Das neue Buch der verrückten Experimente

verbreiten, kein Waschmittel gewachsen war.

Man mag das für unwichtige Details halten, schließlich geht es ums Resultat, doch für mich sind sie die Seele der Wissenschaft: die Sackgassen und Umwege, die glücklichen und unglücklichen Zufälle, über die in der Publikation nichts steht. Sie vermitteln mehr über das Wesen wissenschaftlicher Forschung als die Reden der Nobelpreisträger.

Bei einigen Experimenten in diesem Buch ist denn auch der Weg interessanter als das Ziel. Als James Glasheen untersuchen wollte, wie die Jesusechse übers Wasser geht, war sein größtes Problem, die Echsen in Costa Rica aufzutreiben. Und bei den Warteschlangenexperimenten von Stanley Milgram überraschte nicht so sehr das Ergebnis, sondern die panische Angst seiner Studenten bei ihrer Durchführung.

Oft gestalten sich die Nachforschungen zu den Experimenten wie eine Schatzsuche: Von einer kleinen Notiz in einem vergilbten Buch, über verschiedene Datenbanken und Bibliothekskataloge zur ursprünglichen Facharbeit und von dort nach mehreren Telefonanrufen zu einem pensionierten Forscher, der darüber staunt, dass sich noch jemand für sein Experiment interessiert.

Wenn es nach mir geht, werde ich diese befriedigende Arbeit noch lange weiterführen.

Zürich, im März 2009 Reto U. Schneider Der leere Raum im Bierfass Im Mai 1991 bewegte sich ein seltsamer kleiner Konvoi von Magdeburg in Richtung Schweiz: ein Lieferwagen mit einem kleinen Hebekran, schweren Eisenketten, einer Vakuumpumpe und mehreren merkwürdigen Halbkugeln, die größten einen halben Meter im Durchmesser und 290 Kilogramm schwer. Zum Begleitpersonal des tonnenschweren Materials gehörten vier Schauspieler mit ihrem Gepäck: Gehröcken, Kniebundhosen, Schnallenschuhen, Perücken, Filzhüten und einem falschen Schnauzbart.

Der Anführer des Transports, Manfred Tröger, saß im Begleitwagen und hoffte, dass es in den nächsten Tagen keinen Regen geben würde. Nicht, dass er fürchtete, nass zu werden, vielmehr machte ihm der sinkende Luftdruck Sorgen, denn mit ihm verringerte sich auch die Chance für ein Gelingen des Experiments. Selbst bei Hochdruck war die Schweiz kein einfaches Terrain. Zürich, wohin die Reise führte, liegt 400 Meter über Meer, und der Luftdruck dort ist schon deshalb erheblich niedriger als an den meisten Orten Deutschlands, die Tröger und sein Trupp bereits aufgesucht hatten.

Manfred Tröger reiste in seiner Funktion als Geschäftsführer der Guericke-Gesellschaft von Magdeburg in die Schweiz. Er war eingeladen worden, an der Schweizer Forschungsausstellung "Heureka" in Zürich vorzuführen, was der gelehrte Magdeburger Bürgermeister Otto von Guericke bereits Mitte des 17. Jahrhunderts einem erlauchten Publikum demonstriert hatte.

Otto von Guericke wurde 1646 einer der vier Bürgermeister von Magdeburg. Im selben Jahr erfuhr der wissenschaftlich interessierte Politiker, der auch als Festungsbauingenieur gearbeitet hatte, vom Buch Principia philosophiae, in dem René Descartes die Existenz eines Vakuums bestritt. Der französische Gelehrte setzte Raum mit Materie gleich und folgerte daraus, dass überall, wo Raum sei, auch Materie sein müsse. Ein Raum ohne Materie - ein Vakuum - war unmöglich. Diese These hatte auch schon Aristoteles aufgestellt, indem er den horror vacui postulierte: die Abneigung der Natur gegen die Leere.

Guericke war das zu viel des Philosophierens. Warum nicht einfach überprüfen, ob es ein Vakuum gibt, indem man eines herzustellen versucht? Dieser aus heutiger Sicht naheliegende Gedanke war im 17. Jahrhundert nicht selbstverständlich. Einerseits hatte die katholische Kirche den Glauben an die Existenz des Vakuums als Ketzerei verdammt, andererseits hatte die Wissenschaft erst kurz zuvor Experimente als Mittel des Erkenntnisgewinns entdeckt. Die alten Griechen, auf die sich viele Gelehrte immer noch beriefen, hatten Experimente rundweg abgelehnt. Ihre Vermutungen über die Welt gründeten sich auf Beobachtungen und Überlegungen.

Guericke hingegen war ein Mann der Tat. Er dichtete ein Bierfass ab, füllte es mit Wasser und ließ es mit einer umgebauten Feuerspritze leer pumpen. Die Idee war bestechend einfach: Wenn das Wasser draußen ist, wird es "hinter sich im Fass einen von Luft leeren Raum zurücklassen", wie Guericke in seinem Buch Neue Magdeburger Versuche schrieb. Doch der Versuch verlief nicht nach Plan: Zuerst brachen Ösen und Schrauben, und Guericke musste das Fass verstärken, dann vermochten "drei starke Männer" das Wasser zwar herauszupumpen, aber ein zischendes Geräusch verriet, dass durch schmale Ritzen gleich wieder Luft in das Fass eindrang. Also tauchte Guericke das Fass ganz unter Wasser. Als er glaubte, alles Wasser aus dem Fass gepumpt zu haben, öffnete er es - und fand Wasser und Luft darin. Offenbar hatte das Wasser das Holz von außen nach innen durchdrungen und dabei auch noch Luftbläschen mitbefördert, die darin eingeschlossen waren.

Damit schied Holz für weitere Versuche definitiv aus.

Guericke ließ eine Kupferkugel herstellen, die aber beim ersten Versuch, sie auszupumpen, "mit einem lauten Knall und zu allgemeinem Schrecken so zusammengedrückt ward, wie man ein Leintuch in der Hand zerknüllt". Hatte Descartes doch recht? Herrschte in der Natur tatsächlich eine Furcht vor dem Vakuum? Guericke glaubte, dass eher ein nachlässiger Handwerker für die kaputte Kupferkugel verantwortlich sei. Mit einer dickwandigeren Kugel klappte es tatsächlich. "Es gibt in der Natur keine Scheu vor dem Leeren, sondern alle diesbezüglichen Erscheinungen werden durch die Schwere der umgebenden Luftmassen bedingt", schrieb Guericke.

Die Tatsache, dass Luft ein Gewicht hat, war zwar schon damals allgemein bekannt, doch die meisten Menschen machen sich bis heute keine Vorstellung davon, was das wirklich bedeutet. 1 Liter Luft wiegt etwa 1 Gramm. Die Luft in Ihrem Wohnzimmer dürfte also etwa 100 Kilogramm schwer sein. Das Gewicht der Luftsäule, die über jedem Quadratzentimeter Ihres Kopfes fast bis in den Weltraum reicht, beträgt ungefähr 1 Kilogramm. Auf einer Fläche von 10 mal 10 Zentimetern, die bequem auf Ihrem Kopf Platz findet, lasten also 100 Kilogramm Luft.

Wir leben auf dem Grund eines Ozeans aus Luft. Dass uns dessen enormes Gewicht nicht zerquetscht - wir merken noch nicht einmal etwas davon -, hat zwei Gründe: Erstens verhält sich Luft wie eine Flüssigkeit und übt von allen Seiten gleich hohen Druck aus; zweitens besteht der Körper des Menschen - bis auf wenige Stellen, die Luft enthalten - aus Stoffen, die nicht komprimierbar sind. Und bei den Stellen mit der Luft (zum Beispiel im Trommelfell) wird dafür gesorgt, dass innen und außen immer der gleiche Druck herrscht.

Guericke verbesserte seine Pumpe und fand dabei heraus, dass er die Luft auch direkt aus Gefäßen pumpen konnte. 1654 führte er einige seiner Versuche auf dem Reichstag zu Regensburg öffentlich vor. Wäre es dabei geblieben, so würde Manfred Tröger 350 Jahre später wohl kaum mit seiner Vakuum-Show durch die Lande tingeln. Richtig berühmt wurde Guericke nämlich erst mit einem Versuch, der zwar keine neue wissenschaftliche Erkenntnis erbrachte, der aber ein Schauspiel bot, wie man es noch nie erlebt hatte.

Es war dieser wahrscheinlich 1657 zum ersten Mal durchgeführte Versuch, der später auf Briefmarken und Geldnoten gedruckt wurde, der als Denkmal in Magdeburg steht und mit dem Tröger im Jahr 2006 auch in Nashville/Tennessee aufgetreten ist. Selbst im Firmenzeichen des Jeansherstellers Levi Strauss hinterließ das Experiment seine Spuren: In Anlehnung an zeitgenössische Darstellungen von Guerickes sensationellen Vorführungen zeigt es zwei Pferde im vergeblichen Bemühen, eine dieser unverwüstlichen "Levi's" zu zerreißen. Um das Gewicht der Luft spektakulär zu veranschaulichen, ließ Guericke zwei Halbkugeln von 39 Zentimeter Durchmesser aus Kupfer herstellen. "Wenn ich diese aufeinanderlege und die Luft auspumpe, werden sie vom Gewicht der äußeren Luft so kräftig zusammengepresst gehalten, dass sechs starke Männer sie nicht auseinanderzureißen vermögen", schrieb er. Als Nächstes spannte er seine vier Pferde vor - zwei auf jeder Seite - und ließ die Tiere ziehen. Nichts geschah. Guericke spannte acht Pferde an. Die rissen zwar die Lötungen ab und zerbrachen die Eisenringe, schafften es aber nicht, die Halbkugeln zu trennen.

Guericke ließ alles "doppelt so stark verfertigen" und zwölf Pferde ziehen, dann sechzehn. Erst jetzt gelang es hin und wieder, die Halbkugeln zu trennen. Guericke ließ noch größere Halbkugeln anfertigen (55 Zentimeter Durchmesser, 2 Zentimeter Wandstärke), an denen sich 24 Pferde vergeblich abmühten. Doch wenn ein Kind den Hahn an der einen Halbkugel öffnete, sodass Luft einströmen konnte, fiel die Kugel ohne weitere Kraftanstrengung auseinander.

Die bei den Experimenten verwendeten Magdeburger Halbkugeln sind heute im Deutschen Museum in München ausgestellt. Zum Gedenken des 250. Todestages von Guericke im Jahr 1936 gossen die Krupp-Werke zwei neue Halbkugelpaare aus Stahl, mit denen die Versuche in eben- diesem Jahr erstmals in neuerer Zeit wiederholt wurden.

Diese Halbkugeln lagen im Lieferwagen, als Manfred Tröger in Zürich ankam. Die Pferde für den Versuch stellte die Brauerei Hürlimann zur Verfügung. Die Schauspieler kleideten sich in historische Gewänder, einer klebte sich den Schnauzbart ins Gesicht: So ähnlich hatte Guericke ausgesehen. Die Halbkugeln wurden mit einer Gummidichtung dazwischen aufeinandergelegt und leer gepumpt. Mit der elektrischen Vakuumpumpe war hierzu gerade mal eine halbe Stunde erforderlich. Von Hand hatte das zu Guerickes Zeiten acht Stunden gedauert.

Nachdem die Pumpe 99 Prozent der Luft aus der Kugel entfernt hatte, wurden die Pferde angespannt, zuerst vier, dann acht, zwölf, schließlich sechzehn. Und als dann die Fuhrleute ihre Tiere - Brabanter, mächtige belgische Kaltblüter - antrieben, geschah es: Mit einem lauten Knall trennten sich die Halbkugeln. Die kraftvollen Pferde, die Höhenlage Zürichs, der niedrige Luftdruck hatten sich im Kampf gegen das Vakuum zusammengetan. "Zudem haben die Kutscher am Abend noch heimlich trainiert", sagt Tröger. Das Experiment war trotzdem nicht misslungen. Auch zu Guerickes Zeiten hatten die Pferde hin und wieder die Halbkugeln auseinanderreißen können. Guericke ging es ja gerade darum, zu zeigen, dass der Luftdruck zwar groß, aber nicht unendlich groß ist. Drei- bis sechsmal wird die Guericke-Show pro Jahr gebucht. In einer modernen Version versuchen dabei Motorschiffe die Kugeln auf dem Wasser auseinanderzureißen.

Spätere Experimente anderer Forscher bestätigten, dass es nicht das Vakuum war, das eine Saugkraft ausübte, wie man lange glaubte, sondern dass sich alle Effekte mit dem Gewicht der Atmosphäre erklären ließen.

Wer beispielsweise einen Strohhalm in ein mit Wasser gefülltes Glas steckt und dann an dem Halm saugt, zieht nicht das Wasser hoch, sondern senkt den Luftdruck im Strohhalm, worauf die Luft mit ihrem Gewicht das Wasser im Strohhalm empordrückt. Auch ein Staubsauger saugt nicht etwa Staub, wie sein Name vorgibt, sondern pumpt am Schlauchende Luft weg, was dort den Luftdruck senkt. Der Staub wird dann vom Gewicht der umgebenden Luft in den Schlauch gedrückt - auch wenn das unserer Intuition gründlich zuwiderläuft.

1747 Killer an Bord Am 20. Mai 1747 suchte sich der Schiffsarzt James Lind an Bord der "Salisbury" für ein Experiment ein Dutzend Männer aus, die "so ähnlich waren, wie ich sie zusammenbekommen konnte". Mit "ähnlich" meinte Lind "ähnlich krank": Allen zwölf faulte das Zahnfleisch, schmerzten die Gelenke, blutete spontan die Haut. Zudem waren sie schwach und apathisch - typische Anzeichen für Skorbut. Sie dürften deshalb wenig begeistert gewesen sein von Linds Plan, sie während der folgenden vierzehn Tage seltsamen Behandlungen auszusetzen. Die "Salisbury" war wie die anderen Schiffe der britischen Kanalflotte im Ärmelkanal im Einsatz. In der Enge des 45 Meter langen, mit 50 Kanonen bewaffneten Schiffs taten 350 Männer Dienst. Die Arbeit an Bord war hart und gefährlich, die hygienischen Verhältnisse waren prekär, die Quartiere kalt und feucht, die Verpflegung oft verdorben und mit Rattenkot durchsetzt. Auf der "Salisbury" gab es morgens üblicherweise gezuckerten, wässrigen Haferschleim zu essen, mittags häufig Hammelbrühe, sonst Wurst oder Teigauflauf, gekochten Zwieback mit Zucker, abends Graupen mit Rosinen, Reis mit Johannisbeeren, Sago mit Wein. Diese Mahlzeiten wurden zubereitet von einem Schiffskoch, dessen einzige Qualifikation häufig darin bestand, dass er für keine andere Tätigkeit an Bord taugte.

Die HMS "Salisbury" hatte schon einige Wochen in keinem Hafen mehr angelegt, und wie immer in einem solchen Fall begannen die meisten der Seeleute an Skorbut zu leiden, 80 unter ihnen so schwer, dass sie ihre Arbeit nicht mehr verrichten konnten.

Lind hatte sieben Jahre als Gehilfe eines Schiffsarztes gedient, bevor er auf der "Salisbury" selber einen solchen Posten bekam. Der Anblick der von Skorbut ausgezehrten Körper muss ihm vertraut gewesen sein. Auf längeren Fahrten war das geheimnisvolle Leiden der große Killer, schlimmer als tropische Krankheiten, Unfälle und Seeschlachten zusammen.

Lind kannte auch alle vermeintlichen Mittel gegen Skorbut und kam als Erster auf die Idee, einige davon systematisch zu testen. Er teilte die Männer in sechs Zweiergruppen auf, ließ ihre Hängematten in einem gesonderten Raum anbringen und behandelte für zwei Wochen jede Gruppe anders: Vier mussten zu ihrer normalen Verpflegung Apfelwein, Essig, verdünnte Schwefelsäure oder Meerwasser trinken. Eine bekam ein damals gebräuchliches Gemisch aus Knoblauch, Senfkörnern, Perubalsam und Harz des Balsambaums verabreicht, und die Männer der sechsten Gruppe aßen täglich zwei Orangen und eine Zitrone.

Es gab viele Vermutungen darüber, was die Krankheit verursachte: die schlechte Luft an Bord, Ratten, eine Leberinfektion, zu stark gesalzene Nahrung, zu heißes Wetter, zu kaltes Wetter. Und es gab ebenso viele Mittel dagegen, doch bei keinem war eine Wirkung wirklich nachgewiesen worden.

Das Resultat von Linds Versuch hätte klarer nicht sein können: Obwohl der Vorrat an Orangen und Zitronen schon nach sechs Tagen ausging, erholten sich die zwei Männer dieser Gruppe fast völlig. Von den anderen Mitteln zeigte nur der Apfelwein geringe Wirkung. Die übrigen schienen nutzlos zu sein.

Es dauerte sechs Jahre, bis Lind diese Resultate in seinem Werk Treatise on the Scurvy veröffentlichte. Seine umfassenden Recherchen zum seinerzeitigen Wissen über Skorbut ließen den geplanten Fachartikel zu einem 400-seitigen Buch anschwellen. Lind hielt darin nicht mit Kritik an den absurden Ideen seiner Kollegen über Skorbut zurück. Er war der Meinung, dass eine Theorie nur dann akzeptiert werden darf, wenn sie belegt werden kann. Diese Forderung scheint aus heutiger Sicht selbstverständlich, doch damals hatte eine auch noch so verschrobene Theorie aus dem Mund eines bedeutenden Mediziners mehr Gewicht als das Resultat eines Versuchs. Auch Lind selbst konnte in Treatise on the Scurvy nicht widerstehen, ein wirres Gedankengebäude über die Gründe für Skorbut zu entwerfen, das dem Resultat seines eigenen Experiments widersprach. Immerhin gelangte er zu der eindeutigen Erkenntnis: "Orangen und Zitronen sind die wirkungsvollsten Heilmittel für diese Krankheit auf See."

Wie Stephen R. Bown in seinem Buch The Age of Scurvy schreibt, dauerte es trotz dieser klaren Aussage noch 48 Jahre, bis die britische Marine Zitronensaft zur Prävention einsetzte und damit Skorbut auf ihren Schiffen praktisch zum Verschwinden brachte. Diese Verzögerung hatte viele Gründe. Einer bestand darin, dass Lind nicht der Einzige war, der glaubte, ein Heilmittel gegen Skorbut gefunden zu haben. Die Admiralität erhielt viele Berichte anderer Kapitäne und Ärzte, die überzeugt davon waren, dass zum Beispiel Malzwürze oder Skorbutgras das Mittel der Wahl sei. Lind stand auch vor dem Problem, dass er nun zwar die Effizienz von Orangen und Zitronen gegen Skorbut kannte, er aber keinen Schimmer hatte, warum sie das taten. Er wäre niemals darauf gekommen, dass Skorbut eine Mangelerkrankung ist.

Heute wissen wir, dass der Körper ohne Vitamin C kein funktionstüchtiges Kollagen produzieren kann. Fast alle Symptome von Skorbut gehen darauf zurück, dass dem Körper der Leim fehlt, der ihn zusammenhält.

Dass das Fehlen eines Nährstoffs in der Nahrung eine Krankheit auslösen kann, war damals undenkbar. Erst mit der Entdeckung des ersten Vitamins Anfang des 20. Jahrhunderts begannen Wissenschafter, Mangelerkrankungen zu erforschen.

Doch es waren nicht nur wissenschaftliche Gründe, die den Durchbruch von Linds Erkenntnissen verhinderten. Die Marine hatte lange Zeit gar kein Interesse daran, die Gesundheit auf den Schiffen zu verbessern. Erst als sich bei Zählungen herausstellte, dass einer von sieben Seeleuten an Skorbut starb und die Flotte dadurch dramatisch an Leistungsfähigkeit und Kampfkraft verlor, bekam die Behandlung von Skorbut eine höhere Priorität.

Und dann gab es noch ein ganz praktisches Problem: Zitronen und Orangen waren teuer und für lange Fahrten schlecht konservierbar. Lind versuchte deshalb ein Konzentrat herzustellen, das sich einfacher mitnehmen und verabreichen ließ. Er konnte nicht wissen, dass Wärme bei der Herstellung des Konzentrats das Vitamin C weitgehend zerstört. Hätte er sich an den Grundsatz aus seinem eigenen Buch gehalten, "keine Maßnahme vorzuschlagen, die nur in der Theorie begründet war, sondern sie in der Praxis zu überprüfen", so wäre ihm dieses Problem nicht entgangen. Aber Lind hat, soviel wir wissen, keine weiteren systematischen Studien mehr betrieben.

Vielmehr begann er an den Erkenntnissen aus seinem Experiment zu zweifeln. In der dritten Auflage des Treatise on the Scurvy empfahl er unter anderem Stachelbeeren und Bier als Heilmittel gegen Skorbut, ohne ihre Wirksamkeit überprüft zu haben. Am Ende seines Lebens war Lind nicht viel weiter als vor seinen Experimenten. Er starb 1794, ein Jahr vor der Einführung von Zitronensaft gegen Skorbut in der britischen Marine, die von anderen vorangetrieben wurde.

Doch seine Vorgehensweise wurde später zum Standard bei medizinischen Studien. Um alle anderen Einflüsse auszuschalten, teilt man die Versuchspersonen in möglichst ähnliche Gruppen auf, die man unterschiedlich behandelt. Heutige Medikamententests werden zudem doppelblind durchgeführt: Patient und Arzt erfahren erst nach der Studie, welche Substanz sie genommen beziehungsweise verabreicht haben. So wird verhindert, dass allein das Wissen, ein bestimmtes Medikament bekommen zu haben, eine Wirkung zeigt.

Anfang des 19. Jahrhunderts hatte sich Zitronensaft als Prävention gegen Skorbut durchgesetzt. Die königliche Marine verbrauchte 200 000 Liter pro Jahr. An Bord lagerte der Saft in Fässern unter einer Schicht Olivenöl. Frische Zitronen wurden gesalzen und in Papier eingewickelt. Später ersetzte die Marine Zitronen durch Limonen, weil Limonenplantagen in den englischen Kolonien unter eigener Kontrolle waren. Daher rührt der Slangausdruck "Limeys" für englische Seeleute und später für Briten überhaupt.

Was wirklich hinter Skorbut steckt, entdeckten Forscher erst Anfang des 20. Jahrhunderts. Meerschweinchen, die bloß Getreide zu fressen bekamen, entwickelten skorbutähnliche Symptome, die wieder verschwanden, sobald man ihnen Früchte und Gemüse gab. Es war ein glücklicher Zufall, dass die Forscher Meerschweinchen für ihre Experimente benutzten. Sie gehören mit den Fledermäusen, einigen Affenarten und dem Menschen zu den wenigen Lebewesen, die Vitamin C im Körper nicht selbst produzieren können.

1932 isolierte der ungarische Chemiker Albert Szent- Györgyi schließlich Vitamin C. Es wird auch Askorbinsäure genannt - Askorbin von "antiskorbutisch".

1752 Eine Blitzidee Kein Experiment hat je eine steilere Karriere gemacht. Am 19. Oktober 1752 veröffentlichte die Pennsylvania Gazette einen Brief von Benjamin Franklin, in dem er beschrieb, wie er während eines Gewitters einen Drachen steigen ließ.

Kurze Zeit später war das "mutigste Experiment, das je ein Mensch gemacht hat" - so die Einschätzung eines Zeitgenossen - in aller Munde. Der Philosoph Immanuel Kant nannte Franklin einen "modernen Prometheus". Der Ver- such wird heute an runden Jahrestagen gefeiert, Franklin mit Drachen gibt es als Kalenderblatt, im Schulbuch, auf Briefmarke. Da ist nur ein Problem: Vielleicht hat Franklin den Versuch nie durchgeführt.

Franklin war ein brillanter Wissenschaftler. Eines seiner vielen Interessen galt der Elektrizität. Ohne Kenntnisse über die Natur der Elektronen - sie wurden erst viel später entdeckt - stellte er sich Elektrizität korrekt als eine Art unsichtbare Flüssigkeit vor, die vom Ort höherer zum Ort tieferer Ladung fließt.