Physik des 19. Jahrhunderts EPGII: Physik und Gesellschaft in Europa

Frieder Ernst

Gliederung

1. Das Weltbild vor dem 19. Jahrhundert

2. Physik des 19. Jahrhunderts

a. Mechanik

b. Thermodynamik

c. Elektrodynamik

3. Auswirkung auf die Gesellschaft

a. Bild des Naturwissenschaftlers

b. Weltbild

c. Wissenschaftlicher Fortschritt

Das Weltbild vor dem 19. Jh.

• Früher geozentrisches Weltbild

• Erde Mittelpunkt des Universums

• Himmelskörper bewegen sich auf Kreisbahnen

Das Weltbild vor dem 19. Jh.

• Zweifel an dieser Theorie im 16. Jh. von Galilei und Kopernikus

• Verklagung Galileis der Häresie durch die Kirche

• Verbot des Drucks von Dokumenten über das heliozentrische

Weltbild

• 18. Jh.: Kirche weicht Standpunkt auf

• Vitalismus vorherrschend

• Atomismus unterdrückt

Entwicklung der Physik - Mechanik • Mechanik bereits weitgehend abgeschlossen

• Entstand aus Himmelsmechanik

• Gravitation

• Newtonsche Axiome

• Infinitesimalrechnung

• Mathematisierung (Lagrange, Euler, Hamilton, D‘Alembert)

Entwicklung der Physik – Thermodynamik • Entdeckung der Energieerhaltung von Robert Mayer

• Endgültige Ausformulierung: Helmholtz 1847

Entwicklung der Physik – Thermodynamik Hermann von Helmholtz

• *1821 in Potsdam

• Sohn eines Gymnasiallehrers

• Stipendium für Medizinstudium

• Nach Abschluss Dienst in der

preußischen Armee

• 1847: „Über die Erhaltung der Kraft“

Entwicklung der Physik – Thermodynamik Hermann von Helmholtz

• 1849: Professur für Physiologie und

Pathologie in Königsberg

• 1857: Lehrstuhl für Physiologie in

Heidelberg

• 1870: Lehrstuhl für Physik in Berlin

• 1894: Tod in Folge eines Schlaganfalles

in Berlin

Entwicklung der Physik – Thermodynamik • Entdeckung der Energieerhaltung von Julius Robert von Meyer

• Endgültige Ausformulierung: Helmholtz 1847

• Lange Zeit sehr umstritten

• Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärme möglich

Reibungswärme

• Umkehrung des Prozesses nicht möglich

Carnot Prozess

• Entwicklung des Konzeptes der Entropie

Entwicklung der Physik – Thermodynamik • Bisher nur makroskopische Betrachtung der Thermodynamik

• Mikroskopische Betrachtung durch Kinetische Gastheorie

• Gase bestehen aus Atomen/Molekülen

• Temperatur als Geschwindigkeit der Teilchen

• Druck durch Stöße mit der Umgebung

• Berechnung durch statistische Verteilungen

(Wahrscheinlichkeit)

Entwicklung der Physik – Thermodynamik Ludwig Boltzmann

• *1844 in Wien

• Sohn eines Finanzbeamten

• Studium der Mathematik und Physik in

Wien

• 1869 Professor für Physik in Graz

• Häufige Ortswechsel: Heidelberg,

Berlin, Graz, Wien

Entwicklung der Physik – Thermodynamik Ludwig Boltzmann

• Häufige Ortswechsel auf Depressionen

zurück zu führen

• 1901: Dozent für Physik und

philosophische Probleme der Physik

• 1906: Selbstmord während eines

Sommerurlaubes

Entwicklung der Physik – Elektrodynamik • Newtons Konzept der Kraft unbefriedigend

• Blick auf wesentliches durch Mathematisierung verloren

gegangen

Entwicklung der Physik – Elektrodynamik Michael Faraday

• *1791 in einem Londoner Vorort

• Sohn eines Schmieds

• Lehre zum Buchbinder mit 14

• Interesse an Naturwissenschaften

• Anschließend Ausbildung zum

Chemielaborant bei Humphry Davy

• Mit 25 Jahren erste Publikation

Entwicklung der Physik – Elektrodynamik Michael Faraday

• 1831: Entdeckung der

elektromagnetischen Induktion

• Aufnahme in die Royal Society

• Anstellung als Direktor des

Laboratoriums der Royal Institution

• Insgesamt ca. 30000 Experimente

• Tod mit 76 Jahren

Entwicklung der Physik – Elektrodynamik • Newtons Konzept der Kraft unbefriedigend

• Blick auf wesentliches durch Mathematisierung verloren

gegangen

• Neue Erkenntnisse durch Faraday

• 1820 Nachbau des Oerstedt-Versuchs

• 1831 Entdeckung der Induktion

• Prägung des Begriffs der Feldwirkung

Entwicklung der Physik – Elektrodynamik • Formulierungen von Faraday qualitativ

• Quantitative Beschreibung durch James Clerk Maxwell

Entwicklung der Physik – Elektrodynamik James Clerk Maxwell

• * 1831 in einem Edinburgher Vorort

• Sohn eines Richters

• Unterricht bei Privatlehrern

• Viele Besuche der Royal Society und

Society of Arts

• Studium der Mathematik und Physik

• 1850 Wechsel von Edinburgh nach Cambridge

Entwicklung der Physik – Elektrodynamik James Clerk Maxwell

• Stipendium am Trinity College

• Studium der Werke von Faraday

• 1856 Professor für Naturphilosophie in

Aberdeen, später in London

• Rückzug auf seinen Landsitz in

Schottland

Entwicklung der Physik – Elektrodynamik James Clerk Maxwell

• 1873 „Abhandlung über Elektrizität

und Magnetismus“

• Berufung an den Cavendish Lehrstuhl

in Cambridge

• 1879: Tod durch Krebs

Entwicklung der Physik – Elektrodynamik • Formulierungen von Faraday qualitativ

• Quantitative Beschreibung durch James Clerk Maxwell

• Einführung des Feldes als physikalische Größe

• Formulierung sehr kompliziert

• Umformulierung durch Heinrich Hertz

Entwicklung der Physik – Elektrodynamik • 1890 Abhandlung: „Die Grundgleichungen der Elektrodynamik

für ruhende Körper“

• Elektromaterie und elektr. Felder nun gleichwertig

• Allerdings Theorie nur mit Äther erklärbar

Auswirkungen der Physik – Bild des Naturwissenschaftlers • Bedeutung der Naturwissenschaften nimmt zu

• Physiker als angesehene Leute

• Royal Society, Society of Arts

• Akzeptanz durch die Kirche

• Philosophie wird durch Mathematik ersetzt

Auswirkungen der Physik – Weltbild

Ich glaube das geistige Leben der gesamten westlichen Welt spaltet sich immer mehr in zwei diametrale Gruppen auf. (…) Literarisch Gebildete auf der einen Seite – auf der anderen Naturwissenschaftler, als deren repräsentativste Gruppe die Physiker gelten. Zwischen beiden eine Kluft gegenseitigen Nichtverstehens, manchmal – und zwar vor allem bei der jungen Generation – Feindseligkeit und Antipathie, in erster Linie aber Mangelndes Verständnis. Man hat ein seltsam verzerrtes Bild voneinander…

(C.P. Snow: Die zwei Kulturen)

Auswirkungen der Physik – Weltbild • Abspaltung von den Vitalisten

• Widerlegung der Theorie durch mikroskopische

Beschreibungen

• „Lebenskraft“ oder ein Schöpfer sind durch die Mechanisch-

Kausale Erklärung der Welt nicht mehr notwendig

• Der 2000 Jahre alte Atomismus von Demokrit wird endlich

anerkannt

Auswirkungen der Physik – Wissenschaftlicher Fortschritt • Verbesserung der Effizienz von Wärmekraftmaschinen

• Elektrodynamik als Grundlage der heutigen Technologie

• Grundlagen der Funktechnik durch Hertz

„Ich glaube nicht, dass die von mir entdeckten

drahtlosen Wellen irgendeine praktische Anwendung

finden werden.“ (Heinrich Hertz)

• Atomimus als Grundlage für Atomphysik