Der Komet in der Entladungsröhre

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Michael Hedenus
Der Komet in der Entladungsröhre
Eugen Goldstein, Wilhelm Foerster und die Elektrizität im Weltraum
246 Seiten, 39 Abb., 4 Farbtafeln, Pb., 30,00 Euro
ISBN 978-3-928186-82-7
Im Mittelpunkt steht Eugen Goldstein, der durch die Entdeckung der Kanalstrahlen die moderne Atomphysik mitbegründete.

Einleitung

1.1 Die Wiederkehr des Kometen

In der Nacht vom 18. auf den 19. Mai des Jahres 1910 drohte wieder einmal der Untergang des Abendlandes: der Halleysche Komet kehrte nach 75 Jahren zum dritten Mal wieder. Doch diesmal hatten die Astronomen mit ihren Spektroskopen herausgefunden, daß sich im Schweif des Kometen hochgiftige Cyanid-Verbindungen befanden. Unglücklicherweise wurde vorausberechnet, daß die Bahn der Erde durch den Schweif hindurchführte und daher die Menschen unweigerlich einen grausamen Vergasungstod erleiden würden. Nicht wenige nahmen sich aus Furcht vor ihrem schrecklichen Schicksal vorsichtshalber das Leben. Viele andere Menschen, vor allem die urbaneren, nahmen die Gelegenheit war, dem Weltuntergang angemessen dekadent zu begegnen. In Paris feierte die Boh`eme die "r´eveillons de la comète", in Marseille wurden Bälle abgehalten, in Köln war man ausgelassen wie zur Karnevalszeit, die Wiener sangen auf den Straßen "die Welt steht auf kan? Fall mehr lang" (wenn sie von der Polizei vom Liebesspiel im Park abgehalten wurden), und in London verhinderte ein Gewitter eine zu große Erhitzung der Gemüter. Wer konnte, stieg auf einen Turm oder ein Dach, um den Kometen besser sehen zu können; manche fielen aber dabei herunter. Nach der Komentenparty kam dann die schrecklichste aller Wahrheiten ans Licht. Ubereinstimmend stellten die Wissenschaftler, die die ganze Zeit ihre empfindlichen Meßgeräte im Auge gehabt hatten, fest: "Man hat nichts gesehen! Nichts, was auf den Kometen Bezug haben könnte. Nicht die geringste elektrische Störung wurde beobachtet."

Einer der Wissenschaftler, der sich besonders für die elektrischen Ereignisse jener Nacht interessierte, war der Physiker Eugen Goldstein, Assistent an der Berliner Sternwarte. Er war zwanzig Jahre zuvor vom Direktor der Sternwarte, Wilhelm Foerster, als "Physikalischer Mitarbeiter" angestellt worden. Der Direktor hatte trotz erheblicher Widerstände ein für die damalige Zeit geradezu avantgardistisches Forschungsprojekt gestartet, das auch die Frage nach dem möglichen elektrischen Ursprung der Kometenschweife betraf. Die "Untersuchungen über das Wesen der Elektrizität im Weltraum" sollten in systematischer Weise Beziehungen zwischen kosmischen Phänomenen wie Kometen, Sonnenflecken und -korona, Nebelflecken (Galaxien), Polarlichtern und Blitzen einerseits, und dem elektrischen Leuchten von Gasen und anderen physikalischen Phänomenen in elektrischen Gasentladungsröhren andererseits, ergründen. So konnten im August des Jahres 1897 deutsche Zeitungen einen neuen Triumph der Wissenschaft präsentieren: Goldstein hatte in einem kleinen Glasgefäß mit Hilfe der sonderbaren elektrischen Kathodenstrahlen einen Kometen erstrahlen lassen. Dieses Resultat hatte mehr als nur wissenschaftliche Bedeutung. Kaiser Wilhelm II. besuchte die Sternwarte und ließ sich vorführen, wie preußische Forscher die himmlischen Schicksalsboten beherrschten.

Kometen und Kathodenstrahlen – wie paßte das zusammen? Die hier vorliegende Studie untersucht die Goldstein-Foerstersche Unternehmung, ihren Inhalt, ihre wissenschaftlichen, epistemologischen, biographischen, sozialen, kulturellen sowie politischen Bedingungen, ihren Verlauf, sowie die Gründe für ihr letztendliches Scheitern.

Was kann an einem gescheiterten wissenschaftlichen Unternehmen interessant sein? Zunächst: Die Geschichte der Wissenschaften ist nicht die Geschichte stetigen Ansammelns von Wissen oder das Heldenlied der Geistesgrößen, die die Fackel der Erkenntnis ins Dunkel der Ignoranz tragen, um die lichte Gegenwart zu erschaffen. Schwierig ist es auch, von Wegen und Irrwegen zu sprechen. Es ist zumindest gerechter anzuerkennen, daß der Weg der Erkenntnis erst gesucht werden mußte, und Mißerfolge selten tradiert werden. Doch welche Richtungen zum Fortschritt und welche Richtungen in Sackgassen führten, kann freilich erst vom Wissenschaftshistoriker ausgemacht werden, da auch vermeintliche Irrwege zu Ergebnissen führten. Genannt sei zum Beispiel die romantische Naturphilosophie, die eine Verbindung zwischen Elektrizität und Magnetismus postulierte hatte. Im späten 19. Jahrhundert als schlicht unwissenschaftlich verdammt, war sie es aber, die etwa Hans Christian Oersted zu seiner Entdeckung der magnetischen Wirkung des elektrischen Stromes geführt hatte. Anstatt von Königs- und von Irrwegen zu sprechen, ist es also produktiver, den Gang der Geschichte als eine Karte mit Verzweigungen zu betrachten, wie es der Wissenschaftshistoriker Michel Serres in Elemente einer Geschichte der Wissenschaften vorschlägt.

Die Elektrizität im Weltraum entstand aus der Verbindung eines besonderen philosophischen Interesses und einer besonderen Art der physikalischen Forschung. Auch wenn sie gerade 100 Jahre von uns entfernt ist, so ist sie doch recht fremdartig, vor allem wenn man die oberflächlichen Ahnlichkeiten mit der heutigen Wissenschaft durchschaut. Die Verzweigungen, die zum Kathodenstrahl-Kometen führten, spalteten die Physik in eine "disziplinierte" und eine "kosmische", in eine materielle und eine ätherische, in eine theoretische und eine phänomenologische, schließlich in eine moderne und eine klassische. Diesen Knotenpunkten und ihren Verbindungen gebührt das eigentliche Interesse des Historikers.

Der hauptsächlich betrachtete Zeitraum umfaßt die Jahre von 1850 bis 1920. Die Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert war für die Naturwissenschaften, besonders der Physik, eine ereignisreiche Zeit. Rückblickend trennt eine methodische und epistemologische Kluft die moderne von der klassischen Physik. Dieser Graben wurde aber nicht allein durch das vom Planckschen Wirkungsquantum ausgelöste Beben aufgerissen, sondern er vertiefte sich zwischen einer beobachtenden, phänomenologischen Experimentalphysik und einer theoretisch-mathematischen Physik, die sich im Verein mit immer feineren Präzisionsmessungen, welche sich mehr für die Zahl als für die Erscheinung selbst interessierten, der Welt der Atome bemächtigte.

Das Gebiet, in dem sich dieses Spannungsfeld besonders deutlich abzeichnete, war das der elektrischen Gasentladungen. Die Erforschung der Elektrizität in Gasen war zunächst ein Randgebiet, das experimentell kaum zugänglich schien, doch von dem sich die Forscher große Hoffnungen machten, daß es einmal etwas über die Struktur der Elektrizität und Materie sowie ihren Zusammenhang offenbaren würde. Diese Hoffnung konnte sich erst erfüllen, nachdem die komplexe Erscheinungswelt der Gasentladungen begrifflich und experimentell beherrschbar wurde. Wichtige Beiträge dazu lieferte der Physiker Goldstein, der wie kein anderer die Gasentladungsphysik prägte. Es gelang ihm, wesentliche Erscheinungen zu isolieren, so daß sie als eigenständige Phänomene untersucht werden konnten.

Eng mit seinem Namen verbunden sind die Kanalstrahlen, für deren Entdeckung er heute im Lexikon steht. Nachdem sich herausgestellt hatte, daß diese Strahlen aus ionisierten Atomen bestehen, entwickelten sie sich zu einem unverzichtbaren Bestandteil der experimentellen Atomphysik. Im Jahr 1905 fand Johannes Stark den Dopplereffekt in den Spektren der Kanalstrahlen und erhielt dafür den Nobelpreis für Physik des Jahres 1919. Mindestens ebenso bedeutend war Francis Astons Entdeckung der Isotope, für die er den Chemie-Nobelpreis des Jahres 1922 erhielt. Der von Aston eingesetzte Massenspektrograph war ohne die Kanalstrahlen als Ionenquelle nicht denkbar. Den Wert, den die naturwissenschaftliche community der Gasentladungsphysik beimaß, läßt sich an weiteren Nobelpreisen ablesen, die für Entdeckungen auf diesem Gebiet verliehen wurden. Goldstein hatte für eine Erscheinung in der Gasentladungsröhre den Begriff "Kathodenstrahlen" eingeführt und die Eigenschaften dieses neuen physikalischen Objekts ausführlich untersucht. Doch der Ruhm ging an andere: Den ersten Nobelpreis für Physik, im Jahr 1901, erhielt Wilhelm Conrad Röntgen für die Entdeckung der Röntgenstrahlen, die ein Produkt der Kathodenstrahlen sind. Im Jahr 1905 ging der Preis an Philipp Lenard für seine Untersuchungen über Kathodenstrahlen, die bedeutende Hinweise auf die Struktur der Materie gegeben hatten. Ein Jahr später erhielt ihn Joseph John Thomson für seine "Untersuchung der Elektrizitätsleitung in Gasen", womit nichts Geringeres als die Entdeckung des Elektrons gemeint ist.

Goldstein selbst wurde auch mehrfach für die höchste Wissenschaftlerehrung vorgeschlagen, hat sie aber nicht erhalten. Das hing sicher auch mit der Art zusammen, wie er seine physikalischen Forschungen betrieb. Er war ein phänomenologisch arbeitender Forscher, der jede Form von "Theorie" ablehnte. Er stand damit in einer langen Forschungstradition, die er aber in ein Extrem trieb. Die phänomenologische Experimentierkunst erlebte mit Goldstein ihren Höhepunkt und gleichzeitig ihren Niedergang. Seine Zeitgenossen und Nachfolger sahen in ihm einen Pionier, der zwar durch seine Leistungen den Weg hin zu modernen Physik geebnet hatte, an dieser aber nicht mehr teilhatte. Goldstein eignet sich daher für eine "Fallstudie", um den Zusammenhang von Theorie und Experiment zu untersuchen, da bei ihm die Charakteristika des phänomenologischen Stils deutlich hervortreten.

Nicht nur die Physik befand sich in Wandel, sondern auch die Astronomie. Die klassische Astronomie sah sich mit neuen Methoden konfrontiert, der Photometrie und der Spektralanalyse, die neue physikalische Fragestellungen erlaubten. Die Etablierung der sich herausbildenden Disziplin "Astrophysik" geschah aber weniger im Spannungsverhältnis von klassischen und neuen Methoden, als vielmehr von unterschiedlichen Motiven. Die Astrophysik sollte das positivistische Programm der Astronomie mit den neuen Mitteln fort-, und sich gegen eine anders geartete, "Kosmische" Physik durchsetzen. Letztere war von Alexander von Humboldts Kosmos inspiriert und versuchte, weit auseinander liegende Einzelerscheinungen miteinander in Beziehung zu setzen.

Eine treibende Kraft hinter der Kosmischen Physik war Wilhelm Foerster. Der Astronom, Wissenschaftsorganisator und -popularisierer war ohne Zweifel eine bedeutende Persönlichkeit der Wissenschaft der preußischen Kaiserzeit. Seine Beiträge zu zahlreichen Unternehmungen – die Gründung der Astronomischen Gesellschaft, Einführung von Meter und Kilogramm in Deutschland, Errichtung öffentlicher Normaluhren für die Vereinheitlichung der Zeit, Gründung des Astrophysikalischen Observatoriums in Potsdam, Gründung des Astronomischen Recheninstituts, Gründung der internationalen Zentralstelle für astronomische Telegramme als Medium für den internationalen Austausch der Astronomen, Reorganisation des Geodätischen Instituts, Reorganisation des Internationalen Erdmessung, sowie Mitbegründung der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt – sind aber bisher nur ansatzweise dargestellt worden. Ein weiteres Projekt, die Erforschung der Elektrizität im Weltraum, ist bis jetzt völlig unbeachtet geblieben. Ein Grund ist sicherlich, daß es davon heute keine sichtbaren Spuren mehr gibt. Es war aber, gemessen an dem Einsatz, den Foerster dafür zeigte, keine Nebensache. Im Gegenteil, der betreffende Schriftverkehr des Direktors der Sternwarte mit seiner vorgesetzten Behörde, dem Kultusministerium, nahm in den Akten im Verhältnis zu den anderen Unterlagen den größten Raum ein. Die Wiederentdeckung des Projekts und seine Rekonstruktion verspricht ein besseres Verständnis der bisher sträflich vernachlässigten Figur Foerster und gewährt gleichzeitig Einblicke in den Forschungsbetrieb der Kaiserzeit.

Die "Untersuchungen über die Elektrizität im Weltraum" entstanden aus der Verbindung der phänomenologischen Gasentladungsphysik und der Kosmischen Physik. In ihnen offenbaren sich die Brüche und Stetigkeiten der Ubergangszeit vom 19. in das 20. Jahrhundert, und gerade in ihrem Scheitern läßt sich der Wandel der Naturwissenschaft beobachten.

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