Wie ein Botaniker die Griechen bestätigt

Einleitung 1 Luftdruck - 2 Brown - 3 Gasmodell - 4 Kontinuitätsgleichung - 5 Bernoulli - 6 Flügelprofil - 7 Asymmetrie - 8 Stromlinien - 9 Relativbewegung - 10 Modellvorstellungen

Mikroskopisch ist alles in Bewegung

Brownsche Bewegung bei ca. 60facher Vergrößerung.

In Folge der Entwicklung des Mikroskops tauchen gegen Ende des 18. Jahrhunderts erste Berichte auf über die Beobachtung, dass kleinste Teilchen, unter einem Mikroskop betrachtet, sich in ständiger und ungeordneter Bewegung befinden. Heute wird diese Entdeckung dem schottischen Botaniker Robert Brown zugeschrieben, der sie 1827 veröffentlichte. Das nebenstehende Video zeigt die Brownsche Bewegung fluoreszierender Latex-Kügelchen (20 nm Durchmesser) in Wasser. Schnell wurde klar, dass die Heftigkeit dieser ungeordneten Bewegung zunimmt,

• je kleiner die Teilchen sind und
• je höher die Temperatur ist.

Genauere Untersuchungen mit quantitativen Messungen führte Christian Wiener 1863 durch. Noch heute ist die Demonstration der Brownschen Bewegung eines der Standardexperimente jeder physikalischen Grundausbildung Die Beobachtung der Brownschen Bewegung beeinflusste nachhaltig die Vorstellung von der Natur der Gase, insbesondere die Frage, ob Gase ein Kontinuum darstellen oder aus diskreten, kleinsten Teilchen bestehen, die sich in ständiger Bewegung befinden.

Weiterführender Gedanke

Der Wettstreit der physikalischen Schulen

Bei der Interpretation dieser fundamentalen Beobachtung gab es lange zwei grundverschiedene Vorgehensweisen bei der Erkenntnisgewinnung. Steht am Anfang der Erkenntnis eine konkrete Vorstellung von der Welt, oder verschiedene Sinneseindrücke aus der Welt?

Atomismus als Beispiel einer konkreten Vorstellung

Demokrit (460-370 v.u.Z.) Kupferstich nach antiker Büste, 18. Jahrhundert

Die eine Schule baute auf die Vorstellung von Demokrit (ca. 460 – 370 v.u.Z.), nach der die gesamte Natur aus kleinsten unsichtbaren, unteilbaren Atomen zusammengesetzt sei. Demokrits zentrale Aussage dazu lautet „Nur scheinbar hat ein Ding eine Farbe, nur scheinbar ist es süß oder bitter, in Wirklichkeit gibt es nur Atome im leeren Raum.“ Demokrit nahm an, dass jedes Atom die Form eines regelmäßigen geometrischen Körpers hat, wie Kugel, Zylinder, Pyramide, Würfel. Wenn diese sich einander näherten, zusammenfielen oder miteinander verflöchten, erschienen die einen als Wasser, andere als Feuer, als Pflanze oder als Mensch.

Demnach war die beobachtbare Brownsche Bewegung kleiner Teilchen die Folge von Stößen mit sich ungeordnet bewegenden Atomen, die selbst unsichtbar blieben. In diesem Bild war die Temperatur - oder wie man damals sagte die "Wärme" - ein Ausdruck für die Heftigkeit der Bewegung von Atomen.

Sinneseindrücke als Quelle von Erkenntnis

Ernst Mach (1883-1916)

Die andere Schule wurde u.a. von dem Physiker und Philosophen Ernst Mach (1838 – 1916) vertreten. Sie lehnte "unsichtbare Ursachen" als Erklärung physikalischer Phänomene ab. Die Quelle aller menschlichen Erkenntnis ist nur eine Mannigfaltigkeit von Sinneseindrücken. Dementsprechend sollte eine Theorie nur Objekte enthalten, die der direkten Sinneserfahrung zugänglich sind.

Diese Forderung steht im klaren Gegensatz zu einer Theorie auf der Basis unsichtbarer Atome. Deswegen soll eine Standardantwort von Mach auf die Frage nach der Existenz von Atomen auch gewesen sein: "Ham se welche gesehen?" In dieser Schule wurden der Wärme eher stoffliche Qualitäten zugeschrieben. Das sogenannte "Phlogiston" konnte z.B. sehr anschaulich die Volumenzunahme bei Erwärmung erklären.

Eine Entscheidung zwischen diesen widerstreitenden Konzepten erfolgte im vorliegenden Fall zu Beginn des 20. Jahrhunderts im Sinne des Atomismus.