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Ernst Mach

Ernst Mach (* 18. Februar 1838 in Chirlitz-Turas (tschech. Chrlice), Mähren, Kaiserreich Österreich, heute ein Stadtteil von Brünn, Tschechien; † 19. Februar 1916 in Haar (bei München) war ein Physiker, Philosoph und Wissenschaftstheoretiker.

Er ist heute vor allem durch die nach ihm benannte Mach-Zahl, die die Geschwindigkeit im Verhältnis zur Schallgeschwindigkeit beschreibt, bekannt. Neben der Physik hat er sich stark mit der Philosophie beschäftigt. So gilt er als einer der einflussreichsten Vertreter oder sogar als Mitbegründer des Empiriokritizismus. Im Bereich der Psychologie hat er sich als Wegbereiter der Gestaltpsychologie bzw. Gestalttheorie einen Namen gemacht.

Inhaltsverzeichnis

Leben und Werk

Denkmal im Wiener Rathauspark

Herkunft und Bildung

Machs Familie gehörte der deutschsprachigen Minderheit in Mähren an. Sein Vater Johann Mach war erst Hauslehrer und nach dem Erwerb eines Guts in Untersiebenbrunn Bauer. Weitere Vorfahren der väterlichen Linie waren Kleinbauern und Weber. Die mütterliche Linie bestand aus Ärzten, Anwälten und Offizieren.

Ernst Mach wurde 1838 in Chrlice geboren und im Nachbarort Tuřany (Turas) getauft. Seine Schulbildung bestand bis zum 15. Lebensjahr im Wesentlichen aus dem Unterricht durch seine Eltern. Auch in der Landarbeit wurde er von diesen unterwiesen. Außerdem absolvierte er eine Tischlerlehre. Nachdem er früher schon einmal kurz das Stiftsgymnasium Seitenstetten besucht hatte, ging er ab 1853 auf das Kremsier (Komeritz) Piaristen-Gymnasium und erlangte dort nach zwei Jahren die Matura.

Mach studierte ab Herbst 1855 Mathematik und Naturwissenschaften an der Universität Wien und schloss 1860 mit einer Dissertation mit dem Titel Über elektrische Ladungen und Induktion bei Andreas von Ettingshausen ab.

Akademische Karriere

Im folgenden Jahr habilitierte Mach und wirkte dann als Privatdozent. Er bewarb sich um die Professur seines erkrankten Doktorvaters, die ihm jedoch nicht zugesprochen wurde. Daraufhin nahm Mach eine Stelle als Mathematikprofessor an der Universität Graz an. Er blieb dort bis Sommer 1867, wobei er ab 1866 als Ordinarius für Physik tätig war. Zum Wintersemester 1867/68 erreichte ihn der Ruf der Karl-Ferdinands-Universität in Prag, wo er zugleich auch Direktor des physikalischen Instituts werden sollte. Er blieb dort bis zum Jahre 1895. 1872/73 wurde er Dekan der Philosophischen Fakultät und in den Jahren 1879/80 sowie 1883/84 sogar Rektor der Universität. In diese Zeit fiel auch die Teilung der Universität (1882), in deren Umfeld Mach eine liberale Haltung einnahm, obwohl er zur Einheitsfront der deutschen Minderheit in Böhmen und Mähren gehörte. Auch pflegte er gerade zu dieser Zeit demonstrativ einen freundschaftlichen Briefwechsel mit dem tschechischen Physiker August Seydler. Seine politische Einstellung und Geisteshaltung verzögerten seinen Ruf nach Wien um einige Jahre. Er wurde auch nicht als Physiker berufen, sondern auf die neugeschaffene Professur für „Philosophie, insbesondere Geschichte der induktiven Wissenschaften“. Hier hatte Mach eine sehr produktive Phase, in der er Vorlesungen und frühere Bücher überarbeitete und viel Neues veröffentlichte.

Politische Einstellung

Wie sich schon in den Auseinandersetzungen um die Teilung der Universität zeigte, hatte Mach von seinem Elternhaus eine tief liberale und humanistische Einstellung mitbekommen. Später kehrte er sich, gänzlich unüblich für seinen Stand und die Zeit, der Sozialdemokratie zu und war ein guter Freund des Vorsitzenden der österreichischen Sozialdemokraten, Viktor Adler. Berühmt wurde auch sein Kommentar „Die Wiener haben wie die Trottel gewählt. Überall haben die Pfaffen gegen die Sozialdemokraten gewonnen.“, welchen er anlässlich der österreichischen Parlamentswahlen im Jahr 1897 von sich gab. Außerdem hatte er eine als atheistisch oder besser agnostisch zu bezeichnende Geisteshaltung.

Lebensabend

Ende des 19. Jahrhunderts begann die „Arbeitswut“ Ernst Machs nach einem Schlaganfall im Sommer 1898 nachzulassen. Er wurde zwar nie ein Anhänger der Relativitätstheorie, die ihm zu exotisch (auch weil sinnlich nicht direkt erfahrbar) schien, doch seinem heute fast unbekannten, sehr großen Einfluss in Wissenschaft und Öffentlichkeit ist es mit zu verdanken, dass gerade in Wien und Österreich viele und wichtige Forschungsprojekte durchgeführt wurden. Das Elektron und das Quant waren für Mach ideale, da messbare und dimensionierte, Objekte der physikalischen Forschung, die so den beschreibenden und reduktionistischen Anspruch Machs an die Physik voll erfüllten. 1913 zog er zu seinem ältesten Sohn Ludwig nach Vaterstetten bei München. Dort starb er am 19. Februar 1916. In einem Nachruf fasste Einstein 1916 in der Physikalischen Zeitschrift Machs Geisteshaltung jener Zeit zusammen:

„Mach war seiner geistigen Entwicklung nach nicht ein Philosoph, der sich die Naturwissenschaften als Objekt seiner Spekulationen wählte, sondern ein vielseitig interessierter, emsiger Naturforscher, dem die Erforschung auch abseits vom Brennpunkt des allgemeinen Interesses gelegener Detailfragen sichtlich Vergnügen machte.“ [1]


Ernst Machs Grab befindet sich auf dem Münchner Nordfriedhof.

Wissenschaftliche Leistungen

Neben der Physik forschte Mach auch in der Psychologie (genauer Sinnespsychologie), der Philosophie, Methodologie und der Geschichte. Die meisten seiner Werke entstanden in seiner Prager Zeit, darunter seine bedeutendsten Werke zur Physik und zur Sinnespsychologie. Außerdem begann er hier sich mit Fragen der Erkenntnistheorie und der Geschichte der Physik zu beschäftigen. Wichtige Forschungsgebiete Machs waren:

Dopplereffekt

Bereits direkt nach seinem Studium bestätigte Mach den Dopplereffekt experimentell und beendete damit die Debatte um die Richtigkeit der Theorie. In diesem Zusammenhang schlug er Kirchhoff vor, auch die Relativbewegung von Fixsternen spektroskopisch zu bestimmen. Allerdings versickerten diese Bemühungen und wurden erst Jahrzehnte später von Pickering und Vogel umgesetzt.

„Arbeiten über Erscheinungen an fliegenden Projektilen“

Im Sommer 1886 gelang es Mach erstmals, mittels der von Toepler entwickelten Schlierenfotografie und Momentografie Verdichtungskegel aus Luft vor Projektilen sichtbar zu machen. Damit bestätigte Mach experimentell Theorien des Ballistikers Louis Melsen. Er experimentierte im Anschluss auch mit größeren Kalibern, dies allerdings nicht mehr in seinem Institut, sondern auf dem Schießplatz der Firma Krupp und in der kaiserlichen und königlichen Marineakademie von Fiume. Zur Verbesserung der Messung entwickelte er zusammen mit seinem Sohn Ludwig Mach, der ihm als Assistent diente, das Mach-Zehnder-Interferometer. Aus den damit gewonnenen Daten konnte Mach zeigen, dass die Stoßwelle um das bis zu 50-fache verdichtet wird. Auch belegte er die Existenz einer Schwanzwelle hinter dem Projektil neben der Kopfwelle vor dem Projektil. Spätestens mit der „Umkehrung“ des Versuchs im Jahre 1889/90, d. h. durch die Idee, Luft auf ein stillstehendes Projektil zu blasen, schuf Mach so die Grundlagen der Gasdynamik, welche dann von Ludwig Prandtl weiterentwickelt wurde. Die Bedeutung dieser Forschungsergebnisse zeigt sich nicht zuletzt in den noch heute gebräuchlichen Worten Machscher Kegel, Mach-Zahl und Machwelle. Die militärischen Aspekte dieser Forschung beunruhigten Mach, worauf er in vielen Vorträgen hinwies.

Kritik an der Newtonschen Mechanik

Mach hinterfragte intensiv vom positivistischen und empiristischen Standpunkt aus die Grundlagen der Newtonschen Mechanik und stieß dabei auf Fragen, die er mittels des Machschen Prinzips zu lösen versuchte. Dies führt dazu, dass einige Mach als Wegbereiter der Allgemeinen Relativitätstheorie sehen. Auch Einstein selbst bezeichnete sich anfangs als „Schüler“ Machs, distanzierte sich allerdings später von dessen philosophischen Ansichten. Im Zuge dessen entstanden viele bekannte Bücher, u. a. das wohl bekannteste Buch „Mechanik“. Hier spricht er, entgegen dem Zeitgeist, der Mechanik ihre universelle Gültigkeit ab und versucht, die Mechanik konsequent auf Beobachtungen zurückzuführen. So formulierte er das Trägheitsgesetz in seinem Machschen Prinzip um:

„Statt nun einen bewegten Körper auf den Raum (auf ein Koordinatensystem) zu beziehen, wollen wir direkt sein Verhalten zu den Körpern des Weltraumes betrachten, durch welches jenes Koordinatensystem allein bestimmt werden kann. Voneinander sehr entfernte Körper, welche in bezug auf andere ferne festliegende Körper sich mit konstanter Richtung und Geschwindigkeit bewegen, ändern ihre gegenseitige Entfernung der Zeit proportional […] Die eben angestellten Betrachtungen zeigen, daß wir nicht nötig haben, das Trägheitsgesetz auf einen besonderen absoluten Raum zu beziehen. Vielmehr erkennen wir, daß sowohl jene Massen, welche nach der gewöhnlichen Ausdrucksweise Kräfte aufeinander ausüben, als auch jene, welche keine ausüben, zueinander in gleichartigen Beschleunigungsbeziehungen stehen, und zwar kann man alle Massen als untereinander in Beziehung bestehend betrachten […] auch ich erwarte, daß astronomische Beobachtungen zunächst nur sehr unscheinbare Korrektionen notwendig machen werden, so halte ich es doch für möglich, daß der Trägheitssatz in seiner einfachen Newtonschen Form für uns Menschen nur örtliche und zeitliche Bedeutung hat.“

Sinnespsychologie und Philosophie

Als glühender Anhänger der Aufklärung und entschiedener Gegner jeder Form der Metaphysik plädierte Mach für eine methodische Denkökonomie, worunter er eine größtmögliche Sparsamkeit in begrifflicher und spekulativer Hinsicht versteht. Naturerkenntnis hat ihr Fundament in der Erfahrung – entweder direkt über Sinneseindrücke oder über Messinstrumente vermittelt. Er ist daher als Empirist anzusehen. Des Weiteren wird Mach als Vertreter des Positivismus gesehen. Für Mach bedeutete der Positivismus im wesentlichen folgendes[2]:

  1. Die Quelle aller menschlichen Erkenntnis ist das „Gegebene“.
  2. Gegeben ist nur eine Mannigfaltigkeit von Sinneseindrücken (Empfindungen).
  3. Nicht gegeben ist alles, was zusätzlich zu den Inhalten der sinnlichen Wahrnehmung die „Welt“ konstituiert.
  4. Die Unterscheidung zwischen Ich und Welt ist haltlos.
  5. Es gibt keine metaphysische Erkenntnis über außersinnliche Realität.

In der Psychologie profilierte sich Mach durch die These, dass der Mensch immer den ökonomischsten Wahrnehmungsprozess auswähle.

Alles menschliche Handeln und Trachten ist vom Verlangen nach Selbsterhaltung bestimmt. Durch die Ausbildung der höheren intellektuellen Funktionen werden gerade jene angeborenen Eigenschaften und Reflexe ersetzt, die den niederen Organismen ihr Dasein ermöglichen.

In der Wissenschaftstheorie verstand er die Wissenschaften als Mittel, die Welt und die Empfindungen der Menschen möglichst einfach und neutral zu beschreiben. Außerdem verlangte er als Leitbild der Wissenschaft einen Reduktionismus ohne Kompromisse. Aus diesem Grunde sah er als eigentliche Grundlage eines aufgeklärten Weltverständnisses die Physik und die Psychologie an. Theorien seien, ähnlich wie psychologische, nur mathematisch organisierte Naturbeschreibungen. Diskussionen über den Wahrheitsgehalt von Theorien seien daher überflüssig. Allein der Nutzen sei relevant. Wahrheit existiere nicht für sich, sondern als eine temporäre Diskussions-Wahrheit, die nach evolutionären Gesetzen zustandekommt: Nur die stärksten, also ökonomischsten und empirisch klarsten Ideen, setzen sich durch.

Siehe auch: Machsche Streifen (1865)

Mach und Skinner

Die Details der Beziehung zwischen Mach und Loeb sowie zwischen ihnen und den späteren Behavioristen in den Vereinigten Staaten sind einladende Forschungsthemen. Die Arbeit eines der wichtigsten Psychologen der jüngsten Vergangenheit, Burrhus F. Skinner, wurde von Mach stark beeinflusst. Geboren 1904, war dieser bis zu seinem Tod im Jahre 1990 ohne Zweifel der direkteste selbsternannte Schüler Machs unter den in Amerika geborenen Wissenschaftlern dieses Jahrhunderts. Wie er in seiner Autobiographie, The Shaping of a Behaviorist, feststellt, erinnerte er sich lediglich an zwei wissenschaftliche Bücher, die er als Student gelesen hatte: Loebs Comparative Physiology of the Brain and Comparative Psychology und The Organism as a Whole, mit ihrem weitgehend positivistischen Ansatz für die Verhaltensforschung bei Tieren. Als Skinner für die Arbeit an seiner Doktorarbeit 1928 an die Harvard Universität kam, war sein Doktorvater, in dessen Laboratorium er fünf Jahre arbeiten sollte, der Physiologe William John Crozier. Es ist kein Zufall, dass Croziers eigener Lehrer Jacques Loeb gewesen war. Es war „diese ultra-positivistische Form der Loebschen Biologie, die Skinner in Harvard kennenlernte“.

Bevor Skinner jedoch bereit war, sich für sein Forschungsthema oder für Croziers Laboratorium zu entscheiden, zu jener Zeit, als er noch seine Vorbereitungskurse in Harvard besuchte, erhielt er einen weiteren Anstoß in diese Richtung, als er bei George Sarton – der sich selbst als Duhemschen Positivisten betrachtete – und dem Physiologen Lawrence J. Henderson eine Vorlesungsreihe über Wissenschaftsgeschichte besuchte. Für diese Vorlesungsreihe musste Skinner Machs Mechanik lesen. Dies übte einen nachhaltigen Einfluss auf ihn aus. In einem Interview vom Juni 1988 erklärte Skinner kategorisch: „Ich war durch George Sartons Vorlesung von Mach vollkommen beeinflusst und kaufte rasch Machs Bücher Die Mechanik und Erkenntnis und Irrtum. Meine Doktorarbeit wurde unter dem Titel ‚The Concept of the Reflex in the Description of Behavior‘ veröffentlicht.“ In diesem Interview teilte er mir vergnügt mit, dass einer seiner Studienkollegen in Croziers Laboratorium der Experimentalbiologe Gregory Pincus, der später die sogenannte Antibabypille entwickelte, gewesen war. Dadurch, sagte Skinner, „arbeitete“, unter Croziers Anleitung „Pincus an der Kontrolle über die Biologie, während ich selbst an der Kontrolle über das Verhalten arbeitete“.

Bei der Lektüre von Mach war Skinner insbesondere beeindruckt von der Idee, dass wissenschaftliche Konzepte obskurantistische Spuren ihrer früheren Versionen in sich tragen; die Aufgabe der gegenwärtigen Anhänger war, so glaubten beide, sie aus dem Griff der „metaphysischen Obskuritäten“, wie Mach sie genannt hatte, zu befreien. Während der Arbeit an seiner Doktorarbeit fand der junge Skinner einen Weg, den Machschen Standpunkt für die Klärung von Begriffen wie dem „Reflex“ intakter Organismen anzuwenden, einem Begriff, den er für die Psychologie als ebenso grundlegend betrachtete wie, sagen wir, die Masse für die Physik. Wie Skinner sich erinnerte, „verfolgte er eine streng Machsche Linie, in der das Verhalten als Stoff, der selbst eine Funktion von Variablen der Umwelt ohne Bezug auf einen Verstand oder ein Nervensystem ist, analysiert wurde.“ Dies war „die Linie, die Jacques Loeb … eingeschlagen hatte.“ In dieser radikal empiristischen Form reduzierte sich die Verhaltensforschung für Skinner zunächst auf die Beobachtung der Bewegung des Fußes einer Ratte unter Nahrungsentzug, die einen kleinen Hebel in einer Versuchsbox von standardisierter Größe niederdrückt. Die Erklärung wurde auf die Beschreibung reduziert, die Kausalität auf die Vorstellung der Funktion, und das Hauptziel war die Korrelation zwischen den beobachteten Ereignissen.

Skinners Doktorarbeit wird noch heute im Archiv der Harvard Universität aufbewahrt (und unterscheidet sich in einigen Details von den Teilen, die später publiziert wurden). Hier zählt Skinner freimütig auf, wem er sich intellektuell verpflichtet fühlt, beginnend mit „Der Leser wird mit einer Methode der Kritik wiedererkennen, zum ersten Mal von Ernst Mach für wissenschaftliche Begriffe formuliert wurde“; dann lenkt er die Aufmerksamkeit auf nur fünf Bücher: Machs Mechanik und Beiträge zur Analyse der Empfindungen, zwei Bücher von Henri Poincaré, und Percy W. Bridgmans kürzlich publiziertes Werk Logic of Modern Physics (1927). Skinners Dissertation war der Beginn einer Karriere, die ohne Umwege mehr als fünf Jahrzehnte in derselben Richtung verlief; der Kompass war durch seine ersten Kontakte mit Loebs und Machs Büchern fixiert worden.'

Wirkung und Nachwirkung

Rezeption

Die Auseinandersetzung mit diesen Ideen, die zu Anfang des 20. Jahrhunderts populär waren und oft diskutiert wurden, erfolgte in unterschiedlichen Kreisen. Max Planck beispielsweise kritisierte seine evolutionsbiologische Ideenlehre als metaphysische Spekulation. Mach wurde von Marxisten wie Lenin studiert, der in seinem Werk „Materialismus und Empiriokritizismus“ die philosophischen Ideen Machs einer fundamentalen Kritik unterzog, indem er u. a. solipsistische Implikationen von Machs Theorie behauptete. Die Rezeption von Machs Beiträgen zur Analyse der Empfindungen durch Christian von Ehrenfels führte zur Ausformulierung der Gestalttheorie. Der Wiener Kreis (vormals Ernst-Mach-Gesellschaft) mit u. a. Rudolf Carnap, Kurt Gödel stützte sich neben Ludwig Wittgenstein auch auf Mach. Aber auch Literaten wie Hugo von Hofmannsthal und Robert Musil – der sogar über Mach promovierte – und auch Albert Einstein erkannten seine Bedeutung.

Namensgeber

Im Jahre 1970 wurde ein Mondkrater nach Ernst Mach benannt (Krater Mach). Das 1972 eröffnete Ernst-Mach-Gymnasium in Haar trägt seinen Namen, sowie seit 2004 das 1961 gegründete Ernst-Mach-Gymnasium in Hürth, weiterhin das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut (EMI), Freiburg und Efringen-Kirchen.

Ehrenmitgliedschaften

Ernst Mach ist seit 1885 Ehrenmitglied der Prager Universitäts-Sängerschaft „Barden“ (heute zu München), der damaligen Haus-Korporation der Prager Universität.

Wichtigste Werke

Siehe auch

Literatur

Brno 2OO7, ISBN 8O-9O3476-3-O

Referenzen

  1. Karl von Meÿenn: Die Großen Physiker Von Maxwell bis Gell-Mann. C.H.Beck., 1997, ISBN 3406411495
  2. http://www.philosophenlexikon.de/mach.htm (28. Februar 2006)
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Personendaten
Mach, Ernst
Physiker und Philosoph
18. Februar 1838
Tuřany (Turas) bei Brünn
19. Februar 1916
Haar