Tallinnast võrsunud avastaja
Thomas Johann Seebeck (1770-1831)
Enn Velmre

Käesoleva, 2001. aasta juulis möödus 180 aastat termoelektri avastamisest. Teadusele ja tehnikale tähtsa nähtuse avastaja sündis, kasvas ja käis koolis Tallinnas, hiljem aga puutus lähedalt kokku paljude möödunud sajandi silmapaistvate inimestega. Seepärast sobib pilku heita Thomas Johann Seebecki elukäigule ja saavutustele. Pealegi täitus eelmisel aastal 230 aastat teadlase sünnist ja tänavu detsembris möödub 170 aastat tema surmast.

Perekonnanimi Seebeck polnud 17. -18. sajandil Eesti- ja Liivimaal päris tundmatu. Sellenimelisi kaupmehi, rikkamaid ja vaesemaid, tegutses Tallinnas, Viljandimaal ja mujal. Kauplemised kaubeldud, vajusid nad manalasse, seljataga elu, mida ei kirjutatud ajalooraamatusse, vaid lihtsalt kirikuraamatusse: "Sündis..., võttis naise..., suri... ". Puudulike arhiivimaterjalide tõttu on raske midagi täpsemat öelda tuntud füüsiku põlvnemise kohta. Võib oletada, et Seebeckite juured on Rootsis. Teame, et tema isa, kaupmees Johann Christoph Seebeck, kes alles hiljuti oli saanud Tallinna kodanikuks, ostis 1769. aastal oksjonil maja (praegune Raekoja plats 4). Majaemandaks sai Cerdrutha, neiupõlvenimega Lohmann. Järgmisel aastal, täpsemalt 9. aprillil 1770, sündis neil poeg Thomas Johann. Emahoolt polnud tal kauaks: Cerdrutha Seebeck suri, kui poiss oli kõigest 5-aastane. Isa, rikas mees ja Tallinna Suurgildi oldermann, otsustas terasele pojale anda korraliku, seisusekohase hariduse. Algasid kooliaastad Linna Keiserlikus Gümnaasiumis, mis tänapäeval kannab Gustav Adolfi nime. Isa oli juba kahe aasta eest surnud, kui Thomas Johann 1788. aastal gümnaasiumi lõpetas.

Kool läbi, läks noor Seebeck Berliini arstiteadust õppima. Lisaks kuulas ta eraloenguid botaanikast, füsioloogiast ja keemiast. Järgmisel aastal võis teda kohata juba Göttingeni ülikoolis meditsiiniprofessorite Blumenbachi ja Richteri loengutel. Kuid sootuks erinev ja magnetina külgetõmbav maailm avanes tema ees kirjamehest professori Georg Christoph Lichtenbergi füüsikaloengutel.

1792. aastal sooritas Seebeck edukalt eksamid arstiteaduses ja praktilises kirurgias ning siirdus Bayreuthi, et iseseisvalt tegelda füüsikaga. Peavarju leidis ta õuenõunik Boye majas, kelle tütre Julia Amalia Ulrikaga Seebeck abiellus 1795. aastal. Abielu kujunes õnnelikuks ja lasterikkaks -neil sündis kuus tütart ja kaks poega. Juulis 1802 andis Göttingeni ülikool Seebeckile meditsiinidoktori kraadi. Samal aastal kolisid Seebeckid Jenasse. Kohalikku ülikooli peeti Saksamaal üheks paremaks, kuid Seebeck ei unistanud ülikooli õppetoolist, vaid jäi eraõpetlaseks. Seda võimaldas talle isa pärandus, mille hulgas oli ka üks tekstiilivabrik Šveitsis. Mõnikord, kui Seebecki suures peres oli siiski tunda rahanappust, tulid sõbrad appi. Nii oli Seebecki üks lähedasemaid sõpru ja tema poja ristiisa Georg Wilhelm Friedrich Hegel perekonnale toeks 1811. aastal, mil perekonnapea ise viibis mõnda aega Tallinnas oma kinnisvaraasju korraldamas.

Niisiis oli Seebeck väga lähedastes suhetes endast neli kuud noorema Hegeliga, tollal veel tundmatu filosoofiga, kes Johann Wolfgang Goethe (1749-1832) eestvõttel oli 1801 aastal Jena ülikooli eradotsendiks kutsutud. Lisaks Hegelile suhtles Seebeck veel filosoofide Schellingi ja Okeniga, samuti Goethe ja Schilleriga ning paljude teiste Jena ja Weimari vaimueliiti kuuluvate inimestega. Kõik see kujundas Seebecki maailmavaadet, kuid mõjutas ühtlasi ka tema tulevast teadlasekarjääri.

Seebeckil olid Goethega, väga laialdaste teaduslike huvidega inimesega, pikki aastaid kestnud koostöö- ja sõprussuhted, mis olid eriti tihedad ajavahemikus 1805-1810, mil Goethe viimistles ja andis trükki oma värvusteteooriat. Sel ajal viibis Goethe tihti Jenas või sõitis Seebeck lähedalasuvasse Weimarisse, tehti optikakatseid ja arutati tulemusi. Nõnda sai Seebeckist Goethe lähim nõuandja füüsikaalastes küsimustes. Kahjuks mõjus koostöö Goethega negatiivselt Seebecki kui teadlase mainele. Peatugem sellel veidi pikemalt.

On teada, et Goethe pühendas palju aega mitmesugustele loodusteaduslikele uuringutele. Tähelepandava koha nende hulgas hõivas värvusteõpetus, millega poeet tegeles ümmarguselt 30 aasta jooksul. Värvuste uurimist alustas Goethe 1790. aastal oma teisel Itaalia-reisil tehtud vaatlustest ajendatuna. Isaac Newtoni õpetus päikesevalguse heterogeensusest ja spektrivärvustest oli siis juba üle saja aasta vana ning leidnud laialdase tunnustuse. Goethe aga astus teravalt välja Newtoni optikakoolkonna vastu, süüdistades viimast väärõpetuse teenimises. Kõikjal nn. ürgfenomeni otsiv Goethe kuulutas, et "valgus on lihtsaim, jagamatuim, homogeenseim olek, mida me tunneme. Ta ei koosne millestki, kõige vähem värvilistest valgustest... Valgus kutsub värve esile, kuid värvid ei teki valgusest". Goethe oli veendunud, et värvused tekivad valguse ja pimeduse kindla vahekorraga "segust". Värvusteteooria kujunes möödunud sajandi esimese poole filosoofidele ja füüsikutele tõeliseks proovikiviks. Newton või Goethe - valik nende vahel tähendas tegelikult valikut teadusliku ja natuurfilosoofilise looduskäsituse vahel. Võib mõista, et Goethet toetasid filosoofid-idealistid Schelling, Hegel ja Schopenhauer, kes ka ise värvusi uuris. Seevastu valdav enamus füüsikuid asus Goethe ideede suhtes eitavale seisukohale ja süüdistas teda diletantismis, teaduse ja poeesia segiajamises ning teistes suuremates ja väiksemates pattudes.

Sõprus natuurfilosoofide ja Goethega kallutas Seebecki teaduslikelt positsioonidelt kõrvale ja ta asus toetama Goethet võitluses Newtoni ideede vastu. Tõsi, hiljem Seebeck küll muutis oma seisukohta, kuid tema maine füüsikute silmis oli jäädavalt kahjustatud. Seebecki tolle ajajärgu optikauuringuid kasutas Goethe oma värvusteteooria põhjendamiseks ulatuslikus töös Zur Farbenlehre (2 köidet, 1810). Väidetakse, et sellest paarkümmend lehekülge on Seebecki enda kirjutatud.

Tegelikult andsid need katsed teadusele väärtuslikku faktilist materjali, kuid Goethe ja Seebeck asusid ebaõigele seisukohale uuritavate nähtuste seletamisel. Nad eksisid just selle vastu, mille eest hoiatab Engels oma teoses Anti-Dühring: "... Teoreetilises loodusteaduses ei tohi seoseid konstrueerida ja neid faktidesse kanda, vaid nad tuleb avastada faktidest... ".

Filosoofina polnud Seebeck tugev, kuid ta oli oma aja üks silmapaistvamaid saksa füüsikuid. Samuti peame õigesti hindama Goethe pärandit. Vaatamata valguse ja värvuste füüsikalise seose väär tõlgendamisele olid Goethe tulemused värvitaju psühholoogia ja füsioloogia alal teedrajavad. Teisest küljest, Goethe loodusteadusliku tööta me vaevalt kohtaksime tema kirjanduslikus loomingus, eriti Faustis, nii sügavat ja rikast mõttemaailma, mis on lugejaid köitnud juba paljude aastakümnete jooksul.

Vaatamata suurele huvile füüsika vastu, alustas Seebeck tõsisemat teaduslikku tööd suhteliselt hilja. Tema esimesed trükis avaldamata uuringud olid pühendatud 1799. a. leiutatud Volta sambale. Esimese tähelepanuväärsema teadusliku tulemuse sai Seebeck 1810. a. koobalti ja nikli magnetiliste omaduste uurimisel. Selle eest valiti ta 1812. aastal Berliini Teaduste Akadeemia korrespondentliikmeks.

Need polnud parimad aastad keskendumist nõudvaks uurimistööks, sest Euroopa oli haaratud Napoleoni sõdadest ja suuremal osal Saksamaast peremehetsesid prantslased. 1806. aasta 14. oktoobril toimus Jena ja Auerstedti all suur kaksiklahing Prantsuse ja Preisi vägede vahel, mis lõppes Preisi armee riismete paanilise põgenemisega. Weimari suunas pagevaid preislasi jälitavad prantslased tungisid linna ja rüüstasid selle põhjalikult. Goethe pääses marodööritsevate sõdurite käest vaevu eluga tänu Christiane Vulpiuse vaprusele. Viis päeva hiljem Goethe lõpuks abiellus Christianega, kes oli juba 18 aastat tema elukaaslane olnud.

Maja Jenas, kus Seebeckid elasid, sai tugevasti kannatada ja muutus elamiskõlbmatuks. Majja, kus Hegel elas, tungisid prantsuse sõdurid ja panid selle põlema. Hegel pääses põgenema, taskus tema esimese suurema teose Phänomenologie des Ceistes lõpuleheküljed. Õnneks oli suurem osa käsikirjast juba varem läbi prantslaste väeliini Bambergi toimetatud. Hegel ja Seebecki pere leidsid ajutist peavarju raamatukaupmehe ja kirjastaja Karl Friedrich Ernst Frommanni majas, mis mitme aastakümne jooksul oli Jena vaimuinimeste kokkusaamiskohaks olnud.

5. veebruaril 1807 sündis Jenas Hegelil poeg Ludwig, kelle ema oli Hegeli majaperemehe naine. Vähem kui kolme nädala pärast lahkus Hegel Jenast ja võttis vastu katoliikliku päevalehe Bamberger Zeitung toimetaja koha. Ajakirjaniku amet ei meeldinud talle põrmugi, kuid töökoht oli hädavajalik, sest eradotsendina Jenas õpetades Hegel ülikoolist palka ei saanud ja isa väike pärandus oli nüüd lõplikult ammendatud. 1808. aastal sai Hegel Nürnbergi Gümnaasiumi rektoriks ja stabiilne sissetulek võimaldas tal 1811. aastal abielluda endast ligi 20 aastat noorema Marie von Tuckeriga. Neil oli kaks poega. Hegel püüdis ka oma vallaspoega perekonnaga liita, kuid Ludwigi vahekord isaga jäi pingeliseks ja poeg siirdus lõpuks hoopis Ida-lndiasse. 1816. aastal sai Hegel Heidelbergi Ülikooli ja 1818. aastal Berliini Ülikooli professoriks.

Ka Seebeckid lahkusid 1810. aastal olude sunnil Jenast ja siirdusid Bayreuthi. Koos vanematega läks 5-aastane Ludwig Friedrich Wilhelm August, kellest hiljem sai füüsik, ketassireeni leiutaja ja üks esimesi värvipimeduse järjekindlamaid uurijaid.

1812. aastal asusid Seebeckid elama Nürnbergi, mis pereisa sõnade järgi meenutas väga kunagist kodulinna Tallinna. Seebecki teaduslik tegevus hoogustus. Ta sõbrunes tuntud füüsiku Johann Schweiggeriga, ajakirja Journal für Chemie und Physik väljaandjaga. Nürnbergis oli Seebecki sagedaseks külaliseks filosoof Hegel, kuid tema pool viibis ka baltisaksa kirjanik ja valgustaja Carlieb Helvig Merkel ning veel mitmed teisedki tuntud inimesed.

1813. aastal ilmus Schweiggeri ajakirjas Seebecki artikkel valguse mõjust fosforile ja teistele helendavatele kristallidele. Sama aasta 21. veebruaril tegi Seebeck oma tähtsaima avastuse optikas. Korrates prantsuse füüsikute katseid polariseeritud valgusega, märkas Seebeck, et kromaatilise polarisatsiooni värviküllased kujundid tekivad valguse läbiminekul mitte ainult kristallilistest ainetest, vaid ka kuumutatud ja siis kiiresti allajahutatud klaasist. Seebeck oli esimene, kes osutas seosele nn. entoptiliste kujundite ja klaasis valitseva pingeolukorra vahel. Kaks aastat hiljem näitas šoti füüsik David Brewster, et mehaanilised pinged tõepoolest muudavad amorfse läbipaistva aine kaksikmurdvaks, mistõttu nimetatud kujundid tekivadki. Avastuse tähtsust hindas vääriliselt Pariisi Teaduste Akadeemia, kes oma 1816. aasta preemia jagas võrdselt Seebecki ja Brewsteri vahel. Avastusel põhinevaid fotoelastsusmeetodeid rakendades saab näiteks läbipaistvast plastmassist mudeli abil uurida pingete jaotust mingis tegelikus detailis või konstruktsioonis.

Novembris 1818 valiti Seebeck akadeemikuks ja ta asus elama Berliini. Sidemed Goethega, mis peale Zur Farbenlehre valmimist ja Seebecki Jenast lahkumist polnud enam kuigi tugevad, nõrgenesid veelgi ja Seebecki teaduslikud huvid kaldusid üha rohkem optikalt elektrile.

1820. aasta suvel avastas Kopenhaageni ülikooli professor Christian Oersted pingestatud, st. vooluga juhet ümbritseva magnetvälja. Samal aastal muutsid Seebeck ja prantslane Dominique Francois Jean Arago selle magnetvälja rauapuru abil nähtavaks. Seebeck oli esimene, kes uuris kahe pingestatud juhtme magnetväljade vastastikust mõju. Peaaegu üheaegselt Aragoga (prioriteet kuulub siiski prantslasele aastast 1824) pani Seebeck tähele, et võnkuv magnetnõel rahuneb massiivse vaskplaadi kohal hoopis kiiremini kui muidu. Lisaks sellele märkas Arago, et pöörlev metallketas pani pöörlema ka selle kohal rippuva magnetnõela. Need nähtused olid teadusele mõistatuseks. Seletus leiti alles pärast elektromagnetilise induktsiooni avastamist Michael Faraday poolt aastal 1831. Faraday loomeimpulsi suunamisel oli arvatavasti oma osa ka Arago ja Seebecki töödel, mida Faraday hästi tundis.

Berliini ajajärku, nimelt aastasse 1821, langes Seebecki tähtsaim avastus, mis kindlustas talle tähelepanuväärse koha teaduse ajaloos. Nimelt tuli ta mõttele proovida, kas kaks metalli, nagu galvaanielemendiski, kuid kuivalt, ilma nendevahelise vedelikuta, võivad esile kutsuda magnetnähtusi. Asetanud vismutkettale vaskelektroodi ja surunud sõrmedega multiplikaatori juhtmed vastu metalli, kaldus magnetnõel Schweiggeri leiutatud mõõteriistas kõrvale. Kui ta vajutas juhtmeotsa metallketta külge kas klaaspulga või puutükiga, siis mõõteriist ei reageerinud. Seebeck pidas nähtuse põhjuseks eri metallide puutekohta mõjutavat käe soojust. Ühtlasi tegi ta kindlaks, et nähtuse tekkimise hädavajalikuks tingimuseks on hea kontakt metallide vahel. Eri metallidest koostatud termopaaride uurimise tulemusena koostas Seebeck metallide teatud järjestuse, mida tänapäeval tuntakse termopingete rea nime all.

Tegelikult, erinevalt prantslasest Andre Marie Ampere'ist, kes magnetilised nähtused taandas elektrilistele, nägi Seebeck "ürgfenomeni" magnetismis. Ta rääkis oma avastuse puhul mitte termoelektrist, vaid termomagnetismist. Seebeck oskas isegi "tõestada", et termoelektrilises ahelas ei toimu üldse mingit elektri liikumist. Mõiste "termoelekter" võttis 1823. aastal kasutusele taani teadlane Oersted, kellel oli suuri teeneid termoelektri propageerimisel. Kuigi Seebeck seletas avastatud nähtuse olemust vääriti, ei takistanud see uue füüsikalise efekti praktilist rakendamist. Oersted lülitas mitu termoelementi jadamisi ja ehitas 1823. aastal esimese termopatarei. 1830. aastal ühendas Macedonio Melloni, tolleaja suurimaid itaalia füüsikuid-eksperimentaatoreid, termopatarei oma kaasmaalase Leopoldo Nobili leiutatud astaatilise galvanomeetriga. Uus aparaat, nn. termomultiplikaator, oli nii tundlik, et reageeris inimesest lähtuvale soojuskiirgusele isegi kuni 10 meetri kauguselt.

Oma tähtsamad katsed soojuskiirguse uurimisel tegi Melloni Arago juures Pariisis, kus ta aastail 1831-1839 oli sunnitud poliitilise pagulasena viibima. 1842. aastal Napolis ilmunud töös tõestas Melloni soojuskiirte, valguse ja keemiliste kiirte (s. o. ultraviolettkiirguse) olemuse identsuse. Muuseas, ultraviolettkiirguse avastas 1801. aastal Johann Wilhelm Ritter, üks tähtsamaid nn. romantilise füüsika koolkonna esindajaid ja Seebecki hea tuttav Jena päevilt. Suure teene osutas termoelement ka Georg Simon Ohmile, kes füüsik Johann Christian Poggendorffi soovitusel kasutas seda püsiva pinge allikana oma katsetes, mille tulemusena Ohm sõnastas lõplikul kujul oma kuulsa seaduse 1827. aastal ilmunud raamatus Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet.

Termoelektri avastamisele järgnenud aastatel uuris Seebeck mitmesuguste metallide ja nende sulamite ning hõõguva raua magnetilisi omadusi. Õige mitme teadusliku töö puhul piirdus ta vaid ettekandega Berliini Teaduste Akadeemias, kuid jättis need trükis avaldamata.

1823. aastal Thomas Johann Seebecki haigestus, ta kannatas pidevalt valude käes ega suutnud enam kunagi täie jõuga töötada. Seebeck suri Berliinis 10. detsembril 1831. Vaid veidi vähem kui kuu aega enne seda, 14. novembril, oli sealsamas kooleraepideemia ohvrina surnud tema hea sõber Hegel.

Vaatamata silmapaistvatele saavutustele termoelektri, magnetismi ja optika valdkonnas, oli poolehoid Goethe värvusteõpetusele Seebeckit füüsikute silmis siiski sedavõrd kompromiteerinud, et Berliini Teaduste Akadeemias ei leidunud kedagi, kes oleks söandanud tema surma puhul mälestuskõnet pidada. Pidi mööduma kaheksa aastat enne, kui akadeemik Poggendorff tasus selle auvõla Seebecki ja tema elutöö ees.

Saateks

Kuna see tagasihoidlik essee Thomas Johann Seebeckist, mis omal ajal ilmus ajakirjas Horisont nr. 11, 1971, on üks väheseid ja seni võib-olla ainuke pikem eestikeelne kirjatükk Tallinnast pärit saksa füüsikust, siis otsustasin selle Interneti kaudu teha lugejatele paremini kättesaadavaks. Ühtlasi kasutasin võimalust mõningate muudatuste ja täpsustuste tegemiseks. Kindlasti oli üheks põhjuseks, miks ma selle vana teksti juurde tagasi pöördusin, soov meenutada, et 10. detsembril 2001 möödub 1 70 aastat Thomas Johann Seebecki surmast. Ühtlasi täitus sel aastal ka 180 aastat ühe olulisema termoelektrilise nähtuse, Seebecki efekti avastamisest.

Enn Velmre
Tallinna Tehnikaülikooli professor
04.12.2001

Originaal *.PDF fail.