Douglas Palmer - Big Ideas. Das Wissenschafts-Buch

FRÜHER

6. Jh. v. Chr.Thales von Milet schreibt über Magnetsteine.

1. Jh. n. Chr.Chinesische Wahrsager bauen Kompasse mit eisernen Schwimmkörpern, die nach Süden zeigen.

1269Der französische Gelehrte Pierre de Maricourt beschreibt die magnetische Anziehung und Abstoßung.

SPÄTER

1824Der französische Mathematiker Siméon Poisson erforscht Kräfte im Magnetfeld.

1939Der amerikanische Physiker Walter Elsasser führt das Erdmagnetfeld auf Wirbelströme im flüssigen Erdkern zurück (»Geodynamotheorie«).

1958Die Raumsonde Explorer 1 zeigt, dass sich das Erdmagnetfeld weit ins All erstreckt.

Gegen Ende des 16. Jahrhunderts waren Kompasse auf Schiffen zwar schon weitverbreitet, aber niemand wusste, wie sie funktionieren. Einige dachten, die Kompassnadel würde vom Nordstern angezogen, andere glaubten, Magnetberge in der Arktis würden sie beeinflussen. Erst der englische Arzt William Gilbert entdeckte, dass die Erde selbst magnetisch ist.

»Aus gesicherten Versuchen und bewiesenen Erkenntnissen ergeben sich stärkere Argumente als aus Mutmaßungen und den Ansichten eines philosophischen Beobachters. «

William Gilbert

Gilberts Idee kam nicht blitzartig, sondern nach 17 Jahren penibler Versuche. Er erkundigte sich bei Schiffskapitänen und Kompassbauern und baute einen Modellglobus, seine »Terrella«, aus Magneteisenstein. Mit ihr probierte er Kompassnadeln aus. Die Nadeln reagierten rund um die Terrella genauso wie die Schiffskompasse in großem Maßstab: Sie zeigten dieselbe Deklination (die kleine Missweisung vom wahren Norden, da der geografische Nordpol etwas vom magnetischen Nordpol abweicht) und Inklination (eine kleine Abwärtsneigung von der Horizontalen).

Gilbert schloss, völlig richtig, dass der gesamte Planet ein Magnet sei und einen Kern aus Eisen habe. 1600 schrieb er darüber das Buch De Magnete (Über den Magneten) und löste eine Sensation aus. Insbesondere Kepler und Galileo waren beflügelt durch seine Ansicht, die Erde sei nicht, wie die meisten Menschen dachten, an rotierenden Himmelssphären befestigt, sondern drehe sich durch eine unsichtbare Kraft – den eigenen Magnetismus.

IM KONTEXT

GEBIET

Experimentalforschung

FRÜHER

4. Jh. v. Chr.Aristoteles schließt, argumentiert und schreibt, führt aber keine Versuche durch. So wird ein Jahrtausend lang geforscht.

ab 750 n. Chr.Im Goldenen Zeitalter des Islam praktizieren arabische Forscher Experimente.

SPÄTER

um 1630Galileo Galilei führt seine Fallversuche durch.

1637Der französische Philosoph René Descartes besteht in seiner Schrift Discours de la méthode auf strengem Zweifel und Nachforschung.

1665Isaac Newton untersucht das Licht mit einem Prisma.

1963Der Philosoph Karl Popper schreibt, dass eine Theorie getestet und widerlegt, aber niemals schlüssig bewiesen werden könne.

Der englische Philosoph und Forscher Francis Bacon war nicht der Erste, der Versuche durchführte – Alhazen und andere arabische Forscher hatten das schon 600 Jahre zuvor getan –, aber er erläuterte erstmals das Verfahren des induktiven Schließens und begründete die wissenschaftliche Methode. Er betrachtete die Forschung als den »Quell einer Fülle von Erfindungen, die unsere Bedürfnisse und Nöte bändigen und befriedigen«.

Nach Platon lässt sich die Wahrheit durch Argumentation erkennen: Diskutieren viele Weise ein Thema lange genug, ergibt sich am Ende die Wahrheit. Auch Aristoteles hielt Experimente für unnötig. Bacon lästerte über solcherlei »Autoritäten« als Spinnen, die ihre Netze aus eigener Substanz spinnen. Er forderte Belege aus der realen Welt, insbesondere aus Experimenten.

In zwei Schlüsselwerken begründete Bacon die wissenschaftliche Untersuchung. In Novum Organum (1620) beschreibt er die Grundsätze der wissenschaftlichen Methode: Beobachtung, Deduktion zur Formulierung einer Theorie, die die Beobachtungen erklärt, und Experimente, die die Richtigkeit der Theorie überprüfen. In The New Atlantis (1623) beschreibt Bacon ein fiktives »Haus des Salomon«, in dem Gelehrte reine Forschung anhand von Experimenten betreiben und Dinge erfinden. Diese Vision wurde 1660 in London mit der Royal Society verwirklicht. Erster Kurator für Experimente wurde Robert Hooke.

»Ob wir etwas wissen können oder nicht, lässt sich nicht durch Streit klären, sondern durch Versuche. «

Francis Bacon

IM KONTEXT

GEBIET

Physik

FRÜHER

1643Evangelista Torricelli erfindet das Quecksilberbarometer.

1648Blaise Pascal und sein Schwager zeigen, dass der Luftdruck mit der Höhe abnimmt.

1650Otto von Guericke macht Versuche zu Luft und Vakuum, 1657 schreibt er darüber.

SPÄTER

1738In Hydrodynamica entwickelt Daniel Bernoulli eine kinetische Gastheorie.

1827Der Botaniker Robert Brown beschreibt die Bewegung von Pollenkörnern in Wasser als Ergebnis von Kollisionen mit Wassermolekülen, die sich in zufällige Richtungen bewegen.

Im 17. Jahrhundert untersuchten Forscher in ganz Europa die Eigenschaften der Luft. Ihre Erkenntnisse brachten den Iren Robert Boyle auf die mathematischen Gesetze zur Beschreibung des Druckes in einem Gas. Sein Werk widmete sich eigentlich der Beschaffenheit des Raumes zwischen den Sternen und Planeten. Die »Atomisten« hielten den Raum zwischen den Himmelskörpern für leer, die Kartesianer (die Anhänger des französischen Philosophen René Descartes) sagten, der Zwischenraum sei mit einer unbekannten Substanz, dem sogenannten Äther gefüllt, und es sei ganz unmöglich, ein Vakuum zu erzeugen.

»Wir leben am Grund eines Meeres von Luft, die nach unzweifelhaften Versuchen ein eigenes Gewicht hat. «

Evangelista Torricelli

Der italienische Mathematiker Gasparo Berti führte Versuche durch, um zu klären, warum eine Saugpumpe Wasser nicht mehr als 10m hoch pumpen konnte. Er nahm ein langes Rohr, verschloss die eine Seite und füllte es mit Wasser. Dann drehte er das Rohr um und tauchte das offene Ende in einen Wasserbehälter. Der Wasserspiegel im Rohr fiel bis auf eine Höhe von etwa 10 m. 1642 hörte sein Landsmann Evangelista Torricelli von diesen Versuchen und konstruierte eine ähnliche Apparatur, verwendete aber Quecksilber statt Wasser. Da Quecksilber eine 13-mal so hohe Dichte hat wie Wasser, war die Quecksilbersäule nur etwa 76 cm hoch. Torricelli erklärte den Effekt damit, dass das Gewicht der Luft über dem Behälter auf das Quecksilber presst und so das Gewicht des Quecksilbers in der Röhre ausgleicht. Der Raum in der Röhre oberhalb der Quecksilbersäule musste ein Vakuum sein. Heute erklärt man das Ganze mithilfe von Drücken (Kräften, die auf eine bestimmte Fläche wirken), doch die Grundidee ist dieselbe. Torricelli hatte das erste Quecksilberbarometer erfunden.