magnetismus aufdecken. Wir können nicht
die Elektrizität durch den Magnetismus erklären, sondern umgekehrt: so wie sie
das Licht trägt, so löst sie auch das Rätsel des Magnetismus.
Abbildung 6. Licht und Elektrizität
Der Stehende bewegt ein geriebenes, also elektrisiertes Stückchen Bernstein
schnell hin und her. Wenn er es dahin bringen könnte, daß die Zahl seiner Hin-
und Herbewegungen in der Sekunde 400 000 000 000 000 erreichte, so würde der
im Dunkeln Sitzende an der Stelle des Bernsteinwirbels eine rote Lichtwolke
erblicken: Licht ist elektrische Schwingung. (S. 66.)
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Elektrizität und Magnetismus
Der Magnet bewegt alles
Die magnetische Kraft ist eine Sache des Eisens. Kann etwas so Besonderes
erklärt werden durch Elektrizität, die wir erkannt haben als ein Allgemeines, in
allen Dingen Wirksames?
Ich habe dich bis jetzt in diesem Glauben gelassen, daß der Magnet aus Eisen sein
muß, und ebenso das, wonach er greifen kann. Das muß auch jeder meinen, der
nicht genau nachforscht. Tut er das aber, so findet er, daß es auch mit Nickel geht
und mit Kobalt (wie Nickel ein dem Eisen ähnliches Metall), wenn auch nicht so
gut. Eisen, Nickel, Kobalt, diese drei können sich gegenseitig vertreten: der
Eisenmagnet zieht auch Kobalt und Nickel an, der Nickelmagnet auch Eisen und
Kobalt und so fort. So stellte sich eine Familie von Stoffen heraus, die dem
Magnetismus ergeben sind, immer noch eine kleine Familie. - Erst als man sehr
starke Magnete bauen konnte (alle aus Eisen), merkte man mit Erstaunen, daß
ganz schwach, aber doch ohne Zweifel alle Stoffe sich in der Nähe solcher
Magnete in Bewegung setzen 33 : Platin, Kupfer, Stein, Papier, Wasser - alles. - Du
bist erstaunt, und auch vieleicht enttäuscht dadurch, denn mit dem Besonderen ist
etwas Geheimnisvolles gefallen. Zugleich aber erfüllt diese Entdeckung auch mit
Bewunderung: die Welt ist wieder reicher und weiter geworden: ohne daß wirs
ahnten, ist alles dem Magneten unterworfen.
Alles kann Magnet werden
Dem Eisenmagneten (allenfalls Nickel oder Kobalt), denn nur aus Eisen lassen
sich so starke Magnete machen. Er wirkt auf alles, nicht nur auf Eisen, und darin
sind nun alle Stoffe dem Eisen gleichgestellt. - Sind sie ihm aber auch darin
ebenbürtig, daß sie selbst fähig sind, Magnet zu werden, fähig also, nicht nur
angezogen zu werden, sondern selbst anzuziehen?
33 Dabei zeigt sich allerdings: es gibt auch Stoffe, die vom Magneten nicht angezogen, sondern von ihm
fortgetrieben werden. Ich habe über diesen Unterschied im Text absichtlich hinweggesehen. Da er für den
Hauptgedanken dieses Buches ohne Bedeutung ist, möchte ich aber nicht verschweigen. Näheres in den
physikalischen Lehrbüchern unter “Diamagnetismus”. Die Erklärung des Diamagnetismus macht keine
Schwierigkeiten.
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Diese Frage erhält sofort Ihre Antwort, sobald man folgendes weiß: Es ist nicht
so, daß der Eisenmagnet den eisernen Nagel “einfach anzieht”. Ehe das beginnen
kann, läuft ein rasches und geheimes Vorspiel ab (vgl. S. 58!). Es besteht darin,
daß erst auch der Nagel schnell zu einem Magneten gemacht wird. Erst dann kann
er nämlich angezogen werden. Denn der Magnet gibt sich nur mit Seinesgleichen
ab. Aber er ist nicht engherzig dabei: wo er es nicht vorfindet, da macht er es
schnell dazu. Wie er das fertigbringt, aus der Ferne Eisen magnetisch zu machen,
und worin diese Veränderung des Eisens eigentlich besteht, das kann erst am
Schluß dieses Kapitels sich klären (S. 87). Halten wir uns jetzt nur an die
Tatsache. - Von ihrer Wahrheit kannst du dich leicht überzeugen: Nimm einen
großen Nagel, der unmagnetisch ist. Andere, kleinere Nägel hält er also nicht fest.
Sobald du ihn aber an einen starken Magneten gehängt hast, kann er es: an seinem
anderen, unteren Ende bleiben kleine Stifte jetzt hängen. Er ist selbst Magnet
geworden durch die Nähe des großen Magneten. Berührung ist nicht unbedingt
notwendig; du kannst Seidenpapier dazwischenklemmen. Und es ist nicht so, daß
der große Magnet den kleinen Stift über den großen Weg, auf so großen Abstand
angezogen hätte: entferne nur den mittleren, den überbrückenden Nagel, und der
kleine stürzt ab.
So geht es nicht nur bei Eisen: alles, was ein Magnet bewegen kann, ist nur
dadurch in seiner Gewalt, daß er vorher es selbst zu einem Magneten gemacht hat.
Wenn also Papier, Kupfer, Erde vom Magneten bewegt werden, so heißt das
zugleich, daß sie selbst auch magnetisch werden können. Und damit ist unsere
Frage beantwortet. Nicht nur ist jeder Stoff der magnetischen Kraft unterworfen,
sie kann auch in jedem ihren Wohnsitz aufschlagen.
Das Grundgesetz
Daß also ein Magnet Eisen anzieht, gewöhnliches, unmagnetisches Eisen, das
scheint nur so, das gibt es gar nicht. Ein Magnet kann immer nur auf einen
Magneten wirken, und das Gesetz dieser Wirkung ist das einzige magnetische
Gesetz.
Es lautet nun aber nicht einfach so: daß zwei Magnete sich immer anziehen. Es ist
etwas verwickelter. Wenn du mit zwei
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Magneten und ein paar Nägeln herumprobierst, findest du zweierlei:
1. Jeder Magnet hat zwei Stellen, an denen er am stärksten ist. Sie liegen
einander gegenüber nahe den Enden. Dort bleiben die Nägel am besten hängen.
Man nennt diese zwei Stellen die “Pole”.
2. Wenn du einen Magneten einem anderen gegenüberstellst - den einen frei
beweglich am besten, auf Kork schwimmend zum Beispiel, oder im Schwerpunkt
aufgehängt, oder auf eine spitze Nadel gesetzt wie im Kompaß -, so wirken auch
hier nur die Pole aufeinander, und außerdem merkst du: Jeder Pol des einen
Magneten findet auf dem fremden Magneten einen befreundeten Pol, mit dem er
sich anzieht, und einen feindlichen, den er abweist, wie er auch von ihm
abgewiesen wird. Und was den Pol angeht, mit dem er auf seinem Magneten
zusammengewachsen ist, seinen Bruderpo1, so hat der den entgegengesetzten
Geschmack: er zieht an (und ihn zieht an) was der Bruder abweist; und
umgekehrt. Es sind also ungleiche Brüder. 34.
Dies ist das magnetische Grundgesetz. Und wie verträgt es sich mit ihm, daß ein
Magnet das Eisen immer anzieht? Müßte er es nicht ebenso oft abstoßen, je
nachdem welchen seiner Pole er dem Eisen gerade zuwendet? Das liegt daran,
daß er das Eisen immer auf Anziehung magnetisiert, daß der dem Eisen
zugewandte Pol, dort im Eisen, ihm gegenüber, immer einen freundlichen Pol
hervorruft. Warum und wie er das macht, das ist sein Geheimnis, das wir zuletzt
auch noch aufklären können (S. 87).
Gegenseitigkeit
Jeder, der zusieht, wie der Nagel auf den Magneten zurollt, zweifelt nicht, daß der
Magnet der Tätige, der Urheber, der Nagel aber nur der Folgsame ist. Um es zu
beschreiben, sagt er also: “Der Magnet zieht den Nagel zu sich heran.”
Und doch ist er im Irrtum. Nur für das Vorspiel hat er recht: da ist der Magnet der
Anstifter. Aber nachher sind die beiden gleichberechtigt. Denn jetzt stehen sich
zwei Magnete gegenüber. Jeder zieht am andern; es ist wie ein Tauziehen am
unsichtbaren Tau. - Wenn dir das nicht glaubhaft scheint, so leg den Magneten in
ein Korkschiffchen aufs Wasser, und
34 Doch nicht feindliche, wie man wohl gefühlsmäßig annehmen könnte. Nur das Experiment kann das
entscheiden. Es besteht darin, daß man den Magneten in der Mitte durchschneidet und die beiden Pole einander
gegenüberstellt: sie ziehen sich an.
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du kannst ihn mit einem Nagel fortlocken, wohin du willst. Er folgt dem Nagel!
Wir sind gewohnt, den Magneten in der Hand festzuhalten, deshalb glauben wir,
das Eisen muß laufen und ist sein Knecht. In Wahrheit sind sie beide untertan der
Kraft, die zwischen ihnen wirkt. Legst du jeden, Eisen und Magnet, auf ein
eigenes Schiffchen, so treiben sie aufeinander los, beide bewegen sich. Nicht
einmal das kann man sagen, daß der (ursprüngliche) Magnet hier über die größere
Kraft verfügt. Newton ließ zwei solche Schiffchen zueinander schwimmen (er
nahm verkorkte Glasröhrchen) und sah: sie lagerten sich aneinander und blieben
dann ruhig liegen. Er schloß daraus: Hätte der Magnet stärker am Eisen gezogen,
als das Eisen an ihm, so wäre das Doppelschliff, der Magnet voran, ewig
weitergefahren. - Es ist also ganz wie bei der Gravitation: Erde und Stein treiben
aufeinander los, beide unter dem Zwang derselben einen Kraft. Nur weil die
Erdkugel so ungeheuer träge ist, ist ihre Bewegung niemals merklich groß genug.
Da muß schon ein so großer Stein kommen, wie der Mond einer ist, um sie von
der Stelle zu bringen. - Was aber bei der Gravitation ganz fortfällt, ist das
Vorspiel. Jeder Stoff muß erst magnetisch gemacht werden, die Gravitation aber
hat er von Anbeginn in sich. Sie kann ihm nicht genommen und braucht ihm also
auch nicht gegeben zu werden.
Vergleich mit der Elektrizität
So bleibt also Magnetismus, auch nachdem er sich als etwas so Allgemeines, aller
Materie Zugängliches zu erkennen gegeben hat, doch ganz wesensfremd der
Gravitation. Aber auch der Unterschied gegen die elektrische Kraft bleibt in
großer Schärfe bestehen. Zwar sind da Ähnlichkeiten: Beides, Elektrizität und
Magnetismus, sind Zustände, in die jeder Körper kommen kann, und in jedem
kann er sich erheben unter dem Einfluß eines Nachbarn, der ihn gleichsam
ansteckt.
Trotzdem kommt es nicht in Frage, daß Elektrizität und Magnetismus einfach
dasselbe wären. Das siehst du schon daran, daß die magnetischen Anführer Eisen,
Nickel, Kobalt für die Elektrizität ganz gewöhnliche Metalle sind, die sich nicht
anders verhalten, wie andere auch. - Den elektrischen Zustand kannst du
abwischen wie Staub, der magnetische
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wohnt auch im Innern der Körper, und erst die Glut vertreibt ihn. - Auf Metallen
kann die Elektrizität zerfließen und sich ausbreiten; magnetische Leiter dagegen
gibt es überhaupt nicht. - Elektrizität kannst du einem Ding soviel aufladen wie
du willst (bis sie, wenn es sehr viel wird, ausbricht und in Funken auf die
Umgebung überspringt). Magnetisieren aber kannst du ein Ding nur auf ein
gewisses Maß. Nicht, daß es überliefe: es nimmt nichts mehr auf, es ist satt
davon. Die Gravitation wieder ist jedem Ding im Maße seiner Trägheit gegeben.
Da kann nicht gesteigert und nicht vermindert werden.
Nein, es sind drei ganz verschiedene Kräfte, und dabei kann derselbe Körper
ihnen allen dreien zugleich unterworfen sein. Stelle zwei Eisenstücke einander
gegenüber: sie drängen zueinander vermöge ihrer Gravitation und in dem Maße
ihrer Trägheit. Mache eines von ihnen elektrisch, und es wird auch in dem
anderen den elektrischen Zustand erwecken und sie werden nun außerdem aus
diesem - elektrischen - Grunde zueinander streben. Mache schließlich das eine
noch magnetisch, so wird es schnell aus der Ferne auch das andere magnetisch
anstecken, und es entspannt sich eine dritte Kraft, die wie die beiden anderen, die
zwei Eisenstücke einander näherbringen will. Alle drei wollen in diesem Fall das
gleiche. Und sind doch so verschieden wie Pferd, Esel und Kuh, obwohl sie an
demselben Wagen ziehen.
Noch einen Unterschied muß ich anführen, der bis jetzt noch nicht wichtig war:
Für die Gravitation gibt es nur Anziehung. Und der Zustand, den ein elektrisches
oder magnetisches Ding in seinen Nachbardingen erregt, ist ebenfalls immer so 35 ,
daß er Anziehung wünscht. Wenn du aber ein elektrisches Ding (oder einen
magnetischen Pol) gleichsam sich selbst gegenüberstellst, indem du es in zwei
Stücke schneidest, so stoßen diese beiden Stücke sich ab!
Das heißt, daß die Körper auf zwei Arten elektrisch sein können: Gehen wir von
einem elektrischen Körper aus, so gibt es für ihn erstens solche, die elektrisch
sind in der Art wie er selbst. (Solche, die z. B. durch Teilung aus ihm
hervorgegangen sind, oder auch solche, die genau auf die Art wie er selbst
elektrisiert worden sind: zwei Bernsteinstücke, beide an demselben Stoff
gerieben, werden “gleichartig elektrisch”.) Die stößt er ab. Zweitens aber gibt es
noch einen anderen (aber
35 Ausnahme: Diamagnetismus (Vgl. Anm. 33.)
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ebenfalls elektrischen) Zustand; das ist der, den jeder elektrische Körper in seiner
Nachbarschaft wachruft, besonders stark, wenn er sich an ihr reibt. Zwei solche
Körper ziehen sich an, man nennt sie “ungleichartig elektrisch”.
Ebenso gibt es zwei verschiedene Arten Magnetpole, wie wir ja schon
besprachen. Nur mit dem Unterschied gegen die Elektrizität, daß sie immer nur
paarweise vorkommen, daß immer zwei ungleiche auf demselben Magneten
zusammengewachsen sind.
So zeigt das Elektrische wie das Magnetische jedes zweierlei Strebung
entgegengesetzter Art. Die Gravitation aber ist einfach und kennt nur Anziehung.
Daher kommt es, daß Elektrizität und Magnetismus geheimer sind als die
Gravitation (Schwerkraft). Ihr zwiespältiges Wesen kann es selten zu einer
offenbaren Wirkung im Großen bringen. Die beiden Strebungen wirken
gegeneinander, eine verbirgt die andere.
So verschieden die drei Kräfte voneinander sind, so haben also doch - wenn man
alles zusammenhält - Elektrizität und Magnetismus eine gewisse, wenn auch
beschränkte Ähnlichkeit miteinander. Sie deutet schon an, was ich dir in diesem
Kapitel jetzt noch zeigen will: daß der Magnetismus sich aus der Elektrizität
allein erklären läßt, so daß schließlich nur zwei Urkräfte übrigbleiben werden.
Allerdings wirst du dabei das Elektrische von einer neuen Seite kennenlernen.
Was Magnetismus ist
Denn der Magnetismus wird sich herausstellen als ein besonderer, neuer
Wesenszug des Elektrischen. Nicht des ruhenden elektrischen Zustandes nämlich,
sondern des bewegten.
Du kennst als Wesenszug der ruhenden Elektrizität den anziehenden (S. 57) oder
abstoßenden (S. 78) - Einstellungszwang. Du kennst auch schon einen Wesenszug
der bewegten: daß sie nämlich, ruckartig tanzend, ähnliche Zuckung in der
Umgebung wachruft (S. 61).
Nun kommt ein neues Merkmal hinzu. Das zeigt der elektrische Zustand, wenn er
weder ruht noch ruckt, sondern wenn er gleichmäßig bewegt wird und bewegt
bleibt (immer neu ersetzt), wenn er “strömt”.
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Am deutlichsten, wenn er im Kreis oder in sonst einer geschlossenen Bahn
herumfließt: Nimm ein elektrisiertes Stück Bernstein und bewege es schnell im
Kreis. Noch ruhiger wird dieser Fluß, wenn du einen Bernsteinring (wie ein
Armband) elektrisch machst und ihn in sich selber kreisen läßt wie ein Rad.
Es zeigt sich dann Folgendes, und das ist die große Entdeckung, die den
Magnetismus mit der Elektrizität in Verbindung setzt: Nimmst du ein Stück Eisen
und hältst es vor dieses Rad, so geschieht etwas Unerwartetes: Es wird
hineingezogen wie in einen Strudel! Es strebt in die Öffnung, die der Ringstrom
umkreist, wie die Hand in den Ärmel, wie der Löwe in den Ring springt (Abb. 10, S.
91). Hat es die Mitte des Rades, die Achse, erreicht, so bleibt es dort ruhen. Auch ist
es nun ein Magnet geworden. Kurz: der elektrische Rundstrom wirkt auf das Eisen
(und ebenso auf alles andere!) nicht anders als ein “richtiger” Magnet 36 . Das Eisen
“merkt” gar nicht, daß da nur ein elektrischer Kreisel ist. (Nicht der Bernstein als
Stoff ist wesentlich; es kann auch etwas anderes sein. Wichtig ist nur, daß etwas da
ist, das die Elektrizität mitnimmt.)
Alle Welt kannst du täuschen mit diesem künstlichen Magneten, dieser Nachahmung
eines Magneten. Verstecke den elektrischen Kreisel in eine Pappschachtel - ein
kleiner geräuschloser Motor muß auch hinein -, streiche sie eisengrau an, und sage,
das sei ein Magnet. Ein sehr kurzer, flacher - allerdings. Willst du einen richtigen,
langen Stabmagneten nachmachen, so nimm statt des Ringes eine Röhre. Dann ist
die Täuschung vollkommen. Die Pappschachtel ist von einem richtigen Magneten in
keiner Weise zu unterscheiden. Sie hat zwei Pole: ihre beiden Stirnflächen, die die
Öffnungen der Röhre verbergen. Sie zieht Eisen an und wirkt auch auf alle anderen
Stoffe je nach ihrer Art. Außerdem zeigt sich: Zwei solche elektrische Kreisel
verhalten sich auch zueinander wie Magneten, das heißt nach der Vorschrift, daß
derselbe Pol der einen Rolle zu den beiden Polen der anderen Rolle entgegengesetzte
Strebungen zeigt; den einen zieht er an, den anderen drängt er ab.
Der elektrische Kreisel, Wirbel, oder wie wir es nennen wollen, ist also in seinen
Fähigkeiten von einem Magneten nicht zu unterscheiden! Und wenn wir nicht
gewohnt wären, den Namen “Magnet” immer nur einem ruhenden, massiven,
36 Wer diesen Versuch etwa wirklich in dieser Weise selbst machen will, wird keinen Erfolg sehen, da die
Rotation sehr schnell und das beeinflußte Eisen sehr leicht beweglich aufgehängt sein muß. Aber das Experiment
ist wirklich auszuführen und ausgeführt worden. Man läßt eine elektrisch geladene Scheibe vor einer
empfindlichen Kompaßnadel sehr rasch rotieren. (Vgl. H. W. Pohl, Einführung in die Elektrizitätslehre, 4. Aufl.,
Berlin 1935, S. 68.) - Viel stärker ist der Erfolg bei einer scheinbar ganz andersartigen Anordnung: Verbindet man
die “Pole” einer gewöhnlichen elektrischen Steckdose (“Gleichstrom”) durch einen Metalldraht (Vorsicht,
Kurzschlußgefahr), so hat dieser Drahtkreis auf Eisen dieselbe Wirkung wie der rotierende Ring aus elektrisiertem
Bernstein. Die Wirkung ist nur viel stärker. Sie ist aus vielen technischen Anwendungen allgemein allgemein
bekannt. (Elektromagnet) Da dieser Drahtkreis aber ruht, so muß man annehmen, daß in ihm “die Elektrizität”
strömt, sie allein (Anm. 32), ohne einen gewöhnlichen materiellen Träger, wie das der Bernstein war. Dies ist
einer der wichtigsten Gründe - nicht der einzige -, der uns veranlaßt, zu sagen, das, was in dem Draht geschehe,
sei ein elektrischer “Strom”.
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womöglich eisernen, Ding zu geben, so möchten wir geradezu sagen: der
elektrische Kreisel ist ein Magnet!
Als eine Gewohnheit des Sprechens könnten wir sie leicht annehmen. Wenn wir
aber auch Ernst machen wollen mit dem Sinn dieses Satzes: “Der elektrische
Kreisel ist dasselbe wie ein Magnet”, so dürfen wir nicht davor erschrecken, daß
er dann auch umgekehrt richtig sein müßte. Der Magnet, jeder Magnet, auch der
gewöhnliche, der eiserne, ist ein elektrischer Kreisel!
Kann das sein? Soll das heißen, daß jeder Magnet insgeheim umschlungen ist von
einem elektrischen Strudel, in dem die Elektrizität herumfährt, sie selbst, ohne
körperlichen Träger, und unaufhörlich?
Nicht ganz das kann es bedeuten. Denn man hat gefunden: wenn ein Magnet in
Stücke geschlagen wird, so ist jeder seiner Trümmer wieder ein fertiger kleiner
Magnet. Und alles, was wir sonst beobachten, spricht dafür, daß diese kleinen
Magnete nicht erst durch den Schlag entstehen, sondern vorher schon im großen
Muttermagneten verborgen saßen, alle ordentlich gleichgerichtet, wie die Fahnen
im Wind, wie die Fische im Fluß, so daß sie ihre kleinen Kräfte zusammentaten
und so die große Kraft bildeten, die von dem Muttermagneten ausging.
Wir können also nur dies annehmen, und diesen Schluß müssen wir ziehen: daß
die kleinsten Körnchen, aus denen ein Magnet aufgebaut sein mag, und in die er
zerteilt werden kann, elektrische Kreisel in sich oder um sich haben, alle im
leichen Sinne drehend, alle gleichgerichtet. Wenn du das aufzeichnest, siehst du,
daß im Innern die
Abb. 7
Ströme gegeneinander kreisen und nur außen sich helfen und dort zusammen
soviel wert sind wie ein einziger großer Kreisstrom um den Magneten herum.
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Ergänzungen
So also hängen Elektrizität und Magnetismus zusammen. Und dadurch ist der
Magnetismus aus der Welt geschafft. Er hat seine Selbständigkeit aufgegeben und
ist eine Provinz geworden im Reiche des Elektrischen.
Und wie immer, wenn etwas wegerklärt ist, tut sich ein neuer Ausblick auf. Wir
sind “hinter” den Magnetismus gekommen. Aber, was wir hinter ihm gefunden
haben, ist nicht etwa eine beruhigende Leere, sondern erstaunliche Neuigkeiten
sind zum Vorschein gekommen. Und zwar folgende zwei:
a) Elektrische Kreisel wirken aufeinander, anziehend oder abstoßend. Sie sind in
ihrer Wirkung von Magneten nicht zu unterscheiden.
b) Das Innere eines “wirklichen” Magneten - aus Eisen z. B. - muß erfüllt sein
von unzähligen gleichgeordneten und gleichgerichteten solcher elektrischen
Wirbel. Und eben ihre vereinigte Wirkung ist es, die wir als “magnetische” Kraft
des Ganzen kennen.Nun sind aber diese beiden Einsichten noch nicht ganz klar.
Da ist noch manches, was du fragen könntest, und was ich noch nicht gesagt
habe.
Zu a)
Der dritte Wesenszug des Elektrischen.
Jeder .”künstliche” Magnet hat zwei Pole. Am deutlichsten sind sie - in einem
langen künstlichen Magneten, einer sich drehenden elektrischen Rolle also. Jedes
Ende der Rolle ist ein Pol. Und wenn du zwei solche drehenden Rollen hast, so
siehst du an ihnen Anziehung oder Abstoßung, je nachdem welche Enden, welche
Pole du zusammenbringst. Und was ich nun noch nicht gesagt habe, das ist,
welche Enden sich befreundet zeigen, und welche sich abstoßen. Das ist nun sehr
einfach: Denke dir beide Rollen auf denselben Stock als Achse gesteckt und beide
im gleichen Sinne sich drehend. Dann ziehen sich die Rollen an (ihre einander
zugewandten Enden ziehen sich an). - Nun stecke die eine Rolle um! Sie soll
dabei ruhig weiter kreiseln. Nach dem Umstecken kehrt sie nun das andere Ende
als zuvor der zweiten Rolle zu, das heißt die zwei Rollen drehen sich jetzt in
entgegengesetzter Richtung. Dann stoßen sie sich ab!
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Sind es statt der langen Rollen nur Stromringe, Stromkreise, sind also die
künstlichen Magnete sehr flach, so ändert das nichts und du hast folgendes Bild:
Und so, in diesem Bild, zeigt sich, wie wir den
Tatbestand am reinsten ausdrücken können, ganz in
der Sprache der Elektrizität (denn von Polen zu reden
ist jetzt nicht mehr nötig). Damit haben wir den
Kernpunkt des ganzen “Magnetismus”: Elektrische
Kreisströme (Wirbel, Kreisel), wenn sie in gleicher
Richtung nebeneinander her fließen, ziehen sich an.
Wenn sie aber gegeneinander laufen, so stoßen sie
sich ab. (Je schneller das Strömen, desto heftiger ist
übrigens die Wirkung.)
Das ist jetzt nur noch eine rein elektrische Angelegenheit. Und fragst du: Warum
ist das so? Warum wollen gleichlaufende elektrische Ströme sich vereinigen, und
warum fliehen sie sich, wenn ihre Richtungen sich widersprechen? Man könnte
sagen: Was einig ist, will ganz einig werden, das Widersprechende ganz sich
trennen. Aber das wäre keine Begründung, sondern nur eine gleichnishafte Form,
es sich zu merken. Der Physiker sucht härtere Begründungen, nachprüfbare; und
er muß dir antworten, daß er keine weiß. Er kann nur sagen: Es ist so! Es ist ein
neuer, dritter Wesenszug des Elektrischen, der sich hier aufgetan hat.
Er ist nicht auf die beiden anderen Wesenszüge zurückzuführen; aber es ist
merkwürdig, wie er sich fügt zu dem ersten, dem Wesenszug der ruhenden
Elektrizität: Denke dir zwei Bernsteinringe, beide elektrisch gemacht [und zwar
beide auf dieselbe Art (S. 78), so daß sie also gleichartig elektrisch sind] und
einander ruhend gegenübergestellt. Sie stoßen sich dann ab, wie irgend zwei
Dinge, die auf gleiche Art elektrisch sind. Fangen nun aber beide an, sich im
gleichen Sinne zu drehen, gleichmäßig und beide gleich schnell, so keimt der
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dritte Wesenszug auf, und, je schneller sie kreisen, desto heftiger entwickelt er
eine Anziehung, die die ursprüngliche Abstoßung vermindern und schließlich
sogar aufheben kann.
Zu b).
Die kleinen elektrischen Kreisel.
Diese vielen elektrischen Kreisel im Innern des Magneten: Kann man daran
glauben? Ist das nicht eine große Zumutung? Wie kommen sie da hinein? Was
soll nicht alles vor sich gehen in dem massiven Innern der Materie, das doch für
unsere unmittelbare Anschauung ein undurchdringliches Dunkel bleibt. Da ist
zuerst die körperliche innere Unruhe, die Wärme, dann die elektrischen
Zuckungen aller Schnelligkeiten, die für unsere Augen das Leuchten sind und die
auch die Wärme über den Raum senden, und nun im Eisen und anderen noch
diese Kreisel.Wenn sich freilich herausstellen würde, daß diese Kreisel nicht als
eine neue, dritte zu den beiden ersten Quellen der Unruhe hinzukäme, sondern mit
ihnen zusammenhänge, dazu paßte, vielleicht sogar ihre notwendige Ergänzung
wäre: dann würde sie nicht eine neue Verwirrung bedeuten, sondern eine Stütze.
Eines würde das andere stützen.
Und so ist es. Die Kreisel und die Zuckungen, beide elektrisch, sie sind nicht
zweierlei, sie sind dasselbe! Das ist so zu verstehen:
Mit “Zuckung” meinten wir eine Hin- und Her-, mit “Kreisel” eine Rundherum-
Bewegung der Elektrizität. Das ist nun zwar nicht ganz dasselbe, aber: fahre mit
der Fingerspitze um den Rand eines Tellers herum und blicke dabei nicht auf das
Tellerrund, sondern sich den Teller von der Seite an, vom Rande her, so daß du
seine Fläche gar nicht siehst, dann ist die Kreisbewegung deines Fingers für dich
ein Hin und Her geworden. Und zwar gleichgültig, von welcher Seite her du den
Rand betrachtest. Von diesem Gesichtspunkt aus ist also das Kreisen zugleich ein
Zucken. Nicht ein Zucken in einer bestimmten Richtung und zurück, sondern ein
Zucken in allen Richtungen nacheinander, die in einer ebenen Fläche liegen.
Wir brauchen also nur anzunehmen, daß die Elektrizität, die in den kleinen
“Sendern” hin und her zuckt, das in der Weise tut, daß sie im Kreis herumfährt.
Dann können wir sie erstens für das Leuchten verantwortlich machen - weil sie
zuckt - und zweitens hat sie auch die sogenannten magnetischen Kräfte auf dem
Gewissen -, weil sie kreiselt.
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Das klingt vielleicht nur wie ein Gedankenspiel. Es ist möglich so, aber ist es
wirklich? Ich kann dir nicht die vielen anderen Beobachtungen auseinandersetzen,
die - alle einmütig zusammen - dem Forscher keine andere Wahl lassen, die ihn
zwingen, sich so etwas wie elektrische Kreisel, Wirbel vorzustellen - wenn er sich
überhaupt etwas vorstellen will. Diese Beobachtungen liegen in sehr verborgenen
Winkeln der Natur. Die sind nur mit vielen Vorbereitungen zu eröffnen, und
deshalb kann ich dich nicht an sie heranführen.
Das Gleichnis des kleinen Brummkreisels (S. 68) war also recht passend. Aber es
müssen bei den meisten Stoffen vielfältige, tausendfältige Kreisel, es müssen sehr
verwickelte Wirbel sein, und für jeden Stoff muß die Verwickelung eine andere
sein. Es ist als hätte ein jeder Wirbel viele elektrische Ringe, als wäre er ein
ganzes Nest von Kreiseln. Jeder dreht sich in einer anderen Tourenzahl. Und alle
zusammen wirken den Lichtakkord, der dem Stoffe eigen ist, der solche Nester
hat.
Einwände und Antworten
Aber haben wir uns nicht zu weit treiben lassen? Müßte dann nicht jeder Magnet
leuchten? Und müßte nicht alles Leuchtende - nicht nur Eisen - auch magnetisch
sein?
Das wäre nicht richtig gedacht:
1. leuchtet ja doch wirklich jeder Magnet immerzu, wenn auch nicht sichtbares
Licht, so doch Wärme. Das tut ja jedes Ding, solange es noch Wärme in sich hat
(S. 69).
2. Die zweite Frage ist schon ernster. Wir wissen ja zwar, daß nicht nur Eisen,
sondern tatsächlich alte Stoffe magnetisch sind. Aber wie kommt es dann, daß sie
es so wenig sind, und Eisen, Nickel, Kobalt so übermäßig?
Das läßt sich so verstehen, daß die Sender, die Brummkreisel, die Wirbelnester
aus ihren einzelnen Ringströmen folgendermaßen aufgebaut sind:
Denke dir Faßreifen gleicher Größe, und stecke sie so ineinander, daß sie das
Gerüst einer Kugel bilden. Und dabei sollen sie sich gleichmäßig auf die Kugel
verteilen, ein Netz machen von annähernd gleichen Lücken; und auch in der
Richtung ihres Fließens soll keine Ordnung und Überein-
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stimmung sein. Wenn man sich auf diese Weise den kleinen elektrischen Sender,
den Brummkreisel, gebaut denkt, dann ist zwar jeder, einzelne seiner Ringe ein
Magnet, das ganze Nest aber nicht (oder fast nicht), denn die einzelnen Ringe
unterstützen sich nicht, sie widersprechen sich, das ganze kugelige Knäuel hat
keine “Pole” mehr. Ein Stoff, der solche kugelig abgeschlossenen Wirbelnester in
sich hat, kann nicht magnetisch sein.
Ist aber die Ordnung nicht mehr so kugelrund, liegen die Ringe mehr flach
ineinander (wie die Topfringe auf dem Herd), bilden sie mehr eine Scheibe als
eine Kugel, und stimmen auch die Stromrichtungen zusammen, so ist auch das
Ganze ein Magnet, weil er eine Hauptebene hat. Und der Stoff, der solche Sender
hat, der müßte darin zum Magnetismus fähig sein. Zwischen Kugel und Scheibe
gibt es viele Übergänge, so daß wir uns vorstellen können, wie es kommt, daß
manche Stoffe wenig, manche stark magnetisch werden können 37 .
Dies alles sind Bilder. Sehen kann das niemand. Aber wenn wir uns überhaupt
etwas vorstellen wollen 38 , so sind wir durch die Natur gezwungen, uns ein solches
Bild zu machen.
Was ist “Magnetisch Machen”?
Aber nun ist noch etwas nicht in Ordnung. Etwas ganz Einfaches, Anfängliches
ist noch nicht geklärt: es gibt gewöhnliches Eisen, und es gibt magnetisches. Was
ist der Unterschied? Was geht vor im Eisen, wenn es “magnetisiert” wird?
Du erinnerst dich (S. 81), daß in einem magnetischen Stück Eisen die kleinen
Magnete (die Sender, die Brummkreisel also) alle schön geordnet liegen müssen,
wie die Fahnen im Wind, alle ausgerichtet, wie die Teller im Schrank. Diese
Ordnung herstellen, das muß das “Magnetisieren” sein!
In einem unmagnetischen Stück Eisen müssen also die Brummkreisel alle
durcheinanderliegen. Jeder hält seine Hauptebene anders, wie Haferflocken im
Sack. Und wie ein Menschenhaufe nichts Gemeinsames schaffen kann, wenn
jeder einzelne tut, was er will, so ist auch dieses Stück Eisen im ganzen
wirkungslos. Es hat wohl die magnetischen Kräfte in sich, aber sie zersplittern
und widersprechen sich. - Und nun kommt ein großer fremder Wille, ein
wirklicher Magnet, einer,
37 Das ist eine vereinfachte Darstellung. In Wahrheit ist diese Gestalt den kleinsten Eisenteiletien - wie sie im
Eisendampf locker verteilt zu (lenken sind - nicht eigentümlich, denn Eisendampf wird kaum magnetisch. Sondern
es ist bei Eisen so, daß erst im flüssigen und festen Zustand sich mehrere benachbarte Sender in einer Art
gemeinsamer Verkrampfung zu Gruppen zusammentun, in denen eine Drehebene überwiegt. (Vgl. Pohl, EI.-
Lehre, 4. Aufl., S. 105.)
38 Ob wir freilich verlangen dürfen, daß alles anschaulich sich müsse vorstellen lassen, auch das, was nie wirklich
angeschaut werden kann, das ist eine Frage, über die man immer nachdenklicher geworden ist. (Vgl. Anm. 30 und
S. 101.)
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in dem Ordnung ist, in die Nähe dieses Eisens. Er ist wie ein großer mächtiger Kreisstrom.
Gegenüber, im Eisen, findet er viele kleine, ohnmächtige Kreisströme vor. Auf jeden von ihnen
dringt sein Befehl ein: das dritte Wesensgesetz des Elektrischen. Es verlangt: daß solche
Ströme - oder Stromteile -, die dem fremden, großen Kreisstrom gleichgerichtet sind, sich ihm
nähern, und solche, die entgegengesetzt laufen, sich entfernen. Was geschieht also?
Unter den vielen ungeordneten durcheinanderliegenden Kreiseln des Eisens wird es nur wenige
geben, die zufällig zu dem fremden Kreisstrom gerade genau parallel stehen, also - je nach
ihrer Richtung -, einfach zu ihm hin -, oder von ihm weggezogen werden. Wir brauchen uns um
sie nicht zu kümmern, auch deshalb nicht, weil sie diesem Zug oder Druck ja nicht folgen
können. Sie sind ja eingekeilt zwischen die anderen und können nicht wandern. Sie hätten
höchstens die Freiheit, sich zu drehen. Dazu haben sie aber keine Veranlassung.
Aber die anderen - die meisten also, fast alle -, die mehr oder weniger quer zu dem fremden
Kreisstrom stehen -, was spüren die von dem Befehl? - Wir müssen dazu eine Skizze machen.
Ich habe den deutlichsten Fall gezeichnet, daß nämlich ein kleiner Kreisel im Eisen, abcd, so
quer wie möglich steht, ganz senkrecht also, zu dem fremden großen Kreisstrom ABCD.
Dann erhält, wie du gleich sehen
wirst, abcd von ABCD keinen
einheitlichen Befehl. Die Gegend
um a spürt z. B.gar nichts, denn
sie ist zu keiner Stelle des
Stromes ABCD gleich- und auch
zu keiner entgegengerichtet. B
dagegen hat Gleichstrom mit B
und Gegenstrom zu D,wird also
zu B hin- und zu-gleich von D
weggetrieben. Beide Antriebe
zusammen werden - in unserer
Figur -
b nach vorn bewegen. Wenn du entsprechend für d überlegst, so findest du, daß es von B und D
gemeinsam nach hinten
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gedrängt wird. b und d sind also darin einig, ihren kleinen Kreisel abcd zu drehen,
zu kippen, und zwar um die Achse ac.
Das Ergebnis dieser Drehung ist, daß nun der Strom überall gleichgerichtet ist.
Und du kannst dich leicht davon überzeugen, daß das zuletzt immer so
herauskommt, auch dann, wenn der Strom in abcd oder in ABCD anders herum
fließt als in der Figur gezeichnet ist. – Und auch dann, wenn er zu Anfang nicht
genau senkrecht zu ABCD stand.
So geht also ein Ruck durch all die kleinen Brummkreisel im Eisen, wenn der
große Magnet in die Nähe kommt. Sie drehen sich alle solange, bis die
Elektrizität in ihnen in demselben Sinne kreist, wie in dem fremden Kreisstrom.
Das kostet Mühe, es ist nicht leicht, sich im Gedränge umzudrehen, und man hat
auch ein feines Geräusch dabei aus dem Eisen kommen hören. Aber wenn es allen
gelungen ist, so ist das Eisen nun auch ein Magnet geworden, so viel wert wie ein
großer Kreisstrom. Der fremde Wille hat die kleinen Kreisel zur Einigkeit
gezwungen. Dem Erwecker steht nun ein Ebenbürtiger gegenüber. Gegenseitig
ziehen sie sich an. Warum? – Weil gleichlaufende Stöme zueinander müssen.
“Magnetismus” sagten die Menschen, bevor sie das wußten.
Der Verlust des Magnetismus
Mancherlei verstehen wir nun: daß das Magnetisieren einmal ein Ende hat (S. 78)
– wenn nämlich alle Kreisel gedreht sind -, daß das Eisen ein wenig warm wird
beim Magnetisieren; und noch etwas, eine sehr merkwürdige Erscheinung, die
fast alles verbindet, was wir über die verschiedenen Naturkräfte erfahren haben:
Einen Nagel mache magnetisch und dann laß ihn liegen, allein weit weg von allen
Magneten. Dann schwindet ihm seine Kraft! Er wird allmählich wieder ganz
gewöhnliches, ohnmächtiges Eisen.
Das bedeutet doch, daß die kleinen Sendekreisel wieder in Unordnung kommen,
daß es aus ist mit der gemeinsamen Ausrichtung, sobald der zwingende Befehl
von außen nicht mehr gegenwärtig ist. Wie bei einer Schulklasse, wenn der
Lehrer fortgegangen ist.
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Wir verstehen es also ganz gut. Aber seltsam bleibt, daß die Auflösung der
Ordnung von selbst geschieht. Man könnte ja einsehen, daß die Ordnung sich
lockerte, wenn an ihr, an dem Stück Eisen gerüttelt würde. Aber es liegt ganz still
da, die innere Ausrichtung wird, wie es scheint, durch nichts beansprucht, gar
nicht auf die Probe gestellt. Daß die führerlosen Sendewirbel jetzt leicht zu stören
sind, ist klar; aber was stört sie und bringt sie durcheinander? Sind sie wie die
Schulknaben, geht es ihnen gegen die Natur, stille zu halten, haben sie Lust
umherzuspringen?
Allerdings müssen sie springen! Und das ist uns nicht einmal etwas Neues. Wir
kennen ja die innere Unruhe, die immerwährende, die Brownsche, die
Wärmebewegung. Sie ist ein Feind aller Ordnung, sie muß die Kreisel wirr
durcheinander werfen. Sie muß schuld sein am Erlöschen der magnetischen Kraft,
und so finden wir hier aufs Neue ihre Spur und Bestätigung.
Aber du zögerst vielleicht und meinst: dann müßte ja jeder Magnet eiskalt sein,
innerlich festgelegt und kaltgestellt? Und das ist er ja nicht -. Aber sieh dir die
Köpfe einer Schulklasse an, einer nicht besonders braven, aber wenn der Lehrer
da ist. Dann halten sie die Gesichter zwar alle ziemlich nach vorn, und doch sind
sie unruhig. Sie sehen vorne hin und her, welche sehen zur Decke, andere nach
unten, mancher zum Fenster hinaus, und einige drehen sich sogar für kurze Zeit
einmal um. So ist die Wärmebewegung im Magnete. Die Sendekreisel zittern
zwar, aber sie schwanken um immer dieselbe mittlere Lage, und die ist allen
gemeinsam. Es ist eine geordnete Unruhe im Magnete, mühsam geordnet und
immer bereit, überzugehen in die ganz ungeordnete des gewöhnlichen Eisens.-
Wir können die Probe darauf machen, ob es richtig ist, daß die innere
Wärmebewegung schuld ist am Verfall der magnetichen Kraft. Dadurch, daß wir
künstlich nachhelfen, durch Hitze. Tue das: halte den Magneten ins Feuer, und du
wirst sehen, daß er seine Macht in der Glut sofort und ganz verloren hat!
So stimmen also zusammen: die Vorstellungen, die wir uns vom Magneten
machen mußten, mit denen, die wir früher für das Wesen der Wärme als
notwendig erkannten. Beide Vorstellungen sind unabhängig voneinander
entstanden aber so
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zeigt nun etwas, wozu sie beide passen. Eine stützt die andere. In unserer Brücke:
Bewegung - Wärme - Licht - Elektrizität - Magnetismus zeigt sich eine
Querversteifung, die sie noch sicherer und tragfähiger macht. Solche
Verbindungen gibt es viele, aber wenige sind so leicht zu sehen wie diese.
So strömen angesichts dieses bescheidenen Vorgangs, wenn wir uns nur
Gedanken über ihn machen, fast alle Bilder in uns herbei und zusammen, die wir
uns vorstellen mußten, um ein Band zu finden, das die ganze Natur
zusammenhält. Es ist ein kleines, ein armseliges Experiment. Aber das Ganze
unserer Naturanschauung steht hinter ihm und um es herum, und gibt ihm Halt
und seinen Ort im Ganzen. Kann man deutlicher einsetzen, daß dem
Naturforscher die Welt nicht stumm wird, nicht grau und leer, sondern, im
Gegenteil, reicher und erfüllter?
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Abbildung 10. Elektrizität und Magnetismus
Der Mann führt ein Stück geriebenen, also elektrisierten Bernsteins schnell im
Kreise herum. Ein Stück gewöhnliches Eisen wird dann in diesen Wirbel
hineingesaugt: ein elektrischer Kreisstrom ist das gleiche wie ein
Magnet. (S. 80.)
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Die Brücke
Rückblick
Die Brücke, die wir bauen wollten, steht nun fertig da 39 .
Seßhafte Wärmestrahlung
Wärme χ Lichtstrahlung
Töne Magnetismus
Schwere Elektrizität
träge Materie in
in Bewegung χ Bewegung
Sie ist fertig, denn nun verbindet sie alle großen Naturkräfte. Du könntest noch fragen
nach dem, was die scharfen Bauten der Kristalle formt, und nach den chemischen
Kräften, die, wie Liebe und Haß, die Stoffe zueinander oder voneinander treiben. Diese
Kräfte gehören zum Reich des Elektrischen, das überall in der Materie verborgen sitzt.
Ich begründe das nicht, ich berichte es nur. Denn ich will in diesem Buche nicht noch
tiefer ins Innere und Kleinste der Materie eingehen, als unser Weg dich schon führen
mußte.
Als Letztes bleibt nun, daß wir sehen, ob die Brücke trägt. Wie ihre Fundamente sind,
und ob sie ohne Lücken ist und ohne Risse.
Sie steht auf zwei Pfeilern.
Links der Pfeiler Materie. Wir kennen sie, wir glauben sie zu kennen, die Mutter alles
Wahrnehmbaren, durch alle Sinne zu uns sprechend, von allein was die Welt uns bietet,
das Begreiflichste”. Fester Boden für diese Brücke. Und doch geheimnisvoll gerade in
der Eigenschaft, die sie kennzeichnet, dem rätselhaften Zwilling Trägheit-Gravitation.
Gegenüber: die Elektrizität. Nicht vertraut, nicht faßbar, durch Jahrtausende den
Menschen nur im Blitz sich ankündend, bis man das Licht als von ihrer Art erkannte
und sie selbst überall verborgen entdeckte. Wir wissen nicht, was sie
39 Wer die Physik kennt, wird in diesem Buch vielleicht den Begriff der Energie vermissen, zumal durch ihn
ebenfalls eine alle Naturkräfte verbindende Brücke gebaut ist. Ich habe mich nach einigem Schwanken
entschlossen, ihn hier nicht aufzunehmen. Die Art des Zusammhangs, die durch das Energieprinzip ausgedrückt
ist, ,;scheint mir eine andere zu sein als diejenige, die in diesem Buche dargestellt wird. Das Prinzip sagt aus, daß
alle Kräfte Massenbewegende sind, und daß in dieser ihrer Raum und Zeit bewältigenden Wirkung eine
unveränderliche Größe - ursprünglich Kraft mal Weg regelnd auftritt. Sie stellt dadurch einen quantitativen, aber
gleichsam anonymen und leeren Zusammenhang her, der das Wesen der verschiedenen Naturkräfte umgeht. (Die
Gleichung 427 mkg = 1 Cal ist nicht ausreichend, das Wesen der Wärme als einer Molekularbewegung zu
erkennen.)
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ist, sonst wäre sie nicht Fundament, sondern unter ihr läge noch ein anderes
zugrunde, das, woraus sie zu verstehen wäre.
Die schwer-träge Materie kann nicht ruhen. Im Großen nicht, und auch im Innern
lebt, unmittelbar nur als Wärme empfindbar, sonst unsichtbar, ein geheimes,
ewiges Zittern, Rest und Zuflucht ehemals grober Bewegung. Diese
Wärmeunruhe greift durch Stoß aufs Kältere über, wo es unmittelbar angrenzt.
Daß es auch den leeren Raum überwindet, liegt daran, daß überall im Innern der
Materie die Elektrizität wohnt, und zwar in sehr geregelter, schneller, zuckender
Bewegung. Die Wärmebewegung der Materie ist ein unfehlbarer Antreiber dieser
Schwingungen. Nun hat nach dem zweiten Wesensgesetz der Elektrizität jeder
elektrische Tanz die Kraft, auch jenseits des leeren Raumes auf alle andere
Elektrizität ansteckend zu wirken. Wird hier der Tanz wilder, so auch drüben, und
dort bringt er wieder seinen materiellen Träger, in dem er wohnt, in verstärkte
Unruhe, so daß er wärmer wird. Auf diesem Wege greift die materielle Unruhe
über den leeren Raum, mit Hilfe der elektrischen Zustände, die sie schwingend
bevölkern. - Daß diese elektrischen Schwingungen - die uns Wärmestrahlung
und, von einer gewissen Schnelligkeit an, unseren Augen Licht senden - in
Kreisen (Wirbeln) vor sich gehen, dafür zeugt die an manchen Stoffen
hervortretende, in allen schwach bereite Eigenschaft des Magnetismus, in dem ein
anderes Wesensgesetz (S. 83) des Elektrischen sich äußert.
Ich habe dich noch einmal über die Brücke geführt, damit du prüfen kannst, wie
sie trägt. Wenn du es genauer bedenkst, wirst du mir wohl zustimmen, daß sie
zwei schwache Stellen hat. Auf Seite 92 sind sie durch x bezeichnet.
Materie und Elektrizität
Eine schwache Stelle liegt nicht auf dem Brückenbogen selbst, sondern unten,
zwischen den Fundamenten. Da - wie wir gesehen haben - die Elektrizität aufs
engste in die Materie eingebaut und mit ihr verbunden ist, so fragt es sich, ob die
beiden Fundamente, so weit sie auch in unserem Bilde auseinanderstehen, nicht
noch eine - gleichsam unterirdische Verbindung haben. In welcher Art sind sie
ihrem Wesen nach und auch im Raum miteinander verbunden?
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Das Merkwürdige ist, daß das Innere der Materie so anders sein muß, als es
unserer unmittelbaren Anschauung erscheint: Nicht still und dicht und ruhig,
sondern fiebernd, rastlos durchzuckt von ewiger Bewegung. Merkwürdig, daß wir
dies alles zwar unmittelbar keinesfalls jemals werden sehen oder fühlen können,
daß wir aber doch gezwungen sind, es uns auszudenken und daran zu glauben,
wenn wir uns nur folgerichtig unsere Gedanken machen über das, was wir
allerdings mit Augen sehen und was für unsere Sinne offenbar ist. Mit
Notwendigkeit führt uns das Denken fort aus dem Offenbaren ins Geheime.
Wir haben in der Materie ein doppeltes Innenleben aufgespürt. Einmal das
zitternde, gleitende oder stürmende, in jedem Fall aber völlig regellose Treiben,
das die Wärme ist, und von dem uns die B r o w n sche Bewegung eine
Andeutung gibt, - zweitens, in diesem Getriebe gleichsam schwimmend, die
kleinen elektrischen Wirbelnester, die “Brummkreisel”, Sender des Lichts und
Träger des Magnetismus, Vermittler der Wärmebewegung durch den leeren
Raum. So wirr das Getriebe, an dem sie teilnehmen, so regelhaft und geordnet ist
jedes einzelne solche Wirbelnest, in sich so kunstvoll gebaut wie ein Uhrwerk
oder wie eine Blüte. Denn jedes ist gebildet aus vielen ineinandergefügten
elektrischen Kreiseln von verschiedener Schnelligkeit und Lage. Dabei sind alle
Nester eines Stoffes unter sich gleich, in verschiedenen Stoffen sind sie
verschieden; ihr Bau bestimmt die Eigenart des Stoffes.
Und es fragt sich nun: Welche Beziehung haben diese Wirbel zu dem materiellen
Treiben, in das sie eingelassen erscheinen?
Nach dem, was du bis jetzt weißt - und wenn wir bei dem Vergleich der Blüten
bleiben -, könntest du dir das so vorstellen wie: tosendes Wasser, in dem Blüten
mit umhergerissen werden. Das Wasser: die träge, schwere, von der
Wärmebewegung durchschüttelte eigentliche Materie; die Blüten: die darin
treibenden Wirbel der Elektrizität. Sind die “Blüten” Zustände des Wassers oder
sind sie etwas für sich? Haben wir zwei getrennte Dinge vor uns, aber ineinander
gemischt?
Wenn es so wäre, so müßte es gelingen, beide voneinander zu trennen, die Blüten
auszusieben, abzuschöpfen vom Wasser, die elektrischen Wirbel von der Materie.
Soweit man aber einen Körper zerteilt und zerstäubt - und man hat heute
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Mittel zu feinster und äußerster Zerstäubung -, nie ist man dahin gekommen, daß
man sagen könnte: hier, auf der einen Seite, ist das Träge und Schwere, die
Materie, und dort ist “die Elektrizität” mit ihren drei Wesenszügen. Im kleinsten
Stäubchen sitzen sie immer noch beide, im engsten Raum sind sie noch verkettet.
Ja man hat es zuletzt sogar soweit gebracht, die Wirbel selbst zu stören und
einzelne zu sprengen: auch ihre Trümmer sind noch beides. Im kleinsten Splitter
Materie wohnt noch Elektrizität, und das geringste Maß des Elektrischen hat noch
etwas Materielles an sich. 40
Es gibt also nichts zwischen den Wirbeln, das nicht selbst Wirbel wäre. Die
Wirbel bilden die Materie. Es sind nicht Blüten im Wasser, es ist ein tosendes
Blütenmeer. - Und die Wirbel sind nicht rein elektrische Gebilde, sie sind auch
träge und schwer.
Es sind also die beiden Pfeiler unserer Brücke ganz eng aneinander gewachsen,
wie die Wurzeln zweier benachbarter Bäume.
Damit ist aber die Frage noch nicht entschieden, ob diese Wurzeln sich nur sehr
nahe kommen, oder ob sie schließlich miteinander verwachsen, so daß die Brücke
sich zu einem Ringe schließt. Verwachsen wären sie dann, wenn die
Eigenschaften der Materie - Trägheit und Gravitation - abgeleitet und verstanden
werden könnten aus den drei Wesenszügen der Elektrizität, oder - was ebenso gut
wäre - umgekehrt. Kann es aus den Wesenszügen der Elektrizität verstanden
werden, daß Erde und Mond sich anziehen? daß jeder Körper träge ist? Oder kann
daraus verstanden werden, daß jeder Körper aus elektrischen Wirbeln gemacht
ist?
Weder über diese begriffliche Beziehung der beiden Grundkräfte, noch über die
Art ihrer räumlichen Durchdringung und Verwachsung im Innem der Wirbel
wissen wir heute etwas Abgeschlossenes und Endgültiges. Aber man hat in den
letzten Jahren Vieles und Überraschendes darüber entdeckt.
Aber darüber will ich in diesem Buche nichts sagen. Denn ich habe mir ja
vorgenommen, möglichst bei dem zu bleiben, was offenbar, oder doch aus dem
Offenbaren leicht zu schließen ist. Als du mich fragtest: wie hängen Elektrizität
und Magnetismus zusammen?, da konnte ich dir sagen: führe ein ge-
40 Vgl. Anm. 32. Eine Ausnahme machen vielleicht die vor wenigen Jahren entdeckten “Neutronen”. Es ist aber
noch die Frage, ob es sich hier um einen wesentlich unelektrischen Urbestandteil der reinen Materie handelt, oder
ob er aus der Vereinigung zweier ursprünglich elektrischer Trümmer entsteht.
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riebenes Bernsteinstück im Kreise, und das Eisen springt in den Kreis hinein. Und
wenn du es auch nicht wirklich dahin bringen kannst, schnell genug zu wirbeln,
weil dein Arm zu träge dazu ist, so ist es doch wahr, einfach und offenbar. Aber
bei den Untersuchungen über den Zusammenhang von Elektrizität und Materie,
von dem ich eben sprach, ist es ganz anders. Ich müßte dir kunstvolle Apparate
beschreiben, die viele Kenntnisse verlangen, und mit denen man die Natur
gleichsam umstellt, daß sie nicht ausweichen kann und Antwort geben muß. Aber
ihre Antworten werden dann oft vieldeutig und dunkel. Der Forscher denkt dann
nach und stellt eine neue Frage, oft von anderer Richtung her. Und die Natur zieht
sich nun, wie du ja schon bemerken konntest, immer mehr ins Kleine und
Kleinste zurück. Da können wir mit unseren groben Sinnen nicht mehr folgen.
Was unsere Sinne, gesteigert durch diese Apparate, wahrnehmen, das sind nur
mittelbare Signale aus dieser kleinen Welt, wie Wetterleuchten und dumpfer
Klang. Wir müssen uns daraus zusammenreimen, was sie ankündigen könnten. So
entsteht ein Gerüst aus vielen Stockwerken und Schichten:. Beobachtetes,
Gedachtes, wieder Beobachtetes und wieder Gedeutetes. Und das Ergebnis ist
nicht mehr etwas, das ich mit wenigen Worten vor deine Anschauung stellen
könnte, ohne mir wie ein Fälscher vorzukommen. Es ist nichts, was man vom
Gerüst aus sehen kann, es ist das Gerüst selbst, und sein Bau! Du müßtest das
Handwerk selbst erlernen, mit dem man ein solches Gerüst errichtet.
Dazu kommt, daß das Gebäude noch nicht fertig ist. Zwar hat man vieles
gefunden, aber es ist noch kein Ende abzusehen. Die Linien werden noch nicht
einfacher, sie zielen noch nicht auf einen Punkt. Ja manchmal ist es, als
verknoteten sie sich in neuen und unerwarteten Verwirrungen.
Deshalb lasse ich noch die Materie als das eine und die Elektrizität als das andere
Fundament der Brücke stehen. Vielleicht gelingt es noch einmal, die Brücke zu
einem Ring zu schließen, so daß alle Naturkräfte aus einer einzigen abstammen,
auseinanderströmen und sich wieder schließen wie ein Springbrunnen, der aus
einer Quelle aufsteigt, sich teilt und zurückkehrt. Aber vielleicht haben wir
Unrecht, darauf zu hoffen. Ist die Welt nicht allzu vielfältig, um aus einer Wurzel
zu stammen?
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Der leere Raum
Die zweite schwache Stelle liegt an der höchsten, der luftigsten Stelle der Brücke,
da wo sie von der Wärme zum Licht führt. Was ist Licht?, das “Licht unterwegs”?
Ein elektrischer “Befehl”, Wechselbefehl sagten wir. Die Elektrizität “spürt” ihn,
jenseits der Leere. Wie spürt sie das? Wer bringt den Befehl durch die Einöde?
Dieselbe Frage hätten wir schon bei der Gravitation stellen können: Zwei Körper
schweben sich gegenüber im leeren Raum. Nimm an, sie seien eben gerade
hingesetzt, hingezaubert. Da beginnen sie zueinander hinzutreiben. Woher “weiß”
es jeder von ihnen, daß der andere da ist, wohin er seinen Flug zu lenken hat, wo
er den anderen findet? Er kaum ihn ja nicht sehen oder hören oder greifen.
Dasselbe ist es zwischen Bernstein und Papier, zwischen Magnet und Eisen,
zwischen den Elektrizitäten, von denen die eine die andere mit ihren
Schwingungen ansteckt.
Was uns als unklar auffiel an der obersten Stelle der Brücke, das findet sich also
auch anderswo. Nur ist es dort kein Bindeglied der Brücke. Es ist immer dasselbe:
das Rätsel des Raumes, der leer ist und doch Befehle weitergibt.
Aber vielleicht wird gar nicht “gegeben”, vielleicht ist es anders als wir dachten,
und der Raum spielt gar nicht mit? Vielleicht springt der Befehl, oder besser: er
ist einfach dort, Ursache und Wirkung zugleich, so wie ein Stempel das ganze
Wort auf einmal aufs Papier preßt, das Ende nicht später als den Anfang?
Man hat das erwogen. Aber es gibt etwas, das dazu nicht paßt: der Befehl braucht
Zeit, bis er ankommt.! Zwei Magnete, “jetzt” einander gegenübergestellt,
beginnen nicht “sofort”, sich einander zu nähern. Es dauert eine kleine Zeit, bis
sie sich gemerkt haben; und je größer der Zwischenraum, desto länger ist diese
Zeit. Ebenso ist es mit Bernstein und Papier, wahrscheinlich auch mit Erde und
Mond oder irgend zwei Dingen, und schließlich mit dem Licht, dem elektrischen
Wechselbefehl (S. 63). Und bringst du die zwei Körper in die doppelte
Entfernung voneinander, so dauert es doppelt so lange, bis der Befehl drüben
ankommt. Wo ist er in der Zwischenzeit? Sieht
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es nicht aus, als wäre Etwas “unterwegs”, als flöge Etwas hinüber.
Noch etwas spricht dafür, daß der Befehl nicht einfach “springt”, hier fort ist, und
dann drüben anwesend, ohne daß der Zwischenraum mit im Bunde wäre: Der
Befehl wird um so schwächer, je größer der Abstand ist. Er verdünnt sich, er
nimmt ab, und zwar, das ist das Wichtigste: in genau demselben Maße, wie die
Kugelflächen wachsen, die du um den Ausgangspunkt des Befehls spannen
kannst, in der doppelten, der dreifachen, der vierfachen Entfernung. Das sieht
ganz so aus, als verschwendete er sich gleichmäßig in den ganzen Raum, und
gäbe einem Körper nur soviel ab, wie der – seiner Größe entsprechend –
auffangen kann. Wir kennen das vom Licht, wir sehen es an den Schatten, und
genau so ist es bei allen anderen Befehlen.
Dies alles deutet auf seinen Boten, der den Befehl durch den Raum hindurch
allseitig sprühend auseinanderträgt.
Man hat diesen Boten unterwegs niemals fangen und fassen können. Nur Abgang
und Ankunft bei einem Körper läßt sich feststellen. (Jede Ankunft ist ja ein
Abfangen.)
Es gibt nichts Schnelleres in der Welt als diesen Boten. Der elektrische
Wechselbefehl, dessen Ankunft wir als Licht empfinden, macht in der Sekunde
einen Weg, der sich siebenmal um die Erde legen ließe. Ebenso schnell fliegen
alle elektrischen und magnetischen Wirkungen, und, wie es scheint, auch die
Gravitation. Es ist, als wenn sie alle denselben Boten hätten.
Was für ein Bote könnte das sein?
Wenn du mir etwa zurufst, so stößt du die Luft an mit deinem Sprechen; Stöße
und Rucke laufen durch sie hin zu mir, wie Windwogen durchs Ährenfeld, von
Schicht zu Schicht. In derselben Art meldet der Stein, der in den stillen Teich
gefallen ist, dem Ufer seine Ankunft: er stößt das Wasser, dies das nächste, das
ihn rings umgibt: so verteilt sich der Stoß, und läuft als Wellenring davon und
auseinander. Das Blatt, das auf dem Wasser schwimmt, zeigt seinen Durchgang
an durch ein schnelles Auf und Ab. – Das wäre die eine Art, einen Befehl
weiterzugeben.
Es gibt noch eine andere. Sie ist gröber und sicherer, denn sie braucht keinen
Vermittler. Wenn einer das Rufen nicht
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hört, so wirft man ihn mit einem kleinen Steinchen. Das ginge auch im leeren
Raum. Materie fliegt hin zu ihm. Das ist der Unterschied zwischen den beiden
Arten der Übermittlung: im zweiten Fall fliegt die Materie selbst hinüber. Im
ersten gibt Materie nur einen Zustand weiter: den Ruck, oder sosnt etwas.
Diese beiden Arten der Befehlsübermittelung kennen wir also aus unserem
täglichen Leben.
Und welche von beiden ist nun das beste Vorbild und Gleichnis für die
Naturkräfte, die den leeren Raum durchdringen? Es scheint doch: nur die zweite,
das Werfen, das Schießen. Eben weil es durch den leeren Raum nicht aufgehalten
werden kann. Wärend die erste Art etwas verlangt, das den Raum erfüllt und den
Befehl als irgendeinen Zustand trägt, der in ihm um sich greift, und den er also
weitergibt. Und da ein solcher Füllstoff im Weltenraum nicht da ist – sonst würde
er den Mond bremsen im Lauf der Jahrtausende und den Monat immer länger
machen -, und da trotzdem das Meer den Befehl des aufsteigenden Mondes spürt
und sich zur Flut erhebt, trotzdem der Sonnenschein hier bei uns ankommt,
trotzdem magnetische Stürme auf der Sonne unseren Kompaß unruhig machen, so
müssen wir wohl annehmen, daß alles dies, und auch das Licht herüberkommt als
ein Haagel feinster und schnellster Geschosse. Daß jeder Körper feinste
Stäubchen sprüht, die jenseits in die anderen Dinge einschlagen und ihnen
melden, wo der andere ist.
Und doch gibt es beim Licht – das man am besten prüfen kann – Erscheinungnen,
die dazu nicht passen, und ganz und gar für die andere Art der Übermittlung
sprechen, für das Wandern eines Zustandes im erfüllten Raum: Es ist schon sehr
auffallend, daß Lichtstrahlen sich begegnen und durchdringen können, ohne sich
zu stören, daß also “eine Fackel die andere beleuchten kann” 41 . Das erinnert an
Wasserwellen, die sich ungehindert durchkreuzen. Geschosse halten sich auf und
stören sich, wenn sie zusammentreffen. – Noch zwingender ist aber eine andere
Erscheinung. Ich kann sie dir nicht genau darstellen, aber andeuten: Sie hängt
damit zusammen, daß Licht ein Wechselbefehl ist, eine Aufforderung zu
schwingen, etwa: links-rechts, links-rechts.... Man lenkt zwei Lichtstrahlen
41 Vgl. Huygens Abhandlung über das Licht. Ostwalds Klassiker, Bd. 20, S. 11 u. 25
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auf dieselbe Bahn, so daß sie eng nebeneinander, ja ineinander herlaufen, aber so,
daß der eine hinter dem anderen etwas herhinkt, so daß ihre Befehle, da wo sie
eintreffen, sich immer gerade widersprechen. So daß also der eine Lichtstrahl
immer gerade “links!” sagt, wenn der andere “rechts!” verlangt, und gleich
danach beide umgekehrt. Dann geschieht auf dieser Lichtbahn natürlich gar
nichts. Es ist als käme gar kein Licht, und dabei kommt es doppelt! Das kann mit
dem Gleichnis des Geschoßhagels nicht erfaßt werden. Denn daß ein Stoß nach
rechts von einem Stoß nach links gerade aufgehoben, zunichte gemacht wird, das
siehst du sofort. Daß aber ein Geschoßhagel am Ziel unschädlich wird dadurch,
daß noch ein zweiter solcher Hagel dazu kommt, das kann niemandem
einleuchten.
So kam man in eine seltsame Lage. Der Weltraum ist leer, denn der Mond kreist
ungehindert. Aber zugleich darf er nicht leer sein, denn es muß ihn etwas erfüllen,
das das Licht und alle anderen Kräfte - trägt; denn das Licht ist kein Geschoß. So
muß also ein Stoff dort sein, nur ein äußerst feiner, anders als alle anderen?
Nun suchte man nach ihm, wollte ihn fassen, irgend etwas sonst von ihm merken,
als daß er die Kräfte trägt. Aber das war merkwürdigerweise ganz vergeblich. Er
ließ immer nur das merken, wegen dessen man ihn erfunden hatte; mit nichts
anderem kam er freiwillig zu Hilfe, um uns von seinem wirklichen Dasein zu
überzeugen.
Dann kam es aber noch schlimmer. Am Licht, das Dinge tut, die nie ein
Geschoßhagel ausrichten kann, an demselben Licht entdeckte man neue andere
Fähigkeiten, bei denen es sich ganz so verhielt, wie ein Schwarm einzelner,
feinster Nadeln. Es erscheint also bei bestimmten Gelegenheiten wie ein Hagel,
bei bestimmten anderen wie ein Wellenring auf dem Wasser. Es hat zwei Masken,
die sich widersprechen. Wie ist sein wahres Gesicht? -
Ich kann dich nicht in diese Kämpfe führen. Sie sind nicht entschieden. Ich wollte
dir nur zeigen, daß die schwachen Stellen unserer Brücke dieselben sind, an
denen die Physiker der ganzen Welt heute mit aller Leidenschaft einen Ausweg
suchen (und auch schon Anfänge dazu gefunden haben), mit den feinsten Waffen
des Geistes und der Technik. -
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Bei dieser Arbeit ist eine Nachdenklichkeit über sie gekommen. Manche werden
still, halten eine Weile ein, und denken über ihre Arbeit nach, über die Art ihrer
Arbeit.
Besinnung
Was tun wir? Wir sind in der Natur ein Glied von ihr. Wir sehen und hören sie,
durch viele Sinne redet sie zu uns, bunt tönend, in vielen Sprachen. So ist sie uns
etwas Vielfältiges. Und da es immer Menschen gibt, die die Einheit in der
Vielheit suchen, die Brücke, den Grund, so entsteht die Physik 42 . Die Physiker
fragen und die Natur antwortet. Sie antwortet nie falsch, aber sie flüchtet vor dem
Zudringlichen. Und zwar in zweierlei Richtung: ins Kleine und ins Leere. Das
fing schon bei der geheimen Wärmebewegung und den kleinen Sendekreiseln an,
und an den schwachen Stellen der Brücke wurde es noch deutlicher. Auf dieser
Flucht führt sie die Lösung ihrer Rätsel hinaus aus der Welt unserer menschlichen
Körper. Denn unsere Welt ist erfüllt von dem Stoff, der uns nährt, und wir leben
in den großen Maßen unseres Körpers, seiner Sinne und seiner Werkzeuge. -
Diese Flucht ist nicht verwunderlich: da in unserer großen, erfüllten Welt die
Brücke sich nicht schlagen läßt, so muß die Natur uns nach draußen locken. Von
dort gibt sie uns dunkle Signale; wir deuten sie und machen uns danach
Vorstellungen und Bilder von dem, was im Unsichtbaren, im Kleinen und Leeren
wirkt. Sie sollen uns Grund und Erklärung geben für unsere große, erfüllte
sinnliche Welt.
Aber alle unsere Worte, alle unsere Vorstellungen und Bilder sind genommen aus
dieser großen und groben Welt. Können nicht anderswoher genommen sein.
Andere sind uns nicht gegeben. Die tragen wir hinein ins Kleine und Leere, wir
richten es damit ein, wie eine fremde neue Wohnung mit altem vertrautem Gerät.
- Das Bild des stillen Teiches, auf dem der Stein seine Wellenringe treibt, wirkt in
uns, wenn wir darüber grübeln, wie das Licht im Leeren unterwegs ist; oder wir
sehen dabei den Pfeil blitzend vor dem Himmel fahren und hören seinen
Einschlag. Das ewige Schwanken in den Wipfeln der Waldbäume ist uns ein
Gleichnis für die innere Wärmebewegung in den festen Körpern, und
Kinderkreisel haben wir im Sinn, wenn wir uns in den Magneten versetzen 43 .
42
Damit soll nicht gesagt sein, daß die Denkweise der Physik der einzige oder der beste Weg wäre, dieses Ziel zu
suchen
43
Nicht nur wenn wir bewußt in Gleichnissen sprechen, wenn wir nur überhaupt Worte redend oder denkend
gebrauchen, binden wir uns an die große und erfüllte Welt.
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Anders können wir nicht, und doch werden wir bedenklich, ob wir es dürfen?
Dürfen wir die Gleichnisse - und die Begriffe, denen man das Gleichnis gar nicht
mehr ansieht - aus der großen, erfüllten Welt hineintragen ins Kleine und Leere,
das uns dann wieder das Große erklären und in sich verbinden soll? Ist das nicht
wie ein Gehen im Kreis? Vielleicht ist es kein Wunder, daß wir nicht mehr recht
weiter kommen mit diesen Gleichnissen. Fast scheint es nach den neuesten
Erfahrungen, daß selbst, wenn wir sagen. “hin und her” oder ,”im Kreis herum”,
daß das schon zuviel ist, daß auch das nur Gleichnisse sind, die in die kleine Welt
nicht mehr passen, daß sie ganz andere Begriffe verlangt, als uns die große geben
kann. Und nun erst die leere Welt! Wir müssen vielleicht verzichten lernen, uns
von allem ein “Bild” zu machen. Und vielleicht werden wir in diesem Sinne
niemals eine Brücke ohne Sprünge und Lücken bauen können. –
Und doch ist unser Bauen nicht ganz vergeblich gewesen. Fertig sind wir nicht
geworden. Aber du weißt doch nun mehr als zuvor, und ich denke, du glaubst
auch daran. Und wenn du auch die innere Unruhe, die in den Dingen ist, niemals
selbst wirst, und noch weniger die kleinen elektrischen Wirbel, so sind es doch
Gleichnisse, die etwas Wahres andeuten, einen wahren und wirklichen
Zusammenhang der Natur, der uns unmittelbar nicht offen steht.
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Zusammenfassungen
Trägheit und Gravitation
Zwei Eigenschaften sind aller Materie zutiefst eingeboren und können ihr nicht
genommen werden:
1. Jeder Körper ist träge, das heißt: er zeigt einen Widerstand dagegen, schneller
oder langsamer oder in anderer Richtung bewegt zu werden, als er gerade bewegt
ist.
2. Alle Körper drängen zueinander (Gravitation).
Merkwürdigerweise zeigen beide Eigenschaften einen strengen Zusammenhang
miteinander: In genau demselben Maße, in dem ein Körper träger ist als ein
anderer, ist auch die Kraft größer, mit der seine Vereinigung mit anderen Körpern
sich anbahnnt.
So erklärt es sich, daß (im leeren Raum) alle Körper gleich schnell fallen. Denn
die Schwerkraft ist nichts anderes als die Gravitationswirkung zwischen der
Erdkugel und dem Körper, der lastet oder fällt.
Ebenso wird die Flut des Meeres erzeugt durch ihre Anziehung zwischen der
Mondkugel und der Erde mit ihren Meeren.
Daß es der Gravitation nicht gelingt, alle Körper der Welt wirklich zusammenzudrängen,
liegt an dem Schwung ihrer uranfänglichen Bewegung, die im leeren
Weltraum nicht gehemmt wird, und darum - infolge der Trägheit - unvergänglich
ist.
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Wärme und Bewegung
Aller Stoff ist innerlich erregt von einer unaufhörlichen, äußerst feinen, wirren
Bewegung. Im Festen ist sie zitternd, im Flüssigen gleitend, im Luftartigen
stürmend.
Selbst unsichtbar, verrät sie sich doch dem Auge, wenn sie in der Flüssigkeit oder
dem Gas kleine, durch ein stark vergrößerndes Mikroskop eben noch sichtbare
Stäubchen vorfindet, auf die sie ihre wimmelnde Unruhe überträgt.
Sie steigert sich in der Wärme, sie erlahmt im Abkühlen und erstarrt bei der
tiefsten erreichbaren Kälte.
Sie ist die Wärme. Und was die berührende Hand spürt, ist das Mehr und Weniger
ihrer eigenen inneren Bewegung im Vergleich zu der des Körpers, den sie anfühlt.
Diese Vorstellung der Wärme als einer Art der Bewegung erklärt alle
Wärmeerscheinungen mit Ausnahme der den leeren Raum durchdringenden
Wärmestrahlung, die nur im Zusammenhang mit dem Licht verstanden werden
kann.
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Wärme und Licht
Es ist Etwas in der Welt, - besser: es geht, es fliegt Etwas durch die Welt, auch
durch den leeren Raum. Dies Etwas “ist” nicht Wärme und “ist” nicht Licht. Es
ist Eines, wir wissen nicht, wie wirs nennen sollen einstweilen. Aber für unsere
Haut ist sein Eintreffen Wärme, für das Auge seine Ankunft Licht. Und zwar, da
es einer Steigerung fähig ist: im gelinden Zustand ist es nur Wärme, im
gesteigerten auch Licht. Nicht immer, doch meist, entspringt es der “inneren
Unruhe”. Der Matrie und steigert sich mit ihr. Auch erzeugt es immer die innere
Unruhe dort, wo es, in Materie einschlagend, vergeht. Noch ist damit nichts
darüber gesagt, wie es vergeht und wie es entsteht, und vor allem nicht, was es
unterwegs ist, in der Leere.
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Licht und Elektrizität
Dieses Etwas ist ein elektrischer Wechselbefehl.
Wenn sich irgendwo der elektrische Zustand schnell hin und her bewegt,
schwingt, so hat das zur Folge, daß in der Ferne der elektrische Zustand in
demselben Takt zu zucken beginnt. Das ist ein letzter Wesenszug des
Elektrischen.
Lichterzeugung ist solches, ungeheuer schnelles, elektrischem Zucken an
unzähligen Stellen des leuchtenden Körpers, immer anregbar durch die innere
Wärmebewegung, aber doch von ihr selbst grundverschieden. Denn dieses
Zucken ist nicht körperlich, sondern elektrisch, es ist nicht wirr, sondern aufs
klarste geordnet - wenigstens dann, wenn der leuchtende Körper im luftartigen
Zustand ist. Denn als Glas leuchtet jeder Stoff ein ganz bestimmtes, nur ihm
eigentümliches Gemisch von Wechselbefehlen (Farben).
Die Fernwirkung dieses Zuckens, der Befehl in die Ferne, worin er auch bestehen
mag, er ist das Etwas, dessen Ankunft für uns Wärme und – an Schnelligkeit des
Wechsels gesteigert – Licht ist.
In jedem Körper erregt diese Ankunft wieder eine elektrische Zuckung. Und so,
wie die befehlende Zuckung immer durch die innere körperliche Wärmeunruhe
anregbar ist, so ist die befohlene, im auffangenden Körper gehorchende,
umgekehrt immer wieder ein Anstifter der inneren Unruhe dort. So wird die
Ausbreitung der inneren Wärmebewegung über den leeren Raum hinaus
vermittelt durch den elektrischen Zustand, der der Materie überall innewohnt.
Das Auge ist ein elektrisches Organ, erregbar durch elektrische Schwingungen
von 4 . 10 14 bis 8 . 10 14 . Wechseln in der Sekunde, und fähig, das, was diese
Wechselbefehle in ihm hervorrufen, als Stufenleiter der Farben (von Rot über
Grün nach Blau) die Seele empfinden zu lassen.
Wie aber der elektrische Befehl den leeren Raum überwindet und worin er
besteht, ist damit nicht gesagt, und ebensowenig, was Elektrizität “ist”.
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Die Elektrizität zeigt drei Wesenszüge:
Elektrizität und Magnetismus
1. Ruhende Elektrizitäten, vermöge ihrer zweifachen Strebung nach Anziehung
oder Abstoßung, stellen sich aufeinander ein (und rufen einander wach in ihrer
Umgebung). Das zeigt der geriebene Bernstein über dem Papier.
2. Ruckende Elektrizität wirkt durch ihren Tanz ansteckend auf ihresgleichen in
Nähe und Ferne. Zuckung solcher Art ist das Leuchten, und seine Fernwirkung
das Licht.
3. Gleichmäßig bewegte, also strömende Elektrizität, Elektrizitätsflüsse ziehen
sich (mitsamt den Körpern, in denen sie fließen) an, wenn sie in gleicher
Richtung nebeneinanderlaufen, und drängen auseinander, wenn sie in
entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeifließen.
Dieser dritte Wesenszug erzeugt das, was wir Magnetismus nennen. Alle Stoffe
sind mehr oder weniger leicht magnetisierbar.
Die überall und immer die Materie durchsetzenden elektrischen Zuckungen (das
Leuchten) geschehen nämlich so, daß Elektrizität in winzigen Kreiseln
herumfährt. Mehrere verschiedener Schnelligkeit und Lage sind immer zu einem
Wirbelnest ineinandergefügt. (Der Bau eines solchen Nestes ist bestimmend für
das Licht, das der Stoff aussendet, der solche Nester enthält.) Je weniger ein
solches Wirbelnest kugelig ist, je flacher also seine einzelnen Kreisel ineinander
sitzen, desto mehr gleicht er als Ganzes einem Kreisstrom, und desto mehr ist der
Stoff, der aus solchen Wirbeln besteht, des Magnetismus fähig:
Im gewöhnlichen (“unmagnetischen”) Zustand liegen nämlich
die flachen Wirbel wirr durcheinander. Magnetisieren heißt: sie ausrichten, so
daß sie alle in parallelen Ebenen und in gleicher Richtung kreiseln. Ein in dieser
Art innerlich geordneter Körper ist ein “Magnet”. - Steht er nämlich einem Stück
magnetisierbarer (das heißt von flachen Wirbeln erfüllter), aber noch
unmagnetisierter (das heißt die Wirbel sind
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noch nicht ausgerichtet) Materie gegenüber, so wirkt er wie ein einziger großer
Kreisstrom nach Gesetz 3 auf alle die vielen noch wirr durcheinanderliegenden
Wirbel dieses Stückes Materie ausrichtend und macht es dadurch ebenfalls zum
Magneten. Beide Magnete wirken dann, als zwei gleichgerichtete Kreisströme,
nach Gesetz 3 aufeinander anziehend. - Deshalb zieht der Magnet das Eisen an.
Die Brücke
Die Brücke zwischen den Naturkräften ist nicht vollkommen.
Die beiden Fundamente, Materie und Elektrizität, sind aufs engste miteinander
verbunden. Die Materie besteht aus unruhig durcheinander treibenden
Wirbelnestern, in deren kleinsten Teilchen das elektrische und das materielle
Verhalten sich noch mischen. Das kleinste Körnchen Materie ist noch elektrisch,
und das geringste Maß des Elektrischen hat noch etwas Materielles an sich. Die
Forschungen über das innere Verhältnis zwischen Trägheit-Gravitation und den
elektrischen Grundgesetzen, ebenso über ihr räumliches Ineinandergreifen in den
Wirbeln, sind noch nicht am Ziel.
Ebensowenig die Untersuchung der Frage, wie es vorzustellen ist, daß die
Naturkräfte durch den leeren Raum hindurch wirken.
Bei diesen Forschungen hat sich ein Nachdenken darüber erhoben, ob es
überhaupt möglich ist, in der Welt des Kleinen und Leeren - in der die ungelösten
Probleme immer mehr zu suchen sind - mit den Begriffen auszukommen, die wir
unserer großen und erfüllten Welt entnehmen. Und ob es berechtigt ist, zu hoffen,
daß unser Denken einmal einen lückenlosen Ring wird schließen können, der alle
Naturkräfte in einen anschaulichen und einfachen Zusammenhang bringt.
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Zusammenfassung des Ganzen
Wir sehen die Welt in immerwährender Bewegung. Sterne kreisen, Wolken
ziehen, Bäume schwanken, Regen fällt, Wasser rinnt, Meer wogt, Steine rieseln.
Was diese Bewegungen antreibt, ist die Schwere, die ein Ausfluß ist der
allgemeinen Anziehung der Materie, der Gravitation. Was sie erhält, ist die
Trägheit, das Immer-weiter-Wollen aller Materie. Beide sind geheimnisvoll
verbunden, denn je träger ein Stück Materie altem Anstoß nachhängt, desto
heftiger verfällt es neuem Antrieb.
Wo sich Bewegung nicht erhält, nicht zu erhalten scheint, beim Aufprall etwa des
fallenden Steins, entzieht sie sich nur unserem stumpfen Blick, entweicht ins
Innere der Materie (des Blockes) und lebt dort ewig fort, noch immer Bewegung.
Denn das Wasser auch des gänzlich stillen Teiches, das Innere des Felsens, des
Glases, des Stahls: sie sind nicht starr und still, sondern es ist ein ewiges Fieber
darin, eine schnelle, feine, wirre, uneinige, ewig unsichtbare und ewig anhaltende
Bewegung der Teile gegeneinander, zitternd im Fels, rollend im Wasser, jagend
in Luft.
Und diese Bewegung ist es, deren Mehr oder Weniger wir als wärmer oder kälter
empfinden. Und darum wird der aufprallende Fels warm; darum kann, umgekehrt,
Feuer und Wärme bewegen, die Bewegung kann wieder sichtbar und einig
hervortreten, wie im Felsen-werfenden Vulkan.
Daß aber die Sonnenwärme auf die Erde kommt, daß also die innere Bewegung
auch durch den leeren Raum hindurch dem kälteren sich mitteilt, dies ist das
vermittelnde Werk der Elektrizität. Dieses Wort bezeichnet etwas anderes als die
(träge, schwere) Materie, eine eigene Naturkraft, die im Inneren aller Materie, eng
ihr eingeboren, wohnt, dort ihre Kraftzentren, ihre Quellpunkte hat. Und auch
diese wieder sind bewegt. Nicht, daß sie nur mitgeführt würden von der inneren
Wärmebewegung der Materie wie Blüten vom Bach: Sie bildete schwingenden,
und zwar im Kreise schwingende Elektrizität, kurz: elektrische Wirbel.
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Und obwohl die materielle Wärmebewegung und diese elektrischen Wirbel
zweierlei sind, so beeinflussen sie einander doch: wird eins von beiden aus
irgendeinem Grunde heftiger, so gibt es dem anderen ab, und so gewinnt auch das
an Gewalt.
Nun ist es eine letzte, weiter nicht erklärbare Eigenschaft der Elektrizität, daß,
wenn irgendwo eine Schwingung des elektrischen Zustandes vor sich geht, dies in
der ganzen Umgebung von der Elektrizität, die dort etwa sitzt, ansteckend
empfunden wird, so daß sie mit zu schwingen beginnt, im gleichen Takt. Und es
ist für diese Fernfühlung der leere Raum kein Hindernis (ebensowenig wie für die
Gravitation), so schwer dies für uns auch vorzustellen ist.
So wird jetzt klarer, wie die Sonnenwärme mit Hilfe dieser elektrischen Wirbel
und ihrer Fernwirkung zur Erde übergehen kann (und so jede andere
Wärmestrahlung durch den leeren Raum): Als eine sehr heiße Glaskugel ist die
Sonnenwärme von einer sehr heftigen inneren Wärmebewegung erfüllt. Deshalb
sind dort auch die elektrischen Wirbel äußerst energisch. So stecken sie,
ungeachtet des großen leeren Zwischenraumes, die elektrischen Wirbel unserer
Erdenmaterie zu heftigerem Tanze an, und dieser Gewinn greift wieder über auf
die Wärmebewegung der Erdenmaterie selbst, in der die elektrischen Wirbel
wohnen. So wird unsere Erde warm.
Es ist also die Wärme, die in den Körpern sitzt, etwas ganz anderes als die Wärme
unterwegs. Unterwegs ist sie elektrischer Tanzbefehl. In der Materie drinnen ist
sie verborgene Bewegung dieser Materie selbst. -
Die elektrischen Wirbel und ihre Befehle sind aber nicht nur die Beauftragten und
Meldegänger der Wärmebewegung. Das sind sie nur nebenbei. Ihr eigenstes
Wesen ist ihr Wirbelspiel und das Ferngefühl, das sie füreinander haben, indem
sie sich den Tanz befehlen und gehorchen.
Wir Menschen sind davon nicht ausgeschlossen. Wir wissen davon nicht nur auf
dem Umweg über das Wärmegefühl. Wir haben ein eigenes, ein elektrisches
Sinnesorgan dafür, das Auge. Es empfindet unmittelbar, wenn ein elektrischer
Schwingungsbefehl von fernsten Wirbeln her in seine Öffnung fällt. Die
Elektrizität nämlich, die - wie überall - im Augenhintergrund wohnt, folgt dem
Befehl, und ihren Tanz spürt unsere Seele auf eigene Art. Sie nennt ihn Licht.
Nicht alle
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Schwingungsbefehle empfindet sie so. Nicht die von langsam kreisenden Wirbeln
(langsam schwingender Elektrizität) herkommen. Erst, wenn ein Wirbel eine
bestimmte, ungeheuer große Zahl von Umdrehungen erreicht, nämlich 400 000
000 000 000 in der Sekunde, glimmt die Empfindung auf. Sie heißt “Rot”. Denn
die Drehzahl des Wirbels, zugleich die Schwingungszahl des Befehls, bestimmt
die Farbe, die wir sehen. Schnellere Schwingungen sehen wir gelb, noch
schnellere grün und blau, und wenn die Drehzahl 800 000 000 000 000 ist,
violett. Für noch schnellere Wechsel ist das Auge wieder blind (Röntgenstrahlen).
Nun sind aber die alle Materie unfaßlich eng erfüllenden elektrischen Wirbel
keine einfachen Gebilde. Das offenbart sich, wenn wir selbstleuchtende (also
meist heiße) Körper ansehen, die außerdem im gasförmigen (also aufgelockerten,
innerlich befreiten) Zustand sind. Wir müssen allerdings ein Prisma vors Auge
setzen, weil es sich sonst von der Farbmischung täuschen läßt. Es leuchtet dann
nämlich jeder Stoff, und noch in kleinster Menge, in mehreren Farben zugleich,
und zwar in ganz bestimmten Farbtönen (während andere fehlen), die nur ihm in
dieser Zusammenstellung eigentümlich sind. Dieses Farbgemisch (das heißt:
Befehlsgemisch) geht also von jedem seiner Wirbel aus. Seine Wirbel können
also nicht einfach, das heißt mit einer bestimmten Drehzahl vorgestellt werden,
wir müssen uns statt eines einfachen Wirbels immer ein ganzes Nest denken, zu
dem sich mehrere einfache Wirbel von verschiedener Drehzahl in einer
bestimmten, für diesen Stoff eigentümlichen Weise zusammentun. Lauter solche
untereinander gleiche Wirbelnester bilden den Stoff. Und was einen Stoff
eigentlich vom anderen verschieden macht, warum Kupfer anders ist als Eisen,
das ist im wesentlichen die Bauweise seiner Wirbelnester.
So wirr und uneinig also die materielle Wärmebewegung ist, so kunstvoll
geordnet ist das Kreisen der Elektrizität in den unzähligen Wirbelnestern, die die
Materie erfüllen. -
Die Wirbelnester können aus ihren Einzelwirbeln kugelrund zusammengebaut
sein. Es gibt aber auch Stoffe mit flachen Nestern, das heißt solchen, bei denen
die Einzelwirbel fast alle in derselben Ebene liegen und auch fast alle in derselben
Richtung drehen. Solch ein Stoff ist Eisen. Und wenn
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nun in einem Stück Eisen noch dazu alle diese flachen Nester parallel ausgerichtet
sind, dann sind sie alle untereinander einig und mächtig. Das ganze Stück Eisen
ist dann so viel wert wie ein großer elektrischer Wirbel.
Und dann wird ein anderes elektrisches Urgesetz für uns merklich. Es heißt:
Wenn sich zwei elektrische Wirbel gegenüberstehen und sie drehen in gleicher
Richtung, so ziehen sie einander an, drehen sie gegeneinander, so stoßen sie sich
ab. Auch dieses Gesetz ist unerklärbar, und auch mit der Gravitation hat es, soviel
wir wissen, nichts zu tun.
Das innerlich geordnete Stück Eisen, das einem großen elektrischen Wirbel
gleichwertig ist, muß nach diesem Gesetz handeln, wenn wir ihm ein ebensolches
Stück Eisen gegenüberstellen. Es wird anziehen oder abstoßen, je nachdem
welche Enden wir aufeinander zu richten. Wir nennen Es dann einen Magneten.
Und was uns als magnetische Kraft vertraut ist, sind die Kräfte zwischen zwei
elektrischen Wirbeln.
Bei allen Stoffen ist von diesem Magnetismus etwas zu spüren, wenn auch nicht
so viel wie beim Eisen. –
So sind die kunstvollen elektrischen Wirbelnester nicht nur die Vermittler des
Wärme-Strahlungs-Ausgleiches, sie sind die Quellen des Lichtes und durch die
Kräfte zwischen ihnen die Spender der magnetischen Kraft.
Dunkel ist noch das Verhältnis der Elektrizität zur Trägheit und Gravitation,
unvorstellbar bleibt, wie ein wirklich leerer Raum elektrische- und Gravitations-
Befehle tragen kann; und sehr zweifelhaft wird, ob wir überhaupt hoffen dürfen,
es müsse sich alles anschaulich vorstellen lassen, ja ob wir das Recht haben, die
Begriffe, die aus unserer großen Sinneswelt genommen sind, zur Beschreibung
des winzig Kleinen und des Leeren zu verwenden 44 .
{113}
Anmerkungen
44 Wir hatten uns vorgenommen (Vorwort, S. VI, und S. 2), die Begriffe: Molekül, Atom, Elektron, Äther usw.
nach Möglichkeit zu vermeiden und im “Offenkundige” zu bleiben. Der kundige Leser, der als die Träger der
“inneren Unruhe” die “Moleküle” kennt und die “Wirbelnester” als “Atome” bezeichnet, könnte zweifeln, ob
diese Absicht gelungen sei, wenn er diese “Zusammenfassung des Ganzen” liest. - Man muß hier zweierlei
unterscheiden.- Der “Zusammenhang der Naturkräfte” läßt sich tatsächlich ohne diese Begriffe darstellen. Das
zeigen am deutlichsten die ganzseitigen Bilder (3, 4, 5, 6, 10). - Aber diese Bilder zeigen Experimente - und
insofern ist der Mensch in ihnen wesentlich -, sie zeigen die reine, aus der Natur herausgefundene und
herausgestellte Gesetzestafel der Zusammenhänge. - Will man aber mehr als dies wissen (und das wäre das
zweite), nämlich: wie die Natur mit Hilfe dieser Gesetzgebung ihren Materiestaat eingerichtet hat, wie also die
Naturkräfte in der Natur selbst, praktisch, miteinander verkettet sind, so muß man notwendig diese Begriffe
bilden.
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1) Wenn man dies unter “Physik” versteht, so ist die “Chemie” ein Teil von ihr.
Aber ein so wichtiger und eigenartiger Teil, daß man ihn meist selbständig neben
die Physik stellt, diesen Begriff also in einem engeren Sinne gebraucht. Die
Chemie untersucht die gleichsam persönliche Eigenart der verschiedenen Stoffe,
aus denen die Dinge gemacht sind. Sie fragt nach dem, was dem Wasser, was der
Erde, was dem Kupfer eigentümlich ist. Jeder Stoff hat seine Eigenart, und von
ihr hängt es ab, wie er sich mit anderen Stoffen verträgt. Die Physik – im engeren
Sinne – dagegen übersieht diese Unterschiede. Sie sieht nur auf das, was alle
Stoffe angeht. Alle Stoffe können z. B. warm werden, oder bewegt sein. Aber nur
ein Stoff kann in allen seinen Eigenschaften so sein wie das Kupfer, eben das
kann in allen seinen Eigenschaften so sein wie das Kupfer, eben das Kupfer
allein. Darum wird das Kupfer in der Chemie, Wärme und Bewegung in der
Physik betrachtet.
2) Die nthüllung dieser Zusammenhänge ist eine Leistung fast auschließlich des
19. Jahrhunderts.
3) Hier ist von der Gravitaion noch abgesehen. Wer das Kapitel zu Ende gelesen
hat, bemerkt, daß der Ball tatsächlich wieder zu dem Körper zurückgezogen wird,
der ihn geworfen hat.
4) Genauer: Jede Messung erfordert Zeit. Um nun den Körper eine Zeitlang
dauernd und immer wieder “aus der Ruhe zu bringen” muß man ihn so vor sich
her schieben, daß die schiebende Hand seine Trägheit als Widerstand ständig in
gleichem Maße spürt. (Es zeigt sich, daß man dann immer schneller und schneller
laufen muß. Man macht mit dem Körper zusammen eine “gleichförmig
beschleunigte Bewegung”.) Nehmen wir an, wir machen das eine Sekunde lang
und wählen die Kraft so, daß der Körper im ganzen einen Meter weit kommt. –
Dieser Behandlung unterwerfen wir nun zwei verschiedene Körper. Wenn dann
an dem einen die schiebende Hand doppelt so stark drücken muß (um ihn in einer
Sekunde einen Meter weit zu schaffen) wie an dem anderen, so sagt man: seine
Trägheit (oder auch seine “Masse”) ist doppelt so groß wie die des anderen.
Entsprechend versteht man eine drei- oder vierfache Trägheit.
5) Genauer: Gegeben sind zwei Körper in bestimmtem Abstand voneinander. Die
Gravitationskraft, die sie zueinander zieht, soll gemessen werden. – Prinzipiell
geschieht das so: Zwischen beide wird eine zusammengedrückte Spiralfeder
gebracht, deren Spannung gerade ausreicht, um eine Annäherung der beiden
einander zu verhindern. Diese Spiralfeder wird dann, entspannt, auf die Erde
gebracht, senkrecht gestellt, und von oben mit einem solchen Gewicht belastet,
daß sie wieder genau so weit zusammengerückt wird, wie es unter der Wirkung
der zu messenden Gravitationskraft geschehen war. Ist dieses
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Gewicht 23 g, so sagt man: Die Gravitationskraft zwischen den beiden Körpern hat die Größe
von 23-g-Gewichten. – Vergleichen wir diese Messung mit der Messung der Trägheit (Anm.
4), so zeigt sich ganz besonders deutlich, daß Trägheit und Gravitation ganz verschiedene
Dinge sind. Denn sie werden auf völlig verschiedene Weise gemessen.
6) Später wird sich zeigen, daß das nicht ganz richtig ist. Das ändert aber nichts an dem Schluß,
daß Gravitation und Magnetismus wesensverschieden sind. Denn die Gravitation nimmt auf die
stoffliche (chemische) Eigenart jedenfalls keine Rücksicht, während der Magnetismus sich von
ihr abhängig zeigt.
7) Wer diese Meinung hat, daß körperliche Gesundheit die Voraussetzung der seelischen ist,
aber auch umgekehrt, daß die Unversehrtheit der Seele die des Körpers mit sich bringt, der
kann sich das so deuten, daß beide, und damit für uns nur durch gleichsam einen Wechsel des
Gesichtspunktes als verschieden zeigen. Für das Paar Gravitation – Trägheit ist dies etwa die
Lehre der “Allgemeinen Relativitätstheorie”: daß nämlich beide in gewissem, sehr abstraktem
Sinne ein und dasselbe sind. Ob aber diese Lehre nur den Rang einer Denkmöglichkeit oder
den einer Wahrheit hat, ist heute noch nicht entschieden.
8) Man könnte vermuten, es wäre die Gravitation, die die Tinte an der Feder hält, die das
Wasser in den Schwamm saugt und zwei Wassertropfen zum Zusammenfließen bringt. Das ist
aber ein Irrtum, wie folgender einfache Versuch zeigt: An einer waagerechten Glasplatte kann
man einen Wassertropfen von einer gewissen Größe anhängen. Wenn dafür die Gavitation
zwischen dem Wassertropfen und der Glasplatte verantwortlich zu machen wäre, so müßte eine
doppelt so dicke Platte einen doppelt so schweren Tropfen tragen können. Das ist aber, wie
jeder weiß, nicht so. Sie kann auch nicht merklich mehr tragen. – Diese Kräfte haben also mit
Gravitation nichts zu tun. (In den Lehrbüchern der Phyik findet man Näheres über sie unter den
Stichworten: Oberflächenspannung, Kapillarität, Molekularkräfte, Kohäsion, Adhäsion.) Sie
sind von großer Wichtigkeit – sie sorgen z. B. dafür, daß die Körper überhaupt
zusammenhalten - , fallen aber nicht sehr auf. Sie sind in diesem Buch nicht besonders
behandelt. Es ist gelungen, sie auf elektrische Kräfte zurückzuführen.
9) Die Figur ist übernommen aus: Sir I s a a c N e w t o n s Mathematische Prinzipien der
Naturlehre, S. 515. Herausgegeben von Ph. Wolters, Berlin 1872. (Das lateinisch geschriebene
Originalwerk Newons erschien 1686,) Einige, hier nicht benutzte, Buchstaben sind
fortgelassen. Hinzugfügt habe ich die Buchstaben H, I, K, L, M und die punktierten Strecken
VH und HM.
10) Der Kampf steht aber nicht so auf des Messers Schneide, wie es nach dieser etwas
übertriebenen Darstellung scheinen könnte. Es ist kein so “labiler” Gleichgewichtszustand wie
etwa das Balancieren eines Stockes auf seiner Spitze. Die geringste Störung, etwa die
Annäherung eines anderen Planeten, müßte ja dann genügen, das Gleichgewicht umzuwerfen
und den Mond zur Flucht oder zum Absturz bringen. – Gegen ein solches haarscharf
abgewogenes Gleichgewicht
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müßte man auch folgenden Einwand machen: es müßte dann, nach unserer Darstellung,
der Mond eine ganz bestimmte, genau abgewogene Geschwindigkeit haben und bei
seiner Entstehung, seiner Ankunft bei der Erde, gehabt haben, wenn die Kreisbahn
entstehen sollte. Wäre das nicht ein höchst unwahrscheinlicher, ja unmöglicher Zufall? -
Die genaue Untersuchung zeigt denn auch, daß dann, wenn die Geschwindigkeit nicht
genau den zur Kreisbahn nötigen Wert hat, nicht gleich die Katastrophe eintritt (Flucht
oder Absturz), sondern daß der Mond dann zwar keinen Kreis macht, aber doch noch
eine beständige, dauerhafte Bahn: er schwingt in einer überhängenden Ellipse um die
Erde herum. Und tatsächlich ist auch die wirkliche Mondbahn (und ebenso die Bahn
jedes Planeten um die Sonne) eine solche Ellipse, allerdings eine nicht sehr längliche,
sondern eine dem Kreis sehr ähnliche. - Erst eine sehr große Anfangsgeschwindigkeit
würde den Mond ganz der Erde entführen, “ganz kleine würde ihn auf die
Erdoberfläche stürzen lassen. - Diese Anmerkung ist auch zum vollen Verständnis des
auf S. 16 nun folgenden Absatzes von Nutzen.
11 ) “Wirklich” heißt hier: Betrachtet vom Welt-Ganzen aus, vom Gerüst der Sternbilder.
12 ) In Wirklichkeit liegt dieser Schwerpunkt sogar noch innerhalb der Erdkugel, etwa
1500 km unter der Oberfläche.
13 ) Vgl. Anm. 7.
Das gilt nur für solche Bewegungen, bei denen der bewegte Körper in (reibender oder
stoßender) Berührung mit anderen Körpern oder mit sich selbst ist. Es gilt also nicht für
die Mondbewegung und ähnliche.
15) Dieser Vergleich findet sich bei R. W. Pohl: Mechanik und Akustik, 2. Auflage,
Berlin 1931, S. 117.
16 ) Dieser Vergleich ist nicht streng richtig. Auch der Schatten der bewegten Hand folgt
ihrer Bewegung nicht gleichzeitig, sondern soviel später, wie das Licht Zeit braucht, um
von der Hand bis zum Schatten zu gelangen.
Hiermit hängt es auch zusammen, daß derselbe Gegenstand der Hand warm erscheint,
wenn diese Hand kalt war, und kalt, wenn die Hand warm war. - Ebenso wird es
dadurch verständlich, daß ein Stück Metall sich kälter anfühlt als ein Stück Holz, auch
wenn das Thermometer für beide gleiche Temperatur nachweist, Das Eisen leitet
nämlich die Wärme der Hand schneller ab als das Holz, so daß der Verlust an Wärme
für die Hand größer ist, wenn sie das Eisen anfaßt.
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selbe geheimnisvolle Art wie die Sonne, ihre innere Bewegung in die Ferne verliert.
20) Vgl. A. S. Eddington, Die Naturwissenchaft und die Welt des Unsichtbaren.
Berlin-Lübars., 1930.
21) Daß das grüne Licht; das ein Blatt zurückwirft, ebenfalls ein Teil ist des weißen
Lichtes, mit dem die Sonne das Blatt bescheint, wird erst später (S. 55) begründet
werden.
22) Mischt man nicht Lichter, sondern Farbstoffe, so geben Blau und Gelb
zusammen grün. Dies ist ein ganz anderer Vorgang. Den Unterschied erklärt jedes
Physikbuch (additive und subtraktive Farbenmischung).
23) Alle diese Versuche sind so einfach beschrieben, wie sie im Grunde im Prinzip,
sind. Ihre praktische Durchführung macht mehr oder weniger große technische
Schwierigkeiten und erfordert Vorrichtungen, die den Grundgedanken oft nur
schwer noch erkennen lassen. Wer also die hier so einfach beschriebenen Versuche
in derselben Einfachheit auch wirklich machen sollte, würde meist nichts oder doch
weniger sehen, als er erwartet. Er kann sich aber leicht in einem Lehrbuch der
Physik über die Apparate unterrichten, die – auf dem hier beschriebenen
Grundprinzip aufgebaut – eine feinere und bequemere Beobachtung ermöglichen
(“Spektroskopie”) Spektralanalyse”).
24) Auch Wärme entsteht durch Reibung. Der Unterschied: zum Elektrischmachen
müssen es verschiedene Stoffe sein, und Berührung genügt schon
25) Das gilt nur bei flüchtiger Betrachtung. Genaueres folgt (S. 74).
26) Schneidet man dem Papier mit einem isolierenden Werkzeug die Spitze ab,
solange der Bernstein in der Nähe ist, so zeigt sich diese Spitze elektrisch. So bleibt
es, auch nachdem der Bernstein entfernt ist.
27) Daß die zwei Wesenszüge im Grunde ganz verschieden von einander sind (in
der Sprache der Physik: daß elektrostatische Influenz nicht dasselbe ist wie
elektromagnetische Induktion), zeigt folgendes Experiment: Ein Bernsteinring werde
gleichmäßig elektrisiert und dann, in sich selbst, ruckartig gedreht. Liegt in der Nähe
ein Leiter, so wird in ihm nach dem ersten Gesetz nichts geschehen, weil die
Anordnung des elektrischen Zustandes im Ring und im Raum durch diese Drehung
im ganzen nicht verändert worden ist. Tatsächlich geschieht aber etwas in dem
Leiter: ein elektrischer Ruck, ein “Stromstoß”. Er reagiert also noch auf etwas
anderes als auf veränderte Anordnung, er wird gezwungen, den Bewegungsruck
nachzuahmen. Das ist das zweite Gesetz, - Umgekehrt läßt sich aus dem zweiten
Gesetz nicht ableiten das erste: daß der ruhende elektrisierte Bernstein das ruhende
Papier zu sich hinzieht.
28) In der Praxis sind diese “Metallstücke” komplizierte Apparate. Das hat
verschiedene Gründe: 1. Man kann die Schnelligkeit der alektrischen Schwingung
nicht nur durch die Größe, sondern auch durch die Form des Metallstückes
beeinflussen. 2. Es sind Vorrich-
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tungen nötig, die die elektrischen Schwingungen immer wieder anregen, so wie eine
Glocke vom Klöppel angeschlagen werden muß. 3. Es ist störend, wenn die
Schwingungen zwischen den einzelnen Klöppelschlägen immer wieder erlahmen,
ausklingen wie der Ton einer Glocke auch. Um sie ungedämpft und gleichmäßig in
Gang zu halten, hat man besondere Apparate erfunden. 4. Um große Entfernungen
zu überbrücken, sucht man den Sender besonders stark und den Empfänger durch
“Verstärker” besonders empfindlich zu machen.
29) Dieser Wert ist natürlich nicht direkt gemessen. Man braucht einen
Eisenbahnzug nicht 50 km weit und nicht eine Stunde lang zu verfolgen, um
festzustellen, daß er 50 km in der Stunde macht.
30) Ein Grund, weshalb nicht einfach dieser Abschnitt an Stelle der fünf
vorhergehenden gesetzt wurde, ist folgender: Der Satz, daß in kleinen Bezirken des
leuchtenden Körpers der elektrische Zustand sich “hin und her bewegt”, gibt nach
den Einsichten der neuesten Physik ein zu grobes, zu anschauliches Bild. Das hängt
damit zusammen, daß wir einerseits das Große nur aus dem unsichtbar Kleinen
zusammenhängend erklären können (man denke an die innere Wärmebewegung und
an die kleinen Sender), andererseits aber doch nur solche Begriffe und Worte zur
Verfügung haben, die der Welt des großen und der Sinne entnommen sind. Früher
glaubte man, sie wären von nichts abhängig und gälten für alles Denkbare, aber jetzt
ist man darauf gestoßen worden, daß sie nur für den Bereich gelten, aus dem sie
erwachsen sind. So scheint es unter Umständen auch mit dem Begriff “Bewegung”
zu sein. Deshalb ist das, was in den kleinsten Bezirken des Leuchtenden vorgeht,
durch diese Begriffe niemals anschaulich zu beschreiben, sondern es ist nur in leeren
Zahlen symbolisch zu fassen. Wir können nur sagen: Denken wir uns den Bezirk
allmählich größer werdend auf den Vorgang mit ihm, so wird es immer richtiger,
sich darunter eine “Hinundherbewegung” des elektrischen Zustandes vorzustellen.
Dieses Bild tritt allmählich anschaulich hervor, wie der Umriß eines Baumes, wenn
der Nebel sich lichtet. (Vgl. Anm. 38 und S. 101).
31) Die Anziehung des Papierblättchens durch den elektrisierten Bernstein
widerspricht dem nicht. (Vgl. Anm. 26)
Der elektrische Zustand läßt sich abwischen wie Staub und sozusagen löffelweise
umfüllen von einem Ding auf das andere. Dies deutet schon an, was durch äußerst
feine Untersuchungen herausgefunden wurde: Der elektrische Zustand ist gebunden
an die Anwesenheit einer besonderen, ungemein leichten – 2000mal leichter als
Wasserstoffgas! -, alle Wände durchdringenden Materie. Dieser Materie sind
Gravitation, Trägheit und elektriche Kraft eingeboren. - Ich gehe auf diese Begriffe
nicht ein. Sie führen allzusehr vom “Offenbaren” ab. Wenn ich weiterhin vom
“elektrischen Zustand” spreche, so widerspricht das nicht der Tatsache einer
elektrischen Substanz. Denn für sie ist die elektrische Kraft eine von Gravitation und
Trägheit zwar räumlich unabtrennbare, aber doch wesentlich verschiedene
Naturkraft. (Vgl. Anm. 40.)
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33) Dabei zeigt sich allerdings: es gibt auch Stoffe, die vom Magneten nicht
angezogen, sondern von ihm fortgetrieben werden. Ich habe über diesen Unterschied
im Text absichtlich hinweggesehen. Da er für den Hauptgedanken dieses Buches
ohne Bedeutung ist, möchte ich aber nicht verschweigen. Näheres in den
physikalischen Lehrbüchern unter “Diamagnetismus”. Die Erklärung des
Diamagnetismus macht keine Schwierigkeiten.
Doch nicht feindliche, wie man wohl gefühlsmäßig annehmen könnte. Nur das
Experiment kann das entscheiden. Es besteht darin, daß man den Magneten in der
Mitte durchschneidet und die beiden Pole einander gegenüberstellt: sie ziehen sich
an.
35) Ausnahme: Diamagnetismus (Vgl. Anm. 33.)
36) Wer diesen Versuch etwa wirklich in dieser Weise selbst machen will, wird
keinen Erfolg sehen, da die Rotation sehr schnell und das beeinflußte Eisen sehr
leicht beweglich aufgehängt sein muß. Aber das Experiment ist wirklich
auszuführen und ausgeführt worden. Man läßt eine elektrisch geladene Scheibe vor
einer empfindlichen Kompaßnadel sehr rasch rotieren. (Vgl. H. W. Pohl, Einführung
in die Elektrizitätslehre, 4. Aufl., Berlin 1935, S. 68.) - Viel stärker ist der Erfolg bei
einer scheinbar ganz andersartigen Anordnung: Verbindet man die “Pole” einer
gewöhnlichen elektrischen Steckdose (“Gleichstrom”) durch einen Metalldraht
(Vorsicht, Kurzschlußgefahr), so hat dieser Drahtkreis auf Eisen dieselbe Wirkung
wie der rotierende Ring aus elektrisiertem Bernstein. Die Wirkung ist nur viel
stärker. Sie ist aus vielen technischen Anwendungen allgemein allgemein bekannt.
(Elektromagnet) Da dieser Drahtkreis aber ruht, so muß man annehmen, daß in ihm
“die Elektrizität” strömt, sie allein (Anm. 32), ohne einen gewöhnlichen materiellen
Träger, wie das der Bernstein war. Dies ist einer der wichtigsten Gründe - nicht der
einzige -, der uns veranlaßt, zu sagen, das, was in dem Draht geschehe, sei ein
elektrischer “Strom”.
37) Das ist eine vereinfachte Darstellung. In Wahrheit ist diese Gestalt den kleinsten
Eisenteiletien - wie sie im Eisendampf locker verteilt zu (lenken sind - nicht
eigentümlich, denn Eisendampf wird kaum magnetisch. Sondern es ist bei Eisen so,
daß erst im flüssigen und festen Zustand sich mehrere benachbarte Sender in einer
Art gemeinsamer Verkrampfung zu Gruppen zusammentun, in denen eine
Drehebene überwiegt. (Vgl. Pohl, EI.-Lehre, 4. Aufl., S. 105.)
38) Ob wir freilich verlangen dürfen, daß alles anschaulich sich müsse vorstellen
lassen, auch das, was nie wirklich angeschaut werden kann, das ist eine Frage, über
die man immer nachdenklicher geworden ist. (Vgl. Anm. 30 und S. 101.)
39) Wer die Physik kennt, wird in diesem Buch vielleicht den Begriff der Energie
vermissen, zumal durch ihn ebenfalls eine alle Naturkräfte verbindende Brücke
gebaut ist. Ich habe mich nach einigem Schwanken entschlossen, ihn hier nicht
aufzunehmen. Die Art des Zusammhangs, die durch das Energieprinzip ausgedrückt
ist, ,;scheint mir eine andere zu sein als diejenige, die in diesem Buche dargestellt
wird. Das Prinzip sagt aus, daß alle Kräfte Massen-
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bewegende sind, und daß in dieser ihrer Raum und Zeit bewältigenden Wirkung
eine unveränderliche Größe - ursprünglich Kraft mal Weg regelnd auftritt. Sie
stellt dadurch einen quantitativen, aber gleichsam anonymen und leeren
Zusammenhang her, der das Wesen der verschiedenen Naturkräfte umgeht. (Die
Gleichung 427 mkg = 1 Cal ist nicht ausreichend, das Wesen der Wärme als einer
Molekularbewegung zu erkennen.)
40) Vgl. Anm. 32. Eine Ausnahme machen vielleicht die vor wenigen Jahren
entdeckten “Neutronen”. Es ist aber noch die Frage, ob es sich hier um einen
wesentlich unelektrischen Urbestandteil der reinen Materie handelt, oder ob er
aus der Vereinigung zweier ursprünglich elektrischer Trümmer entsteht.
41) Vgl. Huygens Abhandlung über das Licht. Ostwalds
Klassiker, Bd. 20, S. 11 u. 25.
42) Damit soll nicht gesagt sein, daß die Denkweise der Physik der einzige oder
der beste Weg wäre, dieses Ziel zu suchen.
43) Nicht nur wenn wir bewußt in Gleichnissen sprechen, wenn wir nur überhaupt
Worte redend oder denkend gebrauchen, binden wir uns an die große und erfüllte
Welt.
44) Wir hatten uns vorgenommen (Vorwort, S. VI, und S. 2), die Begriffe:
Molekül, Atom, Elektron, Äther usw. nach Möglichkeit zu vermeiden und im
“Offenkundige” zu bleiben. Der kundige Leser, der als die Träger der “inneren
Unruhe” die “Moleküle” kennt und die “Wirbelnester” als “Atome” bezeichnet,
könnte zweifeln, ob diese Absicht gelungen sei, wenn er diese
“Zusammenfassung des Ganzen” liest. - Man muß hier zweierlei unterscheiden.-
Der “Zusammenhang der Naturkräfte” läßt sich tatsächlich ohne diese Begriffe
darstellen. Das zeigen am deutlichsten die ganzseitigen Bilder (3, 4, 5, 6, 10). -
Aber diese Bilder zeigen Experimente - und insofern ist der Mensch in ihnen
wesentlich -, sie zeigen die reine, aus der Natur herausgefundene und
herausgestellte Gesetzestafel der Zusammenhänge. - Will man aber mehr als dies
wissen (und das wäre das zweite), nämlich: wie die Natur mit Hilfe dieser
Gesetzgebung ihren Materiestaat eingerichtet hat, wie also die Naturkräfte in der
Natur selbst, praktisch, miteinander verkettet sind, so muß man notwendig diese
Begriffe bilden.
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Anmerkungen zur elektronischen Version resp. des Buches Wagenscheins aus
dem Jahre 1937
Zusammenhänge der Naturkräfte. Das Gefüge des physikalischen
Naturbildes, Braunschweig: Vieweg 1937
Die in den geschweiften Klammern gesetzten Zahlen kennzeichnen die Seitenzahl
des Originals.
Das Buch aus dem Jahr 1937 besaß den Anmerkungsteil in Form von Endnoten.
Der besonderen Lesbarkeit halber habe ich sie als Fußnoten erfasst, sodass sie
nun jeweils immer unten auf der Seite erscheinen, der sie zugehörig sind.
Unbeschadet dessen habe ich die Endnoten stehen lassen.
Das ganze Buch ist somit erfasst.
Zur Formatierung: Ich habe die Absätze, die im Original einen Einzug hatten,
ohne Einzüge formatiert. Ferner sind an einigen Stellen aus technischen Gründen
Einzüge und Absätze formatiert worden, die im Original nicht enthalten sind.
Leuchten
Kleine Sender
Kunstvolle Sender
Leuchtendes Gas
Gegenprobe
Aus Wärme: Licht
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Aufglühen
Immer Strahlung
Aus Licht: Wärme
Aus Licht: Licht
Das elektrische Auge
Die kleinen elektrischen Kreisel
Einwände und Antworten
Die Zeichensetzungen entsprechen denen im Original, die Rechtschreibung ist die
des Originals.
Essen, Freitag, 28. Januar 2000
Auf CD-ROM gefasst von Prof. Dr. Michael Soostmeyer, Essen 2000, Kraneburgstraße 81, D 46240 Bottrop
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