Felix Ehrenhaft hat in der Folge immer und immer wieder an einzelnen submikroskopischen Kugeln Ladungen kleiner als die sogenannte Elementarladung  M i l l i k a n s   festgestellt, und ebenso die Ursache der Diskrepanz zwischen Ehrenhafts  und Millikans Ergebnissen. (z.B. [2] - [5])

Das alte, ungelöste Problem der korrekten Messung von Körpern mit einem Durchmesser der Wellenlänge des Lichtes wurde mit einem von  J.  P e r r i n   [20] verwendeten Verfahren wie folgt gelöst:

Der Durchmesser des Probekörpers  bei sehr kleinen Kügelchen, bei welchen die Größe des Einzelteilchens infolge der Beugung gefälscht wird, wird durch Ausmessung einer perlschnurartigen Kette etwa gleich großer Teilchen bestimmt.

Man kann unter Verwendung bloß zweier Kugeln in folgender Weise eine richtige Größenbestimmung durchführen: Berühren sich nämlich zwei etwa gleich große Kugeln, so läßt sich durch Messung des Gesamtdurchmessers in der Richtung
der Zentralen und Messung der Einzelteilchen senkrecht hierzu die Vergrößerung D des Radius, welche bei der Abbildung zustande kommt, und damit der wahre Radius  a höchst einfach ermitteln. Die zu diesem Verfahren nötige Annäherung zweier gleich
großer Teilchen erfolgt zweckmäßig mit einem Mikromanipulator, der im wesentlichen aus einer in allen Dimensionen  verschiebbaren feinen Nadel besteht.  [7] , [8]

So sind jetzt  die Radien der Probekörper rein optisch, also ohne jedes Widerstandsgesetz (Stoke-Cunningham) und ohne jede  Voraussetzung über die Dichte, bestimmbar.

Die kleinsten Körper, die der direkten Behandlung hinsichtlich der Bestimmung von Größe und Ladung unterzogen werden  können, haben Halbmesser von der Größenordnung der halben Wellenlänge des verwendeten UV-Lichtes.

Beachtlich ist, daß im Dunkelfeld bei genügender Apertur der Beleuchtung und Beobachtung auch noch Probekörper der eigentlich kolloidalen Größenordnung mit einem Radius von

1 . 10 ^{- 5}  bis  2 . 10 ^{- 6} cm 

in Steig- und Fallbewegung einzeln beobachtet werden können.

Aus der ebenfalls deutlich beobachtbaren Farbe der Probekörper kann man nach bekannten Methoden die Größe berechnen.

Es sind dies jene Teilchen, die Ladungen kleiner als die 
Elektronenladung tragen. [7]

Bei diesen Untersuchungen stieß Felix Ehrenhaft in der Folge auf das Phänomen der Photophorese  [6], die ihn zur Existenz von magnetischen Strömen und magnetischen Ionen  (mit einem elektrischen Feld um den magnetischen Strom) führte [10] , [15]  und schließlich zur Magnetolyse,  der "elektrolytischen" Zerlegung  von Wasser durch Magnete. [13], [14]

In einem Dunkelfeld beobachten wir, daß mikroskopische Testkörper (z.B. Cr, Mg, Ni) in spiralförmigen Bahnen oder Teile von Spiralen um ein konstantes homogenes magnetisches Feld in Luft bei Normaldruck bewegen, hergestellt mit dem zur Magnetolyse verwendeten Magnetischen Kondensor. [12]

In einer flüssigen Kupfersulfat-Lösung werden zwischen den Magnetoden Partikel mit blauen Lichtblitzen  sichtbar.
Jeder kolloidale Partikel bewegt sich spiralförmig auf und ab um das konstante homogene magnetische Feld.
Die Bewegung endet auf der oberen oder unteren Magnetode.  Das sind die bekannten Cu-Partikel,  die sich auf Eisen niederschlagen. [12], [19]

Die beschriebenen Experimente in Gasen [11] und in  Flüssigkeiten [16] beweisen  die  Existenz von gleichzeitig elektrisch und magnetisch geladenen Körpern.

Weil sich die elektrische Ladung um das magnetische Feld in geschlossenen Kreisen entlang der elektrischen Kraftlinien bewegt, bewegen sich die Partikel auf und ab.

Die helixförmige Bewegung resultiert daraus.

Der Magnetismus ist ein polarer Vektor [17]

Wegen der starken lichtpositiven bzw. lichtnegativen,
spiralförmigen Bewegung von mikroskopischen Körpern unter
dem Einfluß von Strahlen von konzentriertem Sonnenlicht [10],
müssen bei allen Fragen nach Materie und Strahlung

unipolare Nord- und Süd-magnetische Ladung

ebenso wie

unipolare  positive oder negative elektrische Ladung

berücksichtigt werden.

Rauchpartikel in Luft bei Normaldruck z.B. machen 125 bis 150
regelmäßige räumliche Drehungen pro Sekunde.

Lichtpositive oder lichtnegative Kupferpartikel machen ca. 20
Umdrehungen pro Sekunde.
Die helixförmige Spur hat einen Durchmesser von ca 10^-3 cm
und ist 20 mal größer als der Radius der Kupferpartikel.

Parallel zum Sonnenstrahl erscheint  für eine halbe Sekunde an
einem Eisenpartikel während seiner Bewegung ein homogenes, konstantes, magnetisches Feld von 5 mT.
Der Durchmesser der spiralförmigen Bewegung ist 100 mal
größer als der Radius des Partikels , wenn Licht und externes magnetisches Feld zusammenwirken. [18]

Die Theorie der Molekularbewegung

von  A .   E i n s t e i n   [21] , [22]
und
M.  v.  S m o l u c h o w s k i  [23]

(bzw. eventuell

die Theorie der  B r o w nschen Bewegung 

von  J.  P e r r i n   [25] , [26])

beschreiben lediglich statistische Fluktuationen beim 
Zusammenprallen von Materie als Folge der Wärmebewegung 
der Moleküle.
Der Einfluß des Lichtes wurde diskutiert, dann verworfen.

Mit Hilfe der beschriebenen "fuchsigen" Untersuchungsverfahren
Ehrenhafts gelingt es, diese Behauptung zu widerlegen.

Es zeigt sich, daß die Beweglichkeit, die A. Einstein errechnete,
von den Abweichungen der Geschwindigkeiten (Steig- oder Fallgeschwindigkeit des Partikels) erhalten werden kann.

Ist das Gewicht der Partikel bekannt, dann kann die
L o s c h m i d t - A v o g a d r o sche Zahl erhalten werden.

Diese Werte stimmen nicht mehr, wenn auf Grund der Photophorese
ungeladene Partikel unter dem Einfluß von Licht sich bewegen, wie
besprochen.
Dann kann die L o s c h m i d t - A v o g a d r o sche Zahl nicht
korrekt erhalten werden. [9] , [24]
 

L i t e r a t u r
 

[1]

F. Ehrenhaft: Das optische Verhalten der Metallkolloide und
deren Teilchengröße; Sitzungsber. d. k. Akad. d. Wissensch.
zu Wien, Mathem.-naturw. Klasse, 112, Abt. I I a, 1903

[2]
F. Ehrenhaft: Eine Methode zur Bestimmung des elektrischen
Elementarquantums; Physikalische Zeitschrift, Nr. 9, 1909

[3]
F. Ehrenhaft: Über die Frage des Elementarquantums der
Elektrizität; Physikalische Zeitschrift, Nr.12, 1911  

[4]
F. Ehrenhaft: Über die Frage nach der atomistischen Konstitution
der Elektrizität; Physikalische Zeitschrift, Nr. 12, 1911  

[5]
F. Ehrenhaft: Die Quanten der Elektrizität;
Annalen der Physik, 4. Folge, Band 44, 1914  

[6]
F. Ehrenhaft: Die Photophorese;
Annalen der Physik, 4. Folge, Band 56, 1918

[7]
F. Ehrenhaft: Die Entwicklung und die Fortschritte der Frage
der Größen- und Ladungsbestimmung von Einzelteilchen;
Physikalische Zeitschrift, Band 39, 1938

[8]
F. Ehrenhaft: New Evidence on Particles of the Light
Wave-Length Size; Physical Review, Band 57, 1940

[9]
F. Ehrenhaft: Diffusion, Brownian Movement,
Loschmidt-Avogadro´s Number and Light;
Physical Review, Band 60, 1941

[10]
F. Ehrenhaft: Stationary Electric and Magnetic Fields in
Beams of Light; Nature, No. 147, Jan. 1941

[11]
F. Ehrenhaft: The Magnetic Current in Gases;
Physical Review, Band 61, 1942

[12]
F. Ehrenhaft: New Experiments About the Magnetic Current;
Physical Review, Band 65, 1944

[13]
F. Ehrenhaft: The Decomposition of Water by the So-Called
Permanent Magnet and the Measurement of the Intensity
of the Magnetic Current; Physical Review, Vol. 65, No. 9/10, 1944

[14]
F. Ehrenhaft: Decomposition of Water by the Permanent Magnet;
Physical Review, Band 66, 1944

[15]
F. Ehrenhaft: The Magnetic Current; Nature, Vol. 154, Sept. 1944

[16]
F. Ehrenhaft: The Electric Counterpart of Oersted´s 
Experiment; Physical Review, Band 69, 1946

[17]
F. Ehrenhaft: Polarity of Magnetism; Physical Review, Band 69, 1946

[18]
F. Ehrenhaft: The Movement of Solid Bodies in Sunlight;
Physical Review, Band 69, 1946

[19]
F. Ehrenhaft: New Phenomena of Radiation in 
Magnetic Fields; Physical Review, Band 73, 1949

[20]
J. Perrin: Die Atome;
Deutsche Ausgabe von Lottermoser, 1911

[21]
A. Einstein: Über die von der molekularkinetischen Theorie der
Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten
suspendierten Teilchen; Annalen d. Physik, Band 17, 1905

[22]
A. Einstein: Zur Theorie der Brownschen Bewegung;
Annalen d. Physik, Band 19, 1906

[23]
M.v. Smoluchowski: ; Annalen d. Physik, Band 21, 1906

[24]
F. Ehrenhaft: ; Wiener Ber. [I Ia], Band 116, 1907

[25]
J. Perrin: La discontinuité de la matière;
Revue du Mois 1, 1906

[26]
J. Perrin: Mouvement brownien et réalité meléculaire;
Annales  de chimie et de physique VIII 18, 1909

Anmerkung: Jean Baptiste Perrin, der die brilliante Idee hatte, die 
physikalische Brownsche Bewegung mit stetigen, nichtdifferenzierbaren Kurven zu vergleichen,  erhielt  für sein
Werk 1926 den Nobelpreis für Physik.

An Perrins Werk knüpfen die Untersuchungen von Mandelbrot an.
Sie führen uns in die  fraktale Geometrie der Natur. [27]

[27]
B.B. Mandelbrot: Die fraktale Geometrie der Natur;
Birkhäuser, Einmalige Sonderausgabe 1991  

Strahlung kann auf die Materie bewegende Kräfte ausüben; doch ist die direkte Beobachtung der durch die Strahlung verursachten progressiven Bewegung der ponderablen Materie bisher noch nicht ausgeführt worden.

Wenn solche Bewegungen einwandfrei nachgewiesen werden können, so muß durch die anzustellenden Versuche aufgeklärt werden, welcher Teil der beobachteten Bewegung in jedem Falle einesteils auf die direkte Wirkung der Strahlung zu zählen ist, welche beim Durchstrahlen des absolut leeren Raumes auf die ponderable Materie auftritt und wieviel von der Bewegung andererseits auf Rechnung indirekter Wirkung der Strahlung in gaserfüllten Räumen zu setzen ist.

Unter dieser indirekten Wirkung würde man etwa durch die Strahlung eingeleitete Bewegung des um die Materie befindlichen  Gases, radiometerartige Vorgänge, zu verstehen haben.

Unter Ausschaltung von möglichen Störeinflüssen (radiometerartige Vorgänge, Thermomagnetismus, Wärmebewegung etc.), eng  mit der Frage nach dem Elementarquantum, mit der atomistischen Konstitution der Elektrizität verbunden,  gelingt es, die auf einen  geladenen Probekörper angreifende Gravitationskraft durch eine vertikal nach aufwärts gerichtete elektrostatische Kraft zu kompensieren, so daß derselbe nur unter Einwirkung jener Kräfte steht, welche die Strahlung auf ihn überträgt, dann  ist die Messung  letzterer Kräfte auf die einfachste physikalische Messung, auf die Messung einer gleichförmigen Geschwindigkeit des Probekörpers 
zurückgeführt.

Zur Beobachtung wird ein   U l t r a m i k r o s k o p   verwendet.
[1] - [3]

Versuchsanordnung

Durch drei Apochromatobjektivlinsen werden die Strahlen einer Bogenlampe konvergent gemacht und schließlich durch ein Mikroskopobjektiv, Apertur 0,3, Äquivalentbrennweite 17 mm geleitet. Aus diesem Objektive tritt in horizontaler Richtung ein Doppelkegel der Strahlung aus.

Dieser Strahlenkegel ist mit Mikrometerschrauben nach der Richtung von drei kartesischen Koordinaten verstellbar, und zwar in die Richtung einer Fortpflanzung nach vor- und rückwärts, sich selbst parallel in die Höhe aufwärts und abwärts und ferner seitlich rechts und links.

Spiegelbildlich dazu wird ein gleich intensiver, ebenso verstellbarer Strahl einer zweiten Bogenlampe dem ersten Strahle  entgegengerichtet. Durch die Verstellvorrichtungen ist es möglich, diese beiden Strahlenbündel einander so entgegenlaufen zu lassen, daß sie exakt koaxial werden und einander entgegenlaufend zur Deckung gebracht werden können.
Eine einfache automatische Vorrichtung gestattet, zwei  Momentverschlüsse  b₁  und  b₂  so zu schließen, daß zu jedem Zeitpunkte entweder nur Strahl 1 oder nur Strahl 2 wirkt, oder aber, daß die beiden entgegenlaufenden Strahlen gleichzeitig wirken.

Diese horizontal justierten Strahlen passieren ein homogenes, vertikales, elektrisches Feld, das durch die kreisförmigen Platten  P₁  und  P₂  eines mit Libellen horizontal montierten Kondensators gebildet wird. Der Kondensatorraum selbst schließt luftdicht und hat drei Glasfenster für die zwei koaxialen Beleuchtungsstrahlen sowie zur Beobachtung durch das senkrecht zu ihnen justierte Objektiv des Beobachtungsmikroskopes. Zum Innenraum des Kondensators führt eine Zuführung und Abführung für die einzuleitenden Gase und schließlich eine Bohrung durch die obere Platte zur Evakuationspumpe.

Durch die senkrecht zur Richtung der beiden koaxialen Strahlen 1 und 2 montierte Mikroskop mit horizontaler Achse können die Vorgänge in jener Vertikalebene beobachtet  werden, welche durch die Achse der beiden koaxialen Strahlen sowie durch die Achse des Kondensators gebildet wird; ein Verstellen des Mikroskopes in die Richtung seiner Achse gestattet die Beobachtung von Vorgängen in Ebenen, welche zu der vordefinierten parallel sind.

Da die Strahlen je eine 10 cm dicke Wasserschicht passieren müssen, gelangen alle ultraroten Strahlen mit Wellenlängen

l  > 12 . 10^-5 cm

nicht ins Beobachtungsfeld.

Die Glasbestandteile des Lichtweges absorbieren bekanntlich ultraviolettes Licht bis ca. 

l  =  4 . 10^-5 cm

Wir haben es also bloß mit Lichtwellenlängen des Intervalles

4 . 10^-5 cm  <l <   12 . 10^-5 cm 

zu tun. Das Energiemaximum der Bogenlampenstrahlung liegt nach dem Wienschen Verschiebungsgesetz bei

l_max.= 7,10^-5 cm

also zirka in der Mitte dieses Intervalles.

Wir nehmen vorweg, daß die  m i t t l e r e   Energiedichte des Strahles 1 in der Zone engster Einschnürung (Brennfläche) ca. 327mal größer ist als die Energiedichte der unkonzentrierten Sonnenstrahlung über die Erdatmosphäre. Die Energiedichte nimmt natürlich gegen das Zentrum der Brennfläche hin zu.

Die Photographien des Strahles werden dadurch ausgeführt, daß Rauch durch den Kondensator fließt. Die so entstandene Photographie ist ein Dunkelfeldbild.
 

Versuche über Photophorese
 

Die im folgenden beschriebenen Versuche sind an Materieteilchen von der Größenordnung  20.10^-5 bis 3.10^-6 cm Radius ausgeführt worden.

Die positive Photophorese

Es sei nur Strahl 1 wirksam, der Strahl 2 durch den Sektorenmomentverschluß geschlossen.
Ein Probekörper von bestimmten Material fällt im gaserfüllten Raume mit einer konstanten mittleren Geschwindigkeit herab, er gerät in den Kegel des intensiven Strahles und wird aus der lotrechten Fallrichtung   i m   S i n n e   der Fortpflanzung der
auffallenden Strahlung fortgeführt; nachdem er den intensiven Teil der Strahlung verlassen hat, fällt er wieder lotrecht herab. Im intensivsten Teil, der Achse des Strahles, bewegt er sichoft geradezu in horizontaler Richtung. Dieses Verhalten zeigenn z.B. Goldkugeln, Silberkugeln, Quecksilberkugeln, welche durch galvanische Zersteubung in trockenstem Stickstoff (N) erzeugt wurden, Terpentinrußteilchen, Kampferqualm in Luft usw. Vom Lichte weggedrückt werden u.a. Kalium verdampft in N. Kadmium in N, ferner Natrium und Magnesium in N (die beiden letzteren mit schwacher Wirkung).

Die  n e g a t i v e   Photophorese

Ein anderes Partikel derselben Größenordnung fällt im  Gravitationsfeld vertikal nach abwärts, kommt in den Strahlenkegel und wird von diesem  der Fortpflanzungsrichtung der auffallenden Strahlung entgegengeführt.

Nach Verlassen des intensiven Teiles des Lichtkegels fällt es wieder lotrecht herab.  Vertreter solcher Art von Materieteilchen sind Schwefelkugeln, Selenkugeln, erzeugt durch Verdampfung im reinsten Argongase, Salpetersäuretröpfchen bzw. Zersetzungsprodukte derselben in atmosphärischer Luft, Nebeltröpfchen (erzeugt durch Durchleiten von Stickoxyden durch Wasser); ausgezeichnete Demonstrationsobjekte sind die Rauchpartikel einer Zigarre  oder Zigarette, Verbrennungsprodukte des Holzes usw.
Zum Lichte werden ferner geführt Jodkügelchen verdampft in N, ebenso Wismut, Thallium, Phosphor, Blei, alle hergestellt durch Verdampfung der Substanz in N. Die Wirkung auf Blei ist sehr schwach.

Versuch mit zwei Lichtkegeln

Die beiden Strahlenkegel werden übereiander justiert. Je ein lichtpositiver und ein lichtnegativer Körper fallen zunächst abwärts, geraten in den Kegel des Stahles 1 und werden in demselben je nach Materialart in seine Richtung oder entgegengesetzt getragen; nach Verlassen des Strahles 1 fallen sie im unerleuchteten Raume wieder vertikal nach abwärts, um im  Bereiche des Strahles 2, welcher sich der Richtung des Strahles 1 entgegengesetzt fortpflanzt, wieder von der Strahlung fortgeführt zu werden. Auf diese Weise beschreiben die Probekörper U-förmige Bahnen.

Die  neutrale   Photophorese

Es gibt Materiepartikel, welche sich weder im Sinne der einfallenden Strahlung noch dieser entgegengesetzt bewegen: Diese lichtneutralen Vertreter sind: Wassernebeltröpfchen im Sauerstoff, hergestellt durch Elektrolyse, ebenso solche
Tröpfchen in Wasserstoff usw.

Variationen

Es läßt sich z.B. an einem Spezialfall des Selens leicht zeigen, daß das beobachtete Phänomen der lichtpositiven und lichtnegativen Bewegung  n i c h t  durch Strömungen des umgebenden Gases erklärt werden kann.

Die Probekörper werden mit einem ionisierenden Präparat aufgeladen, so daß sie je positive oder negative Ladung tragen. Es zeigt sich, daß die Geschwindigkeit, mit der das Teilchen im Lichtfelde bewegt wird,  von der elektrischen Ladung des Probekörpers  u n a b h ä n g i g   ist.

Wir erniedrigen den Gasdruck stufenweise. Die lichtpositiven Materieteilchen bleiben positiv, lichtnegative bleiben negativ. Die Geschwindigkeit der Photophorese im Feldedes Lichtstrahles nimmt aber mit zunehmendem Grade der Verdünnung des umliegenden Gases wesentlich zu.

Die Erscheinung der Photophorese ist ferner unabhängig von der Art des den Probekörper umgebenden Gases."
[4] - [6]
 
 

L i t e r a t u r
 

[1]
F. Ehrenhaft: Das optische Verhalten der Metallkolloide und
deren Teilchengröße; Sitzungsber. d. k. Akad. d. Wissensch.
zu Wien, Mathem.-naturw. Klasse, 112, Abt. I I a, 1903  

[2]
F. Ehrenhaft: Eine Methode zur Bestimmung des elektrischen
Elementarquantums; Physikalische Zeitschrift, Nr. 9, 1909  

[3]
F. Ehrenhaft: Die Quanten der Elektrizität;
Annalen der Physik, 4. Folge, Band 44, 1914  

[4]
F. Ehrenhaft: Zur Physik des millionstel Zentimeters;
Physikalische Zeitschrift, Band 18, 1917  

[5]
F. Ehrenhaft: Die Photophorese;
Annalen der Physik, 4. Folge, Band 56, 1918 

[6]
F. Ehrenhaft: Die longitudinale und transversale Elektro-
und Magnetophorese;  Physikalische Zeitschrift, Nr. 31, 1930