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H.C. Ørsted und die deutsche Verbindung

Hans Christian Ørsted. Image from J. P. Trap: berømte danske mænd og kvinder, 1868

2020 ist es 200 Jahre her, dass der dänische Wissenschaftler H.C. Ørsted als erster Mensch weltweit den Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus beweisen konnte. Ørsted ließ während einer Vorlesung elektrischen Strom durch einen Platindraht über einen Kompass hinweg fließen. Der Strom brachte die Magnetnadel des Kompasses dazu, sich ein Stückchen zu bewegen – und der Elektromagnetismus war entdeckt. Ørsteds Entdeckung war ein naturwissenschaftliches Weltereignis. Der Elektromagnetismus entwickelte sich schnell zum Gegenstand einer umfassenden Forschung, die zu vielen neuen Entdeckungen und Theorien und einem ganz neuen Zweig der Physik führte, der sich auf die in einem Artikel dieser MatOnline-Ausgabe erläuterten Maxwell-Gleichungen stützt. Die Entdeckung ermöglichte die Entwicklung der modernen Gesellschaft. Bis heute spielt der Elektromagnetismus eine zentrale Rolle in unserem Alltag, denn er ist überall um uns herum. Ørsted war Professor, Sprachwissenschaftler und Philosoph und hat nachhaltig zur Entwicklung der dänischen Sprache beigetragen. Er ersann mehr als 2000 Worte, von denen viele auch heute noch ein Begriff sind, wie beispielsweise „billedkunst“ (bildende Kunst), „almendannelse“ (Allgemeinbildung), „hvalfisk“ (Walfisch), „ilt“ (Sauerstoff), „brint“ (Wasserstoff), „varmefylde“ (spezifische Wärme), „ildsjæl“ (Idealist) und „faldskærm“ (Fallschirm). Auch an einer künstlerischen und literarischen Debatte war Ørsted beteiligt, und er wurde ein enger Freund von H.C. Andersen und Adam Oehlenschläger. Letzterer schrieb den Text der dänischen Nationalhymne, „Der er et yndigt land“.

Als einer der größten Naturwissenschaftler seiner Zeit hatte Ørsted viele internationale Kontakte und pflegte durch sein gesamtes wissenschaftliches Wirken enge Bande mit der deutschen Welt der Wissenschaft. Auf philosophischem Gebiet ließ sich Ørsted in seinen jungen Jahren von deutschen Philosophen inspirieren. Seinen Doktor der Philosophie bekam Ørsted im Jahre 1979 für eine Abhandlung über die Naturmetaphysik des deutschen Philosophen Emmanuel Kant (1724–1804). Darin vertrat Ørsted Kants dynamische Theorie der Stoffe, was heißt, dass er die Existenz von Atomen verneinte und behauptete, dass Materie nur von zwei Grundkräften bestimmt wird: einer anziehenden und einer abstoßenden. Kant verbrachte sein gesamtes Leben in Königsberg, dem heutigen Kaliningrad, und ist berühmt für den „kategorischen Imperativ“ – den Versuch, auf der Grundlage der Vernunft eine allgemeingültige ethische Regel aufzustellen. Während eines Aufenthalts in der deutschen Stadt Jena schloss Ørsted enge Freundschaft mit dem gleichaltrigen, phantasievollen Naturforscher Johann Wilhelm Ritter (1776–1810), der für seine Experimente zu den chemischen Wirkungen von elektrischem Strom bekannt war. Ritters Persönlichkeit und seine originellen wissenschaftlichen Ideen machten bleibenden Eindruck auf Ørsted, und er erwähnte später mehrere von Ritters Studien.

Die Briefe, die Ørsted auf seinen Reisen schrieb, sind von der Königlich Dänischen Akademie der Wissenschaften herausgegeben worden (Dänisch)

Ørsted reiste oft, um andere Wissenschaftler zu treffen. Zwischen 1801 und 1846 unternahm er acht Auslandsreisen – in einer Zeit, in der das Reisen deutlich schwieriger war als heute. Diese Reisen dokumentiert Ørsted in Briefen, die er an seine Familie, vor allem an seine Gattin Birgitte, und an in Dänemark verbliebene Freunde schrieb, oftmals in Form eines Reisetagebuchs. Auf seinen Reisen begegnete Ørsted einigen der führenden Wissenschaftler der damaligen Zeit. So traf er in Deutschland zwei der größten Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts: Carl Friedrich Gauß (1777–1855) und Alexander von Humboldt (1769–1859). Seine erste Begegnung mit den beiden deutschen Wissenschaftlern fand 1827 in Altona bei dem deutschen Astronomen Heinrich Christian Schumacher statt, der es liebte, Deutschlands tüchtigste Forscher in seinem Observatorium zu versammeln. Ørsted schreibt an seine Frau, dass er mittags bei Schumacher mit Humboldt speist und sie gemeinsam das astronomische Observatorium besuchen. Mit Gauß verbringt Ørsted viel Zeit, und aus Ørsteds Briefen geht hervor, dass der große Mathematiker ein Umgang ganz nach Ørsteds Geschmack war. Allerdings ist es kein Geheimnis, dass Ørsted die Mathematik nicht vollkommen beherrschte und einen experimentellen, anschaulichen Beweis für eine physikalische Theorie immer einem mathematisch geführten Beweis vorzog.

Gauß errechnet die Summe der ersten 100 ganzen Zahlen. Illustration von Eline-Rebecca Michelsen Steffensen

Gauß wird als einer der größten Mathematiker aller Zeiten betrachtet. Er gilt als „Fürst der Mathematiker“ und erarbeitete unter anderem eine systematische Darstellung der Zahlentheorie. Erzählungen besagen, dass Gauß bereits als Dreijähriger in der Lage war, Fehler in der Buchführung seines Vaters zu entdecken. Als Gauß acht Jahre alt war, bat sein Mathematiklehrer ihn und seine Mitschüler, auf ihren kleinen Tafeln die Summe aller ganzen Zahlen zwischen 1 und 100 auszurechnen. Wenn ein Schüler die Aufgabe gelöst hatte, sollte er seine Tafel auf das Lehrerpult legen. Carl legte seine Tafel mit seinem Ergebnis auf das Pult, kaum dass der Lehrer die Aufgabe zu Ende gestellt hatte. Die anderen Jungen rechneten, was das Zeug hielt, und endlich landete auch die letzte Tafel auf dem Stapel, unter dem ganz unten die Tafel von Carl lag. Der Lehrer begann, die einzelnen Tafeln durchzusehen, und sagte dabei immer wieder: „Verkehrt, verkehrt, verkehrt …“, bis er zu Carls Tafel kam, auf der nur eine einzige Zahl stand: 5050 – das korrekte Ergebnis! Büttner murmelte irritiert: „Oh, danke, mein Freund! Du kanntest die Aufgabe und das Ergebnis schon vorher …“ „Nein, Herr Büttner“, antwortete Carl. „Ich habe das einfach im Kopf ausgerechnet, indem ich 50 mal 100 plus 50 gerechnet habe. Dabei kommt 5050 heraus.“ Carl hatte verstanden, dass man die hundert Zahlen so zusammenfassen konnte: (0+100) + (1+99) + (2+98) + (3+97) + (4+96) + ……(49+51) + 50 = (50 mal 100) + 50 = 5050, wobei die Summe in jeder der 50 Klammern gleich 100 ist. Eine schnellere Version von Carls Lösung ist: 50 * 101 = 5050, wobei er die Zahl 50 in 50 Einsen aufteilte, die dann auf jede der 50 Klammern aufgeschlagen wurden. Dies kann auch als Hälfte von Hundert mal Hundert plus Eins beschrieben werden. Damit haben wir praktisch eine allgemeine Formel, mit der wir alle ganzen Zahlen von 1 bis hin zu einer willkürlichen ganzen und geraden Zahl addieren können. Nennen wir diese willkürliche gerade ganze Zahl n, so berechnen wir die Summe, indem wir die Hälfte von n mit n+1 multiplizieren. Wollen wir beispielsweise alle ganzen Zahlen von 1 bis 502 addieren, so erreichen wir dies, indem wir 251 mit 503 multiplizieren. Das funktioniert und ist deutlich schneller, als wenn wir die 502 Zahlen alle zusammenzählen müssten. Probiere es selbst einmal aus!

Humboldt treibt Pferde in ein Meer voller Zitteraale. Illustration von Eline-Rebecca Michelsen Steffensen

Humboldt war ein deutscher Naturwissenschaftler und Forschungsreisender, dem es dank seiner gründlichen Arbeitsmethode gelang, die Geografie und insbesondere die physische Geografie und die Biogeografie sowie die Geophysik als empirische Wissenschaft zu begründen. Er zog immer wieder aus, um lange Forschungsreisen zu unternehmen. Sein rastloses Leben war voller Abenteuer und Expeditionen, bei denen er die Anden bestieg, mit dem Schiff den Orinoco befuhr oder der Kälte Sibiriens trotzte. Die längste Reise brachte ihn von 1799 bis 1804 nach Südamerika, wo er mit dem Botaniker Aimé Bonpland gemeinsam unterwegs war. Während eines Aufenthalts auf der Insel Llanos erzählten ihm die Einheimischen, dass es in mehreren kleinen Buchten der Insel von Zitteraalen wimmelte. Humboldt konnte sein Glück kaum fassen. Seit er in Deutschland mit der Elektrizität von Tieren experimentiert hatte, hatte er sich gewünscht, diesen besonderen Fisch zu untersuchen, der Stromstöße von bis zu 600 Volt abgeben kann. Die Herausforderung bestand nun darin, den Zitteraal zu fangen, der auf dem Grund des Meeres lebte und so geladen war, dass jede Berührung den Tod bringen würde. Humboldt beschaffte sich 30 wilde Pferde, die ins Wasser getrieben wurden. Die Hufe der Pferde wirbelten den Meeresboden auf und die Aale kamen an die Oberfläche, wo sie den Pferden ein paar gewaltige Stromstöße verpassten. Die Pferde wieherten und trampelten sich gegenseitig nieder oder ertranken, während die elektrische Spannung der Aale abnahm, sodass Humboldt sie einsammeln und in Holzkisten legen konnte. Allerdings hatten Humboldt und sein Helfer Bonpland nicht lange genug gewartet und bekamen selbst auch elektrische Schläge ab.  Dennoch führte Humboldt viermal eine Reihe gefährlicher Versuche durch, bei denen er den Aal mit beiden Händen, mit einer Hand den Aal und mit der anderen ein Stück Metall oder mit einer Hand den Aal und mit der anderen Bonpland berührte. Humboldts Untersuchung des Zitteraals war recht ungestüm und gewaltsam, und viele Forscher stellten später Fragen zu seinen Beobachtungen. Insbesondere äußerte man Zweifel daran, dass der Zitteraal wirklich aus dem Wasser springen und seine Beute angreifen kann. Aber Humboldt hatte Recht: Der Zitteraal springt aus dem Wasser und greift potentielle Angreifer mit Stromstößen an, wenn er unter Druck gerät. Das haben neue Studien gezeigt, die mehr als 200 Jahre nach Humboldts Untersuchung stattgefunden haben. Kenneth C. Catania, ein amerikanischer Professor für Biologie und Neurowissenschaft von der Vanderbilt University in Nashville, sagt, dass ihm die neuesten Studien zum Zitteraal ins Bewusstsein gerufen haben, dass es zu diesem Tier immer noch viel zu lernen gibt, auch wenn es schon vor 200 Jahren erforscht wurde. Der Zitteraal ist sehr viel raffinierter, als wir es uns vorstellen können. Er kann Hunderte Volt erzeugen, aber er ist auch in der Lage, diese Elektrizität sehr effektiv einzusetzen. In diesem Video zeigt Catania, wie ein Zitteraal aus dem Wasser springt: https://www.youtube.com/watch?v=XrJ7-3yruyQ

In dem 2006 erschienenen Roman „Die Vermessung der Welt“ des deutschen Autors David Kehlmann findet sich ein schönes Porträt von Humboldt und Gauß. Das Buch erzählt auf außerordentlich humorvolle und fesselnde Weise vom Leben, dem Schaffen und den Entdeckungen der beiden naturwissenschaftlichen Genies. Humboldt und Gauß werden als zwei sehr unterschiedliche Persönlichkeiten beschrieben, die die Welt jeweils auf ihre eigene Weise weiter gemacht haben. Gauß wird von Kehlmann als introvertierter Mensch dargestellt, dessen Dialog mit seinen Forscherkollegen von seiner intellektuellen Arroganz geprägt ist. Humboldt ist Gauß’ Gegenpol – ein authentischer Forschungsreisender, der die ganze Welt erkundet, auf die höchsten Berge steigt und die unzugänglichsten Flüsse befährt, um Pflanzen, Tiere, Knochen und Steine zu sammeln. Überall ist er mit seinen Gerätschaften zur Stelle, um die Welt zu vermessen und zu kartieren. An diesem Punkt ist es durchaus interessant, einen Blick auf die Briefe zu werfen, die Ørsted auf seinen Reisen verfasst hat, denn in ihnen berichtet er unter anderem auch von seinen Begegnungen mit Humboldt und Gauß. Ørsted schreibt, dass Humboldt nur daran interessiert sei, von seinen eigenen Entdeckungen zu erzählen, und dass er für Ørsteds Entdeckung des Elektromagnetismus schlichtweg überhaupt kein Interesse zeigt. Gauß hingegen ist Ørsteds Worten zufolge ein sehr freundlicher und entgegenkommender Mensch, der aufmerksam und interessiert nachfragt, als es um Ørsteds Entdeckung geht. Kehlmanns Buch wurde übrigens im Jahre 2012 verfilmt. Den offiziellen Trailer des Films findest du hier: https://www.youtube.com/watch?v=His5Xl9pgwE

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