Кристиан Готлиб Краценштайн

Кристиан Готлиб Краценштайн. Офорт на меди по рисунку Пауля Ипсена, 1781 год.

Кристиан Готлиб Краценштайн (30 января 1723, Вернигероде — 6 июля 1795, Копенгаген ) — врач, физик и инженер немецкого происхождения . С 1753 года и до конца жизни он был профессором Копенгагенского университета был , ректором которого четыре раза . Особенно известен своими исследованиями применения электричества в медицине и первыми попытками механического синтеза речи . Будучи учителем, он написал первый учебник по экспериментальной физике в Соединенном Королевстве Дания-Норвегия .

Биография

Краценштейн был крещен 2 февраля 1723 года в Вернигероде, Саксония-Анхальт , Священная Римская империя , и вырос там в академической семье вместе с тремя братьями. Отец дал им хорошее воспитание и образование. В 1733–1742 годах он посещал латинскую школу в том же городе. Уже в этом возрасте его интерес к чтению и обучению был признан. Особенно его увлекали новейшие открытия в области естественных наук и механики .

В 1742 году Краценштейн начал изучать физику и медицину в университете Галле , который в то время занимал ведущее положение в этом регионе. Его интересы теперь обратились к исследованиям электричества и, в частности, его воздействия на живые организмы. Через четыре года он получил 1746 докторских степеней по физике и медицине. Ему тогда было всего 23 года. После двух лет работы приват-доцентом он был в 1748 году избран в Леопольдинскую академию наук в том же городе.

В это время Краценштейн добился международного признания и был в 1748 году призван в Академию наук в Петербурге . Вероятно, в этой связи использовал свое влияние Леонард Эйлер , работавший там ранее до того, как занял новую должность в Прусской академии наук в Берлине . Он переписывался с Краценштейном в течение нескольких лет.

Карта Скандинавии в Жанвье 1762 года. Краценштайн обнаружил, что побережье Норвегии находится на 150 км дальше к востоку, чем на картах, которые тогда использовались.

На своей новой должности Краценштейн среди других проектов работал над усовершенствованием приборов для навигации в открытом море. Они были опробованы в 1753 году во время корабельной экспедиции из Архангельска вдоль норвежского побережья через Каттегат и Балтийское море обратно в Санкт-Петербург. Во время путешествия он сделал остановку в Копенгагене и вскоре получил предложение от местного университета. Осенью 1753 г. он был назначен профессором экспериментальной физики и медицины. В то же время он был избран членом Датской королевской академии наук и литературы . Он останется в этом городе до своей смерти.

Краценштейн за короткое время стал известен как интересный лектор и привлек большую аудиторию как обычных студентов, так и заинтересованных граждан. Он освещал самые разные темы: от новейших знаний о растениях и животных, геологии , физиологии и физики и химии . В то время между этими дисциплинами часто существовало довольно размытое разделение. Когда он умер, он накопил 12 000 риксдалеров , которые были переданы университету. Через несколько лет этот фонд позволил Гансу Христиану Эрстеду построить собственную лабораторию для физических экспериментов.

Его работа в университете укрепила академические стандарты и проявилась во многих отношениях. Таким образом, именно Краценштейн перехватил инициативу перед важными прохождениями Венеры в 1761 и 1769 годах, а не астрономами обсерватории Рундеторн . Чтобы распространить влияние своих лекций, он написал учебник по экспериментальной физике. Он был опубликован в нескольких изданиях и вышел на немецком, французском и латинском языках . помимо датской версии В результате всех своих усилий и усилий он четыре раза занимал пост ректора университета.

Во время пребывания в Копенгагене он поддерживал контакты со своими бывшими коллегами в Санкт-Петербурге. Академия наук объявила в 1778 году конкурс на приз, посвященный механизмам использования гласных A, E, I, O и U в человеческой речи . Эйлер ранее интересовался этой проблемой и, вероятно, стоял за постановкой задачи. Краценштейн получил первую премию в 1780 году, сконструировав «орган для гласных», который мог производить эти особые звуки. Это представляет собой один из первых вкладов в современный синтез речи .

Из-за своего широкого круга обязанностей и темперамента Краценштейн часто попадал в конфликты со своими коллегами. В последующие годы он, кроме того, страдал от болезней, которые могли быть вызваны его химическими экспериментами. После того, как в 1783 году умерла его жена Анна Маргрете Хаген, от которой у него было четверо детей, он активно искал новую жену и через год женился на Анне Марии Туун из Гамбурга . Во время большого пожара в Копенгагене 1795 года он потерял большую часть своего имущества и научного оборудования. Он переехал в пригород Фредериксберг , где и умер месяц спустя.

Важные вклады

Краценштейн был эрудитом и типичным представителем Просвещения . Новые идеи и открытия меняли понимание мира. Наблюдения и эксперименты должны заменить старые догмы и суеверия. Это убеждение характеризовало всю жизнь Краценштейна, любопытство которого вело его во многих направлениях. Он преуспел больше в практических исследованиях и создании инструментов, чем в разработке новых теоретических открытий, которые переживут его времена.

Тело и душа

Будучи студентом в Галле, Краценштайн сделал свой первый шаг к известности благодаря своей брошюре « Доказательство того, что душа строит свое тело» в 1743 году. Это было типично для философского дискурса в университете того времени. В этой работе он обсуждал расположение души в теле и то, как живые организмы могут продолжать функционировать после ампутаций и других тяжелых изменений тела. Если бы у животных тоже была душа, нужно было бы объяснить, что она делает в полипе , который может вырасти из меньшей части уже существующего полипа. Подобные вопросы продолжали занимать его и в последующие годы в Галле, где он также исследовал паразитов в человеческом организме, например ленточных червей .

В то же время в 1744 году он также написал эссе «Теория о повышении паров и испарений в воздухе» на конкурсе на премию, объявленном Академией наук в Бордо . Здесь он физик, пытающийся прийти к более микроскопическому объяснению того, что сегодня называют газами и парами . Он подсчитал, что капля воды превратится в пятьсот миллионов более мелких частиц в результате испарения .

Электричество и электротерапия

Краценштейн, офорт на меди по мотивам Йонаса Хааса, 1758 год.

Уже во время своего воспитания в Вернигероде Краценштейн познакомился с электростатическими генераторами и увидел, какие эффекты может иметь электрический ток . Этот интерес он расширил во время учебы в Галле, уделив особое внимание потенциальному использованию электричества в медицине. Свои мысли в этом направлении он опубликовал в 1744 году под названием Abhandlung von dem Nutzen der Electricität in der Arzeneiwissenschaft . Из экспериментов и наблюдений он увидел, как электричество может влиять на человеческий пульс и потоотделение . Точно так же он увидел, как электрические разряды могут лечить некоторые неврологические расстройства . Эти идеи позже были подхвачены другими и развиты в то, что сегодня обычно называют электротерапией .

На основе этих идей и исследований Краценштейна возникли предположения, что он мог быть моделью вымышленного доктора Франкенштейна из одноименной книги, написанной Мэри Шелли несколько десятилетий спустя.

Двумя годами позже Краценштайн написал более теоретическую работу «Теория электричества, нравы, геометрическая экспликата», посвященная природе электричества. Примерно в это же время он провел измерения, чтобы выяснить, как меняется электрическая сила между двумя заряженными объектами по мере их разделения. С теоретической стороны он утверждал, что электрический ток возник в результате движения двух жидкостей , которое сегодня соответствовало бы потоку положительных и отрицательных электрических зарядов . Сами заряды должны возникать за счет вихрей в этих жидкостях. Примерно в то же время Бенджамин Франклин объяснил те же явления, основываясь на картине одной жидкости, где отрицательный заряд возник из-за отсутствия положительного заряда. Именно это объяснение возобладало.

Вместе с аналогичной диссертацией о телесных жидкостях и их свойствах Краценштейн получил в 1746 году степень доктора как по физике, так и по медицине.

Навигация

В течение пяти лет обучения в Академии наук в Петербурге Краценштейн в значительной степени занимался совершенствованием методов и средств плавания в открытом море . Магнитный компас стал более надежным, астрономические наблюдения должны быть уточнены вместе с разработкой более точных часов , которые будут использоваться на кораблях для определения географической долготы .

Эти новые инструменты были опробованы во время путешествия из Архангельска в Санкт-Петербург в 1753 году. Краценштейн обнаружил, что на современных картах норвежское побережье расположено на 150 км дальше на восток. Это может показаться маловероятным из-за недостаточной точности используемых часов. Много лет спустя, в 1793 году, Краценштейн получил премию Академии в Санкт-Петербурге за эти наблюдения и другие магнитные измерения, сделанные в том же путешествии.

Математический расчет

В апреле 1765 года в Санкт-Петербурге Краценштейн представил Российской академии наук усовершенствованную версию арифметической машины со ступенчатым счетом, первоначально изобретенной Готфридом Лейбницем . Краценштейн утверждал, что его машина решила проблему машины Лейбница с вычислениями, превышающими четыре цифры, устранив недостаток, при котором машина «склонна ошибаться всякий раз, когда необходимо перевести число 9999 в число 10000», но машина не была разработана. дальше.

Транзиты Венеры

Транзит Венеры в 1769 году, вид с Таити и Вардё .

После первого наблюдаемого прохождения Венеры в 1619 году Эдмунд Галлей подчеркнул важность двух предстоящих прохождений в 1761 и 1769 годах. В странах Северной Европы также был большой интерес к участию в этих наблюдениях. В Копенгагене за такую ​​деятельность формально отвечали астрономы местной обсерватории Рундеторн . Но на практике именно Краценштейн стал лидером этого начинания. В публичных лекциях перед транзитом в 1761 году он представил теоретическую основу этого редкого явления и рассчитал время прохождения, а также предложил подходящие места для наблюдения.

Таким образом, он знал, что для первого перехода важно будет провести измерения дальше на север. Таким образом, он организовал экспедицию в Тронхейм в составе двух студентов. Одним из них был Томас Бугге , которому тогда было 20 лет, а позже он стал астрономом и важным землемером в Дании. Другим студентом был Урбан Брюун Ааскоу, который был еще моложе и изучал медицину. Из-за плохой погоды их наблюдения в Тронхейме оказались малополезными. В Копенгагене погодные условия были намного лучше, но там наблюдения в Рундеторне не удались из-за неточности часов.

Следующий транзит летом 1769 года должен был произойти ночью в континентальной Европе, и поэтому его было не так легко наблюдать. Но к северу от полярного круга будет полуночное солнце и, следовательно, идеальное место для наблюдений. Таким образом, Великобритания Дания-Норвегия могла бы внести важный вклад в этот транзит. Так королевским указом Кристиана VII была учреждена экспедиция на самый северный военный пост в Вардё . Но в этом процессе Краценштейн был отодвинут на второй план в пользу венгерского астронома Максимилиана Хелла . Экспедиция прошла успешно, и наблюдения оказались очень ценными.

Разочарованный Краценштейн тем временем организовал частную экспедицию в Тронхейм. По пути он потерпел кораблекрушение, и Краценштейн спасся, выплыв на берег. Он едва успел добраться до Тронхейма, но плохая погода сделала невозможным содержательные наблюдения.

Синтез речи

Физическое понимание звуковых волн было установлено около 1750 года Леонардом Эйлером и другими. С 1766 г. Эйлер вновь вернулся в Академию наук в Петербурге. В письме 1773 года он задал вопрос, как речь могла возникнуть в результате течения воздуха через голосовые связки и пути . Оставшийся без ответа вопрос был связан с тем, какие тональные качества характеризовали разные буквы при произнесении. Эйлер предположил, что, возможно, удастся построить некий музыкальный инструмент, который мог бы издавать похожие звуки и связывать их в понятные слова. Одна из возможностей заключалась в том, чтобы использовать существующий человеческий голос , который можно было найти в некоторых органах . В результате получится механический синтезатор речи . Он также отметил, что гласные будут иметь особое значение.

Краценштейн следил за этой дискуссией с тех пор, как поддерживал контакты с Эйлером и уже с 1770 г. исследовал те же проблемы. Из его учебников по экспериментальной физике видно, что он хорошо понимал физику звука. Поэтому неудивительно, что Академия в Петербурге в 1778 году объявила новую призовую задачу именно по этим вопросам. Первая часть должна была исследовать тональные различия между пятью гласными A, E, I, O и U, тогда как вторая часть требовала устройства, которое могло бы генерировать эти звуки.

используются две свободные трости В фисгармонии .

На итоговой оценке академии в 1780 году именно «гласный орган» Краценштейна получил первую премию. Его вклад «Tentamensolvendi Issuea» был опубликован годом позже. Он состоял из первой части, описывающей, как гласные могут быть произведены в речевом тракте . Его медицинское образование здесь очень помогло. Вторая часть заключалась в создании нового типа органа с трубами для каждой гласной. Каждая труба имела характерную резонансную полость , которая должна была имитировать голосовой тракт соответствующей гласной. Для возбуждения этих резонаторов он использовал свободные трости , которые в то время были малоизвестны.

Этот инструмент был продемонстрирован в Санкт-Петербурге к полному удовлетворению академии, но вскоре после этого был поврежден и исчез. Но использование свободных тростей в музыкальных инструментах позже стало широко распространенным, и сегодня их можно найти в губной гармошке , аккордеоне , фисгармонии и бандонеоне . Неизвестно, как Краценштейну пришла в голову идея их использовать, но они долгое время были центральной частью китайского музыкального инструмента шэн .

Дальнейшее чтение

• Зигхард Шеффчик: От Вернигерода до Европы — насыщенная событиями жизнь Кристиана Готлиба Кратцендстена . В газете Neue Wernigeröder ; 4, 2011, с. 21

Внешние ссылки

• К. Корпюн, Акустика речи , Университет Дуйсбург-Эссен.
• К. Корпюн, резонаторы Краценштейна , Университет Дуйсбург-Эссен.