Christian Doppler: "Jeder kann die Formeln nachprüfen"

Namensgeber für den Effekt, der so vielfältige Techniken wie medizinische Ultraschallgeräte und Wetterprognosen ermöglicht hat, war der Physiker Christian Doppler.

Christian Doppler wird am 29. November 1803 in Salzburg als drittes Kind des Steinmetzes Johann Doppler geboren. Ab 1821 studiert er Mathematik, Physik und Geometrie am Polytechnischen Institut in Wien, 1829 wird er ebenfalls in der österreichischen Hauptstadt Assistent für höhere Mathematik. 1833 läuft sein Vertrag aus, daraufhin bewirbt er sich erfolglos um Stellen in Triest und Prag. Er will schon nach Amerika auswandern, als er doch in Prag angenommen wird. 1836 heiratet er Mathilde Sturm, sie bekommen später fünf Kinder, 1841 wird Doppler Professor für praktische Geometrie am Polytechnischen Institut in Prag. Ein Jahr später beschreibt er in Prag erstmals den später nach ihm benannten Effekt, dessen akustische Variante der niederländische Meteorologe Christophorus Buys-Ballot 1844 experimentell nachweisen kann. 1850 wird Doppler Erster Direktor des neuen Physikalischen Instituts der Universität Wien, wo er vom Mathematiker Josef Petzval wiederholt diskreditiert wird, bis er 1852 zurücktreten muss. Am 17. März 1853 stirbt Doppler in Venedig in den Armen seiner Frau an Tuberkulose.

Technology Review: Vielen Dank, dass Sie mich empfangen, Professor Doppler. Ich bin überrascht, dass Sie bei Ihrer fragilen Gesundheit noch bereit für ein Treffen sind.

Christian Doppler: Ich mag durch die Tuberkulose vielleicht nicht mehr viel Zeit haben, aber gerade deshalb bin ich begierig zu erfahren, wie die Nachwelt meine Erkenntnisse beurteilen wird.

TR: Sie meinen sicher Ihre berühmteste Entdeckung, die als Doppler-Effekt in den Physikbüchern stehen wird.

Doppler: Sie wissen gar nicht, wie viel es mir bedeutet, dass die Physikwelt meine Arbeit anerkennen wird.

TR: Ich ahne es. Bevor Sie hierher nach Venedig kamen, um sich auszuruhen, hat der Mathematiker Josef Petzval Ihre wissenschaftliche Reputation zerstört.

Doppler: Das stimmt leider. Er konnte die Kaiserliche Akademie der Wissenschaft davon überzeugen, dass meine Arbeiten, wie er schrieb, "erwiesenermaßen irrig" seien. Dabei kann jeder die Formeln nachprüfen, und experimentelle Beweise gibt es auch.

TR: Umso befremdlicher mutet die Reaktion des Unterrichtsministers Leo Graf Thun-Hohenstein an, auf dessen Anordnung Sie die Leitung des physikalischen Instituts an der Universität Wien binnen einer Dreitagesfrist Ihrem Nachfolger übertragen mussten.

Doppler: Ach, ich bin inzwischen so krank, ich hätte mich wahrscheinlich sowieso bald zurückziehen müssen. Aber mich betrübt es ungemein, dass Petzvald das Prinzip des Effektes völlig verkannt hat. Es hat ihn wohl auch nie interessiert. Immerhin ist er ein brillanter Mathematiker.

TR: Wie erklären Sie sich seine Ablehnung?

Doppler: Er betrachtet alles, was nicht mit Differenzialgleichungen zu erklären ist, als niedere Wissenschaft. Dabei haben wir beide recht. Aber lassen wir das. Erzählen Sie mir lieber, woher Sie als Journalistin den Effekt kennen.

TR: Aus dem Biologie-Studium, zu dem auch Physikvorlesungen gehörten.

Doppler:: Dann schauen wir doch mal, wie gut Sie sich noch erinnern können, erklären Sie ihn doch mal.

TR: Ich sehe schon, Sie sind immer noch mit Leib und Seele Hochschullehrer. Aber ich muss Sie leider enttäuschen, ich musste es bei der Vorbereitung des Interviews nachschlagen: Wenn sich ein Beobachter auf eine Lichtquelle zu oder von ihr weg bewegt, dann verändert sich für ihn ihre Farbe...

Doppler: Ganz genau. Ähnliches gilt für Schallquellen: Bewegt man sich auf sie zu oder von ihnen fort, hört man einen höheren oder tieferen Ton.

TR: Jeder kennt das Phänomen, auch wenn er nichts vom Doppler-Effekt gehört hat: Wenn ein Krankenwagen mit Sirene an einem vorbeifährt, verändert sich der Sirenenton ganz deutlich.

Doppler: Sehen Sie, es ist ganz einfach. Mein holländischer Kollege Christophorus Buys-Ballot hat zur Demonstration dieser Tonverschiebung eine Lokomotive gemietet, drei spielende Musiker hineingesetzt und sie von Utrecht nach Maastricht fahren lassen. Entlang der Strecke standen ebenfalls Musiker, deren geschultes Gehör sogar Achteltöne unterscheiden konnte, und sie haben die Frequenzverschiebung auch bestätigt.

TR: Aber warum sagen Sie dann, Ihr Widersacher Petzval hätte ebenfalls recht? Er hat doch den Doppler-Effekt trotz der experimentellen Beweise nie anerkannt.

Doppler: Petzval hatte recht damit, dass sich die eigentliche Frequenz einer Licht- oder Schallquelle objektiv gesehen natürlich nicht verändert, nur weil sie sich auf mich zubewegt. Es ist aber ebenso unbestritten, dass ich als Betrachter subjektiv dennoch eine Farb- oder Tonänderung wahrnehme. Aber weder Petzval noch die anderen Kritiker waren zu überzeugen, dass sich etwa die Farbänderung ganz wunderbar dazu eignen würde, um daraus die Bahnen und die Geschwindigkeit von Sternen zu berechnen. Das ist nur leider noch nicht gelungen, weil unsere Instrumente zu unempfindlich sind.

TR: Der deutsche Astrophysiker Hermann Carl Vogel wird das mit dem Teleskop der Sternwarte in Potsdam bald schaffen. Und der Astronom Edwin Hubble aus den USA wird mithilfe des Doppler-Effekts feststellen, dass sich das Universum ausdehnt.

Doppler: Das ist unglaublich, ich weiß nicht, was ich sagen soll. Die Astronomie wird ja riesige Fortschritte machen.

TR: Und das ist noch nicht alles. Der Doppler-Effekt hat auch die Medizin, die Wettervorhersage und die Navigation stark beeinflusst – um nur einige Beispiele zu nennen. Professor Doppler, ist Ihnen nicht gut? Ich habe Sie über Gebühr beansprucht, verzeihen Sie!

Doppler: Nein, nein, ausruhen kann ich mich später. Bitte erzählen Sie weiter, etwa über diese neuen medizinischen Geräte.

TR: Sie heißen Ultraschallgeräte, oder auch Doppler-Sonografen. Mit ihnen werden Schallwellen in den Körper geschickt und die – etwa von den roten Blutkörperchen – zurückgeworfenen Wellenanteile wieder aufgefangen.

Doppler: Lassen Sie mich raten: Weil sich die Zellen im Blutstrom bewegen, lässt sich auch hier eine Frequenzverschiebung des Schalls messen.

TR: Genau. Ein zweites Gerät zeigt dem Arzt dann ein farbiges Abbild der untersuchten Gefäße, aus dem er erkennen kann, wie schnell das Blut fließt und in welche Richtung. Das hilft ihm, die unterschiedlichsten Erkrankungen zu diagnostizieren: eine Verengung der Halsschlagader zum Beispiel; oder wenn es einem Baby im Mutterleib nicht gut geht.

Doppler: Und wie in aller Welt können meine Formeln bei der Vorhersage des Wetters helfen?

TR: Wenn man Radiowellen auf Wolken richtet, kann man aus den reflektierten Wellen ermitteln, welche Wolken Regen bringen, weil Wassertropfen stark reflektieren; aus der Frequenzverschiebung lässt sich feststellen, wie schnell ein Gewitter naht und welchen Kurs es nimmt.

Doppler: Ich hätte mir nie träumen lassen, dass meine Formeln das alles ermöglichen würden. Ich wollte damit immer nur hinauf zu den Sternen schauen und ihre Bahnen bestimmen. (vsz)