Wissenschaft und die industrielle Revolution.

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Es ist seit langem eine allgemeingültige Ansicht, dass der Aufstieg der modernen Wissenschaft und die industrielle Revolution eng miteinander verbunden sind. Es ist schwierig, einen direkten Einfluss wissenschaftlicher Entdeckungen auf den Aufstieg der Textil- oder sogar der Metallindustrie in Großbritannien, der Heimat der industriellen Revolution, nachzuweisen, aber es gab sicherlich eine Ähnlichkeit in der Haltung zwischen Wissenschaft und aufstrebender Industrie. Genaue Beobachtung und sorgfältige Verallgemeinerung, die zur praktischen Anwendung führten, waren im 18. Jahrhundert sowohl für Industrielle als auch für Experimentatoren charakteristisch. Ein direkter Kontaktpunkt ist bekannt: James Watts Interesse an der Effizienz der Newcomen-Dampfmaschine, ein Interesse, das aus seiner Arbeit als Hersteller wissenschaftlicher Instrumente entstand und zu seiner Entwicklung des separaten Kondensators führte, der die Dampfmaschine herstellte eine effektive industrielle Energiequelle. Aber im Allgemeinen verlief die industrielle Revolution ohne große direkte wissenschaftliche Hilfe. Doch der potenzielle Einfluss der Wissenschaft sollte sich als von grundlegender Bedeutung erweisen.

Was die Wissenschaft im 18. Jahrhundert bot, war die Hoffnung, dass sorgfältige Beobachtung und Experimente die industrielle Produktion erheblich verbessern könnten. In einigen Bereichen war dies der Fall. Der Töpfer Josiah Wedgwood baute sein erfolgreiches Unternehmen auf der Grundlage sorgfältiger Studien von Tonen und Glasuren und der Erfindung von Instrumenten wie dem Pyrometer auf, mit denen er die von ihm verwendeten Prozesse messen und steuern konnte. Allerdings gelang es der Wissenschaft erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, der Industrie wirklich nennenswerte Hilfe zu leisten. Damals ermöglichte die Wissenschaft der Metallurgie die Anpassung von legierten Stählen an industrielle Spezifikationen, die Wissenschaft der Chemie ermöglichte die Schaffung neuer Substanzen wie der Anilinfarbstoffe von grundlegender industrieller Bedeutung, und Elektrizität und Magnetismus wurden in der Elektrik genutzt Dynamo und Motor. Bis dahin dürfte die Wissenschaft stärker von der Industrie profitiert haben als umgekehrt. Es war die Dampfmaschine, die die Probleme aufwarf, die auf der Suche nach einer Theorie der Dampfkraft zur Entstehung der Thermodynamik führten. Da die Industrie immer kompliziertere und kompliziertere Maschinen benötigte, entwickelte sich vor allem die Werkzeugmaschinenindustrie, um diese bereitzustellen, und ermöglichte damit den Bau immer empfindlicherer und raffinierterer Instrumente für die Wissenschaft. Als sich die Wissenschaft von der Alltagswelt der Welt der Atome und Moleküle, der elektrischen Ströme und Magnetfelder, der Mikroben und Viren sowie der Nebel und Galaxien zuwandte, stellten Instrumente zunehmend den alleinigen Kontakt mit Phänomenen dar. Ein großes Brechungsteleskop, das von einem komplizierten Uhrwerk angetrieben wurde, um Nebel zu beobachten, war ebenso ein Produkt der Schwerindustrie des 19. Jahrhunderts wie die Dampflokomotive und das Dampfschiff.

Die industrielle Revolution hatte einen weiteren wichtigen Einfluss auf die Entwicklung der modernen Wissenschaft. Die Aussicht, die Wissenschaft auf die Probleme der Industrie anzuwenden, diente dazu, die öffentliche Unterstützung für die Wissenschaft zu stimulieren. Die erste große wissenschaftliche Schule der modernen Welt, die École Polytechnique in Paris, wurde 1794 gegründet, um die Ergebnisse der Wissenschaft in den Dienst Frankreichs zu stellen. Die Gründung zahlreicher weiterer technischer Schulen im 19. und 20. Jahrhundert förderte die weite Verbreitung wissenschaftlicher Erkenntnisse und bot weitere Möglichkeiten für wissenschaftlichen Fortschritt. Regierungen begannen in unterschiedlichem Ausmaß und mit unterschiedlichem Tempo, die Wissenschaft noch direkter zu unterstützen, indem sie Wissenschaftlern finanzielle Zuschüsse gewährten, Forschungsinstitute gründeten und großen Wissenschaftlern Ehrungen und offizielle Ämter verliehen. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts war der Naturphilosoph, der seine privaten Interessen verfolgte, dem professionellen Wissenschaftler mit öffentlicher Rolle gewichen.

Der romantische Aufstand

Vielleicht zwangsläufig löste der Siegeszug der Newtonschen Mechanik eine Reaktion aus, die wichtige Auswirkungen auf die weitere Entwicklung der Wissenschaft hatte. Seine Ursprünge sind vielfältig und komplex, und es ist hier möglich, sich nur auf einen zu konzentrieren, nämlich den, der mit dem deutschen Philosophen Immanuel Kant in Verbindung steht. Kant stellte die Newtonsche Überzeugung in Frage, dass der Wissenschaftler direkt mit untersinnlichen Einheiten wie Atomen, Lichtkörperchen oder Elektrizität umgehen könne. Stattdessen betonte Kant, dass der menschliche Geist nur Kräfte erkennen könne. Dieses erkenntnistheoretische Axiom befreite Kantianer von der Notwendigkeit, sich Kräfte als in spezifischen und unveränderlichen Teilchen verkörpert vorzustellen. Außerdem wurde ein neuer Schwerpunkt auf den Raum zwischen den Partikeln gelegt; Tatsächlich blieb, wenn man die Teilchen vollständig eliminierte, nur der Raum übrig, der Kräfte enthielt. Aus diesen beiden Überlegungen sollten überzeugende Argumente hervorgehen, erstens für die Transformationen und Erhaltung von Kräften und zweitens für die Feldtheorie als Darstellung der Realität. Was diese Sichtweise romantisch macht, ist, dass die Idee eines Kräftenetzwerks im Raum den Kosmos zu einer Einheit verband, in der alle Kräfte mit allen anderen in Beziehung standen, so dass das Universum das Aussehen eines kosmischen Organismus annahm. Das Ganze war größer als die Summe aller seiner Teile, und der Weg zur Wahrheit war die Betrachtung des Ganzen, nicht die Analyse.

Was Romantiker oder Naturphilosophen, wie sie sich selbst nannten, sehen konnten, was ihren Newtonschen Kollegen verborgen blieb, demonstrierte Hans Christian Ørsted. Er konnte nicht glauben, dass es zwischen den Kräften der Natur keinen Zusammenhang gebe. Chemische Affinität, Elektrizität, Wärme, Magnetismus und Licht müssten, so argumentierte er, einfach unterschiedliche Manifestationen der Grundkräfte der Anziehung und Abstoßung sein. Im Jahr 1820 zeigte er, dass Elektrizität und Magnetismus zusammenhängen, denn der Durchgang eines elektrischen Stroms durch einen Draht beeinflusste eine nahegelegene Magnetnadel. Diese grundlegende Entdeckung wurde von Michael Faraday erforscht und genutzt, der sein ganzes wissenschaftliches Leben damit verbrachte, eine Kraft in eine andere umzuwandeln. Indem Faraday sich auf die von elektrischen Strömen und Magneten erzeugten Kräftemuster konzentrierte, legte er den Grundstein für die Feldtheorie, in der davon ausgegangen wurde, dass die Energie eines Systems über das gesamte System verteilt und nicht in realen oder hypothetischen Teilchen lokalisiert ist.

Die Kraftumwandlungen werfen zwangsläufig die Frage nach der Krafterhaltung auf. Geht etwas verloren, wenn elektrische Energie in magnetische Energie, in Wärme, Licht, chemische Affinität oder mechanische Kraft umgewandelt wird? Faraday wiederum lieferte mit seinen beiden Gesetzen der Elektrolyse eine der ersten Antworten, die auf experimentellen Beobachtungen beruhte, dass ganz bestimmte Mengen elektrischer „Kraft“ ganz bestimmte Mengen chemischer Substanzen zersetzten. Dieser Arbeit folgte die von James Prescott Joule, Robert Mayer und Hermann von Helmholtz, die jeweils zu einer Verallgemeinerung gelangten, die für die gesamte Wissenschaft von grundlegender Bedeutung ist: dem Prinzip der Energieerhaltung.

Die Naturphilosophen waren in erster Linie Experimentatoren, die ihre Kraftumwandlungen durch geschickte experimentelle Manipulation herbeiführten. Auch die Erforschung der Natur der Elementarkräfte profitierte von der rasanten Entwicklung der Mathematik. Im 19. Jahrhundert wurde das Studium der Wärme in die Wissenschaft der Thermodynamik umgewandelt, die stark auf mathematischen Analysen basierte; die Newtonsche Korpuskulartheorie des Lichts wurde durch Augustin-Jean Fresnels mathematisch anspruchsvolle Wellentheorie ersetzt; und die Phänomene Elektrizität und Magnetismus wurden von William Thomson (Lord Kelvin) und James Clerk Maxwell in eine prägnante mathematische Form gebracht. Bis zum Ende des Jahrhunderts schien die physikalische Welt dank des Energieerhaltungssatzes und des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik anhand komplexer, aber präziser mathematischer Formen, die verschiedene mechanische Transformationen in einem zugrunde liegenden Äther beschreiben, vollständig verständlich zu sein.

Die submikroskopische Welt der materiellen Atome wurde im 19. Jahrhundert ähnlich verständlich. Ausgehend von John Daltons grundlegender Annahme, dass sich Atomarten nur durch ihr Gewicht voneinander unterscheiden, konnten Chemiker eine zunehmende Zahl von Elementen identifizieren und die Gesetze aufstellen, die ihre Wechselwirkungen beschreiben. Die Ordnung wurde durch die Anordnung der Elemente nach ihrem Atomgewicht und ihren Reaktionen hergestellt. Das Ergebnis war das von Dmitri Mendelejew entwickelte Periodensystem, das implizierte, dass den elementaren Eigenschaften eine Art subatomare Struktur zugrunde liegt. Dass die Struktur Qualitäten hervorbringen und damit die Prophezeiung der mechanischen Philosophen des 17. Jahrhunderts erfüllen könnte, wurde in den 1870er Jahren von Joseph-Achille Le Bel und Jacobus van 't Hoff gezeigt, deren Studien über organische Chemikalien die Korrelation zwischen der Anordnung von zeigten Atome oder Atomgruppen im Raum und spezifische chemische und physikalische Eigenschaften.