Eine kurze Geschichte der Temperaturskalen
Im Jahr 1701 veröffentlichte Isaac Newton anonym einen Aufsatz in den Philosophical Transactions mit dem Titel „Scala graduum Caloris" (Skala der Wärmegrade). Darin beschrieb er ein mit Leinöl gefülltes Thermometer, bei dem der Gefrierpunkt des Wassers bei null und die menschliche Körperwärme bei 12 Grad lag. Der Siedepunkt des Wassers landete bei etwa 33. Newton förderte die Skala nicht, und binnen weniger Jahrzehnte geriet sie in Vergessenheit. Doch sein stilles Experiment erfasst etwas Wesentliches über die Temperaturmessung: Über Jahrhunderte hinweg haben brillante Menschen immer wieder neue Wege gefunden, Hitze und Kälte zu quantifizieren – und die meisten dieser Erfindungen überlebten nicht.
Dies ist die Geschichte derer, die es taten, und einiger, die es fast taten.
Vor dem Thermometer: Galileos Luft und Wasser
Um 1593 baute Galileo Galilei an der Universität Padua ein Gerät, das später Thermoskop genannt werden sollte. Ein Glasrohr mit einem Kolben oben stand umgekehrt in einer Wasserschüssel. Wenn sich die Luft im Kolben erwärmte, dehnte sie sich aus und drückte den Wasserstand nach unten. Wenn sie abkühlte, stieg das Wasser. Das Gerät konnte zeigen, dass sich die Temperatur verändert hatte, aber nicht um wie viel. Es gab keine Skala, keine Zahlen, keine festen Referenzpunkte.
Das Thermoskop hatte einen entscheidenden Fehler: Es reagierte auf den Luftdruck. Dennoch war es ein echter Durchbruch. Vor Galileo waren „heiß" und „kalt" vollständig subjektiv. Das Thermoskop verwandelte eine unsichtbare Eigenschaft in etwas Sichtbares und – wenn auch noch grob – Messbares.
Fahrenheit: Präzision durch Quecksilber
Daniel Gabriel Fahrenheit wurde 1686 in Gdansk geboren. Als er fünfzehn war, starben beide Eltern am selben Tag an vergifteten Pilzen. Als Waise nach Amsterdam geschickt, um das Kaufmannshandwerk zu erlernen, wurde Fahrenheit stattdessen von wissenschaftlichen Instrumenten besessen.
Bis 1714 hatte Fahrenheit eine entscheidende Entdeckung gemacht. Frühere Thermometer verwendeten Alkohol, der bei niedriger Temperatur kochte und auf Glas einen Film hinterließ, der die Ablesungen unscharf machte. Quecksilber löste beide Probleme: Es bleibt über einen viel weiteren Temperaturbereich flüssig und benetzt Glas nicht, was den Meniskus sauber und leicht ablesbar macht.
1724 stellte Fahrenheit seine Skala der Royal Society in London vor. Er setzte 0 Grad auf die Temperatur eines Gemisches aus Eis, Wasser und Ammoniumchlorid, das sich bei etwa minus 18 Celsius stabilisiert. Er platzierte 32 Grad am Gefrierpunkt von reinem Wasser und 96 bei der Körpertemperatur. Die Wahl von 96 war praktisch: Die 64-Grad-Spanne zwischen 32 und 96 ist eine Zweierpotenz, sodass Fahrenheit sein Thermometer kalibrieren konnte, indem er das Intervall sechsmal halbierte.
Nach seinem Tod im Jahr 1736 wurde die Skala so angepasst, dass kochendes Wasser genau bei 212 Grad liegt, was eine 180-Grad-Spanne zwischen Gefrieren und Kochen ergibt. Diese Verschiebung hob die Körpertemperatur auf die nun vertrauten 98,6. Für die Umrechnung zwischen Fahrenheit und der metrischen Welt nutzen Sie den Fahrenheit-zu-Celsius-Umrechner.
Die Skala, die verkehrt herum gebaut wurde
Anders Celsius war kein Thermometerbauer. Er war Astronom an der Universität Uppsala in Schweden, dessen Interesse an der Temperatur aus der Aufzeichnung von Wetterbeobachtungen an seiner Sternwarte stammte. 1742 stellte Celsius der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften ein Papier vor, das ein neues Thermometer mit zwei festen Punkten beschrieb. Der Siedepunkt des Wassers war 0 Grad. Der Gefrierpunkt war 100.
Das ist kein Tippfehler. Celsius baute seine Skala auf dem Kopf. Seine Überlegung war clever: In Schweden fällt die Temperatur selten weit unter den Gefrierpunkt. Eine umgekehrte Skala bedeutete, dass alltägliche Ablesungen fast immer positiv wären, was Übertragungsfehler durch negative Werte reduzierte.
Celsius starb 1744 an Tuberkulose, nur zwei Jahre nach der Veröffentlichung seiner Skala. Im folgenden Jahr drehte Carl Linnaeus (besser bekannt für die Klassifizierung aller Lebewesen auf der Erde) die Skala um, sodass 0 am Gefrierpunkt und 100 am Siedepunkt liegt. Die gedrehte Version setzte sich durch. Zwei Jahrhunderte lang hieß sie „Celsius" zu Ehren ihres Erfinders und zur Vermeidung von Verwechslungen mit einer gleichnamigen französischen Winkeleinheit. Wenn Sie eine schnelle Celsius-zu-Fahrenheit-Umrechnung benötigen oder mit Celsius zu Kelvin absolute Temperaturen ansteuern möchten, sind diese Berechnungen nur einen Klick entfernt.
Die vergessenen Rivalen: Reaumur, Delisle und andere
Fahrenheit und Celsius waren nicht die einzigen Akteure. René Antoine Ferchault de Réaumur schlug seine Skala 1730 vor und setzte Gefrieren bei 0 und Kochen bei 80 Grad an. Sie wurde in Frankreich, Deutschland und Russland populär. Dostojewski referenziert Réaumur-Temperaturen in seinen Romanen, und die Skala überlebte in Teilen Russlands bis ins frühe 20. Jahrhundert.
Joseph-Nicolas Delisle, ein französischer Astronom am Hof Peters des Großen, erfand seine Skala 1732. Wie die ursprüngliche Skala von Celsius lief sie rückwärts: 0 am Siedepunkt, 150 am Gefrierpunkt. Keine dieser Alternativen überlebte. Bis Ende des 18. Jahrhunderts hatte Frankreich Celsius als Teil des metrischen Systems gewählt, und andere Nationen folgten.
Kelvin: Temperatur in der Physik verankert
William Thomson war 24 Jahre alt und bereits Professor an der Universität Glasgow, als er 1848 „On an Absolute Thermometric Scale" veröffentlichte. Seine Kritik war grundlegend: Sowohl Fahrenheit als auch Celsius basierten auf Wasser, dessen Gefrierund Siedepunkte sich mit dem Atmosphärendruck verschieben. Thomson wollte eine Skala, die in der Thermodynamik verankert ist, nicht in einer bestimmten Substanz.
Durch das Studium des Verhaltens idealer Gase berechnete Thomson, dass die Molekularbewegung bei etwa minus 273 Grad Celsius vollständig aufhört. Er nannte dies den absoluten Nullpunkt und machte ihn zum Ausgangspunkt seiner Skala. Jeder Grad entspricht der Größe eines Celsius-Grades, sodass die Umrechnung einfach ist: addieren oder subtrahieren Sie 273,15. Probieren Sie es mit einem Kelvin-zu-Celsius-Umrechner.
Thomson wurde 1892 zum Baron Kelvin von Largs ernannt und leitete seinen Titel vom Fluss Kelvin in der Nähe seines Glasgower Laboratoriums ab. Er war der erste Wissenschaftler, der ins britische House of Lords berufen wurde. Seine Skala wurde der Standard für Physik, Chemie und Ingenieurwissenschaften weltweit.
Das moderne Kelvin: Durch eine Konstante definiert
Den Großteil seiner Geschichte war das Kelvin durch den Tripelpunkt des Wassers (273,16 K) definiert – die präzisen Bedingungen, unter denen Wasser, Eis und Wasserdampf koexistieren. Aber der Tripelpunkt hängt von der Reinheit und der Isotopenzusammensetzung der Wasserprobe ab, was substanzabhängige Unsicherheit wieder einbringt.
Am 20. Mai 2019 überarbeitete die internationale Messgemeinschaft das SI-System. Das Kelvin wurde neu definiert in Form der Boltzmann-Konstante, festgelegt auf exakt 1,380649 × 10⁻²³ Joule pro Kelvin. Das Kelvin ist nun an ein unveränderliches Gesetz der Physik gebunden. Für den Alltag änderten sich die Ablesungen nicht, aber für Wissenschaftler an den Grenzen der Messgenauigkeit beseitigt die neue Definition Unsicherheiten, die die Präzision jahrzehntelang eingeschränkt hatten.
Von Leinöl zu Fundamentalkonstanten
Der Bogen der Temperaturmessung spiegelt eine größere Geschichte darüber wider, wie Wissenschaft funktioniert. Galileos Thermoskop konnte nur auf „wärmer" und „kühler" hinweisen. Fahrenheit verwandelte diese Geste in Zahlen. Celsius vereinfachte diese Zahlen. Kelvin verankerte sie im physikalischen Gesetz. Und die Neudefinition von 2019 verankerte das gesamte System in einer universellen Konstante.
Heute verwendet der Großteil der Welt Celsius im Alltag, während Fahrenheit in den Vereinigten Staaten Standard bleibt. Wissenschaftler überall nutzen Kelvin. Ob Sie Celsius zu Fahrenheit, Fahrenheit zu Kelvin oder eine andere Kombination benötigen – die Umrechnung ist nur einen Klick entfernt. Hinter dieser einfachen Zahl auf Ihrem Handy stecken vier Jahrhunderte Erfindung, Rivalität und Überarbeitung.