Zitate zum thema glas - geschichte der optischen gläser

Theodor Fontane .... am meisten beeindruckt hat mich auf meiner Reise der Besuch in der hiesigen Glashütte.
Ich hatte mir die Glasherstellung etwas anders vorgestellt. Jedenfalls habe ich die größte Hochachtung vor diesen Leuten, die einen so unentbehrlichen Stoff herstellen. Ich war immer schon der Ansicht, daß es wichtigeres gibt als Gold.
Glas zum Beispiel halte ich für nützlich.

Historie von Alexander dem Grossen

Darauf wuchs in seinem Herzen der Wunsch, die Meerestiefe zu erkunden und zu sehen, welche Tierarten es dort gäbe.
Da hieß er Glasmacher zu sich kommen und befahl ihm, ein Faß aus kristallklarem Glas zu machen, daß er alles draußen deutlich sehen könne. Und so geschah es. Darauf ließ er es an Eisenketten schmieden und die stärksten Soldaten es halten:
er selbst stieg hinein, ließ die Tür schließen und mit Pech verkleben und tauchte in die Meerestiefe hinab.

Pilnius D.Ä.

Kein Stoff ist formbarer,
keiner läßt sich bereitwilliger färben als Glas,
Aber am höchsten geschätzt

ist das farblose Glas,
weil es am meisten dem Kristall ähnelt.

Geschichte der optischen Gläser


Vom Lesestein zum Lithiumglas


















Selten trat der Mensch als schöpferisches Wesen in der Wissenschaft und in der Produktion so deutlich hervor wie auf dem Gebiet der Optik. Selten hängt soviel vom Menschen ab, von seinem Seh- und Konzentrationsvermögen, seinen geistigen und technischen Fähigkeiten, wie bei der Anwendung der Optik. Selten ist aber auch die Gefahr subjektiver Fehler so allgegenwärtig wie bei der Herstellung optischer Gläser und Systeme.

Eigentlich ist es sehr verwunderlich, dass man das Glas speziell als Hilfsmittel des Auges erst vor etwa 700 Jahren zu nutzen begann, ist doch seine Geschichte mehr als 4000 Jahr alt und hat doch die Sehschwäche dem alternden Menschen seit Urzeiten zu schaffen gemacht.

Vor 2000 Jahren schon klagte der alternde Cicero in einem Brief an seinen Freund Atticus, dass die Sehkraft nachlasse und er sich von seien Sklaven vorlesen lasse müssen.

Die einzige optische Anwendung bzw. Nutzung waren die optische Wirkung von Glasstücken, sogenannte Brennsteine, die Strahlen des Sonnenlichtes bündelte und die im Altertum dazu nutzte, Gegenstände zu erhitzen und Feuer zu entfachen. Erst um das Jahr 1000 sind nachweislich im arabischen-islamischen Raum Lesesteine aus Kristall und Glas im Gebrauch.

Al-Biruni, die \"Krone der mittelalterlichen Wissenschaft\", aus Choresmien stammende Arzt, Astronom, Historiker und Mineraloge, der 30 Jahr in Indien lebte und vor allem durch seine Indica oder Geschichte Indiens bekannt wurde, beschrieb das so: Wenn man einen Korund in Form einer Halbkugel in die Nähe eines Buches bringe, lesen sich die kleinen Schriftzeichen ebenso wie mit einer Halbkugel aus Bergkristall, weil sich unter Ihr für den Betrachter die Schriftzeichen verdicken und die Zeilen auseinanderrücken. Warum das so ist Lehrte die Wissenschaft von den Spiegeln. Da der Korund sehr hart ist, muss eine solche Lupe die Politur besonders gut bewahrt haben. Lesesteine aus Bergkristall sind offenbar im Orient zu jener Zeit keine Seltenheit mehr. Die Beschreibung der Linse in der Form eines Kugelsegments liefert ein Zeitgenosse Birunis, Abu Ali Muhammed ben al-Hassan ben al Haitam al-Basri, dessen Aufzeichnungen erst 1572 in Basel unter dem Titel Opticae thesaurus Alhazeni arabis veröffentlicht werden.










Bild: Die vergrößernde Wirkung eine Kugelglassegments eines Lesestein


Solche Lesehilfen aus Bergkristall, die die Form einer doppelten konvexen Linse, oben ein fast halbsphärisches Segment und unter eine geringe Krümmung, aufweisen und die Größe der betrachteten Schrift für das Auge etwa verdoppelten, sind auch aus archäologischen Angaben bekannt. So bewahrt man in der Sektion des Georgischen Museums in Tbilissi eine Linse von 45 mm Durchmesser auf, die zusammen mit Gegenständen aus dem 8.-10. Jahrhundert in einem Kosakendorf im Kurbangebiet gefunden wurde.

Eine Stockholmer Museum besitzt eine Linse von 50 mm Durchmesser aus einem Wikingergrab und eine weitere Linse der gleichen Art, mit einem Durchmesser von 32 mm im Mineralogischen Institut in Russland.


Der Ursprung der Linsenherstellung liegt allerdings noch sehr im geschichtlichen Dunkel. Antike Linsen aus Bergkristall wurden in Gebieten des ehemaligen Troja (um 2300 v.u.Z.), auf Kreta (um 1600 v.u.Z.), in Assyrien (800 v.u.Z.), in Phönizien (300 v.u.Z.), und in Schweden (550 u.Z.) gefunden, Linsen aus Glas stammen aus Karthago (600 bis 150 v.u.Z.) und aus mehreren Provinzen des Römischen Reiches. Bekannt ist, dass man kurz vor der Zeitwende eine Art Drehbank zum Schleifen von Linsen erfand. Allerdings dienten diese Linsen aus Bergkristall oder Glas in jenen Zeiten vorwiegend als Schmuckstücke. Überlieferungen aus dem Altertum zu Kenntnissen der optischen, insbesondere der vergrößernden Wirkung der Linsen fehlt weiterhin. Es ist nicht zu schließen, dass keine vorhanden waren, zumal das geduldige und sorgfältige Schleifen der Linsen sicherlich auch deren genaue Inspektion bedingte. Bekannt ist, das die antiken Naturphilosophen Anaxagoras, Euklid, Archimedes und Ptolemäus sich mit den optischen Eigenschaften des Glases auseinander zusetzten versuchten.

Die Verwendung von Glas für optische Zwecke ist erstmals durch Aristophanes aus der Zeit um 400 v.u.Z. verbürgt, der in seiner Persiflage: Die Wolken die Verwendung von Brenngläsern erwähnt. Neros Lehrer, der Philosoph Seneca, beschrieb die vergrößernde Wirkung einer Kugellinse. In China sollen bereits im 6. Jahrhundert v.u.Z. Brillengläser aus hochbrechendem Barium-Blei-Silikatglas hergestellt worden sein. Das Brennglas kannte man dort spätestens seit dem 8. Jahrhundert v.u.Z.





Von der Entdeckung der vergrößernden Wirkung gläserner Kugelsegmente durch Alhazeni um das Jahr 1000 bzw. durch Robert Grosseteste um 1200 über die Erfindung des Lesesteines durch den englischen Mönch Roger Bacon führte der Weg der optischen Verwendung des Glases schließlich in Europa zur Brille.


Noch 1267 schrieb Barcon in seinem Opus majus: \"Nimmt man ein Kugelsegment von Kristall oder Glas und ist die Höhe des Segmentes kleiner als der Radius, und legt man die ebene Seite auf einen Buchstaben, so sieht man diese Buchstaben und kleinere Gegenstände größer. Deshalb gibt dies ein vorzügliches Instrument für alte Leute und solche, die schwache Augen haben. Denn sie können auch noch kleine Buchstaben in genügender Größe sehen.\"

Auf diesem Prinzip aufbauend, breiten sich nur wenige Jahre später in Italien die ersten Lesegläser und die ersten binokularen Lesehilfen in Form der heute allgemein bekannten Brille aus. Ihre Erfinder waren vermutlich um 1270 Salvino Armati oder Petrus Hisparius, der spätere Papst Johannes XXI. Auf dem Fuße folgten bereits in den Jahren 1300 und 1301 erste Verordnungen zum Schutze des venezianischen Brillenmonopols. Die Brille bereitete sich aus, sie wird zum Förderer der Gelehrsamkeit und des Wissens, zugleich ist sie Ausdruck von Wohlhaben und Würde.

In den Chroniken des Dominikanerkloster St.Caterina zu Pisa aus der Zeit um 1300 kann man über Pater Allessandro della Spina folgendes erfahren:\" Ein bescheidener und guter Mann..., er fertigte selbst Brillen, die zuerst von jemandem hergestellt wurden, der darüber nichts mitteilen wollte, und verbreitet sie fröhlich und bereitwilligen Herzens.\" Dieses Zitat zeigt dass die Herstellung dieser ersten und einfachen optischen Instruments noch lange nicht Allgemeingut, sondern zunächst sorgsam gehütetes Geheimnis war.

Selbst in Johannes Keplers Dioptrice, die ja erst 1611 in Augsburg erschien, finden sich nur rein quantitative Gesetzmäßigkeiten für den Strahlenverlauf in Linsen und Linsensystemen. In Frankreich sind Brillenmacher seit 1465 verbürgt. Einer der ersten deutschen Brillenmacher was Jakob Phulmeier, der 1478 als \"Parillenmacher\" das Nürnberger Bürgerrecht erwarb und der erste deutsche Brillenmacherzünfte entstand 1535 ebenfalls in Nürnberg.

Petrus von Alexandria hatte schon 1342 eine Lochkamera beschrieben, eine sogenannte: Laterna magica, deren Abbildungsqualität D. Barbaro im Jahre 1568 durch Benutzung einer Linse verbesserte. Er erfand damit faktisch das optische Prinzip der späteren Fotokamera.

Der holländische Brillenmacher Zacharias Jannssen baute 1590 das erst Mikroskop, im Jahre 1604 das erste Fernrohr, fast gleichzeitig mit ihm auch Lipperhey in Middelburg, und Galileo Galilei folgte darin 1608 in Italien, 1611 beschrieb Kepler, das nach ihm benannte astronomische Fernrohr. Wenig später, 1613 wurde es von einem Jesuitenpater Christoph Schneider gebaut. Ein Jahr später darauf führte Schneider auch das von Kepler erfundene terrestrische Fernrohr aus, bei dem im Unterschied zu dem astronomischen Fernrohren erstmalig die betrachteten Gegenstände nicht mehr seitenverkehrt und kopfstehend erschienen.

Schyrleo de Rheits entwickelte es zum Auszugsfernrohr weiter und fertigte es ab 1640 viele Jahre in größeren Stückzahlen.

Galileo Galilei konnte das 100 Jahr vorher von Kopernikus erkannte Sonnensystem durch Beobachtung bestätigen und damit die erkenntnistheoretischen Grundfest des Katholizismus auch experimentell widerlegen.

Snellius Van Roijen entdeckte um 1620 das Brechungsgesetz, das den Verlauf der Lichtwege in optischen Medien beschrieb, und Isaac Newton erkannte die Abhängigkeit der Brechung des Lichts von seiner Wellenlänge, die sogenannte Dispersion des Lichtes.

Wie man sich vorstellen kann und sich mit der Thematik des Glases beschäftig hat , war zu damaligen Zeiten die Leistungsfähigkeit der erstellten Gläser durch Blasen und Schlieren stark beeinträchtigt. Man musste sich mit der Lehre des Glases beschäftigen, welches am Ausgang des 17. Jahrhunderts der Glastechnologe Johannes Kunckel in seinem berühmten Werk \"Ars Vetraria Experimentalis oder Vollkommene Glasmacher-Kunst\" das gesamte bisher zugängliche Glasmacherwissen und seine eigenen bahnbrechenden Erkenntnisse und Entdeckungen zusammenfasste und veröffentlicht hatte, setzte eine systematische Suche nach neuen Möglichkeiten zur Herstellung optischer Linsen ein. Viele Bemühungen waren damals immer noch darauf gerichtet, möglichst große Linsen als Brennlinsen zu schaffen.

Im einführenden Artikel des ersten Heftes der 1665 fast gleichzeitig mit dem französischen Gelehrtenmagazin Copte rendu erschienenen ersten wissenschaftlichen Zeitschrift der Welt überhaupt, den englischen Philosophical Transactions, hielten es die Herausgeber für Wert, über gewisse Erfolge des Italieners Giuseppe Compani zu berichten, die dieser bei der Verbesserung des optischen Glases erzielte. Er schmolz selbst Glas, verarbeitete es zu Linsen, montierte ein astronomisches Fernrohr und betrieb damit wissenschaftliche Untersuchungen.

Ein Wegbereiter auf diesem Gebiet war auch der in Dresden ansässige Ehrenfried Walter Graf von Tschirnhaus, ein vielseitiger Gelehrter, Bahnbrecher der deutschen, mittel- und osteuropäischen Aufklärung, erstes deutsches Mitglied der berühmten Academie francaise .In seiner Tätigkeit am sächsischen Hofe befasste er sich in dem Bestreben, die Wissenschaft einer nützlichen Anwendung zuzuführen, wie er sich selbst äußerte, unter anderem mit der Erforschung des Glases. Er richtete Glashütten ein und schliff für damalige Zeiten sensationell große Brennspiegel. Es sei erwähnt dass Tschirnhaus auch an der Erfindung des Porzellans in Europa erheblichen Anteil hatte. In seinem 1700 erschienenen Buch: \"Gründliche Anleitung zu nützlichen Wissenschaft absonderlich zu den Mathesi und Physika\" stellte Tschirnhaus die zu diesem Zeitpunkt bekannten Erkenntnisse über die Reflexion, Brechung, Fokussierung und Abbildung sowie die Ergebnisse damit verbundenen Experimente der interessierenden Fachöffentlichkeit vor, darunter auch die selbst erarbeiteten Erkenntnisse zur Technologie der Schmelze für große Linsen. Von 20 Exemplaren derartiger Linsen sind die Daten belegt. Sie maßen bis zu 98 cm im Durchmesser und waren damit die größten ihrer Zeit. Dafür ließ Tschirnhaus in einer seiner Glashütten bis zu 150 kg schwere Glasblöcke gießen. In den Folgejahren publizierte er außerdem über die von ihm entwickelten, mit Wasser angetriebenen Schleif- und Poliermaschinen. Sein Lehrbuch enthielt Konstruktionsvorschriften für Teleskope und Mikroskope sowie für Apparate zur Konzentration des Sonnenlichts mit großen Linsen und Spiegeln. Bezüglich des Glases finden sich in seinen Berichten Rührwerke, mit dem er relativ große, homogenere Gläser herstellte, die u.a. zu geringeren Farbfehlern des Fernrohres führten.

Als diese Fehlerquelle überwunden war, stellte sich die schon erwähnte Dispersion als entscheidende Grenze für die Leistungsfähigkeit optischer Gläser heraus.



William Vernon Harcout, ein englischer Pfarrer, der ein viel gründlicherer Naturforscher als Theoretiker war, begann 1834 als erster damit, ganz systematisch über die " alten Glasbildner" (Oxide von Aluminium, Kalium, Natrium, Silizium, Kalzium und Blei) weitere 20 neue Elemente in die Glasschmelze einzuführen. Er konstruierte einen Apparat, mit dem er aus Zink und Schwefelsäure in einer mit Blei gefütterten eisernen Bombe unter 20 bis 30 Atmosphären Druck , Wasserstoff herstellte und das entstehende Wasserstoff-Sauerstoffgemisch (Knallgas) aus vielen Platindüsen einer kupfernen Heizschlange brennend auf ein Platintiegel richtete.
Er konnte damit den Tiegel bis auf 1780 Grad Celsius, wobei er innerhalb der Brennschlange mit Hilfe eines Uhrwerkantriebs

gleichmäßig rotieren ließ.
Ihm fehlt nur eine einzige technische Einrichtung, der Rührer, der die Schmelze bewegte.
Erneut, schon zum zweiten mal war eine vorhandene Erkenntnis verloren gegangen.
Die schon erwähnte von Compani, nun die von Fraunhofer,
nach der es notwendig und technisch möglich war, die Glasschmelze durch rühren zu homogenisieren.
William Vernon Harcout entdeckte bei seinen Versuchen neben anderen die Glasbildner
Phosphorsäure und Borsäure, die noch in der Glasentwicklung eine große Rolle spielen sollten. Nach den ersten Probeschmelzen nahm er sich vor, die chemischen Zusammensetzung der verschiedenen Gläser
mit ihnen optischen Eigenschaften zu vergleichen.
William Vernon Harcout und der bedeutende Physiker George Gabriel Stokes kamen 1862 zusammen. George Gabriel Stokes übernahm die Messungen und die Aufgabe formulierte, Gläser mit anormaler relativer Teildispersion
zu entwickeln. Mit der Einführung von 19 neuen Elementen erschloss er völlig neue Möglichkeiten der Glasentwicklung und bewies die Existenz der neuen Glassynthese. Über diesen Existenzbeweis hinaus lieferte die Forschung William Vernon Harcout und ihre Anwendung
in einigen Fernrohren mit 90 mm Durchmesser die Sicherheit, durch Variation der Glaszusammensetzung auch anomale relative Teildispersion zu erzielen. Damit war erstmals der wissenschaftliche Nachweis erbracht, das es möglich ist, die bis dahin als bindend geltende "eiserne Linie" zu verlassen.
Leider war William Vernon Harcout es vergönnt dieses in die Praxis umzusetzen und selbst zu erleben. Seine 166 Glasproben konnten wegen ihrer Schlierenhaltigkeit nicht genau genug vermessen werden,
um die Zusammenhängigkeit zwischen des Glases und seiner optischen Eigenschaften reproduzierbar zu erkennen, und so gingen diese hervorragenden Grundkenntnisse wieder unter.

Der Hofmechanikus Friedrich Körner, der Lehrherr des später so berühmten gewordenen Carl Zeiss, versuchte sich am Glasschmelzen.
Carl Zeiss half ihm die Schmelzgeräte vorzubereiten, doch durfte nie bei der Schmelze dabei sein. Es ist anzunehmen, dass er an dem schließlich erfolglosen Ringen Körners um eine eigene optische Glasschmelze in Jena die enorme Bedeutung des Glases für den Gerätebau erkannt hatte.
Auch der berühmte Chemiker Johann Wolfgang Döbereiner aus Jena entwickelte 1829 ein neues Glas, indem er Kalziumoxid durch Bariumoxid ersetzte. Er führte auch Strontiumoxid in die Schmelze ein und übermittelte das Ergebnis seinen zuständigen Minister, Johann Wolfgang Goethe, in Weimar. Goethe, der sich in Jena selbst mit dem Studium zur Optik- und Farbenlehre befasst hatte, antwortete im am 28.3.1829 mit bewunderungswürdiger wissenschaftlicher Weitsicht:
"Ew. Hochwohlgeboren haben mir die übersendeten Pröbchen von Stromptianglas bei mir den Wunsch erregt,
etwas zur weiteren Förderung dieser schönen Entdeckung beizutragen. Das Wichtigste hierbei wäre, das Verhältnis des Brechungs- und Zerstreuungsvermögens auch bei diesem Glas zu ermitteln. Sollten Sie nicht abgeneigt seyn, den Chefmedikus Körner bei Versuchen dieser Art durch gefällige Anleitung zu unterstützen, so würde ich gern hierzu den erforderlichen mäßigen Aufwand zu tragen geneigt seyn, um mich des Resultats auch in meinen Ansichten zu erfreuen".
Noch mancherlei interessante einzelne Vorstöße sind bekannt, neues Gläser mit hoher optischen Eigenschaften zu erschmelzen.
So der von Maes in Clichy mit einem Borosilikat- Chromglas und von Benrath mit verbesserten Barytgläsern. Aber das führte zu keiner besseren Lage in der Optik, wenngleich auch die Achromaten durch viele Versuch ständiger Verbesserung erfuhren, von allem in der Hinsicht auf die Bildfeldebnung.
Beispiele dafür sind der Dorparter- Refraktor von Fraunhofer aus dem Jahre 1819, das Petzvalsche Porträtobjektiv von 1840, die Fotografischen Aplanate von Seinheil aus dem Jahre 1866 und nicht zuletzt die Wasserimmersion- Mikroskop-Objektive von Harnack, die dieser 1859 der Öffentlichkeit vorführte und die damals in der, freilich noch recht engen Fachwelt, viel Aufsehen erregte. Das außerordentliche wissenschaftliche Interesse am optischen Glas hatte zu jener Zeit seine Ursache darin, dass während des 19. Jahrhunderts mit der Hilfe von Mikroskopen und Fernrohr geradezu revolutionierende naturwissenschaftliche- technische Erkenntnisse gewonnen worden waren. Man entdeckte die Blut- und Gewebezellen, und auf der Grundlage machten die Bakteriologen rasche Fortschritte.
Robert Koch fand den Tuberkel- und Cholera-Bazillus.
Die Kenntnisse vom Mikrokosmos nahm rasch zu und erbrachte zugleich wichtige Resultate für die Medizin. Die Astronomie nahm gewaltigen Aufschwung, insbesondere durch die lichtstarken Fernrohe, mit denen es möglich geworden war, Sterngebilde zu fotografieren.
Ausziehbare Fernrohre erweiterten die Orientierungsmöglichkeiten, vor allem auf den Weltmeeren, aber auch für militärische Zwecke.
Die Entwicklung fand ihren besonderen glaswissenschaftlichen Niederschlag während der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts in der altehrwürdigen Universitätsstadt Jena.

Carl Zeiss hatte seine gediegene Ausbildung bei dem Hofmechanikus Körner in Jena abgeschlossen und sieben Jahre der Wanderschaft genutzt, um sich in den bekanntesten physikalischen, optischen, mathematischen und Maschinen- Werkstätten Stuttgarts, Darmstatt Wiens und in Berlins weiterzubilden.
Nun ließ er sich in der Stadt seiner Lehre in Jena nieder.
Im Jahre 1846 gründete er, 30 jährig, eine Werkstat für mechanische und optische Instrumente. Eine Unterstützung der Wissenschaftler der Universität , hier sei genannt unter anderem, Matthias Schleiden, dem bei seinen naturwissenschaftlichen Studien als Physiologe, Botaniker, und Zellforscher die alten mechanischen Geräte nicht mehr genügten und der großen Hoffnung in den jungen Instrumentenbauer setzte. Die geordnete und wirksame technische Kunst, die Zeiss in diesen Jahren betrieb, erwies sich als zukunftsträchtige Säule, auf die gestützt sich sein Unternehmen rasch ausdehnte. In dem jungen Hochschullehrer Ernst Abbe fand Zeiss einen Partner, der dem Präzisionsgerätebau, Fraunhofscher Arbeitsart folgend, eine neue wissenschaftliche Basis verlieh. Darunter verstand Carl Zeiss die höhere Genauigkeit der Arbeit, die Vertiefung der theoretischen Erkenntnisse und die Verbesserung des optischen Werkstoffs - eine Gedankenkette, die wohl für alle wissenschaftlich begründete industrielle Arbeit direkt oder im übertragenen Sinne für immer gültig blieb.
So errangen in der Folge die nach Abbes Theorie gebauten Mikroskope mit ihrem Leistungsfortschritt sofort eine Spitzenposition im Mikroskopbau.
Abbe war das nicht genug und konstruierte Mikroskope und Fernrohr mit noch nicht verfügbaren, gewissermaßen hypothetischen Gläsern, mit Gläsern, die ganz bestimmte, von ihm angenommene optische Eigenschaften besitzen mussten. Erst Abbe erkannte wie nie zuvor, welchen Fortschritt Gläser, die abseits der sogenannten eisernen Linie liegen und eine hohe anomale Teildispersion besitzen, für die Farbkorrektur, die Bildebnung - also die gleichmäßige Schärfung über das ganze Bild- und die Verzeichnung haben können. Er war ein Mann, der theoretische Erkenntnisse stets auch konsequent technisch und kommerziell umsetzte.
Und da solch ein Glas nicht verfügbar war, versuchte er, mit Hilfe von flüssigkeitsgefüllten Körpern, deren Refraktion und Dispersion seine Forderungen entsprachen, seine theoretischen Voraussagen experimentell nachzuweisen.
Tatsächlich gelang es ihm auf diesem Wege im Jahre 1873, das spektakuläre Spektrum zu beseitigen.
Aber die wissenschaftlich interessante Lösung war noch keine technische Lösung, sie eignete sich nicht für die Serienproduktion.