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Lexikon der Physik: Gauß

Gauß, Carl Friedrich, *30.4.1777 Braunschweig, †23.2.1855 Göttingen, deutscher Mathematiker, Astronom, Geowissenschaftler und Physiker. Der Princeps Mathematicorum, der mit seinen Disquisitiones Arithmeticae (Untersuchungen über höhere Arithmetik) 1801 die moderne Zahlentheorie begründete, wandte sich auch dem Konkreten und den Anwendungen der Mathematik zu. Nach der Entdeckung des Planetoiden Ceres durch Giuseppe Piazzi entwickelte er eine neue praktikablere Methode der Bahnbestimmung, die er in seinem astronomischen Hauptwerk Theoria motus corporum coelestium in sectionibus conicis Solem ambientium (Theorie der Bewegung der Himmelskörper, welche in Kegelschnitten die Sonne umkreisen) 1809 niederlegte. Gauß errang so früh Berühmtheit; man baute ihm eine Sternwarte in Göttingen und machte ihn zum Professor der Astronomie. Bereitwillig nahm er auch 1820 den Auftrag zur Hannoverschen Landesvermessung an. In seiner Abhandlung zur Geodäsie Disquisitiones generales circa superficies curvas (Allgemeine Untersuchungen über krumme Flächen) von 1827 ging Gauß ebenfalls neue Wege. Darin finden sich z.B. der zentrale Begriff des Krümmungsmaßes und die sogenannten inneren Eigenschaften einer Fläche. Bernhard Riemann griff in seiner berühmten Habilitationsvorlesung 1854 auf Wunsch von Gauß diese Gedanken auf, verallgemeinerte sie und schuf so ein Rüstzeug für Einsteins Relativitätstheorie.

Auch in der Physik lieferte Gauß wichtige und z.T. bahnbrechende Arbeiten. Als Astronom mußte er sich mit der Optik auseinandersetzen. Er beriet Johann Georg Repsold bei der Konstruktion achromatischer Objektive. Zur geometrischen Bildkonstruktion bei dicken Linsen und Linsensystemen führte Gauß die beiden Hauptebenen ein. Den Wellencharakter des Lichtes berücksichtigte er allerdings in seinen Überlegungen nicht.

Gauß' bedeutendste Arbeiten galten dem Magnetismus und Geomagnetismus. Mit den erdmagnetischen Forschungen Alexander von Humboldts und den Entdeckungen des Elektromagnetismus durch Hans Christian Oersted 1820 und der Induktion durch Michael Faraday 1831 war dieses Gebiet in ein Zentrum des Interesses der Naturforscher gerückt. Auf der Versammlung deutscher Naturforscher und Ärzte in Berlin 1828 lernte Gauß den 27 Jahre jüngeren Wilhelm Weber kennen, der sich in der Akustik schon einen Namen gemacht hatte. Als durch den Tod Tobias Mayer des Jüngeren der Lehrstuhl für Physik in Göttingen frei geworden war, konnte Gauß mit seinem Gutachten Weber nach Göttingen ziehen. Damit begann eine Zusammenarbeit, wie man sie nur selten antrifft. Wilhelm Weber nahm ganz die Ideen von Gauß auf und setzte sie, was die absoluten Maßsysteme in Magnetik und Elektrik betrifft, in seinem Lebenswerk in die Tat um. 1832 erschien die bahnbrechende Arbeit von Gauß Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata (Die erdmagnetische Kraft auf absolutes Maß zurückgeführt). Absolute Messungen stehen hier zunächst im Gegensatz zu den bis dahin gemachten relativen Messungen. Bei der Bestimmung der Horizontalintensität durch Schwingungen eines Stabmagneten war eine gleichbleibende Größe des magnetischen Momentes nie garantiert. Mit den nach Gauß benannten Hauptlagen konnten nun die Horizontalintensität und das magnetische Moment in den drei Basiseinheiten für Länge, Masse und Zeit (damals mm, mg, sec) gleichzeitig bestimmt werden. Unter absoluten magnetischen und elektrischen Maßeinheiten verstand man später solche in diesem Dreiersystem. Das heutige Vierersystem (MKSA-Einheiten) ging aus dem Dreiersystem hervor.

Als W. Weber 1845 sein Grundgesetz der elektrischen Wirkung schuf – es beherrschte für drei Jahrzehnte die damalige Elektrodynamik – schrieb ihm Gauß in einem vielzitierten Brief vom 19. März 1845, daß er etwa ein Jahrzehnt zuvor sich ebenfalls mit Grundgesetzen der Elektrodynamik befaßt hatte, aber zu keinem befriedigenden Ergebnis gekommen war. Gauß hatte dabei eine ähnlich wie beim Licht sich fortpflanzende Wirkung der elektrischen und magnetischen Kräfte vor Augen. Webers Grundgesetz dagegen war ein Fernwirkungsgesetz (unendlich große Fortpflanzungsgeschwindigkeit).

Gauß und Weber errichteten 1833 ein magnetisches Observatorium. Unter Mitwirkung A. von Humboldts entstand der Göttinger Magnetische Verein. Sozusagen als Nebenprodukt der Gauß-Weberschen Untersuchungen zum Ohmschen Gesetz entstand 1833 der erste, über eine größere Strecke hinweg funktionierende elektrische Telegraph.

Zwei Abhandlungen von Gauß in den Resultaten, dem Publikationsorgan des Magnetischen Vereins, sind von besonderer Bedeutung:

1) Allgemeine Theorie des Erdmagnetismus (1838);

2) Allgemeine Lehrsätze in Beziehung auf die im verkehrten Verhältnisse des Quadrats der Entfernung wirkenden Anziehungs- und Abstoßungskräfte (1839).

In der Abhandlung von 1838 entwickelte Gauß eine mathematische Theorie (rein phänomenologisch) mit Hilfe von Potentialsätzen. Sie stellt heute noch eine der Säulen in der geomagnetischen Forschung dar. Die zweite Abhandlung trug wesentlich zur Verbreitung und zum Gebrauch des Potentialbegriffs bei. [KHW]

Literatur:

C.F. Gauß: Werke, hrsg. von der Ges. d. Wiss. zu Gött., 12 Bde., Göttingen 1870-1929;
U.C. Merzbach: Carl Friedrich Gauß. A Bibliography, Wilmington/Delaware 1984;
K.H. Wiederkehr: Aus der Geschichte des Göttinger Magnetischen Vereins und seiner Resultate. In: Nachrichten der Akad. d. Wiss. in Gött., II. Mathem.-Physikal. Klasse Nr. 14/1964, S. 165-205;
K.v. Meÿenn (Hrsg.): Die großen Physiker, 1. Bd. S. 357-370, C.F. Gauß (1777-1855) und W. Weber (1804-1891). München 1997 (mit umfangreicher Literatur).



Gauß, Carl Friedrich

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Markus Aspelmeyer, München [MA1] (A) (20)
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Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15; Essay Perkolationstheorie)
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Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
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Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Prof. Dr. Michael Grodzicki, Salzburg [MG1] (B) (01, 16)
Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
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Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
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Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14)
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Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
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Prof. Dr. Klaus Andres, Garching [KA] (A) (10)
Markus Aspelmeyer, München [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
Doz. Dr. Hans-Georg Bartel, Berlin [HGB] (A) (02)
Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Frankfurt [HB1] (A, B) (29; Essay Seismologie)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
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Dr. Dietrich Einzel, Garching (A) (Essay Supraleitung und Suprafluidität)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Wien [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmern [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Essays Symmetrie und Vakuum)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
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Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Dr. Sascha Hilgenfeldt, Cambridge, USA (A) (Essay Sonolumineszenz)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
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Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen [JK] (A) (04)
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Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Dresden [RM1] (A) (23; Essay Tieftemperaturphysik)
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Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
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Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexico [OP] (A) (30)
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Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
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Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, München [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, München [SS1] (A) (22)
Dr. Berthold Suchan, Gießen [BS] (A) (Essay Wissenschaftsphilosophie)
Cornelius Suchy, Brüssel [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, München [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Stefan Theisen, München (A) (Essay Stringtheorie)
Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Köln [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Dr. Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Manfred Weber, Frankfurt [MW1] (A) (28)
Dr. Martin Werner, Hamburg [MW] (A) (29)
Dr. Achim Wixforth, München [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, USA [SW] (A) (16)
Dr. Stefan L. Wolff, München [SW1] (A) (02)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, München [WZ] (A) (20)

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