Moderne Physik kann nicht immer intuitiv sein | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

Moderne Physik kann nicht immer intuitiv sein

holger_merlitz

Mitglied
In manchen Forenbeiträgen werden Erkenntnisse der modernen Physik angezweifelt, da sie vermeintlich unlogisch seien, gegen den gesunden Menschenverstand verstießen oder gar im Widerspruch zu Erfahrungswerten stünden. Diese Vorwürfe stammen meist von Menschen, die zwar Interesse an den Naturwissenschaften oder Technik, jedoch keine formale Ausbildung in Physik hinter sich haben.

Woher kommt diese Skepsis? Der Grund ist, dass es zur Aufgabe der Naturwissenschaft gehört, Phänomene und Beobachtungen zu verstehen, die z.T. unter extremen Bedingungen auftreten - Bedingungen, die nicht in den Bereich unserer Alltagserfahrungen fallen. Es sind weder unsere Sinnesorgane noch unser Interpretationsvermögen darauf trainiert, das Verhalten der Natur in diesen Extremsituationen zu erfassen. Der Physiker muss daher die notwendigen Werkzeuge erst mühsam erlernen, mit denen er dann eine Modellierung der Natur aus moderner Sicht vornehmen kann.

Aus historischen Gründen unterscheiden wir zwischen der klassischen Physik und der nichtklassischen (modernen) Physik. Zu Zeiten Galileis, Newtons und deren Zeitgenossen wurden die im Alltag beobachtbaren Phänomene katalogisiert und dann in eine systematische Theorie gegossen - die klassische Mechanik. Dasselbe geschah wenig später mit elektromagnetischen Phänomenen durch Faraday, Maxwell und anderen. Gleichzeitig wurde die Thermodynamik entwickelt, mit der u.a. die Wirkungsgrade der damals aufkommenden Dampfmaschinen analysiert werden konnten. Diese klassische Physik war sehr intuitiv, denn die Alltagserfahrungen der Forscher dienten ihr als Vorbild. Jeder technisch interessierte Mensch konnte die erstaunlichen Erkenntnisse, die in diesen frühen Theorien steckten, mit etwas Geduld und Mühen nachvollziehen.

Zur Jahrhundertwende vom 19. ins 20. Jahrhundert kam es zu einem Bruch. Stetig verbesserte Messmethoden erlaubten es den Physikern erstmals, Präzisionsmessungen durchzuführen, deren Ergebnisse systematisch von den Vorhersagen der klassischen Theorien abwichen. Da es zur Aufgabe der Physik gehört, beobachtbare Phänomene zu systematisieren, wurden Erweiterungen der bestehenden Theorien nötig, die teilweise unserem intuitiven Verständnis der Natur widersprachen. Planck untersuchte das Gesetz der thermischen Strahlung und kam nur dann zu sinnvollen Ergebnissen, wenn er die Energien der Photonen quantisierte. Einstein griff die Idee von Planck auf und konnte plötzlich den photoelektrischen Effekt erklären. Man erkannte, dass Atome aus kleinen, positiven Kernen mit negativen Hüllen aus Elektronen bestanden - aber solche Systeme konnten aus Sicht der Maxwellschen Theorie nicht stabil sein: Die Quantenmechanik begann sich zu formen. Die hartnäckige Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, gemessen von Michelson und Morely, veranlasste Einstein dazu, die spezielle Relativitätstheorie anzugehen, mit der nicht nur der Äther verschwand; sie führte auch zu dramatischen Konsequenzen für unser Verständnis von Raum und Zeit, die jeder Alltagserfahrung zuwiderliefen.

Die Theorien, die sich seitdem entwickelt haben, sind deshalb z.T. alles andere als intuitiv, aber sie umfassen ja auch solche Experimente, die unter extremen Bedingungen ablaufen und die somit zu einem tieferen Verständnis der Natur führen. Ein Physikstudent benötigt mehrere Jahre harter Arbeit, um die entsprechenden Mechanismen zu verstehen und das mathematische Rüstzeug zu erwerben, mit dem die Ergebnisse von Messungen vorhergesagt werden können. Es ist daher kein Wunder, dass mancher Laie mit den Erklärungsversuchen der professionellen Naturwissenschaftler überfordert ist. Das mag vielleicht bedauerlich sein, ist in letzter Konsequenz aber unvermeidbar: Mutter Natur kümmert sich nicht darum, welche philosophische Sichtweise über sie wir bevorzugen würden. Wir müssen uns an den messbaren Eigenschaften der Natur orientieren und unser Verständnis daran ausrichten, wenn wir die Früchte der modernen Wissenschaft ernten wollen: Laser, Halbleiter, GPS, NMR - unsere moderne Technik hätte allein aus den Erkenntnissen der klassischen Physik nicht entwickelt werden können.

Meine Sicht ist daher: Wer die Erkenntnisse moderner Physik kritisiert, der sollte zuerst sehr genau nachschauen, aus welchen Beobachtungen diese Erkenntnisse gewonnen worden sind. Meist steckt ein riesiger Erfahrungsschatz von unzähligen Experimenten dahinter, denn im Grunde geht es jedem einzelnen Physiker genauso: Er würde gern Widersprüche im bestehenden System finden, die zu Erweiterungen führen. Die beste Chance, so etwas auf überzeugende Weise anzugehen, besteht darin, ein neues Experiment zu entwerfen, dessen Ergebnisse von den Vorhersagen abweichen. Alles, was momentan Bestand hat, wird daher fortwährend Prüfungen unterzogen und immer wieder kritisch hinterfragt. Man kann davon ausgehen, dass ein Fehler im Theoriengebäude über kurz oder Lang überwunden werden wird - der wissenschaftliche Fortschritt geht weiter, so lange es neugierige Menschen gibt, die dazu bereit sind, ihren Horizont zu erweitern.

Viele Grüße,
Holger
 

AstroPZ

Mitglied
Tolle historische Kurzzusammenfassung.

In manchen Forenbeiträgen werden Erkenntnisse der modernen Physik angezweifelt, da sie vermeintlich unlogisch seien, gegen den gesunden Menschenverstand verstießen oder gar im Widerspruch zu Erfahrungswerten stünden. Diese Vorwürfe stammen meist von Menschen, die zwar Interesse an den Naturwissenschaften oder Technik, jedoch keine formale Ausbildung in Physik hinter sich haben.
Bei den stark "Nervenden" kommt aber leider noch eine grosse Selbstüberschätzung des eigenen Verstandes und ein Nicht-Lernen-Wollen mit penetranter Ignoranz dazu.

Gruss
 

holger_merlitz

Mitglied
Die gibt es natürlich auch - ich rechne aber nicht damit, dass solche Leute meine Ausführungen beherzigen, zähle sie also eher nicht zu den Adressaten meines Beitrags :cool:

Viele Grüße,
Holger
 

Hans Zekl

Mitglied
Holger, exzellente Zusammenfassung. Gratuliere. Aber wie du schon sagst, diejenigen, die das eigentlich angeht, erreicht man nicht damit. Leider.

Gruß
Hans
 

Martin_D

Mitglied
Die Aussage, die klassische Physik wäre sehr intuitiv, würde ich so nicht unterschreiben.
Schon dass 1. Newtonsche Gesetz, der Trägheitssatz, ist alles andere als intuitiv.
Und der Gedanke, dass es bei der Kraft, die für den Umlauf des Mondes um die Erde, um das gleiche Phänomen handelt wie die Kraft, die für das Fallen von Gegenständen verantwortllich ist, ist ein genialer Gedanke und keineswegs etwas, worauf intuitiv sowieso jeder kommen würde.

Richtig ist aber, dass die klassische Physik noch vergleischsweise anschaulich ist und bei der modernen Physik die Anschaulichkeit oft an Grenzen stößt.
 
Hallo Holger, sehr schön formuliert, danke.

Die ignoranten "Physikverbesserer" mit schier grenzenlosem Ego sind ja zum Glück in der Minderzahl - ich sehe es als vertane Lebenszeit, sich näher mit ihnen zu befassen.

Es gibt jedoch jede Menge Physik- und Astronomie- Interessierte, die zwar die modernen Erkenntnisse akzeptieren, sie jedoch einfach nicht mehr nachvollziehen können. Ich behaupte, die Mehrheit der hier im Forum aktiven gehören dazu.

Für mich war die Welt der Sterne, Galaxien, und dem Universum als ganzes bis in die 1990-er Jahre im Großen und Ganzen noch in Ordnung. Auch hochenergetische oder relativistische Effekte sowie exotische Zustände, die weit jenseits der Alltagserfahrung liegen, konnte ich (in für mich zufriedenstellender Tiefe) nachvollziehen. Am Ende handelt ja fast die gesamte Astrophysik von extremen Zuständen. Und... was mir immer sehr wichtig war: Ich konnte das Ganze teils stark vereinfacht auch unbedarften Laien erklären.

In den letzten 25 Jahren haben die astronomischen Erkenntnisse jedoch geradezu inflationär zugenommen. Immer mehr robotische Teleskope mit immer raffinierteren Instrumenten schossen wie Pilze aus dem Boden und produzieren Unmengen von Daten, die meist nur noch mit noch raffinierteren Berechnungsroutinen ausgewertet werden können. Immer mehr Veröffentlichungen zu immer komplexeren Themen, immer abstraktere Modelle. Galaxien drehen sich plötzlich schneller als sie sollten, Supernovae, Galaxienzählungen und Gravitationslinsen zeigen beschleunigte Expansionsraten - 95% des Universums unsichtbar. Waaas? Wie das denn? Aber die Beweislage ist erdrückend. Ganz ehrlich? Ich komme da nicht mehr mit, habe aufgehört, im Detail nachzuvollziehen und zu hinterfragen und nehme nur noch zur Kenntnis.

Wie soll ich das meinem Bekanntenkreis vermitteln? Hey Verwandter, Freund, Kollege, Nachbar, Kinder hört her: All die Sterne, Planeten, Nebel, Staub, all die Milliarden Galaxien, sind nur 5% des Großen Ganzen. Sorry, aber die letzten 25 Jahre intensive astrophysikalische Forschung haben ergeben, dass man den Rest noch nicht verstanden hat.

Natürlich ist es spannend, diese Entwicklungen miterleben zu dürfen. Aber ist es nicht auch ein etwas frustrierend? Wie geht es euch damit? Ich hoffe, ich gleite hiermit nicht zu sehr in "Astro-Philosophie" ab.
 

AstroPZ

Mitglied
...
Natürlich ist es spannend, diese Entwicklungen miterleben zu dürfen. Aber ist es nicht auch ein etwas frustrierend? Wie geht es euch damit? Ich hoffe, ich gleite hiermit nicht zu sehr in "Astro-Philosophie" ab.
also ich habe eigentlich kein Problem mit den neueren Erkenntnissen.
Ich finde das sogar klasse, dass (noch) nicht alles verstanden ist.
Gibt doch nichts besseres, dass es etwas zu erforschen gibt.

Klar der mathematische Überbau ist extrem. Man muss den Wissenschaftlern "glauben".
Aber die riesige Wissenschafts-Community ist ja total offen. Es ist alles nachvollziehbar und Fehler werden von anderen erkannt.

Und zumindestens die Hinweise (Gravitationslinsen, Drehgeschwindigkeit von Galaxien, Bewegung von Galaxienhaufen, ..) zur Dunklen Materie sind nicht so schwierig zu erklären und zu verstehen.
Im Moment darf man das auch nicht überbewerten. Es ist noch alles nur Phänomologie.

Gruß
 

nobby

Mitglied
Natürlich ist es spannend, diese Entwicklungen miterleben zu dürfen. Aber ist es nicht auch ein etwas frustrierend? Wie geht es euch damit? Ich hoffe, ich gleite hiermit nicht zu sehr in "Astro-Philosophie" ab.

Eigentlich seh ich das ähnlich, aber frustrierend finde ich eher, wenn Leute einen nach dunkler Materie und den letzten kosmologischen Erkenntnissen fragen, aber dann ganz erstaunt sind, dass der Mond nicht jede Nacht da ist, und manche Sternbilder nur im Sommer zu sehen sind, und, und und...
 

Spunti

Mitglied
Ja, ich weiß, was ihr meint. Mir konnte bis heute noch niemand erklären, was die spukhafte Fernwirkung ist.
Wenn ich im Laden zwei Handschuhe kaufe und mir einzeln blickdicht verpacken lasse, dann kann ich die beiden schön trennen. Wenn ich dann bei einem messe, ob er ein rechter oder linker Handschuh ist, weiß ich automatisch, wie der andere ist. Absolut nicht spukhaft.
Die spukhafte Fernwirkung muss also irgendwie anders sein, aber ich als Laie verstehe es nicht. Angeblich legt man erst durch's Messen die Eigenschaften fest. Aber warum ist es denn nicht wie bei meinen Handschuhen schon vorher festgelegt? Bei meinen Handschuhen kann ich ja auch nicht behaupten, dass wird erst meim Reingucken entschieden, welcher Handschuh es ist.

Viele Grüße
Spunti
 

AstroPZ

Mitglied
Ja, ich weiß, was ihr meint. Mir konnte bis heute noch niemand erklären, was die spukhafte Fernwirkung ist.
Wenn ich im Laden zwei Handschuhe kaufe und mir einzeln blickdicht verpacken lasse, dann kann ich die beiden schön trennen. Wenn ich dann bei einem messe, ob er ein rechter oder linker Handschuh ist, weiß ich automatisch, wie der andere ist. Absolut nicht spukhaft.
Die spukhafte Fernwirkung muss also irgendwie anders sein, aber ich als Laie verstehe es nicht. Angeblich legt man erst durch's Messen die Eigenschaften fest. Aber warum ist es denn nicht wie bei meinen Handschuhen schon vorher festgelegt? Bei meinen Handschuhen kann ich ja auch nicht behaupten, dass wird erst meim Reingucken entschieden, welcher Handschuh es ist.

Viele Grüße
Spunti
Ja, das geht mir auch immer so mit der Verschränkung. Zu komplex für ein einfaches Gehirn. ;)

Ich weiss aber, dass das Bild mit den Handschuhen zu einfach ist und da noch (Mess-) Statistik dazu kommt.
Anhand der Statistik kann man zeigen dass der Zustand vor dem Messen (Nachschauen) unbestimmt ist.
Frag mich aber nicht nach den Details. ;)

Gruß
 
Zuletzt bearbeitet:

holger_merlitz

Mitglied
Hallo Holger, sehr schön formuliert, danke.

Die ignoranten "Physikverbesserer" mit schier grenzenlosem Ego sind ja zum Glück in der Minderzahl - ich sehe es als vertane Lebenszeit, sich näher mit ihnen zu befassen.

Es gibt jedoch jede Menge Physik- und Astronomie- Interessierte, die zwar die modernen Erkenntnisse akzeptieren, sie jedoch einfach nicht mehr nachvollziehen können. Ich behaupte, die Mehrheit der hier im Forum aktiven gehören dazu.

Für mich war die Welt der Sterne, Galaxien, und dem Universum als ganzes bis in die 1990-er Jahre im Großen und Ganzen noch in Ordnung. Auch hochenergetische oder relativistische Effekte sowie exotische Zustände, die weit jenseits der Alltagserfahrung liegen, konnte ich (in für mich zufriedenstellender Tiefe) nachvollziehen. Am Ende handelt ja fast die gesamte Astrophysik von extremen Zuständen. Und... was mir immer sehr wichtig war: Ich konnte das Ganze teils stark vereinfacht auch unbedarften Laien erklären.

In den letzten 25 Jahren haben die astronomischen Erkenntnisse jedoch geradezu inflationär zugenommen. Immer mehr robotische Teleskope mit immer raffinierteren Instrumenten schossen wie Pilze aus dem Boden und produzieren Unmengen von Daten, die meist nur noch mit noch raffinierteren Berechnungsroutinen ausgewertet werden können. Immer mehr Veröffentlichungen zu immer komplexeren Themen, immer abstraktere Modelle. Galaxien drehen sich plötzlich schneller als sie sollten, Supernovae, Galaxienzählungen und Gravitationslinsen zeigen beschleunigte Expansionsraten - 95% des Universums unsichtbar. Waaas? Wie das denn? Aber die Beweislage ist erdrückend. Ganz ehrlich? Ich komme da nicht mehr mit, habe aufgehört, im Detail nachzuvollziehen und zu hinterfragen und nehme nur noch zur Kenntnis.

Wie soll ich das meinem Bekanntenkreis vermitteln? Hey Verwandter, Freund, Kollege, Nachbar, Kinder hört her: All die Sterne, Planeten, Nebel, Staub, all die Milliarden Galaxien, sind nur 5% des Großen Ganzen. Sorry, aber die letzten 25 Jahre intensive astrophysikalische Forschung haben ergeben, dass man den Rest noch nicht verstanden hat.

Natürlich ist es spannend, diese Entwicklungen miterleben zu dürfen. Aber ist es nicht auch ein etwas frustrierend? Wie geht es euch damit? Ich hoffe, ich gleite hiermit nicht zu sehr in "Astro-Philosophie" ab.


Ich danke auch, für die Aufmerksamkeit!

Ehrlich gesagt finde ich das ebenfalls spannend, aber ganz und gar nicht frustrierend. Es ist doch faszinierend mitzuerleben, wie die neuesten Daten zur Zeit unser Weltbild formen.

Gerade die Kosmologie befindet sich momentan in einer Phase des Umbruchs, wie es ihn seit der Erfindung der Spektroskopie nicht mehr gab. Die sehr genauen Messdaten zur Hintergrundstrahlung sind der Hauptgrund für diesen Wandel. Dazu kommen immer genauere statistische Erhebungen der Supernovae, präzisere Entfernungsmessungen etc. Vor 20 Jahren glaubten die Kosmologen, dass ihre Disziplin nun endlich den Status einer quantitativen Wissenschaft erlangt habe. Vor wenigen Jahren glaubte man auch, den gegenwärtigen Wert der Hubble Konstanten bis auf wenige % Ungenauigkeit festgenagelt zu haben. Jetzt sieht es so aus, dass noch neuere Daten zu Diskrepanzen in der Größenordnung von 10% führen - extrem spannend!

Jede Disziplin, die sich in einer solchen Phase der raschen Evolution befindet, scheint verwirrend zu sein, bis dann irgendwann wieder ein neues Modell existiert, das alle vorhandenen Daten auf natürliche Weise zu erklären scheint. Steht dieses neue Modell erst einmal, lässt sich das Universum auch wieder viel einfacher erklären. Diese Geduld müssen wir aufbringen.

Viele Grüße,
Holger
 

holger_merlitz

Mitglied
Ja, ich weiß, was ihr meint. Mir konnte bis heute noch niemand erklären, was die spukhafte Fernwirkung ist.
Wenn ich im Laden zwei Handschuhe kaufe und mir einzeln blickdicht verpacken lasse, dann kann ich die beiden schön trennen. Wenn ich dann bei einem messe, ob er ein rechter oder linker Handschuh ist, weiß ich automatisch, wie der andere ist. Absolut nicht spukhaft.
Die spukhafte Fernwirkung muss also irgendwie anders sein, aber ich als Laie verstehe es nicht. Angeblich legt man erst durch's Messen die Eigenschaften fest. Aber warum ist es denn nicht wie bei meinen Handschuhen schon vorher festgelegt? Bei meinen Handschuhen kann ich ja auch nicht behaupten, dass wird erst meim Reingucken entschieden, welcher Handschuh es ist.

Viele Grüße
Spunti


Hallo Spunti,

Dein Unverständnis zur 'spukhaften Fernwirkung' in der Quantenmechanik ist berechtigt. Sie ist eine Erfindung der populärwissenschaftlichen Literatur, die auf diese Weise ihre Leserschaft unterhält - Magie zieht immer! Leider gibt es auch Wissenschaftler, die auf diesen Zug aufspringen, um damit ihre Popularität zu steigern.

Es fehlt mir die Zeit, um diese Aspekte im Detail zu diskutieren, aber sei Dir gesagt: Die Quantenmechanik ist lokal und besitzt keine instantane Fernwirkung. Erst wenn man versucht, die Messergebnisse aus der Sicht der klassischen Physik zu erklären/interpretieren, kommt es zu Diskrepanzen in den Korrelationen, die man gern als spukhafte Fernwirkung verklären möchte. Nur: Die Welt ist quantenmechanisch und folgt den Gesetzen der Quantenmechanik. Klassische Physik ist ein Grenzfall, der unter bestimmten Umständen zu korrekten Resultaten führt. In den Experimenten, die mit verschränkten Teilchen zu tun haben, ist dieser klassische Grenzfall nicht gegeben. Die Teilchen verhalten sich präzise nach den Gesetzen der Quantenmechanik, eine 'Interpretation' aus klassischer Sicht ist daher sinnlos, ebenso die falsche Schlussfolgerung, dass hier vermeintlich spukhafte Wirkungen am Werk seien.

Viele Grüße,
Holger
 
Oben