Leibniz, Newton und die Erfindung der Zeit

Thomas de Padova, geboren 1965 in Neuwied, Studium der Physik und Astronomie in Bonn und Bologna, seither Wissenschaftsjournalist für viele Zeitungen wie taz', STZ oder Die Zeit. Heute Redakteur beim Tagesspiegel in Berlin.

"Nehmen Sie sich die Zeit und lesen Sie dieses Sachbuchjuwel. Sie werden nie mehr einfach so auf die Uhr schauen.", SWR, 07.01.2014

Vorwort Als kleiner Junge besuchte ich meinen Vater manchmal auf der Baustelle. Er war Maurer, hatte schon im Alter von zwölf Jahren angefangen, das Handwerk seines Vaters zu erlernen und 40 mal 20 mal 25 Zentimeter große Tuffsteine, in Süditalien »tufi« genannt, die Leiter hinaufzuschleppen. Mit 18 war er nach Deutschland gekommen. Während ich mit der Maurerkelle im Sandhaufen spielte, schaute ich ihm aus sicherem Abstand zu, wie er Stein um Stein aufeinanderlegte und gerade Mauern hochzog. Obschon seine Hilfsmittel bescheiden wirkten, baute mein Vater Häuser mit vollkommen senkrechten Wänden. Am wichtigsten war das Lot: eine Schnur, an der ein Metallzylinder baumelte, manchmal auch ein schlichter Stein. Das herabhängende Gewicht zeigte eine besondere Richtung an. Mochte der Boden im Rheintal mit seinen schroff abfallenden Hängen noch so uneben sein, das Senklot machte die Vertikale im Raum sichtbar. Um zur Ruhe zu kommen, brauchte der kleine Metallzylinder immer eine Weile. Er war nicht so schwer wie jene trägen Gewichte, die man im Brücken- oder Bergbau benutzte. Mal übte ich mich in dem Geduldsspiel, ihn auszutarieren, dann wiederum stieß ich ihn absichtlich an, um zu verfolgen, wie lange er pendelte. Erst sehr viel später erfuhr ich, dass Wissenschaftler das Gleiche getan hatten. Gebannt vom gleichmäßigen Hin und Her pendelnder Gewichte, zählten sie deren Schwingungen und bauten die akkuratesten Zeitmesser, die Menschen bis dato entwickelt hatten. Mit der Pendeluhr differenzierte sich die Uhrzeit im 17. Jahrhundert erstmals in Minuten und Sekunden aus. Ihr regelmäßiges Ticktack bedeutete einen Fortschritt in der Ganggenauigkeit mechanischer Uhren, durch den wissenschaftliche Präzisionsmessungen überhaupt erst möglich wurden. Die Erfindung und rasche Verbreitung der Pendeluhren war die Voraussetzung für eine neue Physik, die von Beschleunigungen und Kräften handelte. Aber was messen solche Uhren? Was ist das, was wir »Zeit« nennen und woran wir uns im Wandel der Ereignisse orientieren? Dieses Buch dreht die Uhr noch einmal zurück, um das Phänomen Zeit aus Perspektive zweier grundverschiedener Forscherpersönlichkeiten zu betrachten: aus der Sicht von Isaac Newton, dem Sohn eines Schafzüchters aus dem ostenglischen Woolsthorpe, der von klein auf den Gang der Gestirne beobachtet und Sonnenuhren baut, und von Gottfried Wilhelm Leibniz, einem Professorenkind aus Leipzig, das hinter den dicken Mauern der Universität mit Lehr- und Stundenplänen aufwächst. Als Newton und Leibniz in den 1640er-Jahren geboren werden, zieren weder Sekunden- noch Minutenzeiger die Ziffernblätter von Uhren. Die am weitesten verbreiteten Instrumente zur Zeitbestimmung sind Sonnen- und Sanduhren. Sie zeigen eine von den Lichtverhältnissen abhängige lokale Zeit an oder sind, wie beim Stundenglas, auf eine feste Zeitspanne geeicht. Zwar gibt es längst auch mechanische Uhren, Räderuhren auf Kirchtürmen zum Beispiel oder reich verzierte Tischuhren, doch handelt es sich dabei um teure Einzelstücke, die nach individuellen Kundenwünschen angefertigt werden. Die viel bewunderten Automaten sind beim Stundenschlag zu allerlei Bewegungen fähig: Hier rollt ein Löwe mit den Augen, dort holen Jesu Peiniger zu Schlägen mit der Geißel aus. Die Genauigkeit der Zeitangabe ist oft zweitrangig. Anders die neuen Uhren: Beim Bau der Pendeluhr arbeiten mathematisch versierte Naturforscher mit Uhrmachern zusammen, den Pionieren der Feinmechanik. In Paris und London erlebt Leibniz in den 1670er-Jahren hautnah mit, wie die Uhrenentwicklung und eine an Experimenten orientierte Forschung Hand in Hand gehen. Fast zwei Jahrzehnte nach der Erfindung der Pendeluhr erregt 1675 eine weitere Entdeckung viel Aufsehen, die im Deutschen den wunderbaren Namen »Unruh« trägt. Das von einer gewundenen Feder angetriebene oszillierende Rädchen, ein Ticktack im Kleinformat, ist bis heute das Herzstück mechanischer Taschenuhren. Mit der Unruhfeder wird die Zeit mobil. Vor allem in London verbreiten sich die neuen Uhren im Nu. In der größten europäischen Metropole und Welthandelsstadt ist der Tag schon so stark auf Planung ausgerichtet, dass der Uhrenbesitz bereits an der Schwelle zum 18. Jahrhundert zum bürgerlichen Selbstverständnis gehört. Automatische Weckvorrichtungen erfreuen sich großer Beliebtheit, man spricht neuerdings von »Pünktlichkeit«, erstmals rennen Sportler gegen die Zeit an, arbeiten Tagelöhner wie nach einer Stechuhr. England ist dabei, den Weg zu einer kapitalistischen Zeitökonomie einzuschlagen. Ohne die neuen Uhren wären auch Newtons Philosophiae Naturalis Principia Mathematica kaum vorstellbar, seine revolutionäre Bewegungslehre und Theorie der Schwerkraft, in der Beschleunigung alles ist und die zu ihrer experimentellen Bestätigung einer genauen Zeitmessung bedarf. Schon vor ihm hat der Chefexperimentator der Royal Society, Robert Hooke, mit einem kreisenden Pendel den Lauf der Planeten simuliert und deren Kreis- oder Ellipsenbahnen erstmals physikalisch richtig gedeutet. Ihm verdankt Newton den entscheidenden gedanklichen Anstoß zur Schwerkrafttheorie. Kein Forscher hat das Denken über Zeit derart geprägt wie Newton. Ihm zufolge bewegen sich alle Planeten, Monde und anderen Körper vor dem Hintergrund einer universellen Zeit. »Die absolute, wahre und mathematische Zeit verfließt an sich und vermöge ihrer Natur gleichförmig und ohne Beziehung auf irgendeinen äußeren Gegenstand.« Für Leibniz dagegen ist Zeit nicht einfach da. Sie ist nichts Wirkliches, worin sich alles Geschehen abspielt, sondern zuallererst ein Bewusstseinsphänomen. Unser subjektives Zeiterleben schließe aber nicht nur innere Vorgänge ein. Zeit sei eine »Idee des reinen Verstandes«, die sich auch auf die Außendinge beziehe und derer wir vermöge unserer Sinne gewahr würden. Leibniz fasziniert die Vielfalt und Komplexität der Welt. Seine Metaphysik verfolgt die Vielfarbigkeit des Daseins bis in die kleinsten individuellen Erscheinungsformen hinein. Der Philosoph schlägt einen Bogen vom subjektiven Zeitempfinden zu einer sozialen und messbaren Zeit. Durch den Blick auf die Uhr können wir das Geschehen deshalb zuverlässig in Früheres und Späteres einteilen, weil sich im Inneren der Automaten ein kausaler Mechanismus auf immer gleiche Weise abspult. Aber auch ohne Uhren können wir uns mit anderen darüber einig werden, ob sich etwas früher oder später ereignet hat. Leibniz zufolge erkennen wir fortwährend kausale Beziehungen zwischen den Dingen und ihren wechselnden Zuständen und konstruieren erst aufgrund dieser eine zeitliche Ordnung. Leibniz, nicht nur abstrakter Denker, entwirft selbst Uhrenmodelle und erfindet einen Automaten, der keine Zeiteinheiten zählt, sondern alle vier Grundrechenarten beherrscht. Im Zusammenspiel mit Uhrmachern heckt er neuartige mechanische Bauteile aus, die die natürlichen Zahlen repräsentieren, konzipiert Eingabe- und Resultatwerke und investiert ein Vermögen in seine »lebendige Rechenbank«. Quasi nebenbei blitzt dabei 1679 auch die Idee eines binären Rechners auf. Sie ahnen nicht, wie viel Leibniz in Ihrem Computer steckt! Der Deutsche, dessen Gelehrtenkorrespondenz, etwa 15 000 Briefe, heute Teil des Weltkulturerbes ist, sucht mehrfach den Kontakt zum führenden englischen Mathematiker. Newton ist es dank seines Infinitesimalkalküls gelungen, die Bewegung der Planeten und anderer Körper Zeitpunkt für Zeitpunkt kontinuierlich zu erfassen. Allerdings hat der eigenbrötlerische Forscher aus Cambridge seinen Calculus nicht veröffentlicht, sondern geheim gehalten. Den Ruhm heimst Leibniz ein, der nach ihm auf die gleiche Rechenmethode gestoßen ist. Leibniz kleidet die Differenzial- und Integralrechnung in ihre bis heute verwendete Symbolsprache und macht sie von 1684 an auf dem Kontinent bekannt. Mit den wenigen Briefen, die sich die beiden herausragenden Mathematiker ihrer Zeit schreiben, setzt ein raffiniertes Versteckspiel ein. Ihre anfängliche Wertschätzung füreinander wird bald vom Konkurrenzdenken überschattet. Schließlich entfesseln sie den heftigsten Prioritätsstreit in der Geschichte der Mathematik. Er weitet sich zu einer Staatsaffäre aus, als der hannoversche Kurfürst Georg Ludwig, in dessen Diensten Leibniz steht, 1714 zum britischen König George gekrönt wird. Erst kurz vor Leibniz’ Tod mündet die Auseinandersetzung durch das Eingreifen der Prinzessin von Wales in eine maßgebende Debatte über Raum und Zeit. Unser Zeitbewusstsein und die vielfach empfundene Zeitknappheit in westlichen Gesellschaften sind Ausdruck eines Zivilisationsprozesses, in dem immer mehr Tätigkeiten vor dem Hintergrund eines engmaschigen Zeitrasters erlebt werden. Dieses Buch rollt die Zeit-Geschichte noch einmal auf. Es schaut zurück auf eine Epoche, in der sich in Europa eine neue Zeitrechnung anbahnt, in der das Verständnis von Zeit aber noch nicht von omnipräsenten Uhren überblendet ist und in der sich die Philosophie noch nicht in ihre späteren Disziplinen aufgefächert hat. Die Kapitel pendeln zwischen England und dem Kontinent hin und her. Sie erzählen, wie europäische Adelshöfe und Metropolen den Kutschenverkehr und die nächtliche Straßenbeleuchtung einführen, wie das Zeitungs- und Zeitschriftenwesen Verbreitung findet, wie in den Großstädten das Bedürfnis nach einer kontinuierlichen Zeitbestimmung wächst und in welchem gesellschaftlichen Kontext Uhren mit Minuten- und Sekundenzeiger aufkommen. Parallel dazu wird Zeit zum Gegenstand der Naturwissenschaften. Newton entwickelt den für die Physik maßgeblichen Zeitbegriff. Seine »absolute Zeit« ist ein fester Bezugsrahmen, in dem sich alle Körper bewegen. Analog zur standardisierten Uhrzeit, die ein koordiniertes Miteinander der Menschen in einer Großstadt ermöglicht, reduziert die »absolute Zeit« die Komplexität im Zusammenspiel physikalischer Objekte. Dadurch wird zwar verständlich, warum wir von »der Zeit« sprechen. Aber gerade gegen eine solche Verdinglichung von Zeit wehrt sich Leibniz energisch. Für ihn gibt es keine »Zeit an sich«, sondern nur zeitliche Beziehungen zwischen Ereignissen. Der Philosoph stellt eine relationale Theorie der Zeit auf, die jedoch im Schatten der newtonschen Physik steht und bald in Vergessenheit gerät. Erst im 20. und 21. Jahrhundert findet sie eine wachsende Anhängerschaft, nachdem in der Wissenschaftstheorie Ernst Mach, in der Physik Albert Einstein und in der Soziologie Nobert Elias einen Relationalismus im leibnizschen Sinn vertreten haben. Insbesondere die Schwierigkeit, die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik miteinander zu verbinden, lässt das Interesse an der leibnizschen Zeitauffassung heute aufleben. Dabei wird deutlich, dass die großen modernen physikalischen Theorien in Bezug auf das dahinterstehende Zeitverständnis ebenso weit auseinanderliegen wie die leibnizsche von der newtonschen Position. Ihre Kontroverse über Raum und Zeit ist bis heute nicht gründlich genug aufgearbeitet worden. Die Gegenüberstellung der beiden faszinierenden Figuren steht im Mittelpunkt dieses Buches. Es schildert, wie im ausgehenden 17. Jahrhundert erstmals minutengenaue Uhren in bürgerliche Haushalte einziehen und dem Menschen auf den Leib rücken, wie das Tempo in die Welt kommt und eine präzise Uhrzeit die lokale Sonnenzeit in Verruf bringt. Und schließlich, wie sich der Zeitstandard vom erfahrbaren Himmelsgeschehen ablöst, kurz: warum die Neuzeit ihren Namen zu Recht trägt. Die biografische Konstellation ist Ausgangspunkt für eine Entdeckungsreise auf den Spuren der Zeitbestimmung und der menschlichen Zeiterfahrung in die beschleunigte Welt der Moderne. In eine Welt der Unruhe.

Vorwort Als kleiner Junge besuchte ich meinen Vater manchmal auf der Baustelle. Er war Maurer, hatte schon im Alter von zwölf Jahren angefangen, das Handwerk seines Vaters zu erlernen und 40 mal 20 mal 25 Zentimeter große Tuffsteine, in Süditalien "tufi" genannt, die Leiter hinaufzuschleppen. Mit 18 war er nach Deutschland gekommen. Während ich mit der Maurerkelle im Sandhaufen spielte, schaute ich ihm aus sicherem Abstand zu, wie er Stein um Stein aufeinanderlegte und gerade Mauern hochzog. Obschon seine Hilfsmittel bescheiden wirkten, baute mein Vater Häuser mit vollkommen senkrechten Wänden. Am wichtigsten war das Lot: eine Schnur, an der ein Metallzylinder baumelte, manchmal auch ein schlichter Stein. Das herabhängende Gewicht zeigte eine besondere Richtung an. Mochte der Boden im Rheintal mit seinen schroff abfallenden Hängen noch so uneben sein, das Senklot machte die Vertikale im Raum sichtbar. Um zur Ruhe zu kommen, brauchte der kleine Metallzylinder immer eine Weile. Er war nicht so schwer wie jene trägen Gewichte, die man im Brücken- oder Bergbau benutzte. Mal übte ich mich in dem Geduldsspiel, ihn auszutarieren, dann wiederum stieß ich ihn absichtlich an, um zu verfolgen, wie lange er pendelte. Erst sehr viel später erfuhr ich, dass Wissenschaftler das Gleiche getan hatten. Gebannt vom gleichmäßigen Hin und Her pendelnder Gewichte, zählten sie deren Schwingungen und bauten die akkuratesten Zeitmesser, die Menschen bis dato entwickelt hatten. Mit der Pendeluhr differenzierte sich die Uhrzeit im 17. Jahrhundert erstmals in Minuten und Sekunden aus. Ihr regelmäßiges Ticktack bedeutete einen Fortschritt in der Ganggenauigkeit mechanischer Uhren, durch den wissenschaftliche Präzisionsmessungen überhaupt erst möglich wurden. Die Erfindung und rasche Verbreitung der Pendeluhren war die Voraussetzung für eine neue Physik, die von Beschleunigungen und Kräften handelte. Aber was messen solche Uhren? Was ist das, was wir "Zeit" nennen und woran wir uns im Wandel der Ereignisse orientieren? Dieses Buch dreht die Uhr noch einmal zurück, um das Phänomen Zeit aus Perspektive zweier grundverschiedener Forscherpersönlichkeiten zu betrachten: aus der Sicht von Isaac Newton, dem Sohn eines Schafzüchters aus dem ostenglischen Woolsthorpe, der von klein auf den Gang der Gestirne beobachtet und Sonnenuhren baut, und von Gottfried Wilhelm Leibniz, einem Professorenkind aus Leipzig, das hinter den dicken Mauern der Universität mit Lehr- und Stundenplänen aufwächst. Als Newton und Leibniz in den 1640er-Jahren geboren werden, zieren weder Sekunden- noch Minutenzeiger die Ziffernblätter von Uhren. Die am weitesten verbreiteten Instrumente zur Zeitbestimmung sind Sonnen- und Sanduhren. Sie zeigen eine von den Lichtverhältnissen abhängige lokale Zeit an oder sind, wie beim Stundenglas, auf eine feste Zeitspanne geeicht. Zwar gibt es längst auch mechanische Uhren, Räderuhren auf Kirchtürmen zum Beispiel oder reich verzierte Tischuhren, doch handelt es sich dabei um teure Einzelstücke, die nach individuellen Kundenwünschen angefertigt werden. Die viel bewunderten Automaten sind beim Stundenschlag zu allerlei Bewegungen fähig: Hier rollt ein Löwe mit den Augen, dort holen Jesu Peiniger zu Schlägen mit der Geißel aus. Die Genauigkeit der Zeitangabe ist oft zweitrangig. Anders die neuen Uhren: Beim Bau der Pendeluhr arbeiten mathematisch versierte Naturforscher mit Uhrmachern zusammen, den Pionieren der Feinmechanik. In Paris und London erlebt Leibniz in den 1670er-Jahren hautnah mit, wie die Uhrenentwicklung und eine an Experimenten orientierte Forschung Hand in Hand gehen. Fast zwei Jahrzehnte nach der Erfindung der Pendeluhr erregt 1675 eine weitere Entdeckung viel Aufsehen, die im Deutschen den wunderbaren Namen "Unruh" trägt. Das von einer gewundenen Feder angetriebene oszillierende Rädchen, ein Ticktack im Kleinformat, ist bis heute das Herzstück mechanischer Taschenuhren. Mit der Unruhfede