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DIE NATURWISSENSCHAFTEN
IN IHRER ENTWICKLUNG UND IN IHREM ZUSAMMENHANGE
DARGESTELLT VON
FRIEDRICH DANNEMANN
DRITTER BAND:
DAS EMPORBLÜHEN DER MODERNEN NATURWISSENSCHAFTEN BIS ZUR ENTDECKUNG DES ENERGIEPRINZIPES
MIT 60 ABBILDUNGEN IM TEXT UND EINEM BILDNIS VON GAUSS
Verlag von Wilhelm Engelmann in Leipzig · 1911
DIE NATURWISSENSCHAFTEN
IN IHRER ENTWICKLUNG UND IN IHREM ZUSAMMENHANGE
DARGESTELLT VON
FRIEDRICH DANNEMANN
DRITTER BAND:
DAS EMPORBLÜHEN DER MODERNEN NATURWISSENSCHAFTEN BIS ZUR ENTDECKUNG DES ENERGIEPRINZIPES
MIT 60 ABBILDUNGEN IM TEXT UND MIT EINEM BILDNIS VON GAUSS
LEIPZIG VERLAG VON WILHELM ENGELMANN 1911
Copyright 1911 by Wilhelm Engelmann, Leipzig.
Druck der Königl. Universitätsdruckerei H. Stürtz A. G., Würzburg.
Vorwort.
Der zweite Band schilderte das Entstehen der neueren Naturwissenschaft. Er umfaßt den Zeitraum vom Anfang des 17. bis zur Mitte des 18. Jahrhunderts. Mit dem Ende dieses Abschnitts beginnt die neueste Phase in der Entwicklung der Naturwissenschaften. Diese Phase bis zu den Aufgaben der Gegenwart in den Grundzügen darzustellen, ist das Ziel des 3. und des 4. Bandes des vorliegenden Werkes. Da es sich nicht um eine bloße Aufzählung der Geschehnisse, sondern um den Nachweis ihrer inneren Verknüpfung handelt, so ist bei dem Ineinandergreifen der verschiedenen Gebiete eine scharfe Gliederung nach chronologischen Gesichtspunkten nicht möglich. Will man eine Schranke ziehen, so würde sie etwa mit dem Zeitpunkt der Entdeckung des Energieprinzips zusammenfallen. In der Hauptsache schildert der vorliegende dritte Band den großen Umschwung, den die Naturwissenschaften durch die Begründung der neueren Chemie, der Elektrizitätslehre, den Ausbau der übrigen Teile der Physik, sowie die Ausdehnung der experimentellen Forschungsweise auf die Wissenschaft vom Leben erfuhren. Dem vierten und letzten Bande bleibt es vorbehalten, den großartigen Aufschwung zu schildern, den die Naturwissenschaften im weiteren Verlauf des 19. und im Beginn des gegenwärtigen Jahrhunderts genommen haben.
Auch in dem vorliegenden Bande war es das Bestreben des Verfassers, die Schilderung im Rahmen der Gesamtentwicklung zu halten, die Beziehungen der Naturwissenschaften zu den Nachbargebieten aufzuweisen und vor allem nur dasjenige zu bringen, was zum tieferen Verständnis des heutigen Wissenschaftsgebäudes beiträgt.
Friedrich Dannemann.
Inhalt.
Seite
1. Wissenschaft und Weltgeschichte 1
2. Das 18. Jahrhundert errichtet die Fundamente der Elektrizitätslehre 6
3. Praktische und theoretische Fortschritte auf dem Gebiete der Wärmelehre 33
4. Die Naturbeschreibung unter der Herrschaft des künstlichen Systems 60
5. Die Ausdehnung der physikalischen Methoden auf das Gebiet der Pflanzenphysiologie 69
6. Der Ausbau der im 17. Jahrhundert begründeten Sexualtheorie 80
7. Fortschritte der Zoologie im 18. Jahrhundert 99
8. Die neuere Mathematik und ihre Beziehungen zu den Naturwissenschaften 116
9. Die wissenschaftliche Chemie von ihrer Begründung durch Boyle bis zu ihrer Erneuerung durch Lavoisier 138
10. Der Eintritt der Chemie in das Zeitalter der quantitativen Untersuchungsweise 155
11. Die Aufstellung der atomistischen Hypothese und ihre experimentelle Begründung 175
12. Die Entdeckung der galvanischen Elektrizität 189
13. Die Begründung der Elektrochemie 211
14. Die Erforschung der elektromagnetischen und der elektrodynamischen Grunderscheinungen 223
15. Die Entdeckung der Thermoelektrizität 237
16. Der insbesondere durch Laplace und Herschel bewirkte Aufschwung der Astronomie 241
17. Die Grundlagen der mechanischen Wärmetheorie 264
18. Fortschritte der Optik und Sieg der Wellentheorie 272
19. Die Chemie und die Physik treten in engere Wechselbeziehungen 282
20. Fortschritte in der Anwendung der Mathematik auf die Naturwissenschaften 296
21. Die Begründung der physikalischen Erdkunde 319
22. Die Mineralogie unter dem Einfluß der chemisch-physikalischen Forschung 340
23. Die Aufstellung eines natürlichen Pflanzensystems 350
24. Die Physiologie der Pflanzen unter dem Einfluß der neueren chemisch-physikalischen Forschung 360
25. Die Verschmelzung der Zoologie mit der vergleichenden Anatomie und das natürliche System der Tiere 376
26. Geologie und Paläontologie unter der Herrschaft der Katastrophenlehre 385
27. Fortschritte in der Begründung der Ontogenie (Entwicklungslehre) 390
1. Wissenschaft und Weltgeschichte.
Die bisherige Darstellung reicht bis etwa zur Mitte des 18. Jahrhunderts. Ein kurzer Rückblick im Rahmen der Weltgeschichte möge die Entwicklung vergegenwärtigen, welche die Naturwissenschaften bis zu jenem Zeitpunkt genommen. Die Grundlagen, auf denen sich die Wissenschaft wie die gesamte Kultur des Altertums erhoben, entstammten dem Orient. Dort wurde lange vor dem Beginn der griechischen Geschichte eine gewaltige, auf die Mathematik, die Astronomie, die Heilkunde und die drei Naturreiche sich beziehende Summe von Tatsachen bekannt. Den Griechen blieb es vorbehalten, die Einzelkenntnisse zu wissenschaftlichen Systemen zusammenzufassen und die Philosophie ins Leben zu rufen. Philosophie und Wissenschaft sahen wir seit der Blütezeit des griechischen Lebens die gleiche Aufgabe verfolgen. Sie lautet Welterklärung. Bei gleichem Ziele waren die Ausgangspunkte und folglich auch die Wege verschieden. Die Philosophie stellte das denkende Subjekt, die Wissenschaft die Summe der von außen herantretenden Erfahrungen in den Mittelpunkt der Betrachtung. Die philosophierende und die forschende Tätigkeit gingen während des Altertums Hand in Hand. Wir sahen sie sogar oft in derselben Person vereinigt. Das galt von Plato nicht minder als von Aristoteles, dem Schöpfer des größten philosophischen und naturwissenschaftlichen Systems, welches das Altertum hervorgebracht hat.
Es war ein Mangel des Altertums, daß genaues Beobachten und überlegtes Experimentieren noch nicht genügend als die Grundlagen des Erkennens gewürdigt wurden. Dies führte zu Vorstellungen, die ihre Wurzel mehr in der Phantasie, als in der Erfahrung hatten. Beispiele hierfür bot uns insbesondere das Lehrgebäude des Aristoteles. Doch fehlte es auch nicht an Männern, die wie Archimedes im Sinne des modernen Forschers ihre Lehren auf Versuche und auf die Verknüpfung der Mathematik mit der Naturwissenschaft aufbauten. Auch die alexandrinischen Gelehrten haben durch ihre mehr auf die Gegenstände als auf das Allgemeine gerichtete Forschung Großes in der Astronomie, der Erdbeschreibung und der Physik geleistet. Eine wichtige Förderung der Naturkenntnis erwuchs dem Altertum aus der Technik. Auf diesem Gebiete sahen wir auch die mehr praktischen als wissenschaftlichen Zielen zugewandten Römer tätig.
Das Ende der römischen Herrschaft bedeutet einen tiefen Einschnitt nicht nur in der Weltgeschichte, sondern auch in der Entwicklung der Naturwissenschaften. Sie fanden innerhalb der christlich-germanischen Kultur zunächst nicht den ihnen gebührenden Platz. Daß die Schöpfungen der Alten bis in die neuere Zeit erhalten blieben, ist das Hauptverdienst des arabischen Zeitalters. Erst im 13. Jahrhundert, nach der Berührung des Abendlandes mit dem Orient, lebten die Wissenschaften in Italien und in West- und Mitteleuropa wieder auf. Aus dem Studium des von den Arabern bearbeiteten astronomischen Hauptwerks des Altertums erwächst die neuere Astronomie. Durch ihre Verbindung mit der Nautik werden die Entdeckungsreisen ermöglicht. Die Ausdehnung des geographischen Gesichtskreises über den ganzen Erdball und die Befreiung von den Formen des mittelalterlichen Denkens und Fühlens bedingen einen Einschnitt von gleicher Wichtigkeit wie ein Jahrtausend vorher der Untergang der alten Welt. Als ein anderer, ein neuer, tritt der Mensch an die Natur heran. Er lernt die Fesseln der Autorität abstreifen und die Augen öffnen. Infolgedessen entstehen die ersten Ansätze zur Neubegründung der beschreibenden und der experimentellen Naturwissenschaften. Wie auf dem astronomischen Gebiete, so bilden auch hier die nach dem Fall Konstantinopels in größerer Zahl nach Westeuropa gelangenden Schriften der Alten den Stütz- und Ausgangspunkt für die Bestrebungen der Neuzeit. Eine weitere Stütze erwächst der neueren Wissenschaft in der Erfindung des Buchdrucks, dem Emporblühen des Städtewesens und der Umwandlung der mittelalterlichen Feudalherrschaft in den geordneten Staat.
Ihren Höhepunkt erreicht diese Bewegung im 17. Jahrhundert. Die wohlhabenden italienischen Städte und die größeren europäischen Staaten, vor allem Frankreich und England, beginnen, die Pflege der Wissenschaft als eine ihrer Aufgaben zu erkennen. Die Hochschulen werden zu Stätten freierer Forschung. Wissenschaftliche Akademien treten ins Leben. Daß der Sieg des Neuen trotzdem kein leichter war, lehrte uns die Lebensgeschichte Galileis. Gestützt auf die Gunst der Mediceer und des venetianischen Senats vermochte es Galilei, die aristotelische Physik zu stürzen und auf ihren Trümmern die neuere Mechanik zu begründen. Was er begonnen, setzten in Italien zahlreiche Schüler fort. Sie riefen unter dem Namen der Akademie des Versuches eine Vereinigung ins Leben, die indessen bald infolge der in Italien herrschenden hierarchischen Strömung wieder aufgelöst wurde. Der Gegensatz zwischen Wissen und Glauben trat im 17. Jahrhundert, im Zeitalter der großen Religionskriege, in allen Ländern mit besonderer Schärfe hervor. Die protestantischen Teile Europas machten in dieser Hinsicht nicht etwa eine Ausnahme. Dieser Gegensatz war nicht nur das Verhängnis eines *Giordano Bruno* und eines *Galilei*, er griff gleich unheilvoll in das Leben *Keplers* ein.
Jede Betätigung und jedes Bedürfnis zahlreicher einzelner findet seine Stütze in dem Staat, der ja nichts weiter ist als der Zusammenschluß der einzelnen. Zu den allgemeinsten Betätigungen gehören das Wissen und der Glauben. Für das, was sie hervorbringen, für die Wissenschaft und für die Religion, hatte der Staat seit alters in den Schulen und in der Kirche seine besonderen Veranstaltungen geschaffen. Das Mittel, durch welches Schule und Kirche bis zum 17. Jahrhundert sich vorzugsweise betätigt hatten, war die Lehre durch Schrift und Wort. Daher das Übergewicht der Autorität während dieses Zeitraums und der Mangel an innerem Wachstum. Ein solches konnte nur die von den Fesseln der Autorität befreite Forschung verleihen. Sie regte sich zuerst auf dem Gebiete der dem Wirklichen zugewandten Wissenschaft. Hier zeigt es sich, daß eine neue, auf den Versuch und eigene Beobachtung sich gründende Methode allein die Sicherheit bietet, das Richtige vom Unrichtigen, Wahrheit von Irrtum zu unterscheiden. Daher die überwältigende Macht, mit der die neuere Wissenschaft alle Hindernisse hinwegräumt und rasch die größten Erfolge erringt, während die dem Jenseits zugewandte Religion und ihre Institution, die Kirche, da es ihr an einem ähnlichen Mittel gebricht, an der Autorität festhält, ja, diese Autorität um so mehr hervorkehrt, je mehr die Wissenschaft sich ihrer zu entledigen sucht.
Für die Naturwissenschaften kam noch der fördernde Umstand hinzu, daß man aus ihrer Pflege einen unmittelbaren Nutzen zu erzielen wußte. An der Pflege der Botanik und der Zoologie hatte die Heilkunde das größte Interesse. Die Ergebnisse der Physik, der Chemie und der Mineralogie kamen vielen Gewerben zugute. Die Astronomen hatten der Kartographie, der Zeitbestimmung und in neuerer Zeit vor allem der Nautik jedermann in die Augen springende Dienste erwiesen. Die Leistungen all dieser Zweige wurden seit der Erneuerung der Naturwissenschaften in hohem Maße gefördert durch die Erfindung zahlreicher Instrumente und durch die ausgedehnte Anwendung der Mathematik. Die Bewaffnung des Auges mit dem Fernrohr und mit dem Mikroskop, die Erfindung des Thermometers, der Luftpumpe, des Barometers und mancher anderen für die Forschung und für das Leben gleich wichtigen Instrumente ermöglichten die Schöpfung eines Weltbildes, das sich von dem mittelalterlichen in fast allen Teilen unterschied. In der Neugestaltung und der Verknüpfung der Mathematik mit den Naturwissenschaften leistete die *Newton-Huygens*-Periode das Hervorragendste. Ihr wertvollstes Ergebnis bestand in der Verknüpfung der Mechanik mit der Astronomie durch *Newtons* Weltgesetz. Die wichtigsten Pflegestätten der Wissenschaften waren in jenem Zeitalter England und die Niederlande. Hier genoß das Individuum zuerst diejenige Befreiung von staatlicher und kirchlicher Bevormundung, die als das Lebenselement der Wissenschaft betrachtet werden muß. In Frankreich dagegen war die Autorität des Staates und der Kirche damals so mächtig, daß ihr selbst der große *Huygens* das Feld räumte, nachdem er lange eine Zierde der Pariser Akademie gewesen. Deutschland litt unter den Folgen des dreißigjährigen Krieges. Und wenn auch einzelne Großes leisteten, vermochte dennoch hier die Wissenschaft als Ganzes nicht mit der geistigen Entwicklung der politisch erstarkten Länder gleichen Schritt zu halten.
Seit der Mitte des 18. Jahrhunderts machte sich auf allen Gebieten des geistigen, sowie des sozialen Lebens ein Umschwung bemerkbar, der für die gesamte Kulturentwicklung den Beginn einer neuen Phase bedeutete. In der Staatengeschichte erreichte dieser Vorgang seinen Höhepunkt in der französischen Revolution, mit welcher der Historiker die neueste Zeit beginnen läßt. Die Geschichte der Wissenschaften verzeichnet zwar gleichfalls einen mit der sozialen und politischen Entwicklung Schritt haltenden Wechsel; ihren Geschehnissen ist aber das scheinbar Unvermittelte bei weitem nicht in solchem Maße eigen wie den politischen Begebenheiten.
Die Naturwissenschaften waren auf dem Punkte angelangt, daß zahlreiche Kräfte sich zu ihrem weiteren Ausbau die Hand reichen mußten, während in den vorhergehenden Perioden der einzelne noch einen überwiegenden Einfluß ausgeübt hatte. Das neueste Zeitalter in der Entwicklung der Wissenschaften, dem unsere weitere Darstellung gilt, wird dementsprechend auch nicht durch eine hervorragend wichtige Entdeckung oder durch das Auftreten eines bedeutenden Forschers eingeleitet. Während für die Chemie eine neue Epoche beginnt, wandeln die Astronomie und die Mechanik in den eingeschlagenen Bahnen weiter. Die Prinzipien der letzteren werden in immer höherem Maße auf die übrigen Teile der Physik angewandt, welcher sich mit der Entdeckung der galvanischen Elektrizität ein neues, wichtiges Gebiet erschließt. Auch die Zoologie und die Botanik werden von einem Wechsel betroffen. Auf das Vorherrschen der Systematik folgt eine Richtung, in der morphologische und bald darauf auch physiologische Fragen an die erste Stelle rücken. Etwa in die Mitte des 19. Jahrhunderts fällt dann die großartige Verallgemeinerung und Verknüpfung der gesamten bisherigen Forschungsergebnisse infolge der Durchführung des Prinzips von der Erhaltung der Kraft. Die Betrachtung der dann folgenden letzten Entwicklungsstufen wird uns bis zu den Aufgaben des Tages führen und schließlich einen Ausblick in eine verheißungsvolle Zukunft eröffnen.
2. Das 18. Jahrhundert errichtet die Grundlagen der Elektrizitätslehre.
Während die Physik im 17. Jahrhundert ihre Fortschritte vorzugsweise auf den Gebieten der Mechanik und der Optik, den ältesten Zweigen der Naturlehre, zu verzeichnen hatte, war das 18. Jahrhundert insbesondere dem Ausbau des von *Gilbert* und *Guericke* erschlossenen Gebietes der Reibungselektrizität gewidmet. *Gilbert* hatte zum erstenmal den Unterschied zwischen magnetischer und elektrischer Anziehung scharf hervorgehoben[1], während *Guericke* die elektrische Abstoßung entdeckt und die erste maschinelle Vorrichtung zur Erzeugung von Elektrizität ins Leben gerufen hatte. Leider wurde *Guerickes* Apparat zunächst nicht benutzt. Man begnügte sich damit, Elektrizität zu erzeugen, indem man Glas, Bernstein und andere geeignete Stoffe aus freier Hand rieb. Trotzdem gelang es, elektrische Entladungen von solcher Wirkung hervorzurufen, daß nicht nur ein Knistern, sondern auch das Auftreten von Funken bemerkt wurde. Ein Beobachter erwähnt sogar, »dieses Licht und Knistern scheine einigermaßen Blitz und Donner vorzustellen«[2].
Auf das Studium der elektrischen Phänomene wurde man besonders durch eine merkwürdige Beobachtung am Quecksilberbarometer gelenkt. *Picard* bemerkte im Jahre 1675, daß sich bei völliger Dunkelheit beim Erschüttern der Quecksilbersäule in der *Torricelli*schen Leere ein eigentümliches phosphoreszierendes Leuchten zeigt. Die sonderbare Erscheinung erregte großes Aufsehen und rief eine umfangreiche Literatur hervor. Die richtige Erklärung fand *Francis Hawksbee*, ein Mitglied der Royal Society. *Hawksbee*, welcher seine Versuche über diesen Gegenstand seit dem Jahre 1705 in den Philosophical Transactions veröffentlichte[3], nahm an, daß man es hier mit einer durch die Reibung des Quecksilbers an dem Glase vor sich gehenden Elektrizitätserregung zu tun habe. Um seine Ansicht zu beweisen, stellte er eine hohle Glaskugel auf eine Achse und versetzte sie in rasche Drehung. Brachte er gleichzeitig die trockene, warme Hand an diese Kugel, so wurde sie so stark elektrisch, daß man zolllange Funken erhielt. Wurde die Kugel zuvor luftleer gemacht, so erschien in ihr dasselbe Leuchten, das man im Quecksilberbarometer beim Schütteln beobachtet hatte. *Hawksbee* ist somit als der Erfinder der Glaselektrisiermaschine zu betrachten. Allerdings kam diese Maschine erst viel später in allgemeinen Gebrauch. Obgleich *Hawksbee* auch Schwefelkugeln und Siegellackstangen elektrisierte, gelangte er noch nicht dazu, zwischen positiver und negativer Elektrizität zu unterscheiden.
Der Fortschritt auf dem Gebiete der Reibungselektrizität mußte ein sehr langsamer bleiben, so lange es sich nur um zufällige, durch keine Theorie verknüpfte Beobachtungen handelte. Dieser allerersten Stufe jeder exakten Wissenschaft sollte keiner der Hauptzweige der Physik so spät entwachsen wie gerade die Elektrizitätslehre. Erst im Verlaufe des 18. Jahrhunderts tritt letztere in das zweite Stadium ein. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, daß man zu einem planmäßigen, von hypothetischen Vorstellungen geleiteten Experimentieren übergeht. Als Vertreter jener ersten Stufe muß selbst noch ein *Du Fay* gelten. Seine Tätigkeit fällt in den Beginn des 18. Jahrhunderts, während *Aepinus* und *Franklin* auf den Schultern der Genannten stehen und dem zweiten Zeitraum angehören. Erst der gegen das Ende des 18. Jahrhunderts anhebenden Epoche blieb es vorbehalten, durch messende Beobachtung zu den Gesetzen der Reibungselektrizität vorzudringen[4]. Hieran reihte sich das deduktive, die Hilfsmittel der Mathematik und der Mechanik benutzende Verfahren, womit auch auf diesem Gebiete endlich diejenige Stufe erreicht war, welche der Wissenschaft nach einem Ausspruch *Galileis* in allen ihren Teilen erst eine würdevolle Behandlung verleiht[5].
Dem erwähnten *Du Fay* verdankt die Elektrizitätslehre eine Anzahl grundlegender Versuche. *Charles François Du Fay* wurde 1698 in Paris geboren und starb daselbst im Jahre 1739. *Du Fay* beschäftigte sich mit magnetischen und elektrischen Versuchen, die in den Abhandlungen der Pariser Akademie beschrieben wurden[6]. Das wichtigste Ergebnis seiner Untersuchungen läßt sich in folgende Sätze zusammenfassen: 1. Ein elektrischer Körper zieht alle nichtelektrischen an und teilt ihnen Elektrizität mit, worauf er sie wieder abstößt. 2. Es gibt zwei entgegengesetzte Arten der Elektrizität, die Glas- und die Harzelektrizität. Zu der Entdeckung, daß es zwei Arten Elektrizität gibt, wurde *Du Fay* durch sein Blattgoldelektroskop geführt. *Du Fay* ging von der Annahme aus, daß ein mit dem Glasstab elektrisiertes Blättchen von jedem Körper, der durch Reiben in den elektrischen Zustand versetzt sei, abgestoßen werde. Diese Annahme bestätigte sich indessen nicht. Als *Du Fay* nämlich dem Blättchen geriebene Kopalstücke und andere geriebene harzartige Körper näherte, wurde es von diesen angezogen. *Du Fay* unterschied aus diesem Grunde zwei Arten von Elektrizität, die er als Harz- und Glaselektrizität bezeichnete. Später erkannte man indessen, daß diese Benennungen irreführend sind, da harzartige Körper mit Glaselektrizität, glasartige dagegen mit Harzelektrizität geladen werden können[7]. Deshalb wurden die Glas- und die Harzelektrizität als positive und negative Elektrizität unterschieden. *Du Fay* war es auch, der zuerst auf den Zusammenhang zwischen dem Leitungsvermögen und der Elektrisierbarkeit der Körper aufmerksam machte. Man fing nun an, die Nichtleiter in ausgedehnter Weise als Isolatoren zu benutzen. So gelang es dem genannten Forscher, einen an Haarschnüren oder an seidenen Stricken hängenden Menschen zu elektrisieren und ihm Funken zu entlocken.