Kurze Geschichte der Physik

154 Pages·1989·34.095 MB·German

by  Robert Locqueneux (auth.), Andreas Kleinert (ed.)

Robert Locqueneux
Kurze Geschichte der Physik
Mit einem Vorwort
von Andreas Kleinert
Vandenhoeck & Ruprecht in Göttingen
Dr. Robert Locqueneux ist Professor für Theoretische Physik und Geschich-
te der Naturwissenschaften an der Universität Lille.
Dr. Andreas Kleinert ist Professor für Geschichte der Naturwissenschaften
an der Universität Hamburg.
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l München J
Aus dem Französischen übersetzt von Andreas Kleinert
Titel des Originals: Histoire de la Physique
CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Locqueneux, Robert:
Kurze Geschichte der Physik / Robert Locqueneux. Mit e. Vorw.
von Andreas Kleinert. [Aus d. Franz. übers, von Andreas Kleinen).
Göttingen: Vandenhoeck & Ruprecht, 1989
(UTB für Wissenschaft: Uni-Taschenbücher; 1558)
Einheitssacht.: Histoire de la physique (dt.)
ISBN 3-525-03414-8
NE: UTB für Wissenschaft / Uni-Taschenbücher
© 1987 Presses Universitaires de France
© Deutsche Ausgabe: Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 1989
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Satz: Druckvorlagen Bernert GmbH, Göttingen
Druck und Bindearbeit: Hubert & Co., Göttingen
Vorwort des Übersetzers
Es besteht kein Mangel an Gesamtdarstellungen der Geschichte der
Physik in deutscher Sprache. Beinahe 1000 Seiten umfaßt die Ge-
schichte der Physik von Johann Christian Poggendorff, der 1879 un-
ter diesem Titel seine an der Berliner Universität gehaltenen physik-
historischen Vorlesungen veröffentlichte. 1882 folgte die zweibändi-
ge, über 1200 Seiten starke Geschichte der Physik von Aristoteles bis
auf die neueste Zeit von August Heller, und im selben Jahr erschien
der erste Band der Geschichte der Physik von Ferdinand Rosenber-
ger, die bis 1890 auf ein dreibändiges Werk von 1400 Seiten an-
wachsen sollte. Ähnlich umfangreich wäre wohl die Geschichte der
Physik von Ernst Gerland geworden, deren erster Teil 1913 als 24.
Band einer von der Bayerischen Akademie der Wissenschaften her-
ausgegebenen Geschichte der Wissenschaften in Deutschland er-
schien und 762 Seiten umfaßt. Das Werk blieb jedoch unvollendet.
1926 erschien die Geschichte der Physik von Edmund Hoppe, eine
536 Seiten starke Chronologie physikalischer Entdeckungen und
Ideen, deren historische Bedeutung daran gemessen wird, wie
fruchtbar sie für die Physik der (damaligen) Gegenwart waren.
Diese gewichtigen Kompendien sind noch immer ein unerläßli-
ches Hilfsmittel für jeden, der sich intensiv mit der Geschichte der
Physik beschäftigen will. Alle bedeutenden Fakten aus der Entwick-
lung dieser Wissenschaft wurden hier mit großer Sorgfalt und an-
hand ausgedehnter Quellenstudien zusammengestellt, wodurch der
Zugang zu den Quellen selbst erheblich erleichtert wird. Welche Be-
deutung die z. T. über 100 Jahre alten Werke noch haben, zeigt
schon der Umstand, daß von allen in den sechziger Jahren photo-
mechanische Nachdrucke erschienen sind. Nicht ganz so umfang-
reich, aber auch über 400 Seiten stark, ist die von 13 Autoren aus
der DDR verfaßte Geschichte der Physik, die Wolfgang Schreier
1988 herausgegeben hat.
Die Kurze Geschichte der Physik von Robert Locqueneux ist kein
Ersatz für die genannten Darstellungen der Physikgeschichte. Sie ist
als knappe und leicht lesbare Einführung in das Gebiet gedacht und
wendet sich an Physiker sowie an Lehrer und Studenten der Physik,
die an der Geschichte des Faches interessiert sind und sich einen
6 Vorwort des Übersetzers
Überblick verschaffen wollen, ohne sich in die ausführliche Be-
schreibung von Details zu vertiefen.
Eine vom Umfang her mit diesem Buch vergleichbare Geschichte
der Physik ist zum letztenmal vor über 40 Jahren erschienen; ihr
Verfasser war Max von Laue. Die Gegenüberstellung dieser beiden
Bücher macht deutlich, wodurch sich das Buch von Locqueneux vor
allem auszeichnet. Ähnlich wie Edmund Hoppe beschreibt Max von
Laue die Geschichte der Physik aus dem Blickwinkel des modernen
Physikers; sein Gesichtspunkt ist „das Werden und die Wandlungen
einiger für die heutige Physik wichtiger Ideen und Erkenntnisse".
Es überrascht nicht, daß ein Verfasser, der erklärtermaßen die Ge-
schichte an der eigenen Gegenwart mißt, über Antike und Mittel-
alter nur wenige und meistens abschätzige Bemerkungen verliert.
Aristoteles' Beitrag bestand nach von Laue darin, daß er „in seinem
sonst so großartigen Wissenschaftssystem für die Physik nur einige
aus oberflächlicher Tatsachenfeststellung ziemlich kritiklos entnom-
mene Begriffe und ihre logische oder oftmals nur sophistische Zer-
gliederung lieferte". Ähnlich wird das Mittelalter beurteilt; in dem
Kapitel zur Geschichte der Mechanik lesen wir: „Was ... die ganze
Scholastik hindurch als unwidersprechliche Wahrheit galt, war für
die aufkeimende Wissenschaft des 16. Jahrhunderts lediglich das
größte aller zu überwindenden Hindernisse."
Wie Robert Locqueneux in seinem Vorwort betont, will er einen
anderen Standpunkt einnehmen und jede Epoche aus sich selbst
verstehen und darstellen. Es geht ihm vor allem darum, den engen
Zusammenhang zwischen physikalischen Theorien und den jeweils
zeittypischen philosophischen Strömungen zu zeigen; die Beschrei-
bung experimenteller Sachverhalte tritt dagegen weitgehend zurück.
Damit ist das Buch eher eine Geschichte des physikalischen Den-
kens, so wie es im Untertitel der französischen Originalausgabe
(Histoire des idies en physique) angedeutet wird.
Grundlage der Übersetzung war das Manuskript des Verfassers,
aus dem auch einige Passagen übernommen wurden, die in der ge-
druckten Originalausgabe aus Platzgründen wegfallen mußten. Das
Literaturverzeichnis, das in der Originalausgabe fast nur französi-
sche Titel.enthält, wurde für die Bedürfnisse des deutschen Lesers
überarbeitet. Ein besonderes Problem stellten die wörtlichen Zitate
dar, für die in der Originalausgabe keine Quellen genannt werden.
Soweit sie ermittelt werden konnten, sind die entsprechenden Anga-
ben in die Fußnoten aufgenommen worden. Bei klassischen Auto-
ren, deren Werke eine „innere Zählung" nach Büchern, Kapiteln,
Vorwort des Übersetzers 7
Abschnitten usw. besitzen (z. B. Aristoteles, Plato, Descartes), wur-
de nur diese angegeben, so daß sich die jeweiligen Stellen in jeder
beliebigen Ausgabe finden lassen. Für die Anlage des Personenregi-
sters danke ich Herrn Kai-Henrik Barth. In dieses Register wurden
auch die Lebensdaten übernommen, die sich im Original meist im
Text befinden.
Andreas Kleinert
Vorwort
Die Physik hat niemals unabhängig vom menschlichen Denken exi-
stiert als etwas, das nur entdeckt zu werden brauchte. Wenn wir uns
mit ihrer Vergangenheit beschäftigen, dann sehen wir, daß sie nicht
als etwas Einzigartiges und Notwendiges entstanden ist und daß wir
ihre Geschichte nicht als eine Folge von Entwicklungsstufen auffas-
sen dürfen, von denen jede durch die vorangehende eindeutig fest-
gelegt war.
Es soll daher auch nicht versucht werden, in den veralteten For-
mulierungen einer im Entstehen begriffenen Physik nach Bestand-
teilen zu suchen, die auch in der heutigen Physik zu finden sind. Ein
solches Vorgehen würde bedeuten, daß man Aussagen aus ihrem
Zusammenhang löst und ihnen eine Bedeutung zuschreibt, die ih-
nen nicht zukam, wodurch sie gegenüber anderen, „aufgegebenen"
Bestandteilen willkürlich bevorzugt würden.
Im Gegensatz zu einem solchen Rückblick aus heutiger Sicht
wollen wir versuchen, unsere Kenntnisse zurückzustellen und uns
das Wissen und die Fragestellungen der Physiker früherer Zeiten zu
eigen zu machen. So werden wir z. B. mit Aristoteles nach den Ur-
sachen für die Bewegung von Wurfgeschossen suchen, dann mit Bu-
ridan und schließlich mit Galilei, ohne dabei auf das zurückzugrei-
fen, was wir heute darüber wissen.
In diesem Buch wird der Versuch unternommen, die Physik in
den verschiedenen Epochen und Kulturkreisen als das darzustellen,
was sie für diejenigen war, die sie betrieben und sich als Physiker
verstanden haben, auch wenn ihre Standpunkte im einzelnen stark
voneinander abwichen. Wir stoßen dabei auf vieles, das zeitbedingt
war und nur im Zusammenhang mit dem jeweiligen kulturellen
Umfeld verständlich wird. Zwischen der Physik von Descartes,
Newton und Leibniz und der französischen, englischen und deut-
schen Kultur des ausgehenden 17. und des frühen 18. Jahrhunderts
gab es vielfältige Beziehungen und Verbindungen, und wenn eine
physikalische Theorie von einem Kulturkreis in einen anderen ge-
langte, so verlief dieser Prozeß nicht ohne Anpassungsschwierigkei-
ten.
Vorwort R. Locqueneux 9
Die Konkurrenz verschiedener physikalischer Theorien und die
große Zahl unterschiedlicher Methoden bei der Beschäftigung mit
Naturerscheinungen führten in der Vergangenheit zur Herausbil-
dung von verschiedenartigen Kenntnissen, zwischen denen kein Zu-
sammenhang bestand. Es gab in der Entwicklung Unterbrechungen
und Rückschritte ebenso wie Phasen, in denen das Erworbene neu
geordnet wurde. Trotzdem läßt sich ein kumulativer Fortschritt in
der Kenntnis der physikalischen Welt feststellen, der in den dreißi-
ger Jahren dieses Jahrhunderts zur Ausbildung eines Systems von
Aussagen führte, in denen sämtliche Physiker übereinstimmen.
Durch diese Übereinstimmung wird nicht ausgeschlossen, daß es
verschiedene wissenschaftstheoretische Standpunkte gibt, die darin
zum Ausdruck kommen, wie physikalische Aussagen formuliert
werden. Die Ergebnisse der Physik selbst werden dadurch jedoch
nicht beeinflußt.
Die zunehmende Einheit der physikalischen Theorien bildet
einen auffälligen Kontrast zur Vielfalt der Erscheinungen und zur
Komplexität der in Angriff genommenen Probleme. Daraus hat sich
eine immer größer werdende Verzweigung der Forschungsgebiete
ergeben.
Inhalt
Erstes Kapitel: Von Thaies bis Galilei
I. Die Zeit der Griechen
1. Die Vorsokratiker
A. Die ionischen Naturphilosophen 14 — B. Xenophanes 15 —
C. Pythagoras 16 — D. Parmenides 16 — E. Heraklit 17 —
F. Empedokles 18 — G. Die Atomisten 19 — H. Anaxagoras 19
2. Plato
3. Aristoteles (384-322 v. Chr.)
A. Das Werkzeug der Wissenschaft 21 — B. Die aristotelische
Physik 24
II. Hellenismus und Römisches Reich 28
1. Die großen Sokratiker 28
A. Der Stoizismus 29 — B. Der Epikureismus 30 — C. Der
Skeptizismus 30
2. Die Schule von Alexandria 31
III. Mittelalter und Renaissance
1. Das frühe Mittelalter (5. bis 11. Jahrhundert)
2. Das Hochmittelalter (12. bis 13. Jahrhundert)
3. Spätmittelalter und Renaissance (14. bis 16. Jahrhundert) .. .
Zweites Kapitel: Das 17. Jahrhundert
I. Die wissenschaftliche Methode Galileis
II. Empirismus und Mechanizismus
III. Physik als Mechanik
1. Descartes
2. Huygens
IV. Die Entfaltung der Mechanik
1. Newton
2. Leibniz und der Streit um die lebendigen Kräfte
3. Die Mechanik im 18. Jahrhundert
Inhalt 11
V. Die Optik im 17. Jahrhundert 68
1. Descartes 68
2. Fermat 69
3. Huygens 70
4. Newton 71
Drittes Kapitel: 18. und 19. Jahrhundert 73
I. Der kulturelle Hintergrund 73
1. Der „Versuch über den menschlichen Verstand" von Locke 73
2. Die „Neuen Abhandlungen über den menschlichen Verstand"
von Leibniz 74
3. Das Jahrhundert der Aufklärung 75
4. Der Determinismus von Laplace 76
5. Der Positivismus 78
II. Allgemeine Merkmale der Physik
im 18. und 19. Jahrhundert 78
1. Die Verschiedenheit der einzelnen Teilgebiete 78
2. Die Ansätze zur Vereinheitlichung 79
A. Die Schule von Laplace 79 — B. Die Ansichten der Dyna-
misten 80 — C. Die englische Schule 91
III. Der Ausbau der Thermodynamik 81
1. Die Entstehung des Temperaturbegriffs 81
2. Die Theorien über die Wärme und die Struktur der Materie 84
3. Die Entwicklung der phänomenologischen Thermodynamik.. 89
4. „Eine Art von Bewegung, die man Wärme nennt" 92
IV. Die Optik 94
V. Elektrizität und Magnetismus 98
1. Erste Versuche und Theorien 98
2. Die Suche nach einer mathematischen Beschreibung der elek-
trostatischen und der magnetischen Erscheinungen 101
3. Elektrizität und Elektromagnetismus 102
Viertes Kapitel: Das 20. Jahrhundert 111
I. Das Atom als Versuchsgegenstand 111
1. Elektrische Entladungen in verdünnten Gasen 111
2. Der Zeeman-Effekt 113
12 Inhalt
3. Die Röntgenstrahlen
4. Die Radioaktivität
5. Hypothesen über die Struktur des Atoms
II. Die beiden dunklen Punkte in der Physik um 1900
1. Das wissenschaftstheoretische Umfeld
2. Das kontinuierliche Spektrum der Wärmestrahlung
3. Die Relativitätstheorie
III. Die Entwicklung der Quantentheorie
1. Das Bohrsche Atommodell
2. Die Wellenmechanik
3. Die Quantenmechanik
4. Die Interpretationen der Quantenmechanik
5. Die relativistische Quantenmechanik
6. Die Quantenelektrodynamik
IV. Die Physik der Gegenwart 138
1. Die Anwendungsbereiche der klassischen Physik und der
Quantenphysik 138
2. Neue Ansätze 139
3. Die Ausdehnung des Gültigkeitsbereichs der Quantentheorie 140
A. Die Kernphysik 140 — B. Die Elementarteilchenphysik 142
Literaturverzeichnis 147
Personenregister 149