Wer entdeckte die Schallgeschwindigkeit?

Die Vorstellung, dass Schall Zeit braucht, um anzukommen, ist uralt: Jeder, der einen fernen Blitz einschlagen sieht, kann das bestätigen. Doch eine Zahl dafür zu finden, erforderte Instrumente, die erst im 17. Jahrhundert existierten. Marin Mersenne, ein Minoritenmönch und Briefpartner halb Europas der Wissenschaft, veröffentlichte um 1636 einen Wert, den er durch die Messung der Verzögerung zwischen Blitz und Knall einer Feuerwaffe über eine bekannte Entfernung erhalten hatte; Pierre Gassendi tat dasselbe und stellte außerdem fest, dass tiefe und hohe Töne gleichzeitig ankommen, was eine alte aristotelische Annahme widerlegte. Die Werte beider Männer lagen bei etwa 450 m/s, ein Drittel über dem tatsächlichen Wert, da die Pendel und Uhren der damaligen Zeit ungenau waren und der Wind nicht berücksichtigt wurde.

Die Accademia del Cimento in Florenz wiederholte das Experiment in den 1660er Jahren mit Borelli und Viviani unter Verwendung genauerer Zeitmessung und erhielt Werte nahe 350 m/s. Den entscheidenden Schritt machte der Geistliche William Derham, der zwischen 1704 und 1708 vom Turm der Kirche von Upminster aus Kanonenschüsse beobachtete, die mehrere Kilometer entfernt abgefeuert wurden, viele Messungen unter verschiedenen Windbedingungen mittelte und 1709 einen Wert veröffentlichte, der umgerechnet etwa 348 m/s entspricht: praktisch der heutige Wert für Luft an einem milden Tag. Derham war auch der Erste, der systematisch dokumentierte, dass die Geschwindigkeit nicht von der Lautstärke des Schalls oder seiner Richtung abhing, wohl aber vom Wind.

Isaac Newton leitete in den Principia von 1687 als Erster die Schallgeschwindigkeit aus den Eigenschaften der Luft ab und erhielt etwa 298 m/s, 15 % unter dem gemessenen Wert. Die Diskrepanz blieb über ein Jahrhundert rätselhaft, bis Pierre-Simon Laplace 1816 darauf hinwies, dass die Kompressionen der Welle so schnell geschehen, dass die Luft keine Zeit hat, Wärme auszutauschen: Der Vorgang ist adiabatisch, nicht isotherm, und Newtons Ergebnis muss mit der Quadratwurzel des Verhältnisses der spezifischen Wärmekapazitäten multipliziert werden. Mit dieser Korrektur stimmte die Formel mit den Experimenten überein, und sie wird heute von den Luftdatenrechnern jedes Jets verwendet.

Ernst Mach fotografierte in den 1880er Jahren die Stoßwellen von Überschallprojektilen, und von ihm stammt der Name für das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit eines Objekts und der des Schalls. Als die von Chuck Yeager gesteuerte Bell X-1 1947 Mach 1 überschritt, trug die Zahl, die sie überschritt, drei Jahrhunderte an Messungen in sich: von Mersennes Gewehrblitzen bis zu den Temperatursonden, die heute die lokale Schallgeschwindigkeit mehrmals pro Sekunde berechnen.