Gustav Robert Kirchhoff

Den Lehrstuhl für Experimentalphysik, welcher an der Heidelberger Universität erst seit 1817 getrennt von dem für Chemie bestand, hatte die ersten 30 Jahre G. W. Muncke inne. Ihm folgte 1847 Ph. Jolly, der schon seit 1834 der Hochschule als Dozent angehörte, und dessen Wirksamkeit dadurch bemerkenswert ist, daß er zuerst ein Laboratorium für Studierende einrichtete, welches nebst der physikalischen Sammlung zunächst im alten Dominikanerkloster an der Stelle des heutigen Friedrichsbaus, seit 1850 im gegenüberliegenden sogenannten „Riesen“-Gebäude untergebracht war. Eine Entscheidung von glücklichster Bedeutung für die Entwicklung der Physik in Heidelberg war es, als im Jahre 1854 zum Nachfolger Jollys, welcher einem Rufe nach München folgte, der außerordentliche Professor an der Breslauer Universität, Gustav Robert Kirchhoff, berufen wurde. Erst im dreißigsten Lebensjahre stehend, war Kirchhoff damals nur einem engeren Kreise von Fachgenossen bekannt; aber schon fünf Jahre später gehörte sein Name zu denen, deren Ruhm der Heidelberger Hochschule Schüler aus aller Welt zuführte und ihrer mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultät eine fast beispiellose Glanzzeit brachten. Seine Berufung war dem Einflusse R. Bunsens zu danken, welcher ihn während eines Jahres gemeinsamen Wirkens in Breslau kennen gelernt und seine Begabung sogleich erkannt hatte. Die enge Freundschaft, welche diese beiden Männer verband, wurde durch ihre gemeinsame Entdeckung der Spektralanalyse von ähnlicher Bedeutung für die Wissenschaft, wie etwa 20 Jahre früher diejenige zwischen Gauß und Weber in Göttingen gewesen war.

Kirchhoff war zu Königsberg i. P. am 12. März 1824 geboren und besuchte dort bis 1842 das Kneiphöfsche Gymnasium. Da er von vornherein dem Studium der Mathematik zuneigte, so war es natürlich, daß er seine Studien an der Universität seiner Vaterstadt begann, wo damals die Mathematik durch Richelot und die theoretische Physik durch Franz Neumann hervorragend vertreten waren. Letzterer, der eigentliche Begründer der mathematischen Physik in Deutschland, von dessen Schülern eine beträchtliche Anzahl auf die Lehrstühle der Physik berufen wurden, gewann auch auf Kirchhoff bestimmenden Einfluß; sein Geist war es, der dessen wissenschaftlichen Arbeiten und Vorlesungen ihr eigentümliches Gepräge verlieh. In dem von Neumann geleiteten mathematisch-physikalischen Seminar verfaßte Kirchhoff seine erste selbständige wissenschaftliche Arbeit „Über den Durchgang eines elektrischen Stromes durch eine Ebene, insbesondere durch eine kreisförmige“, worin er eine elegante, auch vom rein mathematischen Standpunkte sehr bemerkenswerte Lösung des Problems der Stromverzweigung in ebenen Platten gegeben und zugleich ihre Richtigkeit durch eine sinnreiche Beobachtungsmethode experimentell bewiesen hat. In dieser Arbeit sind aber auch bereits die jetzt allgemein unter der Bezeichnung Kirchhoffsche Regeln bekannten Grundsätze ausgesprochen, mit deren Hülfe sich die Verteilung konstanter galvanischer Ströme in einem ganz beliebigen Netz drahtförmiger Leiter berechnen läßt — eine Aufgabe, die in der Elektrotechnik fundamentale Wichtigkeit gewonnen hat. Der mathematischen Behandlung dieses und sich daran anschließender Probleme sind auch Kirchhoffs Arbeiten im nächsten Jahre gewidmet.

Im Jahre 1848 habilitierte sich Kirchhoff als Privatdozent für Physik in Berlin. Dort führte er eine experimentelle Untersuchung von grundlegender Bedeutung aus, welche unter dem Titel „Bestimmung der Konstanten, von welcher die Intensität induzierter elektrischer Ströme abhängt“ 1849 — also mehrere Jahre vor Wilhelm Webers elektrodynamischen Maßbestimmungen — in den Annalen der Physik und Chemie veröffentlicht wurde. Kirchhoff hat hier als erster eine höchst sinnreiche Beobachtungsmethode erdacht und angewandt, welche die Bestimmung des elektrischen Leitungswiderstandes in absolutem mechanischen Maße ermöglichte. Allerdings verwertete er, wie der Titel der Abhandlung besagt, seine Messungen in anderer Richtung, nämlich um unter Zugrundelegung einer willkürlichen Widerstandseinheit die universelle Konstante des F. Neumannschen Induktionsgesetzes zu bestimmen; aber wenn man gemäß der später von W. Weber getroffenen Festsetzung letztere gleich eins annimmt, so liefern jene Messungen umgekehrt die absolute Widerstandseinheit.

Schon nach 2 Jahren folgte Kirchhoff einem Rufe als außerordentlicher Professor nach Breslau. Von den Arbeiten, welche aus der Breslauer Zeit stammen, sei hier nur diejenige über die Magnetisierung eines Zylinders aus weichem Eisen erwähnt als ein schönes Beispiel dafür, wie Kirchhoff es verstand, solche Probleme der mathematischen Physik herauszugreifen, welche sowohl der vollständigen analytischen Durchführung zugänglich waren, als auch erhebliches physikalisches Interesse als Grundlage wichtiger Meßmethoden besitzen. In diesem Sinne sind von späteren Untersuchungen Kirchhoffs noch zu nennen diejenigen über die Gleichgewichtsverteilung der Elektrizität auf zwei leitenden Kugeln und über die Theorie des Kreisplatten-Kondensators. Die Behandlung solcher Probleme setzt allerdings eine weitgehende Beherrschung der Mathematik voraus, und es mag daher das Eindringen in die Kirchhoffschen Arbeiten manchem mathematisch weniger ausgebildeten Physiker Schwierigkeiten bereiten. Aber es ist unberechtigt, wenn ihm deshalb von manchen Seiten der Vorwurf gemacht worden ist, daß er die mathematischen Schwierigkeiten aufgesucht habe, und daß ihm die Rechnung die Hauptsache gewesen sei. Im Zusammenhang mit dieser Bemerkung mag noch eines anderen Bedenkens Erwähnung geschehen, welches gelegentlich gegen den Wert mancher der mathematisch-physikalischen Untersuchungen Kirchhoffs geäußert wird. Es ist dies die Ansicht, daß die auf die Lösung spezieller Probleme oft verwendete Mühe in keinem Verhältnis zum Erfolge stehe, weil das Resultat nur unter gewissen zur Vereinfachung gemachten, in Wirklichkeit nicht erfüllten Voraussetzungen gilt. Dem ist entgegenzuhalten, daß zur erfolgreichen Inangriffnahme der mathematischen Behandlung komplizierter Naturvorgänge, beispielsweise der Flüssigkeitsbewegungen, notwendigerweise zunächst spezialisierende und vereinfachende Annahmen gemacht werden müssen, und daß die so gewonnenen Resultate doch wichtige Anhaltspunkte für das Verständnis der betreffenden Vorgänge und Grundlagen für deren weitere Erforschung darstellen.

Im Jahre 1854 wurde Kirchhoff, wie schon eingangs gesagt, in das Ordinariat für Physik der Heidelberger Hochschule berufen, welches er zu deren Ruhme während zweier Dezennien — zugleich der Glanzzeit seines eigenen Wirkens — vertreten hat. Hier konnte sich nun neben seiner Tätigkeit als Forscher auch diejenige als Lehrer, für welche er ebenso große Liebe und Begabung mitbrachte, voll entwickeln. Er hielt in Heidelberg regelmäßig eine sechsstündige Vorlesung über Experimentalphysik, ferner während der ersten 10 Jahre immer im Winter eine dreistündige über „Theoretische Physik“, deren Stoff zumeist der Mechanik im weiteren Sinne angehörte. Später kamen kleinere theoretische SpezialVorlesungen hinzu, welche die Hydrodynamik, Elastizität, Elektrizität und Magnetismus zum Gegenstand hatten. In den letzten Jahren verschwindet in den Vorlesungsankündigungen der allgemeine Titel „Theoretische Physik“, statt dessen findet sich mehrmals „Mechanik“ (3 st), „Mechanik der elastischen und flüssigen Körper“ (2 st.), ferner „Theorie der Wärme und Elektrizität“ und „Optik“ angezeigt. Praktisch-physikalische Übungen hielt Kirchhoff nur im Sommersemester ab. Zuletzt traten an deren Stelle „Übungen im Seminar“, worin er Aufgaben aus der messenden Physik experimentell und theoretisch bearbeiten ließ. Kirchhoffs Vorträge zeichneten sich durch mustergültig klare, knappe, sorgfältig durchdachte Darstellung aus; er sagte kein Wort zu viel und keins zu wenig, es kam kein Irrtum, keine Unklarheit und Unsicherheit vor. Der Stoff baute sich in strenger logischer Konsequenz in sich geschlossen auf, so daß es für jeden, der die nötigen mathematischen Kenntnisse besaß, leicht war, dem Gedankengange zu folgen, so schwierig auch die behandelten Probleme waren. Diese hervorragende Darstellungsgabe, die wir ja noch in den im Druck erschienenen Vorlesungen Kirchhoffs, besonders in der von ihm selbst gegen Ende der Heidelberger Zeit herausgegebenen „Mechanik“, bewundern können, brachte ihm einen großen Erfolg als Lehrer, zu dem aber auch die Liebenswürdigkeit nicht wenig beitrug, mit der er jederzeit bereit war, seinen Schülern persönlich Aufklärung und Rat zu erteilen. Viele hervorragende Physiker der Gegenwart haben zu seinen Schülern gehört, so gleich in den zwei ersten Jahren G. Quincke, der 1875 sein Nachfolger auf dem Heidelberger Lehrstuhl wurde, ferner u. a. V. v. Lang, E. Wiedemann, E. Bessel-Hagen, A. Schuster, G. Lippmann, Kamerlingh-Onnes.

Kirchhoffs Forschertätigkeit in Heidelberg wendete sich zunächst wieder dem bis dahin von ihm bevorzugten Gebiete der Elektrizitätslehre zu. Seine erste aus Heidelberg datierte theoretische Arbeit führte zu dem überraschenden Ergebnis, daß sich elektrische Strömungen in geraden, dünnen Drähten wellenartig mit der Geschwindigkeit des Lichts fortpflanzen können. Es war damit also die Möglichkeit jener „elektrischen Drahtwellen“ nachgewiesen, welche seit den Entdeckungen von H. Hertz so viele Physiker beschäftigten und in neuester Zeit ja auch große praktische Bedeutung erlangt haben. Sehr merkwürdig ist es, daß Kirchhoff dieses Resultat, in dem sich zum erstenmal die für die neuere Entwicklung der Elektrizitätstheorie und Optik so fundamentale Bedeutung der Lichtgeschwindigkeit für die Ausbreitung elektrischer Störungen offenbarte, auf Grund der alten Vorstellung von den fernewirkenden elektrischen Kräften finden konnte, und daß dasselbe sogar, wie neuere Untersuchungen gelehrt haben, gerade für den von Kirchhoff zum Zweck der analytischen Behandlung vorausgesetzten Fall seine strenge und allgemeine Gültigkeit verliert, wenn man das Problem auf Grund der Maxwellschen Elektrizitätstheorie behandelt. Übrigens hatte sich gleichzeitig mit Kirchhoff auch W. Weber mit diesem wichtigen Problem beschäftigt, wie aus einer Notiz Poggendorffs zur Abhandlung Kirchhoffs hervorgeht, wonach Weber dem letzteren im Jahre 1857 gelegentlich eines Zusammentreffens in Berlin eine persönliche Mitteilung über seine darauf bezüglichen, mit denjenigen Kirchhoffs übereinstimmenden Resultate machte; veröffentlicht wurden diese jedoch erst 1862.

Einen weiteren Beitrag zur Theorie schnell veränderlicher elektrischer Zustände, der ebenfalls in gewisser Hinsicht als eine Vorarbeit für die Entdeckungen von Hertz bezeichnet werden kann, lieferte Kirchhoff sieben Jahre später, indem er die Theorie der bei der Entladung einer Leydener Flasche erregten elektrischen Schwingungen entwickelte und danach die Schwingungsdauer berechnete, welche bei den von Feddersen angestellten Beobachtungen vorlag.

Ein ganz neues Arbeitsgebiet, nämlich das der mechanischen Wärmetheorie, betrat Kirchhoff im Jahre 1858, Er wandte zum erstenmal deren Grundsätze auf physikalisch-chemische Prozesse an, wie die Absorption eines Gases und die Auflösung eines Salzes in einer Flüssigkeit, oder die Verdampfung von Mischungen von Schwefelsäure und Wasser. Die Methode, welche er bei der theoretischen Behandlung dieser Probleme zuerst anwandte, ist für die physikalische Chemie später ungemein fruchtbringend geworden; sie beruht, kurz gesagt, darauf, daß man sich das Endergebnis des wirklich stattfindenden Prozesses, z. B. der Auflösung eines Salzes, auf einem anderen möglichen, wenngleich aus praktischen Gründen nicht immer realisierbaren Wege erreicht denkt, welcher durch lauter Gleichgewichtszustände hindurchführt und daher die Anwendung der Grundformeln der mechanischen Wärmetheorie gestattet.

Aus dieser Zeit verdienen ferner zwei experimentelle Arbeiten Erwähnung. Die eine lieferte eine für die Kristalloptik wichtige Methode zur Messung des Winkels der optischen Achsen zweiachsiger Kristalle für Licht von einer beliebigen Spektralfarbe. Die andere betrifft einen wichtigen Punkt des von Kirchhoff mehrfach bearbeiteten Gebietes der Elastizitätslehre, nämlich die Frage, in welchem Verhältnis die Verkleinerung des Durchmessers eines einem einseitigen Zuge unterworfenen Stabes zu seiner Längsdehnung steht. Über den Zahlwert dieses Verhältnisses bestand bis zu jener Zeit eine lebhafte Kontroverse. Nach der von französischen Mathematikern, besonders Poisson, entwickelten Molekulartheorie der elastischen Kräfte sollte dasselbe nämlich gleich 1/4 sein; Wertheim hatte aus seinen, allerdings an wenig geeignetem Material ausgeführten Versuchen den Wert 1/3 abgeleitet; und nach Green und Franz Neumann, welche der Elastizitätstheorie allgemeinere, von der Vorstellung über die Konstitution der Materie unabhängige Grundlagen gegeben hatten, war von vornherein über die fragliche Zahl nichts zu behaupten, vielmehr mußte dieselbe eine für das elastische Verhalten jedes festen Körpers neben dem Elastizitätsmodul charakteristische Konstante sein. Kirchhoff unternahm nun deren experimentelle Bestimmung an einem für zuverlässige Messungen besonders geeignet erscheinenden Material — gehärtetem Stahl —, und führte dieselbe mit Hülfe einer Versuchsanordnung durch, in welcher sich sein experimentelles Geschick glänzend bewährte. Es ergab sich das durch viele spätere Beobachtungen bestätigte Resultat, daß weder Poisson noch Wertheim Recht hatte, also die allgemeine Green-Neumannsche Elastizitätstheorie angenommen werden mußte. Aber in der Art und Weise, wie Kirchhoff sein Resultat mitteilte, zeigt sich seine nachahmenswerte Vorsicht in der Verallgemeinerung und Sorgfalt in der Berücksichtigung aller möglichen Einwände; er betont, daß weitere Versuche wünschenswert seien, um zu prüfen, ob nicht vielleicht infolge der Härtung die Elastizität der Oberflächenschicht der Stahlstäbe eine andere sei als die ihres Innern.

Noch im Herbst des Jahres 1859 legte Kirchhoff der Berliner Akademie die erste Frucht seines Zusammenwirkens mit Bunsen vor und eröffnete damit jene Arbeiten über die Spektrallinien, welche wegen ihrer weittragenden Folgen für die Chemie und Astronomie seinen Namen in der ganzen gebildeten Welt berühmt gemacht haben. Jene denkwürdige erste Mitteilung an die Berliner Akademie lautete: „Bei Gelegenheit einer von Bunsen und mir in Gemeinschaft ausgeführten Untersuchung über die Spektren farbiger Flammen, durch welche es uns möglich geworden ist, die qualitative Zusammensetzung komplizierter Gemenge aus dem Anblick des Spektrums ihrer Lötrohrflamme zu erkennen, habe ich einige Beobachtungen gemacht, welche einen unerwarteten Aufschluß über den Ursprung der Fraunhoferschen Linien geben und zu Schlüssen berechtigen von diesen auf die stoffliche Beschaffenheit der Atmosphäre der Sonne und vielleicht auch der helleren Fixsterne.“ Die im ersten Teile dieses Satzes angekündigte Entdeckung der Spektralanalyse im engeren Sinne, durch welche der analytischen Chemie ein Hülfsmittel von bis dahin ungeahnter Empfindlichkeit gegeben wurde, und deren erste überraschende Anwendungen von Kirchhoff und Bunsen gemeinschaftlich veröffentlicht wurden („Chemische Analyse durch Spektralbeobachtungen“, Poggend. Annalen 110), ist wohl in erster Linie Bunsens Idee, und es mag daher an dieser Stelle ein näheres Eingehen auf ihre Geschichte und ihre weitreichende Bedeutung für die wissenschaftliche und angewandte Chemie unterbleiben.

Dagegen ist die auf das Wesen der Fraunhoferschen Linien bezügliche Entdeckung Kirchhoffs eigenstes Verdienst. Bei den in obiger ersten Mitteilung erwähnten Beobachtungen handelt es sich um folgendes. Wie schon vor den Entdeckungen von Bunsen und Kirchhoff bekannt war, besteht das Spektrum einer durch Kochsalz oder ein anderes Natriumsalz gelb gefärbten Flamme im wesentlichen aus zwei sehr benachbarten hellen gelben Linien, welche genau an derselben Stelle liegen, das heißt denselben Wellenlängen entsprechen, wie die von Fraunhofer mit dem Buchstaben D bezeichneten dunklen Linien des Sonnenspektrums. Kirchhoff ließ nun Sonnenlicht, bevor er es spektral zerlegte, durch eine Kochsalzflamme hindurchgehen und sah, wenn das Sonnenlicht hinreichend gedämpft war, die D-Linien hell auf dem Grunde des Sonnenspektrums, dagegen, wenn es intensiver gemacht wurde, an ihrer Stelle dunkle Linien von viel größerer Deutlichkeit als ohne Einschaltung der Kochsalzflamme. Ebenso können die dunklen D-Linien auch in dem vollständig kontinuierlichen (das heißt an sich von dunklen Linien durchaus freien) Spektrum irgend eines weißglühenden festen Körpers hervorgerufen werden. Diese Erscheinung, die sogenannte Umkehrung der Spektrallinien, welche von Kirchhoff und Bunsen alsbald auch für die Linien anderer Metalle nachgewiesen wurde, war zwar schon 11 Jahre früher gelegentlich der Untersuchung des elektrischen Bogenlichtes von Foucault wahrgenommen worden, welcher ihr aber keine weitergehende Bedeutung beilegte, noch sie zu erklären versuchte. Kirchhoff hingegen erkannte mit seinem wissenschaftlichen Scharfblick sofort die große Wichtigkeit seiner Beobachtung; mit den Worten: „Das scheint mir eine fundamentale Geschichte“ verließ er das Laboratorium, und am nächsten Tage schon hatte er die Erklärung der Erscheinung im Prinzip gefunden. Sie beruht darauf, daß jeder selbstleuchtende Körper, also insbesondere jeder glühende Metalldampf, gerade diejenigen Strahlenarten absorbiert, welche von ihm selbst ausgestrahlt werden. Man kann sich diesen Satz durch das Analogon der akustischen Resonanz verständlich machen: wie eine Stimmgabel durch Schallwellen von einer Schwingungsdauer, die ihrer Eigenschwingungsdauer gleich ist, zum Mitschwingen gebracht wird, also aus diesen Schallwellen Energie aufnimmt und nach allen Seiten wieder in den Raum hinaussendet, so werden auch die Lichtschwingungen in der Flamme durch die im weißen Licht enthaltenen von gleicher Schwingungsdauer verstärkt; die Flamme absorbiert deshalb einen Teil der in den entsprechenden Lichtstrahlen ihr zugestrahlten Energie und zerstreut diese nach allen Seiten gleichmäßig, woraus folgt, daß die Intensität jener Strahlen in der ursprünglichen Strahlungsrichtung durch die Flamme geschwächt wird. Für die Fraunhoferschen Linien des Sonnenspektrums ergab sich nun die Erklärung, daß sie von der Absorption glühender Metalldämpfe, welche den weißglühenden Sonnenkern umgeben, herrühren, und Kirchhoff zögerte demgemäß nicht, sogleich den Schluß zu ziehen, daß sich in der Sonnenatmosphäre Natrium befindet. Durch Vergleichung der hellen Linienspektra der chemischen Elemente mit den Fraunhoferschen Linien des Sonnenspektrums konnte, nachdem durch das von Kirchhoff konstruierte Spektrometer eine genaue Messung der Lage der Spektrallinien an einer Skala ermöglicht war, bald noch die Anwesenheit einer Reihe anderer irdischer Elemente in der Sonnenatmosphäre festgestellt werden. Wie vorsichtig aber Kirchhoff auch bei diesen Schlüssen war, geht daraus hervor, daß er z. B. für die damals bekannten 60 hellen Linien des Eisens die Wahrscheinlichkeit des zufälligen Zusammenfallens mit den Fraunhoferschen Linien berechnete; er fand dieselbe kleiner als ein Trilliontel und durfte somit gewiß mit Recht sagen, die Sicherheit des Schlusses auf das Vorkommen des Eisens in der Sonne sei so groß, wie sie überhaupt in den Naturwissenschaften erreichbar ist.

Von englischen Physikern ist die vorstehend skizzierte Erklärung der Fraunhoferschen Linien und deren Anwendung auf die Chemie der Sonne ihrem jüngst verstorbenen großen Landsmanne Stokes zugeschrieben worden, der sie gegen W. Thomson (Lord Kelvin) zuerst ausgesprochen haben soll. Kirchhoff, der übrigens nichts von diesen gelegentlichen Ideenäußerungen gewußt hatte, sah sich hierdurch veranlaßt, die Geschichte seiner Entdeckung in sachlicher Weise klarzulegen und ebenso ruhig als bestimmt die Priorität ihrer sicheren Fundierung gegenüber den englischen Ansprüchen für sich zu wahren. Und er fand darin Unterstützung bei Stokes selbst, der in einem offenen Briefe die ihm zugeschriebene Ehre mit den schönen Worten ablehnte: „Ich habe nie versucht, irgend einen Teil von Kirchhoffs bewunderungswürdiger Entdeckung für mich in Anspruch zu nehmen, und denke, daß einige meiner Freunde übereifrig in meiner Sache gewesen sind.“

Es konnte nicht ausbleiben, daß eine Entdeckung, welche es so mit einem Male ermöglichte, über die chemische Zusammensetzung nicht nur der Sonne, sondern auch unmeßbar weit entfernter Fixsterne Aufschluß zu gewinnen, in den weitesten Kreisen Aufsehen erregte. Und doch hat sich erst später die ganze Tragweite der Spektralanalyse für die Astronomie gezeigt, als es mit den verfeinerten Hülfsmitteln der neueren Zeit möglich wurde, aus kleinen Verschiebungen der Spektrallinien die überraschendsten Schlüsse in Bezug auf die Bewegungen im Weltraum zu ziehen, die der direkten Beobachtung infolge der ungeheuren Entfernungen unzugänglich sind. Diese Möglichkeit beruht auf dem Umstände, daß durch Annäherung oder Entfernung einer Lichtwelle die Farbe oder Schwingungszahl der von ihr ausgesandten Lichtquellen eine Änderung erfährt, gleichwie die Höhe eines Tones steigt oder sinkt, wenn die Entfernung zwischen der Schallquelle und unserem Ohre in Abnahme oder Zunahme begriffen ist.

Der qualitativen Erklärung der Umkehrung der Spektrallinien, welche wir oben kurz erörtert haben, gab Kirchhoff alsbald eine exakte, quantitative Grundlage in dem berühmten, jetzt unter der Bezeichnung „Kirchhoffsches Gesetz“ bekannten Satze, daß das Verhältnis des Emissions-(Ausstrahlungs-)Vermögens zum Absorptionsvermögen bei derselben Temperatur für Strahlen gleicher Wellenlänge bei allen Körpern dasselbe ist. Der Beweis, den er für diesen Satz zuerst in den Berichten der Berliner Akademie vom Dezember 1854, ausführlicher 1861 in deren Abhandlungen und 1862 auch als selbständige Schrift veröffentlichten „Untersuchungen über das Sonnenspektrum und die Spektren der chemischen Elemente“ gab, ist auch an und für sich höchst bemerkenswert. Derselbe beruht auf dem Clausiusschen Prinzip der Wärmetheorie, welches aussagt, daß Wärme von selbst nur von einem Körper höherer Temperatur zu einem solchen niederer Temperatur übergeht. Bei den hieran anknüpfenden Schlüssen über die Strahlung operiert nun Kirchhoff mit gedachten Körpern, welchen die Eigenschaft zugeschrieben wird, alle auf sie auffallenden Strahlen zu absorbieren (— vollkommen schwarze Körper —), ferner mit solchen, welche gar nichts absorbieren (vollkommen diatherman und durchsichtig sind), und auch mit solchen Körpern, die alle Strahlen reflektieren, also als vollkommene Spiegel zu bezeichnen wären. Dieses gedankliche Operieren mit Körpern oder Prozessen, welche in Wirklichkeit nicht oder doch nur annäherungsweise realisierbar sind, mag auf den ersten Blick befremdend erscheinen; es ist aber als Mittel zur Vereinfachung der Beweisführung durchaus zulässig, denn die Wahrheit der zu beweisenden Tatsachen kann nicht vom Grade der Vollkommenheit unserer künstlichen Hülfsmittel abhängig sein. — Übrigens hat Kirchhoff selbst bereits ein Verfahren angegeben, mittels dessen der „absolut schwarze Körper“, oder doch die ihm eigentümliche Strahlung in beliebig großer Annäherung verwirklicht werden kann: nämlich durch einen nahezu geschlossenen Hohlkörper, dessen für Strahlung undurchlässige, aber sonst beliebig beschaffene Wandungen auf konstanter Temperatur erhalten werden. Es läßt sich nämlich zeigen, daß jedes Strahlenbündel im Innern eines solchen Hohlraumes und auch dasjenige, welches aus seiner kleinen Öffnung austritt, von derselben Beschaffenheit und Intensität sein muß, als ob es von einem idealen, absolut schwarzen Körper gleicher Temperatur ausginge. Solche künstliche, absolut schwarze Körper sind neuerdings in der physikalisch-technischen Reichsanstalt wirklich hergestellt und die Gesetze ihrer Strahlung, d. h. die Abhängigkeit ihres Emissionsvermögens von Temperatur und Wellenlänge, eingehend experimentell untersucht worden. Diese Gesetze sind deshalb von fundamentaler Wichtigkeit, weil durch sie auf Grund des Kirchhoffschen Satzes zugleich für beliebige andere Körper das Verhältnis von Emission und Absorption bekannt ist. Es ist nun durch neuere theoretische Untersuchungen, die an den Kirchhoffschen Satz anknüpfen und zum Teil ähnliche Beweismethoden benutzen, auch gelungen, mathematische Formeln für diese Gesetze aufzustellen, so insbesondere für dasjenige, wonach sich die vom schwarzen Körper am intensivsten ausgestrahlte Farbe mit steigender Temperatur nach dem blauen Ende des Spektrums verschiebt. In neuester Zeit sind hierauf Methoden gegründet worden, um sehr hohe Temperaturen, z. B. solche von Flammen, zu messen, — Methoden, denen vielfache Verwendung in der Technik bevorstehen dürfte. So erweist sich also der Kirchhoffsche Satz in seinen weiteren Konsequenzen auch für die Praxis nutzbringend, was ja von der eigentlichen Spektralanalyse heute kaum noch besonders hervorgehoben zu werden braucht. Kirchhoff selbst wäre freilich der letzte gewesen, der eine Entdeckung nach ihrem praktischen Nutzen bewertet hätte; ihm war es nur um die Förderung der reinen Wissenschaft zu tun.

Die nächsten Jahre nach Vollendung der spektralanalytischen Arbeiten Kirchhoffs, durch welche sein wissenschaftlicher Ruhm fest begründet war, sind wohl die glücklichsten seines Lebens gewesen. Seit 1857 mit der Tochter seines Königsberger Lehrers Richelot verheiratet, führte er ein sehr glückliches Familienleben; zwei Söhne und zwei Töchter wurden ihm geschenkt. Wenngleich er im ganzen zurückgezogen lebte, so pflegte er doch anregenden geselligen Verkehr mit seinen Freunden, unter denen außer Bunsen besonders Helmholtz, Kopp, Zeller und (seit 1869) Koenigsberger zu nennen sind. Im Jahre 1863 konnte Kirchhoff das physikalische Institut in die für die damalige Zeit schönen und geräumigen Lokalitäten verlegen, welche in dem neu errichteten Friedrichsbau dafür zur Verfügung gestellt wurden; zugleich bezog er selbst eine Dienstwohnung in diesem Gebäude. Als äußere Anerkennung seitens der ganzen Universität wurde ihm 1865 die Wahl zum Prorektor zuteil.

Aber schon Ende der sechziger Jahre erlitt Kirchhoffs Lebensglück ernste Trübungen. Ein Fußleiden, welches er sich 1868 durch einen Fall auf der Treppe zugezogen hatte, fesselte ihn lange Zeit an den Rollstuhl und nötigte ihn auch nach eingetretener Besserung noch lange zum Gebrauch von Krücken. Im Jahre 1869 wurde ihm seine Frau durch den Tod entrissen. Er schloß jedoch 3 Jahre später eine zweite, ebenfalls sehr glückliche, aber kinderlose Ehe mit Luise Brömmel, die damals Oberin in der Augenklinik war.

Das Jahr 1870 brachte Kirchhoff neue Ehrungen: zunächst die Ernennung zum auswärtigen Mitglied der Berliner Akademie, sodann die Berufung auf den durch Magnus' Tod vakant gewordenen Lehrstuhl der Physik an der Universität Berlin, deren philosophische Fakultät für die Neubesetzung Kirchhoff und Helmholtz in Vorschlag brachte, ersteren aber unter Hinweis auf seine Lust und Liebe zum Lehren, sowie auf die mustergültige Klarheit und Abrundung seiner Vorträge an erster Stelle nannte. Kirchhoff ließ sich aber durch die Bande der Freundschaft und den Zauber Alt-Heidelbergs zurückhalten und lehnte den ehrenvollen Ruf ab, ebenso später einen solchen an die Sonnenwarte zu Potsdam. Erst im Jahre 1875, als sich sein Heidelberger Freundeskreis teils durch den Tod, teils durch Fortberufungen gelichtet hatte, entschloß sich Kirchhoff, einem neuen Rufe nach Berlin, diesmal als theoretischer Physiker, zu folgen.

Wenngleich Kirchhoff seine Lehrtätigkeit trotz des bereits erwähnten Leidens ungeschwächt fortsetzte, so hatte dieses auf seine Forschungsarbeit doch insofern Einfluß, als sich dieselbe wieder ganz theoretischen Aufgaben, zunächst besonders solchen aus der Hydrodynamik, zuwandte. Auch hier sind es prinzipiell wichtige Probleme, welche er sich zur Behandlung erwählte; so die Bestimmung der Gestalt freier Flüssigkeitsstrahlen und der Bewegung starrer Körper in einer inkompressibeln, reibungslosen Flüssigkeit. Für den Fall zweier in eine solche Flüssigkeit eingetauchter sehr dünner starrer Ringe fand er das überraschende Resultat, daß dieselben infolge der Flüssigkeitsbewegung scheinbar, d. h. für einen die letztere nicht wahrnehmenden Beobachter, Kräfte aufeinander ausüben, die denen analog sind, mit welchen sie aufeinander wirken würden, wenn elektrische Ströme in ihnen flössen. Hierin lag also ein Beispiel vor für die Zurückführung elektrischer Kräfte auf „verborgene“ Massenbewegungen, ein Problem, welches später noch vielfach, besonders erfolgreich von Bjerknes bearbeitet worden ist. Kirchhoff selbst war allerdings weit davon entfernt, in jenem Resultat mehr zu sehen als eine bloße mechanische Analogie zu der genannten elektrischen Erscheinung. Allerdings stellt er in der bemerkenswerten Festrede, die er am 22. November 1865 als Prorektor „über das Ziel der Naturwissenschaften“ gehalten hat, die mechanische Naturerklärung als dieses Ziel hin, indem er sagt: „Hier wie dort (d. h. in der organischen wie in der unorganischen Natur) ist das wahre Verständnis nicht gewonnen, solange die Zurückführung auf die Mechanik nicht gelungen ist. Vollständig erreicht wird dieses Ziel der Naturwissenschaft nie werden, aber schon die Tatsache, daß es als solches erkannt ist, bietet eine gewisse Befriedigung, und in der Annäherung an dasselbe liegt der höchste Genuß, den die Beschäftigung mit den Erscheinungen der Natur zu gewähren vermag.“ Später jedoch betrachtete Kirchhoff die Aufgabe der Physik anscheinend von dem Standpunkte, welchen man jetzt als den der Phänomenologie bezeichnet, und nach dem nur eine exakte (mathematische) Beschreibung, nicht eine Erklärung der Erscheinungen angestrebt werden kann und soll. Wenigstens sagt er dies ausdrücklich in Bezug auf die Bewegungserscheinungen in der Vorrede zu seinen 1875 herausgegebenen „Vorlesungen über Mechanik“, wo er die berühmte Definition aufstellt: „Die Mechanik ist die Wissenschaft von der Bewegung; als ihre Aufgabe bezeichnen wir: die in der Natur vor sich gehenden Bewegungen vollständig und auf die einfachste Weise zu beschreiben“. In konsequenter Durchführung dieses Programms werden in diesen Vorlesungen Kraft und Masse nicht als etwas für sich wirklich Existierendes, sondern nur als zur abgekürzten Ausdrucksweise oder Vereinfachung der mathematischen Beschreibung eingeführte Hülfsbegriffe behandelt, eine Auffassung, die damals vielfach großes Erstaunen hervorrief. Wie berechtigt aber dieser Standpunkt war, wird sich vielleicht bald in eklatanter Weise zeigen, wenn es, wie gegenwärtig erfolgreich versucht wird, gelingt, die Gesetze der Mechanik auf diejenigen der Elektrodynamik, die mechanische „Masse“ auf die Elektrizitätsmenge zurückzuführen. Die vorsichtige Vermeidung aller zum Zwecke einer Erklärung der Erscheinungen erdachten Hypothesen zeigt sich bei Kirchhoff auch darin, daß er sich niemals mit der kinetischen Gastheorie oder anderen Molekulartheorien, welche z. B. für Maxwell und Boltzmann so anziehend waren, produktiv beschäftigt hat. Er behandelte die Materie als das, was sie zu sein scheint, — als Kontinuum, ohne daß er darum ihre molekulare Konstitution als unwahrscheinlich hinstellen wollte; seiner exakten Denkweise widerstrebte nur der Mangel an Strenge, der allen molekulartheoretischen Betrachtungen naturgemäß anhaftet

Nach Kirchhoffs, wie oben schon gesagt, im Jahre 1875 erfolgter Übersiedelung nach Berlin trat in seinem Gesundheitszustande noch einmal eine Besserung ein, so daß er dort noch neun Jahre hindurch vor einem großen Schülerkreise eine glänzende Lehrtätigkeit auf dem von ihm selbst so erfolgreich bebauten Felde der mathematischen Physik ausüben konnte. Von seinen Vorlesungen hat er diejenigen über Mechanik, wie bereits erwähnt, schon gegen Ende seiner Heidelberger Zeit selbst als Buch veröffentlicht, und der ungewöhnliche Erfolg, den dieses, die Präzision und Klarheit seiner Darstellung der schwierigsten Gegenstände in vollendetster Weise zeigende Werk hatte, erhellt deutlich aus der Tatsache, daß bereits nach weniger als einem Jahre eine zweite Auflage notwendig wurde. Die anderen von Kirchhoff in Berlin gehaltenen Vorlesungen wurden erst nach seinem Tode herausgegeben: die über Optik 1891 von Hensel, jene über Elektrizität und Magnetismus sowie über Wärmetheorie 1891 bezw. 1894 von Planck.

In Berlin veröffentlichte Kirchhoff noch eine Reihe schöner Abhandlungen, von denen, außer der schon früher erwähnten über die Theorie des Kondensators (1877), diejenigen über die elektrische Strömung in Telegraphenkabeln (1879), über die Reflexion des Lichtes an Kristallen (1876), über eine Methode zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Metalle (1880), über die Theorie der Lichtstrahlen (1882) und über die Formänderungen im elektrischen und magnetischen Felde (1884/85) hervorzuheben sind. Obwohl Kirchhoff in Berlin kein eigenes Institut besaß, hat er auch noch experimentelle Arbeiten ausgeführt und zwar im Laboratorium seines Freundes G. Hansemann in Gemeinschaft mit diesem. Eine von diesen Untersuchungen hat gewisse, unter Wirkung der Schwere stattfindende Wellenbewegungen des Wassers zum Gegenstande, die andere betrifft die Anwendung einer von Kirchhoff sehr sinnreich erdachten und theoretisch ausgearbeiteten Methode zur Bestimmung der Wärmeleitungsfähigkeiten der Metalle. Es sei noch bemerkt, daß Kirchhoffs Abhandlungen aus der Zeit vor 1882 von ihm selbst, die späteren von Boltzmann (1891) als Sammelband herausgegeben worden sind.

Seit 1885 mußte Kirchhoff wegen eines zunehmenden schweren Leidens seine Lehrtätigkeit aufgeben und wurde bald ganz an das Haus und den Rollstuhl gefesselt. Er blieb aber stets gleich heiter und freundlich und folgte allen wissenschaftlichen Fragen bis zuletzt mit regem Interesse, und es war daher auch für die ihm Näherstehenden unerwartet, als am 17. Oktober 1887 plötzlich während des Schlafes sein Tod eintrat.

Es kann hier nicht der Ort sein, Kirchhoffs Charakter zu rühmen. Aber das darf und muß gesagt werden, daß er sein Leben mit einer seltenen Selbstlosigkeit, unter völliger Hintansetzung des Strebens nach äußeren Ehren und Gewinn, der gewissenhaftesten Erforschung der reinen Wahrheit gewidmet hat; mit welchem Erfolge für die physikalische Wissenschaft, sollte die vorstehende Skizze zeigen. So konnte Hofmann die herrliche Gedächtnisrede, die er am 24. Oktober 1887 in der Deutschen Chemischen Gesellschaft dem Dahingegangenen widmete, mit den Worten schließen: „Auf meinem langen Lebenspfade bin ich keinem begegnet, bei welchem, wie bei Kirchhoff, höchstes Vollbringen gesellt gewesen wäre mit fast demutsvoller Bescheidenheit“.

Letzte Änderung: 07.12.2009     Gabriele Dörflinger   Kontakt

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