Leo Koenigsberger: Hermann von Helmholtz Leo Koenigsberger: Hermann von Helmholtz
„Hochgeehrte Versammlung! Für das geeignetste Thema, welches ein Redner wählen kann, der in einer der allgemeinen Sitzungen der Naturforscher zu reden übernommen hat, halte ich es, von Zeit zu Zeit die Veränderungen zu besprechen, die in den allgemeinen Gesichtspunkten der Naturwissenschaft eingetreten sind. Solche Aenderungen treten ja in Wissenschaften, die schon einen hohen Grad von Durcharbeitung erreicht haben, nur langsam ein und in kleinen vereinzelten Schritten. Erst nach verhältnissmässig langen Perioden machen sie sich deutlich bemerklich, aber dann auch zunächst nur für Männer, die auf die Erfahrung eines langen eigenen Lebens zurückschauen können, während dessen sie inmitten der wissenschaftlichen Arbeit und der dabei auftauchenden Ueberlegungen und Zweifel gestanden haben, oder auch bei solchen, die durch besonders eingehende historische Studien entsprechende Kenntniss des Entwickelungsganges der Wissenschaft gewonnen haben.
Indem ich es unternehme, Ihnen von einer solchen Aenderung der naturwissenschaftlichen Gesichtspunkte zu sprechen, bitte ich als unumgänglich nothwendig zu entschuldigen, dass ich nicht nur von allerneuesten Entdeckungen reden kann, sondern von manchem Altbekannten reden muss, was aber im Lauf der Zeiten seine Tragweite verändert hat, indem es unter neue Gesichtspunkte gerückt ist.
Ich kann den Hauptgegenstand meines Vertrages damit bezeichnen, dass ich von dem Wesen der Substanzen reden will, dieses Wort aber in seinem älteren und weiteren Sinne gefasst.
Nach modernem Sprachgebrauch verstehen wir unter Substanzen ausschliesslich materielle Stoffe, welche zur Zeit (Seite 126) in bestimmten Orten des Baumes verweilen, unzerstörbar und unvermehrbar sind, eine bestimmte Masse, d. h. ein bestimmtes Beharrungsvermögen bei ihrer Bewegung haben, dabei auch, so weit wir sicher wissen, immer der allgemeinen Gravitationskraft unterliegen, also ein ihrer Masse proportionales Gewicht haben, und die Träger von unveränderlichen Kräften sind, mit denen sie auf andere Massen wirken. Durch ihre mechanischen Kräfte und durch ihr Beharrungsvermögen, d. h. ihren Widerstand gegen Bewegung werden sie für unsern Tastsinn wahrnehmbar, sie afficiren auch unsere anderen Sinne bei vielen Gelegenheiten und in sehr mannigfacher Weise, so dass es leicht war und ist, ihre Eigenschaften, die Bedingungen ihrer Ruhe und Bewegung kennen zu lernen. Wir kennen eine ziemlich grosse, aber doch, begrenzte Anzahl solcher unzerstörbarer Substanzen, die chemischen Elemente, und eine immer mehr anwachsende Menge zusammengesetzter anderer, die chemischen Verbindungen, welche letzteren aber nicht unzerstörbar und unvermehrbar sind, in so weit sie aus den ersteren zusammengesetzt und in sie wieder aufgelöst werden können.
Im alten Sinne aber war der Begriff der Substanz umfassender ; er entsprach mehr dem Wortsinn der Bezeichnung, id quod substat, das, was im Hintergrunde oder hinter der veränderlichen Erscheinungsweise fortbesteht, im Griechischen war es η ουσια, das Seiende oder das Wesen, worunter aber nicht bloss materielle Dinge verstanden wurden, sondern auch die Begriffe von Klassen von Dingen, die einem gemeinsamen Gesetze folgen, von denen man freilich nicht viel Bestimmtes zu sagen wusste, und bei deren Attributen man überwiegend auf das Spiel der Phantasie angewiesen war. Die Hauptmodelle, welche man dafür hatte, waren der menschliche Geist und das die Vorgänge im lebenden Organismus regulirende Princip, die Lebensseele oder Lebenskraft. In der Namenswahl brauchte man Vergleiche mit dem Stofflosesten, was man in der Welt kannte. Das (Seite 127) Lebensprincip wurde nach einander als das εμφυτον ϑερμον, die eingeborene Wärme des Hippokrates, die bis auf das vom Prometheus entwendete Feuer des Zeus zurückleitet, später als das πνευμα, der Hauch des Galen, als die anima inscia, die unbewusste Seele G. E. Stahl's, oder der Archaeus des Paracelsus, eine Art hülfreicher Kobold. Auch der bewusste Geist des Menschen und selbst der heilige Geist wurden bildlich als Hauch oder Wehen, als Pneuina, ihre Mittheilung als eine Inspiration, ein Einathmen bezeichnet.
Aber so wenig man auch diesen Begriff der immateriellen Substanz fest fassen und seine Attribute klar bestimmen konnte, hielt man daran fest, und der Streit über die Sub-stantialität oder Nicht-Substantialität des menschlichen Geistes wird noch in diesem Augenblick lebhaft fortgeführt. Auch ist unverkennbar der Hauptpunkt, um den es sich handelt, das wichtigste Attribut der Substanz, die Unzerstörbarkeit derselben, die Unsterblichkeit der bewussten Seele, und wenn man die Lebensseele von dieser getrennt denkt, die Idee der Seelenwanderung.
Was nun in der Ausmalung dieser Vorstellungen durch die verschiedenen Nationen und Secten des Menschengeschlechts willkürlich, phantastisch, widerspruchsvoll und geschmacklos war, brauche ich Ihnen hier nicht auseinanderzusetzen, das ist in den letzten Jahrhunderten reichlich erörtert worden, auch mache ich keinen Anspruch darauf, Ihnen heute hier die letzten Räthsel der Seelenkunde und der Weltregierung lösen zu wollen. Aber thatsächliche Kenntniss von Grössen, die dem alten Begriff der immateriellen Substanzen entsprechen, unzerstörbar, unvermehrbar, wirkungskräftig im Raume, aber nicht nothwendig theilbar mit dem Raume sind und in so fern dem Begriffe der immateriellen Substanzen entsprechen, hat uns das letzte Jahrhundert in der That gebracht.
Ich meine nicht die sogenannten Imponderabilien, die (Seite 128) in der älteren Physik eine grosse Rolle gespielt haben. Denn diese wurden vorgestellt nur als materielle Substanzen ähnlich den Gasen, den Raum füllend, nur nicht unterworfen der Schwerkraft, aber mit Beharrungsvermögen begabt wie schwere Massen. Die neuere Physik nimmt nur noch eine solche imponderable Substanz, den sogenannten Lichtäther an, das Medium, welches den Weltraum füllt zwischen den in ihm weilenden wägbaren Körpern, auch diese durchdringend, und dessen Anwesenheit sich uns dadurch verräth, dass seine Oscillationen unserem Auge als Licht erscheinen und, schwere Körper treffend, in diesen Wärme oder auch elektrische und magnetische Spannungen hervorrufen.
Seinem Begriff nach würde der Lichtäther immer noch in dieselbe Klasse mit den wägbaren Körpern gehören.
Von den Grössen, auf die der Begriff der immateriellen Substanzen passt, will ich Ihnen hier zunächst diejenige vorführen, die wir am vollständigsten kennen, von der Sie wahrscheinlich am häufigsten haben reden hören und deren Begriff Ihnen daher am vertrautesten sein wird. Es ist dies der Vorrath von Energie, von wirkungsfähiger Triebkraft, der in der Welt wirkt, ein Proteus, der in den mannigfachsten Erscheinungsformen auftreten und zwischen ihnen hin und her wechseln kann, und doch unveränderlich in seiner Grösse, unzerstörbar, unvermehrbar.
Ein von der Erde zur Höhe gehobenes Gewicht repräsentirt uns Energie, die wir benutzen können, um Uhren oder allerlei kleinere Maschinen zu treiben. Ein vom Berge herabfliessender Bach kann schon grosse Maschinen treiben. Von diesen Beispielen entnehmen wir das Grundmaass der Energie, wir messen sie durch das gehobene Gewicht, multiplicirt mit der Erhebungshöhe und mit der Intensität der Schwere, also in Kilogrammetern.
Die Geschwindigkeit einer bewegten Masse ist wiederum das Aequivalent einer Triebkraft, die wir mit einem alten Namen als die lebendige Kraft derselben bezeichnen. Ein (Seite 129) fallendes Gewicht kommt in immer zunehmende Geschwindigkeit, d. h. die Energie seiner Hebung geht, während die Hebung verloren geht, in die Form der lebendigen Kraft über, und wenn man es schliesslich zwingt, seine fallende Bewegung durch eine gekrümmte Bahn wieder in eine steigende umzulenken, so kann es durch diese wieder zu der Höhe steigen, von der es herabgekommen ist,
Die gespannte Feder eines Uhrwerks enthält einen Energievorrath, ein comprimirtes Volumen von Gasen und Dämpfen ebenso. Die letzteren treiben uns Dampfmaschinen und Heissluftmaschinen.
Die Quanta gepresster Gase und Dämpfe in den letzteren Maschinen gewinnen wir durch Zuleitung von Wärme. Wärme ist Energie. Sie kann aus mechanischer Bewegung hervorgehen, wenn diese durch Reibung und unelastischen Stoss vernichtet wird, und sie wird in den genannten Maschinen wieder in mechanische Energie zurückgeführt.
Chemische Kraft ist Energie und zwar von sehr grossem Aequivalent. Sie liefert; uns den grössten Theil unserer künstlich zu unserm Nutzen erzeugten Wärmevorräthe. Sie kann aber auch ohne äquivalente Wärmebildung uns direct durch elektrische Vermittlung mechanische Triebkräfte liefern und chemische Energie wiederherstellen.
Je sorgfältiger diese tausendfältigen Wechselbeziehungen zwischen den verschiedensten Naturkräften studirt worden sind, desto genauer hat sich der Satz bestätigt, dass bei keinem derselben Energie vernichtet oder gewonnen wird. Es bleibt immer derselbe unveränderliche Vorrath, der nur seine Erscheinungsweise wechselt.
Selbst in den Verwickeltesten und feinsten aller Naturvorgänge, in denen des organischen Lebens, herrscht dasselbe Gesetz. Die Thiere entnehmen die Energie, die sie entwickeln, der langsamen Verbrennung der von ihnen aufgenommenen Nahrungsmittel mit dem eingeathmeten Sauerstoff der Luft und geben dafür nach aussen ab Wärme und (Seite 130) mechanische Arbeit. Die Pflanzen dagegen haben ihre Hauptkraftquelle im Sonnenlicht und erzeugen dafür die verbrennliche Substanz ihres Körpers und freien Sauerstoff, den sie an die Luft zurückgeben.
Dieser ungeheure, unveränderliche Vorrath von Energie ist, trotzdem er die Unzerstörbarkeit der materiellen Substanzen, beziehlich des Lichtäthers theilt, keine Substanz nach Analogie dieser. Er haftet auch nicht an irgend einer oder einigen Substanzen, wenn er auch zeitweilig einziehen kann und gleichsam wohnen kann in ponderablen Stoffen, sei es als elastische Spannung, oder als Wärme, oder als chemische Verwandtschaft. Die Energie ist auch nicht einmal einfach an einen Ort im Raume gebunden, oder mit dem Raume theilbar, wie eine materielle Substanz. Zwar kommen Formen derselben vor, wo man ihr einen begrenzten Naturkörper als ihren Wohnsitz anweisen kann, insofern dieser in heftiger Bewegung begriffen, oder sehr heiss ist, oder stark comprimirt ist. Daneben bleiben aber eine ganze Reihe von Formen der Energie stehen, wo diese nur durch die Beziehungen zweier Körper zu einander gegeben ist. Der grösseste Energievorrath, den wir kennen, ist uns in der Gravitation der Weltkörper gegen einander gegeben und hängt von der Grösse ihres gegenseitigen Abstandes ab, indem er um so kleiner wird, je näher die sich anziehenden Körper einander kommen.
Ebenso steht es bei den chemischen Verwandtschaften. Die Energie, welche bei der Vereinigung des Sauerstoffs und des Kohlenstoffs zum Vorschein kommt, besteht weder im Sauerstoff allein, noch im Kohlenstoff allein. Sie besteht nur im Verhältnisse beider zu einander, sei es, dass man sie als eine unmittelbare betrachtet oder als eine, die durch Einmischung elektrischer Kräfte vermittelt wird. Da sie also weder in dem Räume, den der Sauerstoff einnimmt, noch in demjenigen, den der Kohlenstoff einnimmt, allein (Seite 131) enthalten ist, so kann man sie überhaupt nicht in einen bestimmten Ort verlegen.
Wir kennen noch einige Grössen ähnlicher Art, wie der Energievorrath eines, vor äusseren Einwirkungen geschützten, übrigens beliebig zusammengesetzten mechanischen Systems ist. Sie werden bei populär - astronomischen Erörterungen gelegentlich in Bezug auf das Planetensystem davon haben reden hören, da in der That das Planetensystem so weit .entfernt auch von den nächsten Fixsternen ist, dass deren Einwirkung im Laufe der Geschichte astronomischer Beobachtungen noch keine merklichen Einwirkungen hat hervorbringen können. In einem so abgeschlossenen Systeme kann der Schwerpunkt eine Bewegung haben, die ungestört durch alle gegenseitigen Einwirkungen des Systems mit constanter Geschwindigkeit vorwärts geht, in ewig unveränderter Richtung. Die entsprechende Geschwindigkeit kann auch den Werth Null haben, d. h. dieser Schwerpunkt kann ruhen; dann wird er sich auch nie in Bewegung setzen.
Ob der Schwerpunkt des Planetensystems ruht, oder fortschreitet, wissen wir noch nicht mit einiger Sicherheit; vorläufig ist die Behauptung der Constanz seiner Geschwindigkeit und ihrer Richtung nur auf theoretische Gründe gebaut.
Aber eine andere ähnliche Grösse giebt es, deren Betrag in der That durch Beobachtungen controllirt werden kann, das ist das sogenannte Moment der Rotationsbewegung des Planetensystems, welche den mechanischen Gesammtbetrag aller einzelnen Umlaufsbewegungen der Planeten um die Sonne, und ihrer Trabanten um den Planeten, und der Planeten um die eigene Drehungsaxe zusammenfasst. Aus diesen Grössen lässt sich in passender Weise eine Summe bilden, wobei die Umlaufbewegungen auf beliebig im Raume gerichtete Rotationsaxen bezogen werden können. Für jede solche Axe von constanter Richtung, die durch den Schwerpunkt des Systems geht und mit diesem, sich selbst (Seite 132) parallel bleibend im Baume fortrückt, ist das ganze Bewegungsmoment constant. Für eine dieser Axen ist es am grössten; senkrecht zu ihr denkt man sich die invariable Ebene des Systems gelegt, die eine mittlere Lage zwischen all den Bahnebenen des Systems und Aequatorialebenen der einzelnen Planeten einhält. Die Richtung dieser Ebene und der Betrag des um ihre Normale genommenen Rotationsmoments des Systems sind nicht zu verändern durch irgend welche wechselseitige Einwirkung irgend welcher Art, die zwischen den Körpern des Systems vor sich geht.
Im kleinen Maassstabe, aber freilich nie ganz frei von äusseren Störungen können Sie dieses Beharrungsvermögen der Rotation an jedem schnell rotirenden Kreisel sehen, der sicher auf seiner Spitze mit vertikaler Axe steht, so lange er schnelle Rotation hat, und umfällt, sobald er diese verliert.
Sie sehen also, diese Grössen, die Geschwindigkeit des Schwerpunkts des Planetensystems und ihre Richtung, die Richtung der invariablen Ebene und der Werth des grössten Rotationsmoments des Systems sind bei dem gegebenen Zustande unserer Welt ebenso unveränderliche Grössen wie der Energievorrath derselben. Wenn Einwirkungen von Fixsternen da sind und in langer, langer Zeit sich addirend vielleicht unseren Nachkommen merkbar werden sollten, werden diese vielleicht die Schwerpunktsbewegungen dieser Fixsterne und ihre Rotationsmomente mit in die Rechnung hineinziehen müssen. So lange wir nur nach Jahrtausenden rechnen, genügt die Beschränkung auf das Planetensystem.
Nun wären wir freilich am Ende unserer Kenntniss von solchen in sich unveränderlichen Bewegungsgrössen. Am Ende unserer Kenntniss, am Ende der Liste von solchen, deren Werth wir genau zu berechnen und zu controlliren wissen, aber nicht am Ende der Aufzählung aller existirenden gleichartigen Grössen. Im Gegentheil, deren Zahl (Seite 133) ist so gross, dass das Menschengeschlecht schwerlich je mit ihrer Erkenntniss und Zählung wird fertig werden können.
Fragen wir darüber zunächst den Mathematiker, der sich mit mechanischen Problemen beschäftigt. Was ich von solchen Ihnen bisher aufgeführt habe, das nennt er Integrationsconstanten; „Constanten“ eben deshalb, weil sie unveränderlich sind. Und sein Verfahren, die Gleichungen, welche die Bewegungsgesetze ausdrücken, aufzulösen und deren Endresultat für irgend einen beliebig späteren Zeitpunkt zu finden, nennt er „Integration“. Es sind ihm also Constanten, auf die er bei der Integration der Bewegungsgleichungen stösst, und deren Werth er passend bestimmen muss, um seine Lösung der allgemeinen Bewegungsgesetze auf den besonderen Fall anzupassen des bestimmten Körpersystems, mit dem er sich eben beschäftigt, dessen Theile alle zu Anfang der Zeit, auf welche die Rechnung sich bezieht, ihre bestimmte Lage im Raum und ihre Geschwindigkeiten von bestimmter Grösse und Richtung gehabt haben.
Nun fragen Sie den Mathematiker, wie viel Integrationsconstanten er braucht bei einem Problem, wo ein einziger untheilbarer Massenpunkt sich unter dem Einflusse bekannter im Raume unveränderlich vertheilter Kräfte bewegt. Er antwortet Ihnen, er brauche drei. Deren Werth drückt er;aus durch die Abmessungen, durch die er die anfängliche und schliessliche Lage des Massenpunktes bestimmt hat, und durch die Energie, welche der Punkt im ersten Moment seiner Bewegung besass.
Wenn es aber 10 Massenpunkte sind, die gegenseitig Kräfte auf einander ausüben, so hat er 30 Integrationsconstanten zu berechnen, d. h. er hat zu ermitteln, wie aus den Raumabmessungen diese constanten und während des weiteren ungestörten Ablaufs der Bewegung unveränderlichen Werthe zusammengesetzt und zu berechnen sind.
Bei kleineren Gruppen, aus Naturkörpern gebildet, die (Seite 134) gegenseitig auf einander wirken, werden Eingriffe von aussen, die den Ablauf der Bewegungen verändern, häufiger sein. Aber die allgemeine Form der Lösung würde immer dieselbe bleiben können, wenn auch die Rechnungen für menschliche Gehirne und für die Hülfsmittel unserer jetzigen Mathematik, die schon die neun Integrationsconstanten für drei Massenpunkte nicht mehr zu bilden weiss, unausführbar sind.
Wir müssen aber aus diesen Ueberlegungen schliessen, dass solche unzerstörbare und unvermehrbare immaterielle Grössen …“
S. 125 - 134 aus:
Koenigsberger, Leo: Hermann von Helmholtz. - Braunschweig : Vieweg
Band 3. - 1903
Letzte Änderung: 24.05.2014 Gabriele Dörflinger
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