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G. Sutsch, Astrophysiker, Sternwarte Alterswil.

      Der englische Naturforscher Isaac Newton (1643–1727) vollendete die Arbeit von Kepler durch seine Untersuchungen auf dem Gebiet der Gravitation. Er erkannte, dass zwei Massen, wie beispielsweise der Mond und die Erde oder die Sonne und die Erde, sich gegenseitig anziehen. Darauf aufbauend formulierte er das Gravitationsgesetz. Damit gelang ihm der Nachweis, dass die Keplerschen Gesetze unter Einbeziehung der Gravitation die exakte Berechnung der Bahnen der Planeten ermöglichen. Die Arbeiten Newtons bildeten zudem die Grundlage des breiten Gebiets der Mechanik, die erst durch die Arbeiten von Albert Einstein im 20. Jahrhundert leicht modifiziert wurden.

      Weite Teile der damaligen Wissenschaft anerkannten diese Forschungsergebnisse und somit auch das heliozentrische System. Die katholische Kirche konnte die Verfechter der neuen Weltsicht nicht mehr länger der Häresie bezichtigen. Sie hüllte sich diesem Thema gegenüber in Schweigen, gestand ihren Irrtum jedoch nie öffentlich ein. Papst Johannes Paul II. rehabilitierte Galilei zwar, sagte aber gleichzeitig, dass die Richter damals in gutem Glauben gehandelt hätten.

      Die naturwissenschaftliche Forschung konnte seit Beginn des 17. Jahrhunderts ohne Bevormundung durch die katholische Kirche frei wirken. Insbesondere die Gebiete Astronomie, Physik und Heilkunde wurden zu wichtigen Lehr- und Forschungsgebieten an Universitäten und anderen Bildungsstätten. Bedeutende Universitäten in Europa waren damals Salamanca, Paris, Bologna und Oxford. Weitere folgten fast flächendeckend über den ganzen Kontinent. Naturbeobachtungen und mathematische Berechnungen führten zu bedeutenden Erkenntnissen und zu Entdeckungen allgemein gültiger Naturgesetze. Daraus wiederum resultierten bahnbrechende Erfindungen.

ERSTE TURMUHREN MESSEN DIE ZEIT

      Noch bis zu Beginn des 18. Jahrhunderts waren die meisten arbeitsfähigen Menschen in der Landwirtschaft und in ortsansässigen Handwerksbetrieben beschäftigt. Der Warenaustausch erfolgte kleinräumig zu Fuß oder mit Pferdewagen. Zwischen Städten, die an Flüssen lagen, erfolgte dieser mit Booten.

      Die Muskelkraft der Menschen und Tiere lieferte die notwendige Energie zur Verrichtung dieser täglichen Arbeiten. Das Pferd, damals das wichtigste Arbeitstier, war für die Besitzenden sehr wertvoll und wurde so eingesetzt, dass es gesund und kräftig blieb. Ruhepausen waren Pflicht und so war auch der Arbeitsalltag ohne große Hektik. Früh genutzt wurden die Wasser- und die Windkraft. Windmühlen und Wasserräder trieben die Getreidemühlen an und Segelschiffe fuhren auf den großen Seen und Weltmeeren. Mit Ausnahme dieser Schiffe hielt sich die Mobilität der Menschen in engen Grenzen. Das Leben orientierte sich am Entstehen und Vergehen aller Dinge. Die Menschen erlebten Tag und Nacht, Vollmond und Neumond, den morgendlichen Aufgang und den abendlichen Untergang der Sonne, den Jahreszyklus mit Frühling, Sommer, Herbst und Winter und die Geburt und den Tod in der Natur. So entstand auch das Bedürfnis, den Tagesablauf zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang zeitlich einzuteilen und zu messen. Bereits in der Antike wurden Sonnenuhren gebaut, die es erlaubten, den «Sonnentag» in Zeitintervalle einzuteilen.

      Mit der Entstehung der Städte als Markt- und Begegnungszentren wurden Turmuhren gebaut, die den Menschen die Tageszeit übermittelten. So wissen wir, dass in London im Jahr 1288 am Turm der Westminster Abbey eine Uhr angebracht wurde. In Bern entstand 1405 der Zytglogge-Turm mit einer ersten Uhr. Um circa 1530 vollendete der Waffenschlosser Kaspar Brunner diesen Uhrturm zum monumentalen Zytglogge-Turm, der noch heute eine große Attraktion für Touristinnen und Touristen darstellt.

      Zytglogge-Turm in Bern, privates Foto.

      Diese Uhren waren nicht sehr genau. Sie bestanden in der Regel aus einem Räderwerk, das über eine Walze mit einem Gewichtszug angetrieben wurde. Der sogenannte Foliot-Regler bestimmte die Ganggeschwindigkeit. Dieser Regler bestand aus einem waagrechten Balken, der auf- und ab schwang und dadurch ein Zahnrad bewegte. Die Uhren wurden so geregelt, dass die Uhrzeiger bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang jeweils auf 6 Uhr standen. Somit war die Dauer einer Stunde im Sommer am Tage wesentlich länger als im Winter. Von den Städten wurden Zeitregler mit der Uhreneinstellung beauftragt. So hatten zum Beispiel die Zähringerstädte Bern, Freiburg, Burgdorf und Thun Turmuhren, die unterschiedliche lokale Uhrzeiten anzeigten. Dies spielte damals keine Rolle, denn wollte zum Beispiel ein Marktfahrer aus Thun in Bern seine Waren anbieten, dann brauchte er Stunden für den Weg. Wenn er um 6 Uhr in Thun abfuhr, um etwa um 10 Uhr in Bern anzukommen, spielten die leicht unterschiedlichen Uhrzeiten der beiden Städte keine große Rolle.

      Sonnenuhr von Friedrich Wilhelm Kleukens am Hochzeitsturm in Darmstadt, gebaut im Jahre 1908.

      Die damalige Wissenschaft interessierte sich neben der Astronomie und der Pflanzenheilkunde insbesondere für die Bewegung von Körpern im Raum. Bereits für Euklid war klar, dass jeder Punkt im gesamten Weltraum durch drei Koordinaten örtlich bestimmt werden kann. Mathematisch gesprochen mit den jeweiligen Abschnitten auf der x-, y- und z-Achse und dass diese Achsen, als unendlich lange Geraden, den euklidischen Raum bilden. Galileo Galilei interessierte sich nicht nur für Astronomie, sondern auch für den freien Fall von Körpern. So studierte er am schiefen Turm von Pisa die Fallgeschwindigkeit von Steinen in Abhängigkeit zur Fallhöhe und konnte dadurch eine gültige Formel zur Berechnung des freien Falls formulieren.

      Ebenfalls stellte er fest, dass ein Pendel, hergestellt durch die Befestigung eines Steins an einer Schnur, zum Schwingen angeregt werden kann und dass die Schwingungsdauer nur von der Länge des Pendels abhängt und der Schwingungsausschlag keinen Einfluss hat. Der niederländische Physiker Christiaan Huygens (1629–1695) erforschte die Schwingeigenschaften des Pendels weiter und erkannte, wie sich das Pendel zum Bau von genaueren Uhrwerken nutzen lässt. Im Jahre 1657 schuf er eine erste Uhr mit dem Pendel als Gangregler.

      Dies führte dazu, dass bei den meisten Turmuhren die Foliot-Regler durch Pendel ersetzt wurden. Die Zytglogge-Uhr wurde im Jahre 1670 umgerüstet. Am Pendel hängt seither eine Kugel mit einer Masse von 149 Kilogramm.

VON DER DAMPFMASCHINE ZUR EISENBAHN

      Wasser als Grundlage und Voraussetzung für das Leben auf unserem Planeten spielte im Alltag der Menschen immer eine zentrale Rolle. Auch die Wissenschaft interessierte sich schon früh für dieses wichtige «Element», wie sie es nannte, und fand Erklärungen für verschiedene Phänomene. So erkannten Wissenschaftler, dass Wasser ab einer bestimmten Temperatur gefriert. Zudem konnten sie erklären, weshalb ein Gewässer wie ein See nur an der Oberfläche gefriert, sodass sich die Fische darunter frei bewegen können. Wasser besitzt die ungewöhnliche Eigenschaft, dass seine Dichte beim Abkühlen nicht linear größer wird, sondern dass es die größte Dichte etwas über dem Gefrierpunkt bei 4 Grad Celsius hat. Da bei dieser Temperatur das Gewicht pro Volumeneinheit am größten ist, sinkt es in einem See ab und somit gefriert das Wasser unter der Eisdecke nicht. Ebenfalls untersuchten die Forscher das Verhalten von Wasser beim Erhitzen und erkannten, dass dieses ab einer gewissen Hitze zu verdampfen beginnt. Bei diesem Vorgang dehnt sich das Wasser aus, da die Dichte erheblich abnimmt. In einem geschlossenen, mit Wasser gefüllten Gefäß entsteht so ein Überdruck, der das Gefäß zum Explodieren bringen kann. Diese Erkenntnisse führten James Watt (1736–1819) dazu, den Dampfdruck als Antrieb für eine Maschine zu nutzen. Im Jahre 1769 entstand der erste Prototyp einer Dampfmaschine, die mit Kohle geheizt wurde. Bald wurden diese «Kraftmaschinen» zum Antrieb der Produktionsmaschinen in Industriebetrieben eingesetzt. In dieser Zeit entstanden auch die ersten Bahnanlagen. Insbesondere im Bergbau wurden Schienen aus Holz und später aus Gusseisen verlegt, um insbesondere Kohle auf pferdegezogenen Wagen zu transportieren.

      Erste Dampfmaschine, entwickelt von James Watt.

      Der Engländer George Stephenson (1781–1848) erkannte, dass die Dampfmaschine diese Pferdegespanne

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