Quelle Nummer 200

Rubrik 13 : GESCHICHTE   Unterrubrik 13.03 : TEILGEBIETE

GESCHICHTE DER PHYSIK
BRUNO HELLER
GRUNDBEGRIFFE DER PHYSIK IM WANDEL DER ZEIT
FRIEDR.VIEWEG U.SOHN GMBH,BRAUNSCHWEIG 1970,S.82-86


001  Der Atombegriff bis zum Beginn der Neuzeit. Die
002  christliche Wendung des Denkens im frühen Mittelalter hat die
003  Naturphilosophie kaum gefördert; der Atomismus erschien den
004  Kirchenvätern als rein materialistische, heidnische Theorie, die
005  wenig diskutiert und im ganzen verworfen wurde. Immerhin blieb der
006  Atombegriff bekannt, und Isidor von Sevilla (gest. 636)
007  sowie der an ihn anknüpfende irische Mönch Beda Venerabilis
008  (gest. 735) gaben ihn weiter. Doch für die folgenden
009  Jahrhunderte gibt es kaum so etwas wie eine korpuskulare Theorie
010  der Materie, und es mußte erst eine grundsätzliche
011  Neuorientierung des Denkens erfolgen, ehe der Atomismus einen
012  geeigneten Boden im Bereich abendländischer Wissenschaftlichkeit
013  finden konnte. Die Neuorientierung geschah durch den Einfluß der
014  Araber, durch ihre empirischen naturwissenschaftlichen
015  Kenntnisse und ihre Auseinandersetzung mit der Physik des
016  Aristoteles. Zwar war Aristoteles von dem Grundsatz ausgegengen,
017  die Natur mache keine Sprünge; außerdem hatte er die
018  Existenz des Leeren geleugnet, das doch im Raum zwischen
019  isolierten Atomen herrschen müßte, hatte also die Stetigkeit des
020  Raumes auf die Materie übertragen und so die Atomistik in
021  grundsätzlicher Weise anfechten können. Doch gerade darum
022  bemühten sich die arabischen Philosophen des sog. Mutakallimum,
023  den Raum selbst als Diskontinuum einzelner Punkte zu
024  interpretieren und auf diese Weise eine Denkvoraussetzung fur den
025  Atomismus zu schaffen. Ihre Lehre konnte sich zwar nicht
026  durchsetzen, regte aber Diskussionen an, die für die Neubelebung
027  korpuskularer Theorien entscheidend wichtig wurden, nicht zuletzt
028  im Zusammenhang mit dem mathematischen Kontinuumsproblem, das in
029  der Scholastik zu der Behauptung führte, auch im stetigen Raum
030  gebe es reelle, unteilbare Einzelpunkte. So haben die Araber den
031  Aristotelismus keineswegs wortgetreu nach Europa gebracht; die
032  Uninterpretationen, die sie vornahmen, wirkten sich in Richtung
033  auf ein unmittelbares Naturverständnis aus - vor allem im Rahmen
034  der Medizin. Dort hatte sich die von Asklepiades aus Bithynien
035  stammende Auffassung erhalten, der menschliche Körper sei aus
036  unzähligen Teilchen zusammengesetzt, zwischen denen sich feine
037  Kanäle (poroi) befinden; sie sind in gewissem Sinne " leer ",
038  und dieser " Porismus " wurde zur Erklärung der
039  verschiedensten Körpervorgänge herangezogen. Hier ergab sich die
040  Möglichkeit, atomistische Vorstellungen anzusetzen, und in
041  diesem Zusammenhang kam auch die aristotelische Lehre von den
042  " minima naturalia " zu neuen Ehren, d. h. von den
043  " elachista ", über die sich vor allem Simplikios geäußert hatte
044  und die u. a. Averroes (1126-1198) wieder aufgriff.
045  Zwar wurden die Minima naturalia z. T. nur im Sinne
046  kleinster biologischer Struktureinheiten beim lebenden Körper
047  angesehen, aber diese Auffassung ließ sich verallgemeinern und
048  führte zu der Vorstellung, alles Stoffliche habe eine unterste
049  Existenzgrenze und sei demnach nicht bis ins Unendliche teilbar
050  (Albert v. Sachsen, 1316-1390). Besonders im
051  Kreis der Nominalisten Frankreichs (Buridan, v. Jandun)
052  erfreuten sich solche Ansichten großer Beliebtheit; Nikolaus
053  von Autrecourt entwickelte sogar eine eigene Atomlehre, wurde aber
054  1348 genötigt, sie zu widerrufen. Die Zeit war für einen
055  Atomismus in physikalischen Sinne noch nicht reif, solange das
056  aristotelische Weltbild im ganzen unangetastet blieb. Dennoch
057  zeigen die Gedankengänge der Averroisten und Nominalisten, wie
058  nahe man bereits im 14.und 15.Jahrhundert der
059  Atomvorstellung war. So lehtte J. C. Scaliger
060  (1484-1558), feine und grobe Stoffe unterscheiden sich
061  voneinander durch die Größe ihrer Minima naturalia; sind diese
062  Minima eng gepackt, so ist ein Stoff dicht; liegen sie weiter
063  auseinander, so ergeben sich Lücken (also Poren!) und der
064  Stoff ist dünn. Man muß demnach zwischen Größe und Packung
065  der Minima unterscheiden, um die stofflichen Formen erklären zu
066  können, und Scaliger eröffnete sogar einen Weg, die
067  Aggregatzustände klar zu interpretieren. Hier knüpfte etwa 50
068  Jahre später von Goorle an, als er erläuterte, beim Verdampfen
069  werde nicht aus dem Element Wasser das Element Luft, sondern
070  veränderten sich nur die Abstände der Wasser-Minima. Doch
071  blieb auch hier die Grundhaltung solcher Lehren im Banne des
072  Aristotelismus; erst die Neuzeit, vor allem das 17.
073  Jahrhundert, nahm den Atombegriff der Antike konsequent auf und
074  machte ihn zu einer naturwissenschaftlichen Grundannahme.
075  Die Wendung zur mechanistischen Atomlehre des 17.Jahrhunderts
076  Die Anregungen zum atomistischen Denken der Neuzeit kamen zu
077  einem guten Teil aus der praktischen Beobachtung materieller
078  Prozesse, wie sie die Chemiker untersuchten. So meinte z.B.
079  van Helmont (1577-1644), Wasser und Gas seien
080  in ihren Zuständen als verschiedenartige Anordnungen der Elemente
081  Mercurius, Sulphur und Sal zu verstehen, also als
082  unterschiedliche Atomgruppierungen derselben Grundsubstanzen, und
083  er gebrauchte den Atombegriff ohne besondere philosophische Skrupel,
084  um praktisch festgestellte chemische Vorgänge erklaren zu können.
085  Hier mußte das 17.Jahrhundert weiterführen. Die
086  Korpuskulartheorie der Materie brauchte in erster Linie eine
087  wissenschaftliche Mechanik mit exakt formulierbaren
088  Bewegungsgesetzen, und hier leistete Galilei entscheidende
089  Vorarbeit für eine mechanistische Atomlehre; parallel dazu
090  begannen die Versuche, dem Atombegriff einen präzisen, auch dem
091  neuzeitlichen Denken gegenüber haltbaren Sinn zu geben. Einen
092  wichtigen Gedanken steuerte Giordano Bruno (1548-1600)
093  zu dieser Aufgabe bei. Hatte man bisher die Atome als letzte
094  Stufen der Körperzerlegung aufgefaßt, d. h. als Minima,
095  so drehte Bruno diesen Gedanken um: Die Atome sind nicht das
096  Letzte, sondern das Erste; sie sind die fundamentalen Einheiten
097  des Seienden, aus denen sich alles zusammensetzt. Er nannte sie
098  daher " Monaden ": ein Begriff, der ursprünglich die Einheit
099  als Grundlage der Zahlen bezeichnet. Weil es ein erstes Maß
100  alles Meßbaren geben muß, muß es auch Atome geben; hier tritt
101  an die Stelle des analytischen ein synthetischer Atombegriff.
102  Solange man Atome nur als Endprodukte von Teilungen ansieht,
103  muß offen bleiben, ob man sie überhaupt jemals erreicht; sieht
104  man aber in ihnen das Erste aller Zusammensetzungen, so werden sie
105  denknotwendig. Zwar blieb Giordano Bruno bei diesem
106  erkenntnistheoretischen Ansatz stehen und zog daraus keine
107  physikalischen Konsequenzen, jedoch regte er die philosophische
108  Bemühung um das Einheitsproblem wesentlich an und wurde zu einem
109  direkten Vorläufer für die Monadenlehre eines Leibniz. Man
110  kann ohnehin für die Folgezeit die metaphysisch orientierte
111  Atomistik von einer mehr an die praktischen Bedürfnisse der
112  Physiker und Chemiker angeschlossenen unterscheiden; die
113  Korpuskulartheorie entstand also auf der Grenze zwischen
114  Philosophie und Physik, in enger Verbindung mit dem Problem der
115  mathematischen Punkte und des Diskontinuums; noch bei Leibniz
116  machte sich diese Verflechtung bemerkbar, wenn er Monadenlehre und
117  Infinitesimalrechnung miteinander verknüpfte. So wurde zumal im
118  Laufe des 17.Jahrhunderts die aristotelische Denkweise immer
119  mehr durch naturwissenschaftlich-mechanistische Gesichtspunkte
120  zurückgedrängt (so z. B. an der Pariser Universität),
121  und in diesem Rahmen entstand ein erster echt physikalischer
122  Atomismus, vor allem durch die Arbeiten von Sennert, Basso und
123  van Goorle während der ersten Hälfte des Jahrhunderts. Die
124  demokritische Lehre wurde dabei mit der Minima-naturalia-
125  Auffassung Auffassung zusammengeführt, so daß beides schließlich als
126  einheitliche Korpuskulartheorie erschien. Hinzu kamen
127  Gesichtspunkte aus der chemischen Arbeitspraxis: Die Frage, ob
128  Elemente in ihren Verbindungen bestehenbleiben oder sich verändern,
129  wurde mit Hilfe des Atombegriffs im Sinne der Elementenkonstanz
130  beantwortet, da sich Elemente immer aus ihren Verbindungen
131  zurückgewinnen lassen, ihre Atome sich also lediglich mischen oder
132  wieder trennen; dabei gibt es (nach Daniel Sennert,
133  1576-1637) die " prima mista " als Minima jeder Verbindung
134  - gewissermaßen Atome zweiter Art bzw. Moliküle im heutigen
135  Sinne - und die absoluten Atome der Elemente selbst.
136  Vereinfachend kann man sagen: Der Molekülbegriff stammt aus der
137  ursprünglich aristotelischen Minima-naturalia-Lehre, der
138  Atombegriff geht auf Demokrit zurück. Aber nicht nur chemische
139  Prozesse erklärte Sennert atomistisch; genauso verfuhr er bei
140  den physikalischen Vorgängen der Verdampfung bzw. Kondensation
141  sowie bei denen der Auflösung von salzartigen Stoffen in Wasser.
142  Immer geht es dabei um ein Trennen oder Zusammentreten kleinster
143  Korpuskel ohne stoffliche Veränderungen, und damit wurde der
144  Atomismus auch zu einer sinnvollen physikalischen Hypothese. Ganz
145  bewußt knüpften die Gelehrten des 17.Jahrhunderts an die
146  Lehren der antiken Atomisten an und sahen sich keineswegs als
147  Schöpfer des Atombegriffs; nur gegenüber den aristotelischen
148  Anschauungen über Stoff und Form verteidigten sie ihre
149  Originalität und lehnten es ab, weiterhin von substantialen
150  Formen der Natur zu reden. Für sie war das Letzte der Dinge
151  das räumliche, unteilbare Korpuskel mit seinen Eigenschaften der
152  Ausdehnung, Undurchdringlichkeit und Bewegtheit, ohne daß
153  bereits näher geklärt war, ob solche Elementarteilchen nur
154  geometrische oder auch physische Körper sind, wie sie in
155  Wechselwirkung treten können, ob sie sich im leeren Raum befinden,
156  wodurch sie sich überhaupt vom Raum unterscheiden usw. Die
157  Atomisten des beginnenden 17.Jahrhunderts hielten sich
158  zunächst an unmittelbar anschaulische Vorstellungen; die
159  philosophische Durchdringung der Korpuskulartheorie mußte erst
160  noch geleistet werden, und dies geschah in den Lehren eines
161  Gassendi, eines Descartes und bei Robert Boyle innerhalb der
162  zweiten Jahrhunderthälfte. Piere Gassendi (1592-
163  1665) hielt sich dabei eng an Demokrits und Epikurs Vorstellungen,
164  versuchte jedoch, sie vom Anhauch des Materialismus zu reinigen
165  und die Atome als Schöpfungen Gottes erscheinen zu lassen; er
166  machte damit dem Atomismus " salonfähig " (K. Laßwitz).
167  Vor allem entwickelte er einen dem Atom angemessenen Raumgegriff:
168  Bereits vor der Schöpfung Gottes gab es das Leere, einen
169  einzigen, absoluten, unendlichen Raum, in dem sich nun die Atome
170  bewegen, und dieser Raum ist weder Substanz noch Akzidenz,
171  sondern - wie die Zeit - eine besondere Art des Seins. Die
172  Atome dagegen sind als " prima materia " körperliche,
173  natürliche bzw. physische Gebilde, mit den Eigenschaften der
174  Schwere, Bewegtheit und mit endlich vielen geometrischen
175  Formmöglichkeiten versehen. Diese Unterscheidung von leerem
176  Raum und soliden, substantiellen Atomen gab der
177  Korpuskulartheorie einen einfachen, fruchtbaren Boden und
178  ermöglichte ihre mechanistische Durchgestaltung, so wenig sie sich
179  zwar von einem noch recht naiven Realismus lößte. Die Atome
180  waren für Gassendi lediglich das raumerfüllende Substrat der
181  Bewegung, substanzhafte Individuen, die durch Druck und Stoß
182  in Wechselwirkung stehen; hier ergab sich jedoch die Möglichkeit
183  einer streng kinetischen Atomistik, und Huygens konnte wenig
184  später den Atombegriff Gassendis mit der Bewegungslehre Galileis
185  verbinden. Vom philosophischen Standpunkt aus hatte Gassendis
186  Zeitgenosse René Descartees (1596-1650) die
187  Atomistik wesentlich tiefergehend begründet, obwohl sie sich
188  eigentlich mit seinem System wenig vertrug. Gemäß seiner
189  Auffassung, Grundbestimmung alles Stofflichen sei die räumliche
190  Ausdehnung (Materie als res extensa) mußte für ihn die
191  Köprerwelt eine stetige Struktur besitzen, d. h. bis ins
192  Unendliche teilbar sein. Wenn er dennoch von Atomen sprach, so
193  mit Hilfe eines eigentümlichen Bewegungsbegriffs. Gibt es in
194  einem lückenlosen Kontinuum von Gegenständen räumliche
195  Vorgänge, dann nur im Sinne von Verlagerungen, wobei ein Ding
196  an die Stelle des anderen tritt und ganze Zyklen von
197  Plarzvertauschungen entstehen; die Grundform materieller
198  Bewegung ist demnach eine Art Wirbel, und Descartes
199  identifizierte minimale Wirbelbildung mit dem, was Gassendi die
200  Atome genannt hatte. Dadurch verband er Gesichtspunkte der
201  Atomistik mit Begriffen der Bewegungslehre; ein individuelles
202  Raumteilchen sollte sich durch seine besondere Bewegungsstruktur zu
203  einem physischen Körper konkretisieren, und dieser Gedanke konnte
204  für die mechanistische Korpuskulartheorie durchaus fruchtbar werden.
205  Allerdings verzichtete Descartes darauf, die Ergebnisse der
206  Galileischen Physik in sein System aufzunehmen, da sie ihm als zu
207  einseitig erschienen; die spätere Mechanik ist dementsprechend
208  über Descartes hinweggegangen. Für seine Zeit hatte er jedoch
209  einen großen Einfluß und half, atomistische Vorstellungen in
210  Physik und Chemie zu verbreiten. Ihre vielleicht konsequenteste
211  Ausbildung erfuhr die Korpuskulartheorie des 17.Jahrhunderts
212  bei Robert Boyle (1626-1691). Er war seiner
213  methodischen Einstellung nach durchaus Empiriker und wandte sich
214  sowohl gegen die aristotelischen Lehren von substantialen Formen
215  als auch gegen die aus den Kreisen der Alchemisten bzw.
216  Iatrochemiker stammende Auffassung von einer beseelten Natur und
217  deren immanenten Kräften. Für ihn konnte nur eine klar
218  durchgeführte mechanistische Theorie die Naturerscheinungen
219  wirklich erklären, und so knüpfte er an die Korpuskularlehren
220  Gassendis und Descartes' an: Es gibt in der Welt nur bewegte
221  Stofflichkeit, atomare Einzelteile sind durch Größe, Gestalt,
222  Lage (situs) und Reihenfolge (ordo) gekennzeichnet. Die
223  Materie ist ihrer Natur nach einheitlich und besteht aus unzählig
224  vielen Korpuskeln, die sich aber kraft ihrer verschiedenen
225  geometrischen Gestalten miteinander verknüpfen können, z.B.
226  aneinanderhaken oder miteinander verschlingen. So entstehen
227  ursprüngliche oder primäre " Konkretionen ", die den
228  Grundbausteinen der chemischen Elemente entsprechen und eine
229  " Textur " aufweisen, d. h. einen bestimmten inneren Aufbau.
230  Solche primären Konkretionen können sich jedoch ihrerseits
231  wieder mischen und bilden dann die zusammengesetzten Körper oder
232  Mixturen, also Verbindungen höherer Ordnung, wie sie bereits
233  Sennert beschrieben hatte, die gleichsam den Molikülen der
234  heutigen Chemie entsprechen. In der Mixtur sind heterogene
235  Teilchen miteinander verknüpft; sie bilden einen rein
236  mechanischen Zusammenhang, und von dieser Position aus entwickelte
237  Boyle seine Kritik an dem metaphysischen Formbegriff der
238  Aristoteliker. So wie verschiedenartige Strukturen der
239  Materiekorpuskeln das chemische Verhalten der Stoffe erklären,
240  so sollte in physikalischer Hinsicht die Bewegung der Atome
241  ausreichende Erklärungsursache sein, und Boyle wandte diesen
242  Grundsatz in erster Linie auf die Physik der gasförmigen Stoffe
243  an, nachdem ihm bereits die Untersuchungen Guerickes bekannt
244  geworden waren. Er fand Ansätze zu einer kinetischen Gastheorie,
245  auch in Bezug auf die Wärmebewegung der Moleküle, und wurde
246  somit ein wichtiger Vorläufer Daniel Bernoullis. Boyles
247  Position in der Naturwissenschaft des 17.Jahrhunderts ist aber
248  vor allem durch seinen Versuch gekennzeichnet, die experimentellen
249  Befunde durch die einfachste Theorie zu erklären: Diese konnte
250  für ihn nur die mechanistische Atomlehre sein. Philosophische
251  Spekulation lag ihm fern und war ihm verdächtig; das drückt sich
252  bereits im Titel seines Hauptwerkes aus: " The Sceptical
253  Chemist " (1661). So ist für Boyle das Problem des Vakuums
254  auch keine Sache metaphysischer Betrachtungen zum " leeren Raum ",
255  sondern eine schlichte Empirikerangelegenheit. Hier machte
256  sich die Wirkung der Guericke-Versuche besonders deutlich
257  bemerkbar. Seitdem die Existenz des Vakuums experimentell
258  bewiesen worden war, brauchten auch die Korpuskulartheoretiker
259  keine Skrupel mehr zu haben, davon zu reden und den Raum zwischen
260  den Atomen als leer anzusehen, und damit tat die
261  Korpuskulartheorie einen weiteren Schritt zu ihrer Lösung aus
262  philosophischen Zusammenhängen und zur Eingliederung in die reine
263  Naturwissenschaft.

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