Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik

Durch die 1839 von Charles Goodyear entdeckte Vulkanisation wurde es möglich, Kautschuk technisch zu nutzen. Insbesondere die Entwicklung der Elektrotechnik und des Automobilbaus führten zu einem derart hohen Bedarf an Naturkautschuk, dass ein Herstellungsverfahren für künstlichen Kautschuk immer dringlicher wurde. Erst 1909 gelingt es dem deutschen Chemiker Fritz Hofmann, den ersten synthetischen Kautschuk herzustellen. (Text: ARD-alpha)

Die Existenz von Makromolekülen wurde noch bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts von vielen Chemikern in Frage gestellt. Dabei gelang Hermann Staudinger bereits 1921 der Beweis, dass Moleküle aus mehreren Millionen Atomen zusammengesetzt sein können. Staudingers Theorie eröffnete der Chemie die Möglichkeit, polymere Stoffe mit ganz bestimmten Eigenschaften herzustellen. (Text: ARD-alpha)

Mitte des 19. Jahrhunderts findet die Gasbeleuchtung der Städte zunehmend Verbreitung. Bei der Gasherstellung aus Steinkohle fallen große Mengen des Abfallprodukts Teer an. Durch Zufall gelingt es William Henry Perkin, aus Anilin, einem Inhaltsstoff des Steinkohleteers, den ersten künstlichen Farbstoff herzustellen. August Wilhelm Hofmann erforschte die Bildungsprinzipien des Farbstoffs, so dass in der Folgezeit immer neue Farbstoffe hergestellt werden konnten. Adolf Baeyer gelingt schließlich die Synthese des Naturfarbstoffs Indigo. (Text: ARD-alpha)

August Kekulé hatte um Mitte des 19. Jahrhunderts wichtige Beiträge zur Strukturchemie geleistet. Sein bedeutendster war die Entdeckung der ringförmigen Struktur des Benzolmoleküls. Mit der Strukturchemie bekamen die Chemiker ein Werkzeug in die Hand, das es ihnen ermöglichte, Reaktionen auf dem Papier nachzuvollziehen, chemische Reaktionen vorherzusagen und sich über Sprachgrenzen hinweg zu verständigen. (Text: BRalpha)

Der Chemiker Linus Pauling hat die Quantenmechanik, eine von den Physikern geschaffene Theorie zur Erklärung von Phänomenen im atomaren Maßstab, in die Chemie eingeführt. Er konnte mit diesem theoretischen Werkzeug der chemischen Bindung eine physikalische Begründung geben. Darüber hinaus gelang es ihm, seine Vorstellungen von der chemischen Bindung auch auf komplexe Moleküle anzuwenden, so auf die komplizierten Eiweißmoleküle. (Text: ARD-alpha)

Geschichte der Erforschung der Proteine. Mit Hilfe von Inserts, Trickdarstellungen, gestellten Szenen und historischem Filmmaterial Aufzeigen der Erforschung der Proteine unter besonderer Berücksichtigung der Forschungen von Emil Fischer. Eiweißstoffe, auch Proteine genannt, gehören zu den biologisch wichtigen Molekülen. In der Natur kommen sie in den unterschiedlichsten Formen vor und erfüllen die vielfältigsten Aufgaben. Lange Zeit verschlossen sich die Proteine den Methoden der Chemiker. Erst dem deutschen Chemiker Emil Fischer (1852–1919) gelang es zu Beginn des 20. Jahrhunderts, die chemische Natur der Proteine als Kette von Aminosäure-Einheiten zu entschlüsseln und erste proteinähnliche Moleküle im Labor herzustellen. Fischer, der heute als der Begründer der modernen Biochemie gilt, legte damit den Grundstein für die Proteinforschung, die inzwischen mit der gentechnischen Herstellung von Proteinen ihren vorläufigen Höhepunkt erreicht hat. (Text: ARD-alpha)

Philosophen der griechischen Antike schufen den Begriff des „Atoms“, des kleinsten nicht weiter teilbaren Teilchens. Erst zwei Jahrtausende später gab John Dalton (1766–1844) dem Atom eine wissenschaftliche Bedeutung. Damit konnten chemische Reaktionen in Zahlen gefasst werden. Doch zeigten sich zunehmend Schwächen einer einfachen Theorie, die die Atome als harte, unteilbare Kugeln sah. Erfolgreicher waren differenziertere Atommodelle. Eines der bedeutsamsten wurde 1913 von Niels Bohr geschaffen. Auf dem Bohr’schen Atommodell basiert das heutige Verständnis vom atomaren Aufbau der Materie. (Text: BRalpha)

Geschichte der Entwicklung des Periodensystems der Elemente. Mit Hilfe von Inserts, Trickdarstellungen, gestellten Szenen und historischem Filmmaterial Aufzeigen der Erforschung des Periodensystems unter besonderer Berücksichtigung der Entdeckungen des Russen Dmitrij Mendelejew und des Deutschen Lothar Meyer. Unabhängig voneinander entdeckten Mitte des 19. Jahrhunderts der russische Chemiker Dmitrij Mendelejew (1834–1907) und sein deutscher Kollege Lothar Meyer (1830–1895) eine Systematik der chemischen Elemente.
Der physikalische Hintergrund dieser Ordnung blieb beiden Forschern jedoch verschlossen. Erst als man im Laufe des 20. Jahrhunderts den Aufbau der Atome zu verstehen begann, konnte sie in Form des sogenannten Periodensystems erklärt werden. Seit den Zeiten Mendelejews und Meyers sind noch einige Dutzend Elemente – darunter auch künstlich hergestellte – hinzugekommen. Aber alle ließen sich in das bestehende System integrieren, ein Beweis dafür, dass das Periodensystem eine universell gültige Ordnung ist. (Text: ARD-alpha)

Geschichte der Entwicklung der Katalyse. Mit Hilfe von Inserts, Trickdarstellungen, gestellten Szenen und historischem Filmmaterial Aufzeigen der Erforschung der Katalyse unter besonderer Berücksichtigung der Forschungen von Wilhelm Ostwald. Der deutsche Chemiker Wilhelm Ostwald (1853–1932) gilt als einer der Begründer der physikalischen Chemie. Er erkannte die enorme Bedeutung der Katalyse für die chemische Industrie und erforscht ihre chemischen Grundlagen. Ostwald zufolge ist ein Katalysator ein Stoff, der eine chemische Reaktion beschleunigt, ohne dabei verbraucht zu werden. Sein Name ist heute mit einem großtechnischen Verfahren zur katalytischen Verbrennung von Ammoniak verbunden. (Text: ARD-alpha)

Die Idee eines hormonellen Verhütungsmittels hatte der Österreicher Ludwig Haberland bereits 1919. Doch mangelte es an den dazu benötigten reinen Sexualhormonen. 1929 isolierte der Chemiker Adolf Butenandt das erste von drei Sexualhormonen aus natürlichem Material. Isolierung und chemischer Strukturbeweis waren unerlässlich, um die Sexualhormone gegebenenfalls synthetisch oder halbsynthetisch herstellen zu können. In den 50er Jahren wurde aufbauend darauf in den USA die erste Pille entwickelt. (Text: BRalpha)

Heute weiß man, dass alle Planeten des Sonnensystems annähernd gleich alt sind wie die Sonne, ungefähr 4,5 Milliarden Jahre. Die Grundlagen für die Berechnung entwickelte der französische Mathematiker und Astronom Pierre-Simone de Laplace (1749–1827). (Text: SWR Fernsehen)

Warum Wettervorhersagen auch heute noch immer sehr kompliziert sind, erklärt sich durch die nach dem französischen Mathematiker, Physiker und Ingenieur Gaspard Gustave de Coriolis benannte Coriolis-Kraft. 1835 gelang ihm auf der Basis der Trägheitsgesetze von Newton ein entscheidender Durchbruch in der Wetterforschung. Er entdeckte ein Phänomen, das weltweit Meeres- und Luftströmungen beeinflusste. Diese Kraft, die keine ist, bewirkt eine Ablenkung von Luft- und Wassermassen und beeinflusst so die globalen Zirkulationssysteme in den Weltmeeren und der Atmosphäre, sie ist somit entscheidend für das Wettergeschehen auf der Erde. (Text: SWR Fernsehen)

Was haben Erdbeben und Vulkanausbrüche mit dem Leben auf der Erde zu tun? Warum entfernen sich Europa und Nordamerika mit einer Geschwindigkeit von 3 cm pro Jahr voneinander? Die Antworten darauf gibt Alfred Wegener, der Astronom, Meteorologe, Forscher und Ballonfahrer mit seiner Theorie der Kontinentalverschiebung. 1912 tritt Wegener mit dieser Theorie erstmals an die Öffentlichkeit. Er ging von einem Urkontinent aus, den er Pangäa nannte. Seiner Erkenntnis zufolge sind die heutigen Kontinente Bruchstücke dieses Urkontinents, die früher direkt verbunden waren und sich seitdem voneinander entfernt haben. (Text: SWR Fernsehen)

Ballone sind aus der Atmosphärenforschung nicht wegzudenken. Zur Datenermittlung aus der Troposphäre und der Stratosphäre werden neben Flugzeugen auch Ballonsonden eingesetzt. Léon-Phillippe Teisserenc de Bort benutzte 1898 unbemannte Ballone als Sonden und Messplattformen, um die einzelnen Luftschichten zu erforschen, die höher als 10.000 Meter lagen. Das Ergebnis seiner Messreihen ergab ein Konzept, nachdem die Atmosphäre in zwei Schichten unterteilt ist, die Troposphäre und die Stratosphäre. Es dauerte Jahre, bis bemannte Ballone in die Stratosphäre vordrangen. Am 27. Mai 1931 gelangten Auguste Piccard und sein Partner Paul Kipfer als erste Menschen unbeschadet mit einem Ballon in eine Höhe von 15.785 Metern – in die Stratosphäre. (Text: SWR Fernsehen)

Weil Postschiffe deutlich länger als Handelsschiffe für die Überquerung des Atlantiks brauchten, machte sich Benjamin Franklin auf die Suche nach den Ursachen und stieß dabei auf den Golfstrom. Seine Erkenntnis leitete er aus Beobachtungen von Walfängern ab. Nachdem lange Zeit geheimnisvolle unterirdische Kräfte verantwortlich gemacht worden waren, hatte Franklin, der vor allem als Staatsmann hervortrat, das Hauptprinzip der Oberflächenströmung erkannt. Das Zusammenspiel von Passatwinden, Druckgefällen, Temperaturunterschieden und weiteren Faktoren ist für die Entstehung dieser Strömungen verantwortlich.
In den Tiefen der Meere schlummert damit möglicherweise eine Energiequelle von morgen: Erste Pilotprojekte vor der Küste Englands versuchen die Strömungskraft zu nutzen. Auch auf das Klima in Europa hat der Golfstrom entscheidenden Einfluss: Versiegte er, würden die Wintertemperaturen um fünf bis sechs Grad unter den heutigen Durchschnitt fallen und weite Teile Skandinaviens lägen unter einer Eisdecke. (Text: SWR Fernsehen)

Seit jeher haben die Menschen versucht, Erklärungen für den Zorn der Erde zu finden, der sich in verheerendem Beben ausdrückt. Mit der wissenschaftlichen Untersuchung von Erdbeben befassten sich bereits die frühen Chinesen. Sie konstruierten das erste bekannte Gerät zur Ortung von Erschütterungen. 2.000 Jahre später fand der Pionier Emil Wiechert eine Lösung für das bis dahin ungelöste Problem der starken Eigenschwingungen der Pendel: die Dämpfung des Seismographen mit Hilfe von vier Federn. Trotz erheblicher Erschütterungen gerät das Pendel dank der Federdämpfung nicht in Schwingungen und ermöglicht so exakte Messergebnisse.
Zudem ließen die Aufzeichnungen Rückschlüsse über den Aufbau der Erde zu. Schon 1896 postulierte Wiechert die heute gängige Theorie, dass die Erde einen Metallkern besitzen müsse. Der amerikanische Forscher Charles Richter führte 1935 die nach ihm benannte Skala ein, die Auskunft über die Stärke von Beben gibt. Heute sind in der ganzen Welt Beobachtungsstationen eingerichtet. Dort wird jede Regung des Planeten registriert und katalogisiert, um in Zukunft eine Möglichkeit zur Vorhersage von Erdbeben zu entwickeln. (Text: SWR Fernsehen)

Magnetismus ist unsichtbar aber allgegenwärtig. Das bekannteste Symbol für Magnetismus ist der Kompass. Warum sich Kompassnadeln in Nord-Süd-Richtung einstellen, war lange Zeit ein Rätsel. Im 18. Jahrhundert dann rückt das Magnetfeld der Erde in das Blickfeld der Forschung. Vieles, was man heute darüber weiß, verdankt die Menschheit dem Physiker und Mathematiker Carl Friedrich Gauß. Der Heliotrop zur Landvermessung stammt ebenso von dem universell interessierten Gauß wie die Berechnung der nach ihm benannten Kurve der Normalverteilung.
Gewissermaßen nebenbei konstruierte er zusammen mit Wilhelm Weber die erste einsatzfähige Telegraphenanlage. Das Magnetfeld ist ein unverzichtbarer Schutzschild für das Leben auf der Erde. Es wäre verheerend, wenn das schützende Magnetfeld für längere Zeit zusammenbräche, etwa durch eine ca. alle 500.000 Jahre stattfindende Umpolung. Das Erbmaterial reagiert hochempfindlich auf die Sonnenwinde, genetische Defekte wären die Folge. Zahlreiche Tierarten würden abrupt aussterben. (Text: SWR Fernsehen)

632 Jahre vergingen vom Baubeginn bis zur Vollendung des Doms im Jahre 1880. Am 15. August 1248 wurde der Grundstein für die Jahrhundert-Kathedrale gelegt. Vorher wurde der Alte Dom zu Köln aus der karolingischen Zeit – die Amtskirche des Kölner Erzbischofs – abgerissen, um dem neuen Dom Platz zu machen. Meister Gerhard entwarf einen Dom, der in seinen Ausmaßen jede andere Kathedrale übertrifft. Zu Beginn des 16. Jahrhunderts ist die erste Bauphase des Doms abgeschlossen. Doch durch fehlende Gelder und Spenden ruht der Dombau über 300 Jahre. Erst Anfang des 19. Jahrhunderts gelingt es, das Bauwerk zu zeichnen, da die Unterlagen zerstört oder unauffindbar sind, und nach nur 38 Jahren Bauzeit ist der Kölner Dom fertig gestellt. Am 15. Oktober 1880 wird das architektonische Wunderwerk mit dem Aufsetzen der Kreuzblume auf den Südturm vollendet. Seit 1996 zählt der Koloss am Rhein zum Weltkulturerbe. (Text: SWR Fernsehen)

Die Londoner U-Bahn ist die älteste U-Bahn der Welt. Über 400 Kilometer erstreckt sich das Netz unter der Stadt. 408 Rolltreppen und 112 Aufzüge transportieren die Massen in diese moderne „Unterwelt“ und wieder nach oben. Marc Isambard Brunel entwickelte für den Tunnelbau den sogenannten Schildvortrieb. Der Schildvortrieb wurde durch den Ingenieur Peter William Barlow weiterentwickelt, der 1869 mit dem Bau des ersten U-Bahn-Tunnels unter der Themse beauftragt wird. Barlow ersetzt nun Brunels Kasten durch eine runde Eisenplatte und stützt den Tunnel durch runde Eisensegmente ab, die miteinander verschraubt werden. Das runde Vortriebsschild gibt der Röhre ihre Form und der U-Bahn ihren Namen: Die Londoner nennen sie „The Tube“ – die Röhre. Im Dezember 1890 wird die erste elektrische U-Bahn auf der Strecke zwischen Stockwell und King William Street durch die City & South London Railway eröffnet. (Text: SWR Fernsehen)

Es ist eines der Wahrzeichen New Yorks und gilt oftmals als das achte Weltwunder. Fast ein halbes Jahrhundert war es mit 381 Metern das höchste Gebäude der Welt: das Empire State Building. Der Platzmangel in den Städten zwang zu neuer Bauweise, das war die Geburtsstunde der Wolkenkratzer. John Jacob Raskob, der Gründer von General Motors, hatte sich entschlossen, den höchsten Wolkenkratzer zu bauen – innerhalb von nur 18 Monaten. Für das Empire State Building wurde die Stahlskelettbauweise übernommen, die Gustave Eiffel exemplarisch für den Eiffelturm in Paris angewandt hatte. Mehr als 60.000 Tonnen Stahl und über 30.000 Quadratmeter hochwertiger Marmor, 20.000 Quadratmeter Glas für die 6.500 Fenster und zehn Millionen Backsteine wurden für das Gebäude verbraucht. Mit über 800 Metern Höhe schickt sich der Burj Dubai an, einen nachhaltigen Höhenmaßstab zu setzen. Seit März 2008 lässt er das Kopf-an-Kopf-Rennen der nächstkleineren Gebäude in der 450-Höhenmeterklasse weit unter sich. (Text: SWR Fernsehen)

Die Golden Gate Bridge: wohl die berühmteste Brücke der Welt und ein Wahrzeichen Amerikas. Der Stadtentwickler Michael O’Shaughnessy beauftragte den Ingenieur Joseph Baermann Strauss mit dem Entwurf einer Brücke über die Golden Gate Bucht. Strauss wagt eine beispiellose Konstruktion, er kombiniert die beiden gängigsten Bautechniken: freitragende und Hängebrücke. Wichtige Voraussetzungen waren, dass die Pfeiler der Brücke sowohl der extrem starken Gezeitenströmung als auch den Ozeanwellen und den häufigen Stürmen standhalten. Außerdem musste die Brücke hoch genug sein, damit die gewaltigen Kriegsschiffe sie passieren konnten. Zur Eröffnung 1937 ist die Brücke 27 Meter breit, 227 Meter hoch, 2.737 Meter lang und 894.000 Tonnen schwer. Die Witterung und der widrige Standort sorgen dafür, dass bis heute ständig restauriert, gestrichen und nachgebessert werden muss. Das Tor zum Pazifik ist eine ewige Baustelle. (Text: SWR Fernsehen)