100. Todestag von Ernst Mach : Mit Überschall in die moderne Naturwissenschaft

Vor 100 Jahren starb der Physiker und Philosoph Ernst Mach. Er erforschte den Doppler-Effekt, fotografierte fliegende Gewehrprojektile und inspirierte Albert Einstein.

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Ernst Mach (1838 bis 1916). Die Aufnahme entstand um 1900.
Ernst Mach (1838 bis 1916). Die Aufnahme entstand um 1900.Foto: Wikipedia

Mach 1, Mach 2 – das sind Begriffe, die heute fast jeder kennt und die das Verhältnis von der Geschwindigkeit eines Objekts zur Schallgeschwindigkeit bezeichnen. Zum Beispiel bei einem Düsenjäger. Sie gehen zurück auf den österreichischen Physiker Ernst Mach. Dieser hatte sich um 1880 mit der Frage beschäftigt, ob Projektile von hoher Geschwindigkeit Massen von verdichteter Luft vor sich herführen. Nach Verbesserungen der damaligen stroboskopischen Verfahren und der Entwicklung der Kurzzeitfotografie gelangen Mach erstmals Fotografien von fliegenden Gewehrprojektilen. Vor Geschossen mit Überschallgeschwindigkeit fand er eine charakteristische Verdichtungszone, die heute als „Machscher Kegel“ bezeichnet wird. Darüber hinaus gewann Mach mit seinen Experimenten zahlreiche Informationen über die Strömungsfelder schnell fliegender Projektile und anderer Überschallphänomene, die ihn zum Pionier der modernen Gasdynamik machen.

Vor 100 Jahren, am 19. Februar 1916, starb Ernst Mach im Haus seines ältesten Sohnes Ludwig in Vaterstetten bei München. Er hatte nicht nur die Physik maßgeblich vorangebracht, sondern sich auch als Philosoph und Wissenschaftstheoretiker einen Namen gemacht.

Er entdeckte ein Sinnesorgan für Drehbewegungen

Geboren wurde er am 18. Februar 1838 im mährischen Dorf Chirlitz. Dort erhielt er zunächst Privatunterricht von seinem Vater, später ließ er sich auch als Kunsttischler ausbilden. Es folgte ein Studium der Mathematik und Naturwissenschaften an der Universität Wien. Kurz nach seiner Promotion (1860) griff er in die Diskussionen um die Gültigkeit des gerade entdeckten Doppler-Effekts ein. In brillanten Laborexperimenten bewies er, dass die Doppler’sche Formel für die akustische Tonhöhenänderung korrekt war.

Als ideenreicher Experimentator zeigte sich Mach auch bei seinen sinnesphysiologischen Studien. So entdeckte er, dass der Mensch nur für beschleunigte, nicht aber für gleichmäßige Drehbewegungen ein Sinnesorgan besitzt, das er in den Bogengängen des Innenohrs lokalisierte.

Mach hatte seine sinnesphysiologischen Forschungen zu einer allgemeinen Sinneslehre zusammenzufassen versucht, in die er neben den Ergebnissen seiner fachwissenschaftlichen Forschungen eine Fülle erkenntnistheoretischer und philosophischer Überlegungen einbrachte. Sein 1886 erschienenes Buch „Beiträge zur Analyse der Empfindungen“ ist so auch ein Schlüsseldokument für seine zunehmende philosophische und erkenntnistheoretische Profilierung. Sie führte schließlich zur Berufung auf einen eigens für ihn geschaffenen Philosophie-Lehrstuhl in Wien.

Er begeisterte die Wiener Bohème ebenso wie den jungen Einstein

Auch wenn ein Schlaganfall 1898 ihn schon bald einschränkte, erlangte Mach in seinen letzten beiden Lebensjahrzehnten eine Öffentlichkeit, die ihn nicht nur als Physiker bei Fachkollegen, sondern in breiten Intellektuellenkreisen populär machten. Man sah in ihm einen Mann, der gestützt auf die damals unangefochtene Autorität der Naturwissenschaften wie kein zweiter imstande war, der Fin-de-Siècle-Stimmung der Wiener Intelligenz einen verständlichen Ausdruck zu geben – und zwar für alle ihre Schichten, von der literarischen Bohème bis zu den Ingenieuren und Technikern.

Zu den Bewunderern gehörte auch der junge Einstein. Begeistert studierte er Machs historisch-kritische „Geschichte der Mechanik“. Das „Machsche Prinzip“ gilt als Wegbereiter für die Allgemeine Relativitätstheorie. Es besagt, dass das Trägheitsverhalten von Massen auf die Masseverteilung im umgebenden Raum zurückzuführen sei. Daneben hat Mach auch die Entwicklung der zweiten großen physikalischen Theorie des 20. Jahrhunderts beeinflusst, die Quantentheorie. Sein erkenntnistheoretischer Grundsatz, dass nur „sinnlich Aufzeigbares“ beziehungsweise Messbares in den Naturwissenschaften einen Platz haben, wurde eines der zentralen Prinzipien bei der Formulierung der Quantenmechanik durch Werner Heisenberg und andere.

Sympathie für die Sozialdemokratie

All dies weist Mach als universellen Naturforscher aus, dem nach den Worten Einsteins „die Erforschung auch abseits vom Brennpunkte des allgemeinen Interesses gelegener Detailfragen sichtlich Vergnügen machte“.

Er gehört zu den Wegbereitern der modernen Naturwissenschaften, der zudem progressive politische Ansichten vertrat. Seine Sympathie für die österreichische Sozialdemokratie wie auch seine antiklerikalen Ansichten waren bekannt – und seiner akademischen Karriere keineswegs zuträglich.

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