Physik und Metaphysik

[Mario Morgenroth (a.d.)]

Darum ist dieses Gebiet so schön und ergiebig, Eulenspiegel - es bietet so viel Raum zur Spekulation...dass man nicht sagen kann, ob nun der Nobelpreisträger oder der Idiot auf der richtigen Fährte ist. Zum Vakuum: das Vakuum ist nicht nichts...denn es braucht den Umgebungsdruck...und da steckt die Umgebung ja schon im Begriff. Und zum "Punkt": wie kann ein Punkt ein Punkt sein...wenn um ihn herum nichts ist?!

Und zur Zeit: wir reden ja nicht umsonst von Zeitzonen - da steckt ja schon im Wort, dass die Zeit verortet ist. Wir können anhand der Zone die Zeit...aber nicht mittels der Zeit die Zone bestimmen...maximal mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit und so ungefähr. Die Lage (Längen-Breitengrad) und die Bewegungen (von Himmelskörpern zueinander) packen wir in ein Zeitmaß. Aber ohne unser Maß würde sich nichts ändern. Als die Erde noch ein Superkontinent war---herrschte auch an fast allen Orten eine andere Zeit als heute. Also es ist die Bewegung von Körpern (in diesem Fall die der Kontinentalplatten) und in welcher Konstellation diese Körper zueinander stehen, die unsere Zeit bestimmen. Aber da sich alles innerhalb von Sekunden und willkürlich ändern kann...bleibt die Zeit nie die gleiche. Und wenn die Zeit keine feststehende Größe ist, dann kann sie nur von Menschen gemacht sein.

Zum Nichts. Es ist m.E. eine reine Erfindung des Menschen...entstanden in einer Zeit...als wir mehr glaubten als wussten. Ist es nicht ein Ausdruck von unverfrorener Arroganz...wenn wir heute noch vom Nichts reden...ohne auch nur das kleinste Indiz zu haben, das darauf hindeutet?! Nichts kommt aus einer Zeit...als wir noch glaubten vor unserer Geburt hätte nichts von uns existiert. Aber das Sperma...die Eizelle...sie kommen doch nicht aus dem Nichts. Alles...wirklich alles auf dieser Welt...vom Kieselstein bis zum Elefanten...hat eine Vorgeschichte. Und diese Vorgeschichte hat wiederum eine Vorgeschichte. Die Geschichte des Universums ist eine ohne Anfang und ohne Ende...es gibt noch nicht einmal ein Vorwort und auch kein Skript.

Wenn in einem Wurmloch keine (für uns messbare) Zeit vergeht...dann heißt das noch nicht zwangsläufig...dass es dort keine Zeit gibt...sondern nur, dass wir uns so schnell bewegen...dass wir die Zeit nicht mehr messen können. In diesem Falle wären es also wieder nur die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit...das wir als Zeit bezeichnen. Und angenommen es verginge dort wirklich keine Zeit...dann wäre doch auch das der Beweis dafür, dass es keine Zeit geben kann. Denn wenn es die Zeit gibt, dann muss sie an jedem Ort existieren.

Ich bin hier für alle erkennbar der Idiot in diesem Wissensspiel...der sich auf dem Weg zur Wahrheit womöglich (und sicherlich) ständig verirrt...was ihm aber nur derjenige zum Vorwurf machen darf... der das Ziel kennt und beschreiben kann. Und da es den nicht gibt...

[aerolith]

Lieber Till! Zu Deinem Problem habe ich zwei Antworten:
1. Als ein vorlauter Schüler im Religionsunterricht fragte, was Gott VOR der Erschaffung der Welt getan habe, antwortete der Lehrer: "Er saß in einem Birkenwald und schnitt Ruten für Leute, die solche Fragen stellen."
2. Das Unendlichkeitsproblem beschäftigt die Menschen schon lange, also mindestens seit 2600 Jahren. Die alten Griechen lösten es, indem sie sich den Raum und die Zeit nicht als linear verlaufend vorstellten, sondern ihrer ästhetischen Vorstellung nach dem Perfekten als etwas Kreisförmiges, Rundes. Die berühmte Schlange, die sich in den Schwanz beißt. Auf diese Weise entstand die Vorstellung, die wir heute auch kennen, daß nämlich Unendlichkeit letztlich nur eine Kreisbahn durchläuft, was auch den sogenannten Nullpunkt, den "Urknall", zu einem Punkt auf dieser Bahn macht. Es gibt ja nicht wenige Wissenschaftler, die auch heute glauben, daß irgendwann alles in einem großen Loch verschwinden würde, also den Augenblick vor einer neuen Geburt des Alls markierte.

Ich glaube, daß diese Vorstellung der ewigen Wiederkehr des Gleichen für uns nicht zu denken ist, nur anzunehmen. Ich glaube aber auch nicht, daß die heute gängige Vorstellung einer Entstehung aus dem Nichts vorstellbar ist. Auch die ist nur anzunehmen. Das Unendliche sprengt menschliche Vorstellungskraft. Wir können uns nur mit Annahmen darüber hinweghelfen. Aber das ist eben auch der zweite Schritt jeder Wissenschaft: die Aufstellung einer These, die dann zu verifizieren/falsifizieren ist.

[eulenspiegel]

Das Problem mit solchen Diskussionen unter Laien ist, dass andauernd Begriffe aus unterschiedlichen Disziplinen durcheinandergeworfen werden, ohne sie wirklich zu verstehen oder zumindest ein gemeinsames Verständnis zu haben. Daher ist der Erkenntnisgewinn gering, der Lustgewinn imso größer.

Das Nichts ist ein philosophischer Begriff und hat in der Physik eine ganz andere Bedeutung bzw. gar keine. In der Phlosophie bezeichnet er ein Totales, die vollständige Abwesenheit von Allem. Ist daher sinnlos, weil es das Nichts offensichtlich nicht gibt - sonst könnten wir nicht drüber schwadronieren. Da ist Etwas. Aber was das ist, woher es kommt, wohin es sich entwickelt, wie lange es schon da usw., das wissen wir nicht, können wir wohl nicht wissen. In der Physik spricht man statt vom Nichts vom Vakuum, welches aber eng begrenzt ist, zeitlich wie räumlich.

Mit dem Urknall hat es auch so seine Bewandtnis. Jeder meint zu verstehen, was er bedeutet, jeder meint aber was anderes. Er bezeichnet weder einen Punkt im Raum, noch in der Zeit. Beides gab es im Urknall noch nicht. Der Urknall meint lediglich den gedachten Ursprung des expandierenden Universums, indem man die Ausdehnung rückwärts rechnet. Wobei die Expansion des Universums auch oft falsch dargestellt wird. Der Wissenschaftsjournalismus tut hier sein Übriges, indem er Spekulation und Sensation schürt. Also, so wie ich die Expansion des Universums verstehe, fliegen nicht die Himmelskörper immer schneller auseinander, sondern 'dehnt' sich der Raum zwischen den Himmelskörpern immer schneller aus. Wäre es anders, müssten sich ja auch die Planeten, Sterne und Galaxien aufblähen, was wir nicht beobachten können. Das aber ist paradox. Denn wenn sich der Raum ausdehnt, müssten auch die Abstände zwischen den Sternen wachsen, die Galaxien also immer ausgedehnter werden. Das, wie gesagt, können wir nicht beobachten. Es fliegen die Galaxien - scheinbar - immer schneller auseinander, doch selbst dehnen sie sich nicht aus.

Es gibt also jede Menge offene Fragen, selbst für die größten Wissenschafter. Und das ist doch das eigentlich Interessante.

[WirbelFCM]

Nur mal drei kurze Einwürfe:

1. Vakuum ist nicht nichts. Vakuum ist ein Raum, in dem es keine Materie gibt. Es gibt dort aber bspw. Licht.
2. neben der „materiellen“ Physik hat sich seit Nikola Tesla die Erkenntnis gebildet, dass es auch eine „nichtmaterielle“ Physik der Frequenzen und Schwingungen und dem Fluß der Energie gibt, die eine Art „Parallelphysik“ darstellt, die allerdings noch relativ unerforscht ist.
3. das schöne an der derartigen Theorien (wie bspw auch der Relativitätstheorie) ist, dass sie auf unser individuelles Leben keinen oder nur einen sehr geringen Einfluß haben (im Gegensatz zur Politik bspw.). Sprich: das Ergebnis oder ob es überhaupt eins gibt, ob jetzt ich Recht habe oder jemand von Euch, ändert im Grunde nichts an unserer Existenz, weshalb solche Diskussionen recht unemotional und unpersönlich sind, solange man sie nicht zur Weltanschauung, zur Religion macht und Andersdenkende deshalb negativ ansehen müßte.

[eulenspiegel]

Hallo Wirbel,

ad 1: sagte ich doch, der Begriff Nichts ist kein Thema der Physik. Das ideale Vakuum kann technisch nicht erzeugt werden, weil immer ein Rest an Strahlung oder auch ein paar Teilchen in ihm enthalten sind. Selbst im instellaren Raum herrscht kein Vakuum. Die berühmte Vakuumfluktuation besteht aber tatsächlich aus Teilchen die spontan auftauchen - wie aus dem Nichts, weil sie vorher nicht da waren - und wieder verschwinden. In Summe muß schon aus Gründen des Energieerhaltungssatzes immer eine Null stehen, energetisch.

ad2: das ist nicht neu und die Physik beschäftigt sich zum Großteil mit nichtmateriellen Phänomenen wie Licht, Wellen und Gravitation. Außerdem gibt es ja die vielzitierte Gleichung E=mc2, die ja eine Äquivalenz von Materie und Energie darstellt. Das, was wir als Materie im Alltag erfahren, wenn wir uns den Kopf anschlagen oder schwere Sachen heben, also sogenannte feste Körper, das gibt es so nicht im atomaren und subatomaren Bereich. Der Welle-Teilchendualismus wird dir bekannt sein. So sehr ich Tesla als Erfinder schätze, so wenig hat er eine immaterelle Physik erfunden. Die gabs schon vor ihm und erst recht nach ihm.

ad3: die wenigsten wissen, dass relativistische Effekte sehr wohl im Alltag eine Rolle spielen. Wenn du dein Smartphone oder Navi benutzt, würden die nicht funktionieren, wenn nicht ein von der allg. Relativitätstheorie vorausgesagter Effekt korrigiert würde. Das GPS nämlich muß die unterschiedliche Gangart von Uhren in den Satelliten und auf der Erde korrigieren und die Uhren ständig synchronisieren. Eine Uhr auf einem Satelliten und eine andere auf der Erde gehen nicht synchron, weil die 'Zeit' an beiden Orten unterschiedlich schnell vergeht. Genau wie vom ollen Einstein vorausgesagt und in seinen Gleichungen enthalten. Im All vergeht die Zeit übrigens schneller als auf der Erde, wo sie durch die stärkere Gravitation quasi gebremst wird.

[eulenspiegel]

Obwohl ich absoluter Agnostiker bin, Atheist - aber was heisst das schon? für mich bloß, dass ich alle Gottesvorstellungen, ja den Begriff an sich ablehne und für albern finde, denn was da draußen und drinnen los ist, ist absolut unbegreiflich - und auch sonst alle Logik, Vernunft und Verstand für höchst unzuverlässig, unzlänglich und letztlich illusorisch halte, trotz aller dieser Defizite meines dummen Erkenntnisapparats, reizen mich diese Fragen, die ich hier verhandle.

Ein solch aussichtsloses Unterfangen ist die Frage nach den Naturgesetzen. Was sie sind, warum sie sind, wie sie sind, ob da noch was dahinter steckt, das wir noch nicht mal ansatzweise erahnen usw. Was ist ein Naturgesetz? Bestenfalls eine menschliche Abstraktion aus vielen Beobachtungen, Messungen, Erklärungsversuchen usw. Das Naturgesetz selbst, so es existiert, können wir nicht erkennen.

Was ist los mit den sog. Naturkonstanten? Sind sie konstant oder nicht? Es gibt deren viele, wobei die meisten voneinander abgeleitet werden. Echte Naturkonstanten ohne ersichtliche Herkunft, Grund, Begründung, Notwendigkeit gibt es nur wenige. Sie formen unser Universum. Wären sie geringfügig anders, sähe unser Universum gänzlich anders aus. Oder gar nicht. Oder nicht mehr.

Meine Lieblingsnaturkonstante war die Lichtgeschwindigkeit. Weil sie so sinnlos einfach in der Gegend herum steht. Jetzt sah ich ein Video, dass erklärt, dass es gar nicht um die Geschwindigkeit des Lichts geht. Diese ist bloß das Resultat recht komplizierter Zusammenhänge wie Lorentzkonstante, relativistischer Effekte, Zeitdilatation etc. Und jetzt ist sie keine Naturkonstante mehr, bloß noch das Ergebnis physikalischer Zusammenhänge.

Ich verstehe das alle nicht wirklich, ahne nur. Vielleicht liegt gerade darin der Reiz. Wie ein weiblicher Körper, der sparsam bekleidet viel attraktiver ist, als wäre er nackt.

[eulenspiegel]

Mathematik ist die Königin der Wissenschaften. Nicht Physik, nicht Kosmologie, nicht Philosophie, gar nicht zu reden von Pseudowissenschaften wie Theologie oder Ökonomie, beides Voodoo-science.


Warum Mathe? Erstens, weil Mathematik ... Also es geht nicht mit erstens, zwotens, drittens ... Schauen wir mal vorurteilslos und nüchtern auf die Wissenschaften. Da gibt es die Naturwissenschaften, die sich auf empirische Fakten und Daten stützen. Und auf das stets wiederholbare Experiment, das nichts anderes ist, als das direkte Befragen der Natur selbst. Was dabei sichergestellt sein muß: Wiederholbarkeit und klare, eindeutige Bedingungen und bestmöglicher Ausschluß störender, eventuell unbekannter Einflüße auf das Ergebnis. Auf Grund der von Experimenten gelieferten Ergebnissen wird die Theorie gebildet und ständig adaptiert. Physikalische Theorien müssen widerlegbar sein, andernfalls sind sie metaphysisch.


Bei den Geisteswissenschaften fehlt die direkte Befragung des zu erforschenden Objekts weitgehend. Weder kann man mit dem hypothetischen Gott kommunizieren, noch mit verstorbenen, historischen Personen. Wo am ehesten noch sowas wie objektiver Zugang möglich ist, sind Tests, statistische Auswertungen etwa in der Psychologie, Soziologie, Ökonomie oder Studien und vergleichende Analysen in der Medizin, auch der Geschichte oder anderen Disziplinen.


In beiden Kategorien, empirisch oder metaphysisch, ist ein objektiver, kritischer, die Theorien falsifizierbarer, methodischer Zugang Voraussetzung, um überhaupt Wissenschaftlichkeit für sich in Anspruch nehmen zu können. Bei den Geisteswissenschaften weniger, bei den Naturwissenschaften umso mehr, wollen sie ernst genommen werden.


Und was hat das mit Mathematik zu tun? Sehr viel. Mathematik besitzt unter allen Wissenschaften eine Sonderstellung. Sie ist weder rein empirisch, noch bloß spekulativ-metaphysisch. Sie ist zunächst mal ein Konstrukt des menschlichen Geistes, der Vernunft, des Verstandes. Heisst, sie ist zunächst 'metaphysischen' Ursprungs, weil rein aus dem Verstand geboren. Gleichzeitig ist sie sehr empirisch, weil sich die meisten ihrer Vorhersagen und Theoreme praktisch belegen oder widerlegen lassen. Man nehme nur die Geometrie, die sehr real und physisch. Egal ob die Euklidsche Geometrie der Ebene oder andere Geometrien (sphärisch, hyperbolisch etc.), sie lassen sich nicht nur logisch begründen, sondern auch durch Rechnungen und direkte Anschauung verifizieren oder widerlegen. Auch die Arithmetik, Zahlentheorie, Algebra lassen sich grösstenteils empirisch untersuchen. Nur an ihren Grenzen - dem Unendlichen - kommen auch die besten Mathematiker an ihre Grenzen, da bleibt das Kalkül unbestimmt.


Was wir Durchschnittsgebildeten als Mathematik begreifen, ist nur ein winziger, allerkleinster Teil des Ganzen. Wir verwechseln Mathe mit Rechnen. Rechnen, noch dazu bloß mit reellen Zahlen, ist bloß ein kleines Spezialgebiet der Mathematik, ihre Mechanik sozusagen. Noch viel kleiner als der sichtbare Teil des sprichwörtlichen Eisbergs. Mathematik ist heute ein endloser Kontinent verschiedenster Regionen, Gebiete, Täler, Schluchten, Ebenen, Sümpfe etc. Selbst die besten ihrer Zunft müssen sich heute auf ein Spezialgebiet konzentrieren, der universale Mathematiker gehört längst der Vergangenheit an. In diesem Kosmos der Mathematik gibt es Räume, die jegliche Vorstellungskraft sprengen, Objekte und Artefakte, die so unvorstellbar sind wie Schwarze Löcher, Quantenverschränkung oder Raumzeit. Es waren schließlich Mathematiker lang vor Einstein, die den Boden für die Relativitätstheorie ebneten und aufbereiteten.


Nun könnte man sagen, na und? Mathematik ist bloß ein Werkzeugkasten für die Naturwissenschaften. So sieht es auf den ersten Blick aus. Doch schaut man näher hin, entpuppt sich die Mathematik als die Sprache der Physik. Kein Naturgesetz, das nicht mathematisch beschrieben wird, beschrieben werden muß, will man es exakt formulieren. Die Mathematik ist der Bauplan, die DNA der Physik. Jetzt stellt sich natürlich die Frage nach Henne und Ei. Ist Mathematik die schon immer vorhandene, vom menschlichen Geist unabhängige, nur entdeckte, physikalische Ordnung der Dinge oder eine Erfindung des menschlichen Verstands, die - oh Wunder - eins zu eins die Naturgesetze beschreibt? Am Ende ist das die Frage nach Idealismus oder Realismus.


Weder der eine noch der andere -ismus kann logisch - oder praktisch - widerlegt werden. Ist also genau genommen kein Gegenstand der Wissenschaft. Allerdings spricht alle Erfahrung und alle Logik für den Realismus und gegen den Idealismus - der letzten Endes in einen erbärmlichen Solipsismus mündet. Wir haben demnach jedes Recht und redlicherweise die Pflicht, eine von uns unabhängige, reale, physikalische Welt als gegeben anzunehmen. Das eigentlich Erstaunliche ist, dass die Ordnung dieser Welt mathematischen Sätzen und Gesetzen gehorcht. Wenn das nicht, weiß ich auch nicht.


Nimmt man die Mathematik per se, bar ihrer Anwendbarkeit in der Wissenschaft, so stellt man fest, dass wir sie nicht erfinden , sondern nur entdecken. Jeder Satz, jede Formel, jeder Beweis war schon immer gültig und vorhanden, unabhängig davon, wann ein menschlicher Mathematiker ihn entdeckte, ihn fand. Er wurde nur gefunden, nicht erfunden. Der Satz des Pythagoras galt auch schon, bevor der erste Einzeller die Erde betrat. Die Zahl Pi, das Verhältnis von Kreisumfang zum Radius, war dieselbe vor Äonen wie heute.


Wir kommen nicht umhin, die Mathematik als die universelle Ordnung zu begreifen. Der menschliche Anteil daran ist lediglich die Formulierung, die Form, nicht der Inhalt. Dass wir diesen aber begreifen können, ist eine andere unglaubliche Geschichte.


Allgemein herrscht das Vorurteil, Mathematik sei langweilig, trocken, spröde, Mathematiker seien nüchtern, fantasielos, prosaisch. Das Gegenteil ist der Fall. Die Schönheit, Erhabenheit der Mathematik hat ihre Kenner schon immer fasziniert. Und dass Mathematiker fantasielose Buchhalter und Verwalter einer öden, drögen Disziplin seien, kann nur jemand glauben, der von der Materie keine Ahnung hat. Bei Mathelehrern mag das zutreffen, bei Mathematikern, die ihr Feld forschend und erweiternd beackern, sind Fantasie und Kreativität geradezu Voraussetzung, um die Sache voran zu bringen. Schon ein einfacher Beweis, den sich jeder Abiturient als Aufgabe stellen kann - etwa der Beweis, dass es unendlich viele Primzahlen gibt - erfordert eine gewisse Kreativität und Beweglichkeit im Denken. Das Beweisen/Widerlegen von mathematischen Sätzen und Vermutungen erfordert häufig einen Gedankenblitz, eine Idee, oft auch eine Regelverletzung als Ausgangspunkt.


Schaut man sich ein bissl in höheren Gefielden der Mathematik um, bekommt man eine Ahnung wieviel Ideenreichtum, Unkonventionalität und Improvisationstalent nötig sind, um sich da noch zu orientieren und Lösungen für Probleme und Fragestellungen zu finden. Geniale Mathematiker mögen einseitig begabte Menschen sein, langweilig und fantasielos können sie jedenfalls nicht sein. Es gibt eine Reihe offener Fragen der Mathematik, die ein gewisser David Hilbert um 1900 zusammenstellte. Die meisten davon sind für den Abi-Leistungskursabsolventen unverständlich. Immerhin sind von den 23 - lt. Wiki - inzwischen 15 gelöst, 3 ungelöst und 5 gelten als unlösbar. Dieser Hilbert war es auch, der Einstein bei der mathematischen Formulierung seiner Theorien mehr als behilflich war.


Ohne Mathematik geht heute gar nichts mehr in den Naturwissenschaften. Sie ist mehr als nur die Syntax der Physik. Sie bildet die DNA der Physik. In Abwandlung von Marx könnte man sagen, die Philosophie kann die Welt nur deuten, die Mathematik bildet sie ab.


Es bleibt die erstaunliche und verblüffende Feststellung, dass Mathematik und Physik untrennbar verwoben sind. Die physikalische Welt ist nur mit den Sätzen und der Syntax der Mathematik beschreibbar. Woher diese nahtlose Übereinstimmung und Kongruenz beider Disziplinen kommt, bleibt ein wundersames Rätsel. Die Ordnung der Natur ist mathematisch. Und doch sind sie nicht identisch. Denn die Natur muß nicht erst Mathematik lernen, um zu funktionieren. Sie tut dies ohne zu denken, zu rechnen, zu planen - weil es nicht anders geht. Punkt.

[Mario Morgenroth (a.d.)]

Wieso erschließt sich Dir dieser Zusammenhang nicht? Ich brauche doch für acht Milliarden Menschen mehr Landwirtschaft, mehr Industrie, mehr Bauwesen, mehr Verkehr...als für 2 Milliarden Menschen! Und daran gemessen, dass sich die Weltbevölkerung in dieser Zeit vervierfachte...während der Co-Ausstoß nur meinetwegen um 50% anstieg...zeigt doch, dass das mit den Menschen nicht viel zu tun haben kann...zumal wir hier...was die Erdgeschichte angeht...auch bei 400ppm von einem sehr geringen Co2 Gehalt reden. Wie gesagt...vor 220 Millionen Jahren lag der Wert bei 5000ppm. Nach deiner Rechnung müsste der Co2 Wert heute bei 1500 bis 2000ppm liegen...wäre der Mensch maßgeblich dafür verantwortlich. Die Fakten sprechen ganz klar dagegen. Deshalb leugne ich ja den Klimawandel nicht...nur hat der mit dem Menschen wenig zu tun...den gab es schon immer.

Dabei habe ich das exponentielle Wachstum noch gar nicht berücksichtig...sprich...wenn es 1850 hundert Autos gab...dann sind es heute nicht nur vierhundert....sondern viele hundert Millionen. Das gleiche gilt für die Fabriken, den Verkehr, das Bauwesen und alles andere. Wäre der Mensch tatächlich verantwortlich...dann müsste der Co2 Wert durch die Decke gegangen sein.

gerade Du...als Mathematiker...solltest das doch wissen.

[WirbelFCM]

Die Mathematik ist die Sprache des Universums (manche sagen die Sprache Gottes) und die Mutter der Physik, auf der wiederum die Chemie beruht, welche wiederum der Ursprung der Biologie ist, auf der die Psychologie basiert.

das nennt man die „Pyramide der Naturwissenschaften“: Mathematik >>> Physik >>> Chemie >>> Biologie >>> Psychologie