Zum Abschluss unseres kleinen chemisch-physikalischen Ausflugs noch etwas aus der Photographie. Jeder Photoamateur hat schon einmal die Bekanntschaft mit einer Erscheinung gemacht, die man Solarisation nennt. Sie besteht darin, dass ein allzu starker Lichteindruck auf der lichtempfindlichen Schicht das Gegenteil dessen bewirkt, was man erwarten sollte: bei der Aufnahme einer brennenden Glühlampe zum Beispiel zeigt das entwickelte Negativ den Glühfaden nicht tief geschwärzt, sondern glasklar. Ein Zuviel an Licht lähmt also gewissermaßen die lichtempfindliche Schicht, so dass sie überhaupt keine Schwärzung erfährt und das Positiv damit eine Umkehrung von Licht und Schatten zeigt. Diese Solarisation tritt jedoch nur bei einer mehr als tausendfachen Überbelichtung auf, also wenn sich im Bildfeld die Sonnenscheibe oder aber eine sehr starke künstliche Lichtquelle befindet. Nun gibt es aber noch eine zweite Erscheinung, die in der Wirkung der Solarisation gleicht, jedoch ohne Überbelichtung zu Stande kommt. Nehmen wir in einem verdunkelten Zimmer die Funken eines Feuerzeuges, einer Elektrisiermaschine oder einer „Wunderkerze” auf, wie man sie am Weihnachtsbaum abbrennt, dann erhalten wir ein normales Bild. Drehen wir aber anschließend an die Funkenaufnahme die Zimmerbeleuchtung an und schließen dann erst den Kameraverschluss, so sind nach dem Entwickeln und Kopieren die Funken nicht weiß, sondern schwarz abgebildet. Dieser so genannte Clayden-Effekt wird also durch eine kurze Nachbelichtung erzielt und gelingt merkwürdigerweise nur bei rasch bewegten Lichterscheinungen. Auf die gleiche Weise kann man bei Gewitteraufnahmen sogar schwarze Blitze erhalten, und zwar ohne weiteres Zutun, wenn ein besonders kräftiger Blitz für die notwendige Nachbelichtung sorgt.
Auch der Clayden-Effekt lässt sich bis heute nicht einwandfrei erklären, und alle Theorie darüber stützt sich — wie bei tausend anderen Naturerscheinungen — nur auf Vermutungen. Und damit kommen wir wieder auf unsere einleitenden Feststellungen, dass wir trotz allen Fortschritten in der naturwissenschaftlichen Forschung keine Ursache zur Überheblichkeit haben. Trotz der genialen Leistungen und Erfolge menschlichen Forschungsgeistes wird der Mikro- und Makrokosmos wohl bis in alle Ewigkeit die meisten und wohl auch größten seiner Geheimnisse bewahren.

Nicht weniger rätselhaft ist eine Erscheinung im Reich der Chemie, die man Katalyse nennt. Gewisse Stoffe beschleunigen den Verlauf eines chemischen Prozesses durch ihre bloße Anwesenheit ganz erheblich, wobei sie selbst keinerlei merkbare Veränderung erleiden. Man nennt sie Katalysatoren oder Kontaktstoffe und benützt sie in der chemischen Industrie sehr häufig. Sie machen es möglich, bestimmte Stoffe in sehr wirtschaftlichen und zeitsparenden Prozessen zu erzeugen. Die Wirkung dieser Kontaktstoffe, zu denen vor allem Eisen, Platin, Nickel, Braunstein und viele andere Metalloxyde und -Chloride gehören, besteht meist darin, dass der betreffende chemische Prozess bei Anwesenheit dieser Kontaktstoffe schon bei wesentlich tieferer Temperatur oder tieferem Druck vor sich geht. So ist zum Beispiel die billige Herstellung von Schwefelsäure und Ammoniak nur mit Hilfe dieser Katalyse möglich geworden, wobei als
Kontaktstoff Eisenoxyd, also ganz gewöhnlicher Rost verwendet wird.
Kaliumchlorat gibt bei einer Erwärmung auf 360° C Sauerstoff ab. Mischen wir es aber mit Braunstein, der sich erst bei 400° C zersetzt, dann tritt schon bei 200° C lebhafte Sauerstoffentwicklung ein.
Hier haben wir also ein einfaches Beispiel für eine Katalyse, in welcher der Braunstein als Kontaktstoff die zum Schmelzen notwendige Temperatur um 160 ° C herabsetzt. Besonders anschaulich zeigt die Wirkung eines Katalysators folgender kleine Versuch. Zucker, eine Verbindung von Kohlen-, Wasser- und Sauerstoff, brennt bekanntlich nicht. Reiben wir aber die Oberfläche eines Stückes Würfelzucker mit Eisenpulver oder Rost (Eisenoxyd) ein, dann lässt er sich entzünden und brennt mit blauer Flamme!
Die Katalyse ist auch heute noch nicht geklärt. Man nimmt vorläufig an, dass sich in den einfachen Fällen der Vorgang etwa so abspielt: die beiden Stoffe A und B reagieren unmittelbar wenig oder gar nicht aufeinander. Ist jedoch ein Katalysator K anwesend, so verbindet sich dieser zunächst mit A. Diese Verbindung AK reagiert rasch mit B zu einer Verbindung AKB, aus der sich schließlich in einer dritten Reaktion der Katalysator K wieder loslöst, wobei die Verbindung AB bestehen bleibt. Auch in der organischen Chemie gibt es solche Kontaktstoffe, so genannte Fermente oder Enzyme, welche chemische Vorgänge auslösen, ohne sich selbst dabei zu verändern. So gerinnt die Milch bei Anwesenheit von Lab, einem im Kälbermagen enthaltenen Ferment, das Eiweiß wird im Magen unter dem Einfluss des Pepsins umgewandelt, ein im Malz vorhandenes Ferment, die „Diastase”, verwandelt die Stärke in gärungsfähigen Zucker und anderes mehr.

Wir wickeln um die beiden Enden eines etwa 3 Zentimeter langen und 3 bis 4 Millimeter starken Glasstäbchens oder Glasröhrchens einige Windungen stärkeren, blanken Drahtes und befestigen diese Zuleitungen in den Korken zweier gleich hoher Fläschchen (vgl. unsere erste Abbildung). Die Fläschchen füllen wir mit Wasser, um ihnen eine bessere Standfestigkeit zu geben. Dann schalten wir die Zuleitungen in den Stromkreis einer stärkeren Glühlampe ein. Da das Glasstück ja nicht leitet, bleibt die Lampe natürlich dunkel. Nun erhitzen wir das Glasröhrchen mit einem Spiritus- oder Gasbrenner, und zwar gleichmäßig über seine ganze Länge, bis es zu glühen beginnt. Und jetzt kommt die Überraschung. Bei einer ganz bestimmten Temperatur des Glases flammt die Glühlampe plötzlich auf, und gleichzeitig leuchtet auch die glühende Glasmasse etwas heller auf. Nehmen wir die Heizflamme rasch weg, dann hält dieser Zustand noch einige Zeit an, weil nämlich das Glas nun von dem durchfließenden Strom weiter erhitzt wird. Diese elektrische Erhitzung kann so weit gehen, daß das Glasrohr abschmilzt. Man versucht, die Erscheinung, dass ein ausgesprochener Nichtleiter wie Glas bei einer bestimmten Temperatur leitend wird, damit zu erklären, dass Glas kein fester Stoff im eigentlichen Sinne ist, sondern eine stark unterkühlte Flüssigkeit in erstarrtem Zustand darstellt. Wird sie wieder weich, dann tritt wie bei der Elektrolyse ein Stromtransport durch wandernde Ionen ein, das sind Moleküle (oder Atome) mit einem positiven oder negativen Ladungsüberschuß, zum Unterschied vom Stromtransport in Metallen, den die frei beweglichen Elektronen besorgen.
Eine andere merkwürdige Wirkung der Wärme ist, dass sie die magnetischen Eigenschaften bestimmter Stoffe aufzuheben vermag. Wiewohl es schon lange bekannt war, dass ein magnetisch gemachtes Stahlstück durch Ausglühen seinen Magnetismus wieder verliert, hat erst der Physiker Pierre Curie im Jahre 1895 genaue Untersuchungen darüber angestellt. Er fand, daß die Magnetisierbarkeit mit zunehmender Temperatur immer kleiner wird und schließlich bei einer bestimmten Temperatur, der nach ihm benannten Curie-Temperatur, völlig verschwindet. (Genau genommen werden die ferromagnetischen Stoffe, also Eisen, Stahl, Kobalt und Nickel, bei dieser Temperatur paramagnetisch. Da aber paramagnetische Stoffe wie Zink, Kupfer usw. ein magnetisches Kraftfeld nur geringfügig verstärken, selbst aber keinen Magnetismus annehmen, kann man sie praktisch als unmagnetisch bezeichnen.) Diese Curie-Temperaturen liegen für Eisen bei 770° C, für Stahl bei 870° C, für Kobalt bei 1130° C und für Nickel bei 358° C. Das Verschwinden des Magnetismus können wir beim Erhitzen des Eisens mit einem Spiritus- oder Gasbrenner unter Zuhilfenahme eines Magneten genau beobachten, wenn wir ein Stückchen Eisen an einen dünnen Kupferdraht binden und dieses „Pendel” an einem Nagel aufhängen. Mit einer Spirituslampe erreicht man den Curiepunkt allerdings nur an einem sehr kleinen Eisenstück, z. B. einem kleinen Nagel.
Bequemer ist es, eine Nickelmünze zu verwenden, die je nach der Legierung schon bei einer wesentlich tieferen Temperatur unmagnetisch wird. Man erklärt sich das Schwinden des Magnetismus bei diesen Temperaturen als Folge der stärkeren Bewegung der Moleküle, welche die Richtkraft zwischen den angenommenen Elementarmagnetchen hemmen, doch sind alle diese Deutungen nur Annahmen.

Der tiefe Vorstoß in die Welt des Unsichtbaren, welcher der Wissenschaft unseres Jahrhunderts gelungen ist, hat unser bisheriges Weltbild von Grund auf geändert. Aber man könnte fast sagen, dass diese Erkenntnisse ein Danaergeschenk waren. Denn je weiter wir in die Geheimnisse der Natur vordringen, desto mehr Rätsel gibt sie uns auf, Rätsel, die nicht selten schon gesichert erscheinendes Wissen wieder über den Haufen zu werfen drohen. Ob es sich darum handelt, die zwiespältige Natur des Lichtes zu klären, die Geheimnisse der kosmischen Strahlen zu ergründen oder das Werden und Vergehen im Weltenraum in menschlich erfassbare Gesetzmäßigkeiten zu kleiden, immer vermögen wir nur Theorien und Hypothesen aufzustellen, also Annahmen, die sich früher oder später als falsch erweisen können.
Nichts ist also selbstverständlich geworden, und die Natur bleibt nach wie vor in ihren letzten Zusammenhängen von Ursache und Wirkung, Zeit und Raum unergründlich. Aber man braucht gar nicht so weit zu gehen, um dieser
Eigenwilligkeit der Natur und ihrem oft widerspruchsvollen Verhalten zu begegnen. Schon die harmlose physikalische Erscheinung der Wärme, die wir — vom Stubenofen ausgestrahlt — so angenehm empfinden, hat ihre Geheimnisse. So vermag sie beispielsweise höchst seltsame, nur schwer zu erklärende Veränderungen in den Eigenschaften der Materie hervorzurufen.
Elektrische Leiter haben bekanntlich einen bestimmten Widerstand, der nicht nur von dem Stoff und dem Querschnitt des Leiters, sondern auch von seiner Temperatur abhängt. Bei metallischen Leitern wächst der Widerstand mit Zunahme der Temperatur, bei den Halbleitern ist es meist gerade umgekehrt. So kann man mit einem Strommesser recht deutlich das allmähliche Anschwellen des Stromes beim Einschalten einer Kohlenfadenlampe beobachten. Andererseits ist beim Einschalten einer Metallfaden-Glühlampe schon manches empfindliche Meßgerät durchgebrannt, weil hier der kalte Glühfaden einen viel kleineren Widerstand hat als bei Glühtemperatur. Seit es gelungen, mit verflüssigter Luft, verflüssigtem Helium und Wasserstoff dem absoluten Nullpunkt, also minus 273 Grad Celsius, sehr nahe zu kommen, hat man den elektrischen Widerstand der Leiter und Halbleiter auch bei diesen tiefsten Temperaturen untersucht. Dabei hat sich die zwar erwartete, in der Praxis aber doch überraschende Tatsache gezeigt, dass bei diesen tiefsten Temperaturen metallische Leiter ihren Widerstand fast vollständig verlieren, während die Halbleiter zu Nichtleitern werden. Wie aber reagieren nun die so genannten Isolatoren, also Stoffe, die bei gewöhnlichen Temperaturen als Nichtleiter angesehen werden, auf Temperaturänderungen? Ein einfacher Versuch wird hier ein überraschendes Ergebnis bringen.