Geschichte der Naturwissenschaften: Von Chemie bis Kommunikationstechnik

Geschichte der Naturwissenschaften: Meilensteine der Chemie und Physik

Avogadro, Dalton und der Erste Internationale Chemikerkongress

Amedeo Avogadro formulierte die Hypothese, dass gleiche Volumina aller Gase bei gleicher Temperatur und gleichem Druck die gleiche Anzahl an Molekülen enthalten. Gay-Lussac und Charles erforschten zuvor die Ausdehnung von Gasen mit der Temperatur.

• 1811: Avogadros Hypothese zur Molekülzahl pro Volumeneinheit
• 1860: Auf dem Ersten Internationalen Chemikerkongress in Karlsruhe (140 Teilnehmer) setzte sich Cannizzaro mit seinen Atomgewichtsbestimmungen durch.

Spektroskopie: Fraunhofer, Bunsen und Kirchhoff

Joseph von Fraunhofer entdeckte die dunklen Linien im Sonnenspektrum. Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff begründeten die Spektralanalyse zur Untersuchung der Atom- und Emissionsspektren chemischer Elemente.

• Gustav Kirchhoff: Arbeiten zu elektrischen Potentialen, Schwingungen in Stromkreisen (1845), Strahlungsgesetze des schwarzen Körpers (1857) und Spektroskopie (1860)
• Anwendungen: Solarzellen, Belichtungsmesser und Brenner

Das Periodensystem der Elemente (1869)

Dimitri Mendelejew ordnete die chemischen Elemente in einer Tabelle nach ihrer Atommasse und ihren Eigenschaften an und schuf damit das Periodensystem.

Die Entdeckung der Edelgase

• 1894: Argon
• 1895: Helium (aus Uranerz)
• 1898: Neon, Krypton, Xenon
• 1900: Radon

Röntgenstrahlung und Radioaktivität

Wilhelm Conrad Röntgen entdeckte 1895 die X-Strahlen. Henri Becquerel entdeckte 1896 die Radioaktivität von Uransalzen. 1898 folgten die Arbeiten von Marie und Pierre Curie zu Polonium und Radium.

Das Manhattan-Projekt (1942)

Unter der Leitung von Leslie Groves wurde die Atombombe entwickelt. Zentrale Herausforderungen waren die Isotopentrennung und die Berechnung der Wirkung der Bomben. Der wissenschaftliche Leiter war Robert Oppenheimer, oft als "Vater der Atombombe" bezeichnet.

Pioniere der Chemie und Biologie

• Jan Ingenhousz (1779): Entdeckung der Photosynthese
• William Perkin (1856): Erste synthetische Teerfarbe
• John Hyatt (1870): Celluloid
• Leo Baekeland (1909): Bakelit
• Wallace Carothers (DuPont, 1931): Neopren; 1935: Nylon
• Louis Pasteur: Gärung, Pasteurisierung, spontane Urzeugung widerlegt, Impfstoffe gegen Tollwut

Geschichte des Lichts

Vom Glühlicht zum Laser

• 1802: Humphry Davy entwickelt die Bogenlampe
• 1870: Joseph Swan und Thomas Edison verbessern die Glühlampe
• 1915: Irving Langmuir entwickelt die Gasfüllung der Glühlampe
• 1903: Peter Hewitt entwickelt die Quecksilberdampflampe
• 1911: Georges Claude entwickelt die Neonlampe
• 1917: Albert Einstein beschreibt Absorption, spontane und stimulierte Emission
• 1954: Charles Townes entwickelt den MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
• 1960: Theodore Maiman baut den ersten Rubinlaser; Gordon Gould prägt den Begriff LASER

Die Natur des Lichts

Die Debatte zwischen Korpuskular- und Wellentheorie wurde von Christiaan Huygens, Isaac Newton, Thomas Young und Augustin Fresnel geprägt. James Clerk Maxwell beschrieb Licht als elektromagnetische Welle, und Louis de Broglie formulierte den Welle-Teilchen-Dualismus.

Das elektromagnetische Spektrum

Isaac Newton zerlegte weißes Licht in ein Spektrum. William Herschel entdeckte die Infrarotstrahlung, Johann Wilhelm Ritter die Ultraviolettstrahlung und Heinrich Hertz die Radiowellen. James Clerk Maxwell lieferte die theoretische Grundlage.

Optik

Die geometrische Optik entwickelten Robert Grosseteste und Willebrord Snell. Ernst Abbe und Carl Zeiss (Jena) verbesserten die Optik. Thomas Young und Augustin Fresnel begründeten die Wellenoptik. Max Planck und Niels Bohr trugen zur Quantenphysik bei.

Elektrizität und Magnetismus

Grundlagen der Elektrodynamik

• James Clerk Maxwell (1831-1879): Maxwell-Gleichungen (1873), Beschreibung von elektrischem und magnetischem Feld
• Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923): Entdeckung der X-Strahlen (1895)
• Max Planck: Hypothese zur Strahlung des schwarzen Körpers

Frühe Entwicklungen

• Alessandro Volta: Voltaische Säule (1800)
• Luigi Galvani: Tierische Elektrizität
• Hans Christian Ørsted (1820): Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus
• Georg Simon Ohm (1787-1854): Ohmsches Gesetz (1825-1827)
• Joseph Henry: Elektromagnet und Induktion, Grundlage des Transformators

Industrie und Erfindungen

• Thomas Edison: Glühlampe (1880), Menlo Park, über 1000 Patente, Telefon und Kinematographie
• George Westinghouse: Wechselstromsysteme, Bremsen für Eisenbahnen
• Nikola Tesla (1856-1943): Wechselstrommotor (1882), Tesla-Transformator (1891), über 700 Patente
• Ernst Werner von Siemens: Telegrafenlinie zwischen Berlin und Frankfurt am Main (1847, mit Johann Georg Halske), Dynamo (1866), Straßenbahn (1881)

Die Elektronik

Vakuumröhren und Elektronen

• William Crookes: Kathodenstrahlröhren
• Karl Ferdinand Braun (1899): Kathodenstrahlröhre, induktive Kopplung der Antennen
• Joseph John Thomson (1897): Entdeckung des Elektrons mit einer Masse von 1/1840 eines Wasserstoffatoms, Plumpudding-Modell
• Ernest Rutherford: Atommodell mit Atomkern

Funk- und Halbleitertechnik

• Valdemar Poulsen (1898): Magnetofon, Lichtbogensender
• John Ambrose Fleming (1904): Diode
• Lee De Forest (1906): Audionröhre; Edwin Armstrong: Rückkopplung
• John Bardeen, Walter Brattain, William Shockley (1947/1948): Transistor
• Jack Kilby (Texas Instruments, 1958) und Robert Noyce (Fairchild Semiconductor, 1961): Integrierte Schaltkreise; Nobelpreis 2000 für Kilby

Kommunikationstechnik

Telegrafie

Charles Wheatstone, William Sturgeon, Joseph Henry, Werner von Siemens und Samuel Morse entwickelten die Telegrafie. Die erste transatlantische Telegrafenverbindung funktionierte 1858, eine dauerhafte Verbindung wurde 1866 hergestellt.

Telefon und Funk

• 1876: Alexander Graham Bell erfindet das Telefon
• 1914: Transkontinentale Telefonverbindung; 1915: transatlantische Funkverbindung
• 1956: Erstes transatlantisches Telefonkabel TAT-1 mit 36 Kanälen
• 1948: Mobiltelefon
• Oliver Heaviside, James Clerk Maxwell und Heinrich Hertz legten die Grundlagen der Radiowellen.

Satelliten

• 1957: Sputnik
• 1960: Echo (passiver Kommunikationssatellit)
• 1962: Telstar
• 1963: Syncom 2
• 1965: Intelsat 1

Transporttechnik und Medizin

Die Lokomotive

Beim Wettbewerb von Rainhill (1829) setzte sich die Lokomotive "Rocket" von George Stephenson durch. Weitere Teilnehmer waren "Sans Pareil" von Timothy Hackworth und die Neuheit von John Ericsson.

Medizinische Fortschritte

• Joseph Lister: Asepsis und Antisepsis
• Paul Ehrlich: Chemotherapie, Behandlung der Syphilis
• 1895: Radiologie
• 1820: Stethoskop
• 1952: Charles Hufnagel, künstliche Aortenklappe
• 1953: John Gibbon, Herz-Lungen-Maschine (extrakorporaler Oxygenator)
• 1960: Dwight Harken, Aortenkugelklappe
• 1954: Walton Lillehei, externer Herzschrittmacher; 1958: Earl Bakken und Rune Elmqvist sowie Åke Senning, implantierbarer Herzschrittmacher

Kulturtechnik: Druck und Fotografie

Buchdruck und Presse

Johannes Gutenberg entwickelte die Druckpresse. Ab 1631 erschien die Gazette de France, 1660 die Gaceta de Madrid.

Fotografie

• 1826: Joseph Nicéphore Niépce, erste Fotografie
• 1840: Louis Jacques Daguerre, Daguerreotypie
• 1841: William Henry Fox Talbot, Negativ-Positiv-Verfahren
• 1888: George Eastman, Kodak
• 1937: Edwin Land, Polaroid