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Forschende, die die Welt veränderten: J

Nicht alle Heldinnen und Helden tragen Capes. Im Laufe der Geschichte hat es immer wieder Forschende und Technikbegeisterte gegeben, die mit Neugier, Kreativität und Tatendrang das Leben der Menschen verbessert und dafür gesorgt haben, dass wir die Welt, in der wir leben, ein bisschen besser verstehen.

In unserer Blogreihe stellen wir in alphabetischer Reihenfolge eine kleine Auswahl dieser besonderen Menschen vor: Beim Buchstaben „J“ die amerikanische Mathematikerin Katherine Johnson und den britischen Physiker James Prescott Joule.

Katherine Johnson: Mathematikerin und Raumfahrt-Pionierin

Katherine Johnson kam am 26. August 1918 in White Sulphur Springs, USA, unter dem Namen Katherine Coleman zur Welt. Ihre Eltern, eine ehemalige Lehrerin und ein Handwerker, legten großen Wert auf die Bildung ihrer Kinder. Obwohl das Bildungsangebot in ihrer Heimatstadt für afroamerikanische Personen damals nur sehr eingeschränkt war, verhalfen sie ihrer Tochter zu einer guten Ausbildung. Johnson begeisterte sich schon früh für Mathematik und brachte in der Schule so gute Leistungen, dass sie mehrere Klassen übersprang. Schon mit zehn Jahren besuchte sie die Highschool, mit 18 Jahren schloss sie ihre Bachelorstudien in Französisch und Mathematik jeweils mit Auszeichnung ab.

Danach nahm Johnson eine Lehrstelle an einer öffentlichen Schule an und unterrichtete Mathematik und Französisch. Diese Tätigkeit übte sie einige Jahre lang aus, bis sie 1953 eine Stelle bei der NACA, der Vorgängerorganisation der NASA, als Rechnerin bekam. Ihr Job war es, Daten aus Windkanalexperimenten mit mathematischen Formeln zu berechnen und grafisch darzustellen.

Damals gab es in den USA Rassentrennung, weswegen die Mathematikerin und ihre afroamerikanischen Kolleginnen in eigenen Räumen arbeiten mussten, eigene Kantinen hatten und nur eigene Toiletten benutzen durften. Andere Abteilungen konnten sich Mathematikerinnen aus Johnsons Abteilung aber „ausleihen“, deswegen kam die Amerikanerin schon nach kurzer Zeit in die Abteilung für Flugforschung.

Bis dahin hatte die Abteilung nur aus weißen Männern bestanden. Im Gegensatz zu anderen Mathematikerinnen, die zuvor für kurze Zeit aushalfen, stellte Johnson Fragen nach Zusammenhängen und bestand darauf, an Besprechungen teilzunehmen. Mit ihren umfassenden Kenntnissen machte sie sich schnell unentbehrlich und schaffte es als einzige Frau, von den Rechnerinnen in eine andere Abteilung versetzt zu werden.

1957 wurde der sowjetische Satellit „Sputnik“ ins All geschossen, und Johnsons berufliches Umfeld änderte sich schlagartig. Die NACA wurde 1958 zur NASA, und der Wettlauf ins All hatte begonnen. 1961 lieferte die Mathematikerin mit ihren Berechnungen einen wesentlichen Beitrag zum zweiten bemannten Flug in der Geschichte der Raumfahrt. In den darauffolgenden Jahren ermöglichte sie u.a. die erste Erdumrundung eines amerikanischen Astronauten, die Mondlandung und die sichere Rückkehr der Astronauten der gescheiterten Apollo-13-Mission.

Bis zu ihrer Pensionierung im Jahr 1986 war Katherine Johnson eine unverzichtbare Mitarbeiterin der NASA und beteiligte sich an diversen Projekten. Für ihre herausragenden Leistungen wurde sie vielfach ausgezeichnet, u.a. 2015 mit der Presidential Medal of Freedom, der höchsten Auszeichnung, die man als Zivilperson in den USA erhalten kann. Heute ermutigt die 101-Jährige Schülerinnen und Schüler dazu, eine Karriere in Naturwissenschaft und Technik einzuschlagen.

James Prescott Joule: Physiker und Bierbrauer

James Prescott Joule wurde am 24. Dezember 1818 in Salford, Großbritannien, als Sohn eines Brauereibesitzers geboren. Er war ein kränkliches Kind, deswegen wurde er nicht an eine Schule geschickt, sondern erhielt gemeinsam mit seinem älteren Bruder zu Hause Privatunterricht. Schon in jungen Jahren begeisterte sich Joule für Naturwissenschaft. So führte er auf eigene Faust verschiedene Experimente durch, die oft sehr gefährlich waren: Beispielsweise ließ er Drachen während Gewittern steigen und verlor einmal sogar seine Augenbrauen bei einem Experiment mit explosiven Stoffen.

1837, mit noch nicht einmal 20 Jahren, übernahm Joule die Brauerei seines Vaters. Seine Forschungen wollte er aber nicht aufgeben, daher richtete er sich noch im selben Jahr im Keller ein Labor ein. Hier führte er verschiedene Experimente zur Elektrizität durch. Dabei untersuchte der Brite unter anderem die Wärmewirkung des Stroms, heute auch als „Joulesche Wärme“ bekannt.

1840 formulierte der Bierbrauer das erste Joulesche Gesetz. Er zeigte mit seinen Experimenten, dass Strom Wärme erzeugen kann und dass die durch einen Leiter erzeugte Wärme vom Widerstand und vom Strom abhängt. Diese Theorie wurde in wissenschaftlichen Kreisen zunächst nicht anerkannt, da die meisten Forschenden bis dahin annahmen, dass Wärme weder erzeugt noch zerstört werden könne.

Ein weiterer Grund, warum die Wissenschaftler Joules Erkenntnisse nicht anerkennen wollten, war seine Ausbildung. Joule hatte nie studiert und verfügte in den Augen der anderen Wissenschaftler nicht über die nötigen Kenntnisse und Instrumente, um seine Experimente akkurat durchzuführen. Doch gerade sein beruflicher Hintergrund als Brauer kam dem Briten zugute: Da beim Bierbrauen die Temperatur eine große Rolle spielt, hatte er für die damalige Zeit sehr gute Messinstrumente zur Verfügung.

Joule ließ sich von der Ablehnung nicht beirren und forschte weiter. Zwischen 1843 und 1845 wies er das mechanische Wärmeäquivalent nach, d.h. dass Wärme mithilfe eines fallenden Gewichts direkt erzeugt werden kann. 1847 wurden die Ideen des Bierbrauers endlich anerkannt. Heute bilden sie den Grundstein für das erste Gesetz der Thermodynamik, einen der wichtigsten physikalischen Grundsätze überhaupt.

Im gleichen Jahr freundete sich Joule mit William Thompson, auch bekannt als Lord Kelvin, an und führte ab da mit ihm Experimente durch. Die beiden zeigten 1852, dass ein Gas sich abkühlt, wenn es sich ungestört ausdehnen kann. Dieses Phänomen wird als Joule-Thompson-Effekt bezeichnet und bildet unter anderem die Grundlage für unsere Kühlschränke.

Nach und nach ging Joules Brauerei das Geld aus und er musste das Familienunternehmen verkaufen. Seine letzten Lebensjahre waren geprägt von finanziellen Schwierigkeiten und Krankheit. Am 11. Oktober 1889 verstarb der Brite nach langer Krankheit im Alter von 70 Jahren.

Obwohl James Prescott Joule nie einen akademischen Titel erlangte, wurde er für seine wissenschaftlichen Verdienste vielfach ausgezeichnet. Ihm zu Ehren heißt heute die Einheit der Energie, Arbeit und Wärmemenge Joule. Außerdem wurde ein Mondkrater nach ihm benannt, und in der Westminster Abbey in London gibt es ein Denkmal für ihn.

 

Katherine Johnson und James Prescott Joule sind nur zwei Beispiele dafür, wie einzelne Forschende die Welt verändern können. Egal, ob man sich trotz gesellschaftlicher Benachteiligung durchsetzt wie Johnson, oder ob man auch ohne Universitätsausbildung die Wissenschaft so prägt wie Joule: Wir alle können mit Naturwissenschaft und Technik die Welt ein Stück besser machen!

Als nächstes geht es in unserer Blogreihe um Stephanie Kwolek und Johannes Kepler.

Quellen:

Johnson

National Aeoronautics and Space Administration (2018): Katherine Johnson Biography, [online] https://www.nasa.gov/content/katherine-johnson-biography [10.05.2019].

National Aeoronautics and Space Administration (2015): Katherine Johnson: The Girl Who Loved to Count, [online] https://www.nasa.gov/feature/katherine-johnson-the-girl-who-loved-to-count [10.05.2019].

Enceclopaedia Britannica (o.J.): Katherine Johnson, [online] https://www.britannica.com/explore/100women/profiles/katherine-johnson/ [10.05.2019].

Biography.com (2016): Katherine G. Johnson Biography, [online] https://www.biography.com/scientist/katherine-g-johnson [10.05.2019].

Joule

Europa-Universität Flensburg (o.J.): Biographie von James Prescott Joule, [online] https://www.uni-flensburg.de/fileadmin/content/projekte/satm/biografien/biografien-deu/joule-biografie-de.pdf [13.05.2019].

Enceclopaedia Britannica (o.J.): James Prescott Joule, [online] https://www.britannica.com/biography/James-Prescott-Joule [13.05.2019].

Science and Industry Museum (2019): James Joule: From Establishment Irritant to Honoured Scientist, [online] https://www.scienceandindustrymuseum.org.uk/objects-and-stories/james-joule [13.05.2019].

In unserer Blogreihe stellen wir in alphabetischer Reihenfolge besondere Menschen in der Wissenschaft und Technik vor. Aktuell: Katherine Johnson und James Prescott Joule