Muggleblog

Wilhelm Weber wurde als Sohn des Theologieprofessors Michael Weber in der Wittenberger Schlossstraße 10 im Haus mit der Goldenen Kugel geboren. Er wuchs mit zwei Brüdern auf. Durch die Ereignisse der Befreiungskriege und der Verlegung der Universität Wittenberg zog seine Familie über Bad Schmiedeberg nach Halle an der Saale. Hier besuchte Weber die Latina der Franckeschen Stiftungen und nahm an experimentellen Untersuchungen seines älteren Bruders Ernst Heinrich teil, die zur Herausgabe des Buches Wellenlehre, auf Experimente gegründet (Leipzig 1825) führten. Parallel dazu studierte er, wurde 1827 bei Johann Salomo Christoph Schweigger promoviert und habilitierte sich mit einer Arbeit über die Theorie der Orgelpfeifen.

Nach einer außerordentlichen Professur in Halle folgte er 1831 dem Ruf nach Göttingen (Königreich Hannover), wo er an der Georg-August-Universität Professor für Physik wurde. Dort verlor er sein Amt am 14. Dezember 1837 zusammen mit sechs weiteren Göttinger Professoren (siehe Göttinger Sieben), als er gegen die Aufhebung der Verfassung protestierte. In der Folge lebte Weber als Privatgelehrter in Göttingen oder befand sich auf längeren Reisen.

1843 wurde er nach Leipzig berufen, bis er 1849 nach der bürgerlichen Revolution von 1848 in Deutschland auf seine alte Stellung zurückkehren konnte.

Abb: 1 Denkmal von Gauss und Weber in Göttingen

In Göttingen war Weber sehr eng mit Carl Friedrich Gauß, dem Erdvermesser und deuschen Vater der nichteuklidischen Geometrie befreundet, mit dem er viele Jahre lang zusammenarbeitete. Sie konstruierten 1833 einen elektromagnetischen Telegraphen. Dazu verlegten sie zwei Kupferdrähte über die Dächer der Stadt Göttingen und vermittelten Ostern 1833 den telegraphischen Verkehr zwischen dem physikalischen Institut und dem magnetischen Observatorium der Sternwarte. Im ersten Telegramm (in einem Code ähnlich dem später erfundenen Morsecode) wurde laut der Überlieferung, die möglicherweise nur eine Legende ist, der Text übermittelt: „Michelmann kommt.“ (Michelmann war der Institutsdiener.) 1836 gründete er zusammen mit Gauß und Alexander von Humboldt den Magnetischen Verein. Das in Göttingen stehende Gruppen-Denkmal erinnert an diese Großtat der Wissenschaft. Der sitzende Gauss hält in seiner Hand einen Draht, der heute nicht mehr vorhanden ist. Zum Zeitpunkt dieser Erfindung im Jahr 1833 war Gauß bereits 56, Weber jedoch erst 29 Jahre alt. Den Altersunterschied der Personen lässt das Denkmal nicht erkennen, sie erscheinen vielmehr gleichaltrig. Gauß wird als der Bedeutendere von dem Bildhauer Ferdinand Hartzer etwas hervorgehoben. Weber hört und fragt, während der sitzende Gauß spricht.

Abb: 2 Die vier Bände in englischer Sprache von Wilhem Webers Werk,
herausgegeben von André Koch Torres Assis

Beim Vergleich der elektrostatisch und elektrodynamisch gemessenen Ladungsmenge fiel Weber auf, dass eine Konstante von Bedeutung war, die die Dimension einer Geschwindigkeit hatte. Weber und Kohlrausch gaben für diese Konstante einen Wert an, der um den Faktor 2 vom tatsächlichen Wert abwich, weil zu ihrer Zeit noch ein fehlerhaftes Modell für den Transport des elektrischen Stromes verwendet wurde. Der (nach heutigem Wissen korrigierte) Wert betrug c ≈ 3,1×10⁸ m s⁻¹ und stimmte im Rahmen der Messgenauigkeit mit dem damals verwendeten Wert der Vakuumlichtgeschwindigkeit überein. Dieses Ergebnis inspirierte James Clerk Maxwell zur Annahme, dass das Licht eine elektro-magnetische Welle sei. Aus den maxwellschen Gleichungen (1864 veröffentlicht) folgte nämlich, dass sich elektromagnetische Wellen mit einer Geschwindigkeit ausbreiten, die nach folgender Gleichung zu berechnen ist:

Die Erkenntnis wurde 1857 veröffentlicht.  Hierbei sind μ₀ die magnetische Feldkonstante und ε₀  die elektrische Feldkonstante des Vakuums. Die Identität der Materie des kosmischen Plasmas mit der Konstante aus dem Experiment von Wilhelm Weber und Rudolf Kohlrausch hat dadurch eine theoretische Begründung erfahren, auch wenn das Einstein später negieren wollte, indem er die Lichtgeschwindigkeit als eine Konstante in seiner Theorie vorausgesetzt hat, was aber dem Dopplereffekt und der intrinsischen Rotverschiebung der Spektrallinien widerspricht.

Nun hat der Physiker Andre Koch Torres Assis Professor an der Universität Campinas (Brasilien) https://www.ifi.unicamp.br/~assis/ sich der Mühe unterzogen, Webers Hauptwerke zur Elektrodynamik in vier Bänden mit Hilfe eines Teams von ehrenamtlichen Übersetzern in die englische Sprache zu übertragen und so weltweit computerlesbar als PDF-Dateien zugänglich zu machen. Ein fünfter Band ist in Vorbereitung. Die Bücher sind auch über Amazon in gedruckter Form erhältlich.

PDF: http://www.ifi.unicamp.br/-assis/Weber-in-English-Vol-1.pdf
PDF: http://www.ifi.unicamp.br/~assis/Weber-in-English-Vol-2.pdf
PDF: http://www.ifi.unicamp.br/~assis/Weber-in-English-Vol-3.pdf
PDF: http://www.ifi.unicamp.br/~assis/Weber-in-English-Vol-4.pdf

Amazon: https://www.amazon.com/dp/1987980239
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http://www.ifi.unicamp.br/~assis/Coulomb-in-English.pdf

Two forces and an included angle result in a torque perpendicular to the plane of these forces. The torsion balance fixes two forces, so the vibration of the balance beam can be used to measure the deflecting acceleration.

Review by Mathias Huefner

Over the last 35 years, André Koch Torres Assi’s main research topics have been the evaluation of historical texts on the force laws of Newton and Coulomb, Ampère’s force between current elements and Weber’s law as applied to electromagnetism and gravitation. He has also published several books on these subjects.

Now the complete English translation of Coulomb’s major works on torsion, electricity and magnetism is in seven memoirs before.

Most, if not all, of these memoirs were reprinted by the French Society of Physics in 1884. In the present English translation by Assis and Bucciarelli, each of these historical memoirs is accompanied by explanations and editors‘ comments.

While the laws of Newton, Coulomb, and Weber are consistent with the principles of conservation of momentum, angular momentum, and energy, and rely on the direct force between interacting particles, the remote-acting field approach was pushed through in the 20th-century ether dispute with support from the Catholic Church. Action at a distance also sounds better than the hypocritical Immaculate Conception. It is to Assi’s particular merit that, with his commitment to the historical sources, he has brought back Coulomb’s original materialistic philosophical approach.

Electromagnetic forces and Gravity are determined with the torsion balance. The principle of the torsion balance was first used at the end of the 13th century in tower clocks as a clock generator. However, Coulomb was the first to use this principle to measure force. Coulomb understood the electric charge of the mobile electrons to be a kind of liquid that spreads freely over the surface of a body.

In his first memoir, we learn that Coulomb was already working on the torsion of the torsion balance from 1777 and used this torsion balance to determine the electrical forces in 1784, nine years before John Michell had completed his torsion balance and Henry Cavendish used it to determine the gravitational force in 1798. This is remarkable because Cavendish is said to have claimed that Michell had the idea of building the torsion balance before Coulomb. But there are no records that could prove it. A prerequisite for the force measurement is the knowledge that metal threads generate a reaction force during torsion that is proportional to the twisting angle, as reported by Coulomb as early as 1777. Coulomb obtained a force law that, based on Newton’s law, contained the free charges of the bodies instead of the masses and the same indirect proportionality of the square of the distance. Years later, Cavendish, with greater effort, measured the residual bound charge as a gravitational force. Today we know that the dipole interaction between the electron shell and the atomic nucleus is responsible for this residual charge, which ensures that matter is held together.

In the second memoir we learn that the Gravity F, based on the product mass times free fall acceleration, is proportional to the square of the number of oscillations that the simple pendulum makes per unit time, that is, F is proportional to the square of the oscillation frequency f².

In the third memoir we get a numerical example about the charge loss of the free surface charge. If there is still a residual force, it must be a bound charge, caused by the dipole character of the individual atoms, which we call gravitation and which Cavendish later measured with far more effort on electrically uncharged bodies on the torsion balance.

In the fourth memoir, Coulomb examines the substance dependency of the charge and cannot find any difference between the substances. He concluded that electric charge does not spread in any body by chemical affinity or electrical attraction. In particular, he showed with his torsion balance that electric charge spreads in all conductive bodies according to their shape, without that charge appearing to have any affinity or any electrical attraction to any body, preferably another composed of a different substance. This put him at odds with Volta’s contact theory, for it was believed that the electromotive force in Volta’s battery was located at the junction of each metal with the wet conductor in between, which was due to chemical reactions. The double layer was first described by Helmholtz in 1853.

In the fifth memoir, Coulomb understands electric charge as the mass of an electric liquid and demonstrates its properties. He proves that free charges do not penetrate the body, but only spread out on the surface.

The sixth memoir deals with the continuation of the investigations into the distribution of the electrical fluid between several conducting bodies and the determination of the electrical density at the various points on the surface of these bodies.

In the seventh memoir, Coulomb experiments with the magnetic moment. He calculates the magnetic moment of a magnetized compass needle when the density of the magnetic fluid varies linearly along its length.

With the detailed description of his torsion balance experiments, Coulomb proved that forces can only be recognized by the movements respectively accelerations that cause them. They only differ in strength and direction of action. Electric charges have been identified by Coulomb as cause of forces, hence there can only be one dynamic. But this fact was not universally recognized.

Since one has described these dynamics more or less incompletely, sometimes one-dimensional and sometimes two-dimensional but never three-dimensional, as charge or mass points either using classical mechanics or electrodynamics, artificial barriers were built up between mechanics and electrodynamics which became insurmountable in the idealistic modern physics of the 20th century.