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  • Das Wesen der Zeit

Zur Galerie 10 Experimente, die die Welt verändert haben
Professor am Telefon
Das Wesen der Zeit
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass die Zeit in Gegenwart großer Massen langsamer vergeht – im Schwerefeld der Erde ticken Uhren deswegen träger als im All. Die Physiker Robert Pound und Glen Rebka (im Bild) entwickelten einen eleganten Test dafür: Am Jefferson Physical Laboratory in Harvard schickten sie 1959 elektromagnetische Strahlen bis in die Spitze eines 22 Meter hohen Turms und zurück. Damit die Strahlung nicht von der Luft absorbiert wurde, reiste sie durch einen heliumgefüllten Folienschlauch. Genau wie Einstein vorhergesagt hatte, nahm ihre Frequenz auf dem Weg nach oben minimal zu: Weil der Empfänger sich weniger tief im Schwerefeld der Erde befand, lief die Zeit für ihn etwas schneller, die eintreffenden elektromagnetischen Wellen schwangen also – relativ gesehen – langsamer. Der umgekehrte Effekt trat ein, wenn die Strahlung von der Turmspitze zum Boden geschickt wurde. Dann nahm ihre Frequenz minimal ab.
© Bettmann Archive / mauritius images
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Die Erkenntnis, dass weißes Licht alle Farben des Regenbogens enthält, verdanken wir niemand Geringerem als Isaac Newton. 1666 bewies er, dass ein Glasprisma dem Licht keine neuen Farben verleiht, wie man damals glaubte. Es bricht Licht je nach Farbe lediglich in unterschiedlichen Winkeln und fächert es dadurch auf. Nichts anderes tun Regentropfen, die einen Regenbogen an den Himmel zaubern. Wie sich Sonnenlicht bündeln und aufspalten lässt, zeigen diese Abbildungen des Naturforschers Martin Frobenius Ledermüller ("Drittes Funfzig seiner Mikroskopischen Gemüths- und Augen-Ergötzungen", 1762)
Zeichnung eines Mikroskops
Historische Zeichnung chemischer Experimente, bei denen Gase entstehen
Den französischen Chemiker Antoine Laurent de Lavoisier faszinierte die Atmung. Er ließ Vögel in versiegelten Glasglocken ersticken und bestimmte mit erstaunlicher Präzision, welcher Teil sich währenddessen von "atembarer Luft" (Sauerstoff) in "fixe Luft" (Kohlendioxid) verwandelte. Ab den 1790er-Jahren dienten ihm auch Menschen als Versuchsobjekte, wie diese Federzeichnung seiner Frau zeigt. Insbesondere Experimente mit Atemmasken seien "schmerzhaft, unangenehm und sogar gefährlich", schrieb Lavoisier. Doch sie lieferten revolutionäre Erkenntnisse: Lavoisier begriff, dass sich Sauerstoff im Körper mit Kohlenstoff zu Kohlendioxid verbindet und dabei Wärme erzeugt – und zwar in Abhängigkeit von der physischen Belastung. 
Lange Zeit erschien den Menschen das Phänomen der Elektrizität beinahe magisch. Erst im 18. Jahrhundert lernten Forschende, Elektrizität gezielt zu erzeugen und sie in primitiven Kondensatoren, den Leidener Flaschen, zu speichern. Aus solchen Flaschen leitete der italienische Anatom Luigi Galvani sie in amputierte Froschschenkel. Die zuckten daraufhin, als seien sie lebendig. Der Stich aus Galvanis Werk "De viribus electricitatis" von 1792 zeigt die berühmten Experimente. Die Schlussfolgerung, die Galvani aus seinen Beobachtungen zog, entpuppte sich jedoch als Trugschluss: Er glaubte, den Schenkeln wohne eine "tierische Elektrizität" inne, die durch ein "Nervenfluidum" übertragen werde.
Pierre und Marie Curie im Labor
Geiger und Rutherford im Labor
Carl Anderson sitzt an einer Nebelkammer
Professor am Telefon
Der russische Physiologe Iwan Pawlow folgte einer wissenschaftlichen Tradition, die in Tieren wenig mehr als belebte Automaten sah. Pawlows Ziel war, die Regeln zu verstehen, nach denen diese Automaten funktionierten. Seine oft grausamen Versuche führte er vor allem an Hunden durch – Tieren, die er paradoxerweise liebte. Seine Forschung zu Verdauungsprozessen brachte ihm 1904 den Nobelpreis ein. Das Bild aus demselben Jahr zeigt Experimente zur Magensekretion am Kaiserlichen Institut für experimentelle Medizin in Sankt Petersburg. Berühmt wurde Pawlow jedoch für seine Arbeit zu "bedingten Reflexen". Er zeigte, dass Hunde lernen konnten, Reize mit Futter zu verknüpfen – und dass der Reiz allein fortan ausreichte, um den Speichelfluss anzuregen. Indem Pawlow die Reize leicht variierte, untersuchte er, wie genau die Tiere beispielsweise Abstufungen von Entfernungen, Farbtönen und Temperaturen wahrnehmen können. Erst in den folgenden Jahrzehnten sollten zunehmend ausgeklügelte Experimente das reiche Innenleben von Tieren offenbaren. Sie machten und machen klar, dass wir es mit fühlenden und denkenden Wesen zu tun haben, keinesfalls mit lebenden Automaten.
Die gezeigten Experimente zählen zu 60 ausgewählten Versuchen, die der britische Chemiker, Physiker und Wissenschaftsjournalist Philip Ball in seinem neuen Buch beschreibt ("Experimente. Versuch und Irrtum in der Wissenschaft." erschienen im Haupt Verlag, 24 Seiten, 38 Euro). Ball schildert, wie der Mensch sich mit ausgeklügelten Versuchsaufbauten, Erfindungsreichtum und Beharrlichkeit Wissen über die Welt verschaffte. Doch seine Beispiele zeigen auch, dass Fortschritt nicht nur durch gezielte Experimente vorangetrieben wurde. Oft war der Prozess ungeplant, zufällig – und dennoch zentral für die Wissenschaft.
  • Forschung
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  • Physik
  • Geschichte
27. Februar 2021,00:15
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