Geschichte

Sandgeschichten – Minilawine am frühen Morgen

Die Sonne ist kaum aufgegangen und schickt ihr gelbliches Licht flach über die Hänge der Sanddünen. Dabei hebt sie eine feine Miniskulptur aus dem Sand hervor, die ich ansonsten wohl kaum wahrgenommen hätte. Diese kleine langgezogene Sandzunge erzählt mir dann eine kleine Geschichte, die ganz oben an der feinen Spitze beginnt.
Man sieht dort das Ende der Spur eines Käfers, die direkt in die Zunge übergeht. An der Stelle löst das Tierchen diese seiner Größe entsprechende kleine Sandlawine aus. Sie gelangt aufgrund der konkaven Wölbung des Abhangs schnell in den unterkritischen Bereich der Neigung und kommt zum Stillstand: Der Sand, der im oberen Teil der Lawine im Bewegung kam, und eine entsprechende Vertiefung hinterließ, finden sich hier als volumenmäßig gleich große Erhöhung wieder: Konkaves wird konvex.
Die Geschichte geht aber noch ein wenig weiter. Den Spuren auf der Sandzunge zufolge hat sich das Tierchen schnell aus der unfreiwilligen Fahrt mit dem Sand-Paternoster befreit, findet schnell wieder Tritt und hat nichts besseres zu tun, als die nunmehr zum Stillstand gekommene Sandzunge zu überqueren. Es sieht so aus, als hätte der Käfer völlig ungerührt seinen ursprünglich eingeschlagenen Weg ein wenig parallel verschoben fortgesetzt.

Der großspurige Nikolaus

Kein Wunder, dass für diesen Nikolaus der Eingang verwehrt wird. Denn er hat offensichtlich keine Geschenke dabei und sitzt dennoch auf einem hohen Ross.
Dieses Ross, vulgo Hochrad, war weder für Nikoläuse noch für für Akrobaten vorgesehen, sondern war mal als Alltagsfortbewegungsmittel gedacht. Es hat sich, wie man weiß, nicht durchgesetzt. Zum Glück, denn mit diesem Gefährt wäre der Radverkehr noch unbedeutender geworden, als er es mit dem nicht lange nach dem Hochrad entwickelten Fahrrad wie wir es heute kennen leider immer noch ist.

Der Vater der modernen Optik

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 12 (2021), S. 60 – 62

Die Sonnenflecke soll ich bemerkt und
die Sonne selbst soll ich übersehen haben!
Friedrich Hebbel (1813–1863)

Vor 450 Jahren, im Dezember 1571, wurde Johannes Kepler geboren. Den meisten ist er durch die nach ihm benannten Planetengesetze vertraut. Weniger bekannt ist: Er brachte die geometrische Optik praktisch zur Vollendung. Beide Leistungen hängen eng zusammen.

Die drei keplerschen Gesetze gelten zu Recht als revolutionär. Indem Johannes Kepler (1571–1630) für die Bewegungen der Planeten physikalische Ursachen annahm, deren Ursprung in der Sonne liegt, lieferte er entscheidende Argumente für das Weltbild von Nikolaus Kopernikus (1473–1543). Die Planetengesetze wiederum waren eine Voraussetzung für eine quantitative Naturbeschreibung, auf der Isaac Newton (1642–1726) die klassische Physik begründen konnte. Seitdem gibt es keinen Unterschied mehr zwischen himmlischen und irdischen Regeln.

Auf einem anderen Gebiet war Kepler ebenso weltbewegend tätig, nämlich der geometrischen Optik. Er brachte sie zu einem bis heute gültigen Abschluss (sieht man einmal von der späteren quantitativen Formulierung des Brechungsgesetzes ab). Beide Bereiche sind enger miteinander verknüpft, als man zunächst denken könnte.

Entscheidend war dabei die Lösung des so genannten Sonnentalerproblems, bei dem sich Astronomie und Optik treffen. Seit Mitte des 16. Jahrhunderts wurde als Beobachtungstechnik für Sonnenfinsternisse vorgeschlagen, den gefährlichen direkten Blick in die Sonne zu vermeiden, indem man ein Lochkamerabild auf einer Leinwand beobachtet. Denn schon lange vor Kepler war bekannt: Fällt Licht eines hellen Objekts durch eine wie auch immer geformte kleine Öffnung, entsteht hinter dieser eine Abbildung der Quelle. Das genaue Prinzip dahinter blieb aber rätselhaft. Bereits in der pseudo-aristotelischen Schrift Problemata Physica fragt sich der Autor zum einen: »Warum erzeugt die Sonne, wenn sie durch viereckige Gebilde dringt, nicht rechteckig gebildete Formen, sondern Kreise?« und zum anderen: »Warum treten bei Sonnenfinsternis, wenn man durch ein Sieb oder durch Blätterlücken sieht, oder wenn man die Finger der einen Hand mit denen der anderen verflechtet, die Sonnenstrahlen auf der Erde halbmondförmig in Erscheinung?«.

Letztlich geht es dabei um das Problem, wie sich die geradlinige Ausbreitung des Sonnenlichts mit dem Befund vereinbaren lässt, dass es sich selbst beim Durchgang etwa durch ein rechteckiges Loch zu einem kreisförmigen Fleck krümmt. Bemühungen um eine Lösung ziehen sich wie ein roter Faden durch die zweitausendjährige Geschichte der Strahlenoptik. Die Kepler vorliegenden Arbeiten des Mittelalters hinterlassen den Eindruck, Schuld seien die Unzulänglichkeit des Auges und die Art und Weise des Sehens. Der bereits neuzeitlich denkende Kepler erkannte in derartig »ungehörigen und in der Optik nicht anerkannten« Begründungen keine erhellenden Erklärungen. Er ging dem Sachverhalt selbst nach.

Doch warum war das für Kepler so wichtig? Hätte der Astronom die erfolgreiche Beobachtungsmethode von Sonnenfinsternissen nicht einfach akzeptieren können, ohne sie bis ins Detail verstehen zu müssen? Die Antwort darauf ergibt sich aus einem Rätsel, mit dem sich Keplers Zeitgenosse Tycho Brahe (1546–1601) konfrontiert sah. Ihm erschien bei der Sonnenfinsternis am 25. Februar 1598 der Neumond »nicht in der Größe, die er zu anderen Zeiten bei Vollmond hat«. Für Kepler, der zutiefst von der Gültigkeit der Himmelsmechanik überzeugt war und insbesondere die Bahnen und Größen der Himmelkörper für unveränderlich hielt, waren Ansätze völlig inakzeptabel, die zum Beispiel einen bei Sonnenfinsternissen schrumpfenden oder weiter entfernten Mond voraussetzten.

Kepler suchte stattdessen den Fehler bei der Beobachtungsstrategie selbst und entwickelte ein einfaches Modell, mit dem sich die Abbildung physikalisch rekonstruieren und anschaulich verstehen lässt. Auf der bewährten Grundlage des Strahlenmodells der geometrischen Optik nahm er an: Eine punktförmige Quelle sendet Strahlen radial in alle Richtungen aus. Fällt ihr Licht durch eine Öffnung, so erscheint diese in ihrer Form unverändert auf eine dahinter aufgestellte Leinwand projiziert – eine eckige Blende als ebenso kantige, helle Fläche. Doch die Sonne ist nicht punktförmig. Ein entscheidender Schritt brachte Kepler schnell auf die Lösung. Der Trick besteht darin, eine ausgedehnte Lichtquelle als Ensemble unendlich vieler Punktquellen aufzufassen.

Lässt man davon ausgehend in einem Gedankenexperiment beispielsweise eine dreieckige Lichtquelle durch ein rundes Loch strahlen, so liegt die Lösung des Sonnentalerproblems auf der Hand (siehe »Gemischter Umriss«). Anhand einiger ausgewählter Punkte wird erkennbar: Die auf der Leinwand abgebildeten runden Löcher überlagern sich letztlich zu der dreieckigen Form des leuchtenden Objekts.

Diese Modellierung dürfte zu Keplers Zeiten recht kühn gewirkt haben. Denn einerseits war das unendlich Kleine noch nicht vertraut – die später von Newton und Gottfried Wilhelm Leibniz (1646–1716) entwickelte Infinitesimalrechnung zeigte die damit verbundenen Vorstellungsschwierigkeiten. Andererseits wird eine ungestörte gegenseitige Durchdringung der Lichtstrahlen unterstellt, und das dürfte ebenso nicht selbstverständlich gewesen sein.

Die Lichtquelle zeigt ihren Umriss auf dem Schirm umso präziser, je kleiner das Loch ist. Dasselbe erreicht man mit zunehmendem Abstand zwischen Blende und Projektionswand, weil die Größe der Abbildung dabei schneller wächst als die von der Lochgröße bestimmte Randunschärfe.

So konnte Kepler die beobachtete Mondverkleinerung von 20 Prozent als einen Beobachtungsfehler erklären. Er beruhte darauf, dass der Schirm zu dicht hinter dem Loch angebracht oder dieses zu groß war. Zahllose Bilder des Lochs traten so weit über den Rand der eigentlichen Sonnenprojektion und überlagerten den Schatten des Monds (siehe »Randunschärfe«). Ein leicht verwaschener Eindruck kann nie vollständig beseitigt werden, doch nach dieser Einsicht wurde es möglich, den Effekt zu beziffern und durch kleinere Löcher und weitere Abstände zu minimieren.

Heute mag uns die Lösung des Problems einfach erscheinen, aber sie war damals alles andere als selbstverständlich. Kepler musste eine völlig neue Herangehensweise entwickeln und die optischen Regeln seiner Vorgänger entsprechend überarbeiten. Später kam zwar heraus, dass etwa Francesco Maurolico (1494–1575) bereits 1521 eine korrekte Erklärung gegeben hatte, allerdings konnte Kepler von ihr nichts wissen. Außerdem handelte es sich um eine relativ isolierte Beschreibung außerhalb eines einheitlichen theoretischen Rahmens.

Im Sinn des Physikers und Wissenschaftsphilosophen Thomas S. Kuhn (1922–1996) kann die von Kepler vollendete geometrische Optik als Ergebnis eines Paradigmenwechsels angesehen werden. Im Mittelpunkt dieser konzeptuellen Revolution stand das Phänomen der Sonnentaler. Als Astronom, der maßgeblich am Durchbruch der kopernikanischen Wende mitgewirkt hat, war Kepler bereits vom neuzeitlichen physikalischen Denken beeinflusst. Jedenfalls war er von den mechanischen Gesetzen der Bewegung der Himmelkörper derart überzeugt, dass er eine merkliche Größenveränderung von Himmelskörpern oder deren Bahnen angesichts des aus seiner Sicht mechanischen Ereignisses einer Sonnenfinsternis für unmöglich hielt. So konnte Kepler die Grenzen des bisher anerkannten Beobachtungsprinzips kritisch hinterfragen – und so verdanken wir ihm neben einer Revolution im Bereich der Astronomie außerdem die moderne Wissenschaft des Lichts.

Himmelblaue Dünen

Dies liefert uns die Erklärung für ein sehr eigenartiges Phänomen, dem die Maler viel Aufmerksamkeit gewidmet haben, und daß Anlaß einer Denkschrift von Herrn de Buffon gewesen ist, dessen physikalische Ursache jedoch meines Wissens noch niemand angegeben hat; die Schatten nehmen dies Morgens und des Abends eine intensiv blaue Färbung an, und wenn eine Kerze an die Stelle der Sonne tritt und diese noch nicht aufgegangen ist, aber kurz davorsteht, entsteht fast dieselbe Wirkung. Dieses Phänomen wird von der Luftfarbe der Atmosphäre, welche diese Schatten beleuchtet und in der die blauen Strahlen vorherrschen, verursacht: die blauen Strahlen prallen in großen Mengen schräg zurück, während die roten, die sich weiter weg in gerader Linie verlieren, den Schatten nicht modifizieren können, weil sie sich nicht oder weit weniger reflektieren.*

Die eigenartige Wirkung, die von diesem Bild ausgeht, liegt vermutlich darin begründet, dass Dünen und Schatten ziemlich genau in Komplementärfarben erstrahlen. Die Aufnahme erfolgte am frühen Morgen kurz nach Sonnenaufgang.

* Pierre Bouguer. Traité d’optique sur la gradation de la lumiére (1760) zit. in: Michael Baxandal.Löcher im Licht; München 1998; S. 126-127

Sommersonnenwende mit Ministonehenge

Was macht man, wenn man im Strandurlaub die Sommersonnenwende miterlebt und ein besonderes Gefühl für dieses kosmische Ereignis nicht so recht aufkommen will? Man baut sich ein Mini-Stonehenge aus dem Gedächtnis. An diesem Strandmonument ist allerdings nur eines in einem gewissen Sinne kosmisch – der Schatten. Er zeigt, dass die Sonne hoch am Himmel steht und vermittelt auf diese Weise einen Eindruck von der brütenden Hitze in der dieses Bauwerk entstand. Die Altvorderen, die das reale prähistorische Stonehenge vor weit mehr als 2000 Jahren vor Chr. erbauten, werden zwar nicht die Hitze, aber wesentlich größere Widrigkeiten zu überwinden gehabt haben. Man denke nur an die riesigen Steine, die nach neuesten Forschungen aus Wales nach Südengland transportiert wurden.
Auch wenn die Theorien und Sagen um das Monument Stonehenge in Südengland oft sehr weit auseinanderliegen, in einem Punkt stimmen alle überein. Den Erbauern ist es gelungen, die Hufeisen und die ihren Öffnungen vorangestellten Steine exakt auf den damaligen Sonnenaufgang am Tag der Sonnenwende auszurichten.

Heute ist mal wieder eine solche Sommensonnenwende (auf der Nordhalbkugel der Erde), die als Beginn des astronomischen Sommers gilt. Die Sonne hat den in ihrem jährlichen Verlauf höchsten Punkt erreicht und steht über dem nördlichen Wendekreis. Weil damit der größere Teil der täglichen Sonnenbahn oberhalb des Horizonts liegt, haben wir heute den längsten Tag und die kürzeste Nacht. Die Sonnenwende wird auch mit Solstitium (lat. „Sonnenstillstand“) bezeichnet, weil man sich vorstellt, dass beim Übergang von auf nach ab ein Moment des Stillstands auftritt.
Irritierend mag erscheinen, dass der Sommeranfang mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, in dem die Tage und damit die Sonnenscheindauer wieder kürzer werden. Diese Festlegung ist dadurch gerechtfertigt, dass die Erwärmung der Erde durch die zunehmende Sonnenscheindauer und Sonnenhöhe dem gewissermaßen hinterherhinkt. Einige weitere Aspekte zu dieser Problematik wurden zur Tag-und-Nachtgleiche am 20. März diskutiert.

Aus Schichten werden Geschichten

Zuerst waren da die frisch verlegten Fliesen, dann kam der Dreck, darüber legte sich ein nicht mehr benötigtes Blatt und schließlich versuchte der Schnee alles unter seinen weißen Teppich zu kehren. Der Versuch misslang, weil der Nachschub ausblieb.
Das Foto zeigt mit einem Blick und auf exemplarische Weise, was es heißt auf einer Erde zu leben, in der die Schwerkraft regiert. Alles was sich aufrichtet, hochfliegt oder sonstwie vom Boden zu erheben versucht, wird früher oder später auf diesen zurückkommen und sich flach legen. Am anschaulichsten erlebt man dies im Herbst, wenn die Blätter fallen. Die Blätter liegen nicht irgendwie auf dem Boden, sondern flach in Schichten als ob sie die dritte Dimension meiden würden. Nur durch äußere Einwirkungen können sie temporär erhoben werden.
Auch wenn ich jetzt etwa arg vorgreife, so droht doch letztlich allem eine schichtweise Versteinerung. Für die Geologen sind die versteinerten Schichten so etwas wie die Blätter im Buch der Erdgeschichte. Sie geben Aufschluss über längst vergangene Zeiten und erzählen spannende Geschichten darüber. Mir wird ganz anders zumute, wenn ich mir klarmache, dass hier wo ich wohne einst ein tropisches Meer an von Touristen unberührte Strände wogte… Aber das sind andere Ge-Schichten.

Eine Physikunterrichtsstunde im 19. Jahrhundert

Eigentlich hatte ich mir den Fabre* zugelegt, um mich über die unkonventionellen Forschungen eines frühen Insektenforschers zu informieren. Damit bin ich auch weiterhin beschäftigt. Anders als die klassischen Naturwissenschaften beschreibt Jean-Henri Fabre (1823 – 1915) seine Forschungen mit großer Lebendigkeit, Sprachgewandheit und einer Neigung zu Exkursen. Die nimmt man aber gern in Kauf, weil sie sehr viel vom Umfeld und Lokalkolorit verraten, in dem Fabre zunächst als junger Lehrer und später als Insektenforscher tätig war. Die Beschreibung einer Unterrichtsstunde in Physik zeigt exemplarisch, wie es früher an manchen Schulen zuging und zwar nicht nur in Frankreich.

Eine typische Begebenheit mag aufzeigen, wie es damals um den Unterricht in den Naturwissenschaften bestellt war, denen heute so große Bedeutung beigemessen wird. Der Leiter der Schule war ein ausgezeichneter Mann, der ehrenwerte Abt X … ; da ihm nichts daran gelegen war, die grünen Erbsen und den Speck selbst zu verwalten, hatte er die Verantwortung für die Verpflegung irgendeinem Verwandten übertragen und es selbst übernommen, Physikunterricht zu erteilen.
Wir wollen einer seiner Stunden beiwohnen. Es geht um das Barometer. Zum Glück besitzt die Anstalt einen solchen Gegenstand: ein altes, ganz verstaubtes Instrument, das an der Wand hängt, für Unbefugte nicht erreichbar und mit einem Meßblatt versehen ist, auf dem in .großen Lettern die Worte Sturm, Regen, Schönes Wetter zu lesen sind.
«Das Barometer», so erklärt der gute Abt und wendet sich dabei an seine Schüler, die er nach Altväterweise duzt, «das Barometer zeigt das gute und das schlechte Wetter an. Hier auf dem Meßblatt steht geschrieben: Sturm, Regen; kannst du das sehen, Bastien?»
«Doch, ich sehe es», antwortete Bastien, der Pfiffigste von allen. Er hat sein Buch schon durchgelesen; er kennt sich mit dem Barometer besser aus‘ als sein Lehrer: «Es besteht», fährt der Abt fort, «aus einem gebogenen Glasröhrchen, das mit Quecksilber gefüllt ist, welches steigt oder fällt, je nach dem Wetter, das draußen herrscht. Der kurze Schenkel des Röhrchens ist offen . . . , der andere … , der andere … , na schön, das werden wir gleich haben. Du, Bastien, du bist ja groß, du wirst jetzt auf den Stuhl steigen und vorsichtig mit der Fingerspitze untersuchen, ob der lange Schenkel oben offen oder geschlossen ist. Ich kann mich nicht mehr genau entsinnen.»
Bastien klettert auf den Stuhl, reckt sich auf den Zehenspitzen, so gut er kann, und tastet mit dem Finger das obere Ende des Röhrchens ab. Dann antwortet er mit verschmitztem Lächeln unter dem Flaum seines seit kurzem sprießenden Schnurrbarts:
«Doch», erklärt er, «das stimmt. Der lange Schenkel ist oben offen. Richtig, ich kann genau die Vertiefung fühlen.» Und um seine trügerischen Worte zu bekräftigen, fährt Bastien fort, mit dem Zeigefinger das obere Ende der Röhre zu befühlen. Seine Mitschüler, Komplizen dieses Schelmenstücks, können ihr Lachen nur mühsam unterdrücken.
Der Abt unbeirrt: «Das genügt. Komm herunter, Bastien. Bitte meine Herren, schreiben Sie sich auf, der lange Schenkel des Barometers ist oben offen. Das vergißt man leicht; ich selbst hatte es auch vergessen.»
So sah der Physikunterricht aus.*

Das Foto zeigt ein Quecksilberthermometer aus früheren Zeiten. Es hängt bei uns in der Diele.

*Jean-Henri Fabre. Wunder des Lebendigen. Aus der vielfältigen Welt der Insekten. Zürich 1992, S. 58f

Erinnerung an den Tante-Emma-Laden

        Ich gehöre zu der Generation, die noch das Sterben der kleinen Einkaufsläden miterlebt hat. Als Kind habe ich öfter in einem solchen Kolonialwaren- oder Gemischtwarenhandlung einkaufen müssen. Mehl, Zucker und ein paar weitere Grundnahrungsmittel standen auf dem Zettel, den mir meine Mutter mitgab. Den Rest hatte man im eigenen Garten. Ich hasste das Einkaufen, weil sich die Erwachsenen immer vordrängelten und lange Gespräche („Klönschnack“) führten. Der einzige Trost – es gab oft einen Bonbon von Tante Emma. Ja, sie hieß zufällig wirklich so.
Auf den Fotos sind noch Reste eines solchen Ladens im ostfriesischen Pilsum zu erkennen. Die jetzigen Bewohner haben einige Insignien einer verlorenen Welt einfach vor Ort gelassen. Nicht jeder geht daran ohne Erinnerungen an frühe Jahre vorbei.
Dass die Tante-Emma-Läden heute wirklich aus der Zeit gefallen sind, sieht man auch daran, dass seit einigen Jahren „Emma“ wieder ein gebräuchlicher Name für Mädchen ist.

Verkündigung durch die Röhre

Daß die wichtigsten Dinge durch Röhren getan werden, Beweise erstlich die Zeugungsglieder, die Schreibfeder und unser Schießgewehr, ja was ist der Mensch anders als ein verworrenes Bündel Röhren*. Die Liste in dieser von Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799) gemachten Aussage könnte fast beliebig ergänzt werden. Man denke nur an das Fernrohr, an U-Bahnen, Tunnel und die allenthalben präsente Verkabelung der Welt mit Strom- und neuerdings vor allem Datenleitungen im Großen und im Kleinen – auch wenn es sich bei letzteren um Röhren handelt, in denen keine Materie im herkömmlichen Sinne fließt, sondern vor allem Energie. Weiterlesen →

Wollen Sie vielleicht Physik lernen?

In der Belletristik kommen oft Einlassungen über die Physik vor. Erstaunt hat mich insbesondere eine Beschreibung, die in Molière‘s Komödie „Der Bürger als Edelmann“ zu lesen ist. Bei der Suche nach einer sinnvollen Beschäftigung schlägt der Philosophielehrer dem Herrn Jourdain u.a. vor, Physik zu lernen. Wörtlich heißt es da:

„PHILOSOPHIELEHRER: Wollen Sie vielleicht Physik lernen?
HERR. JOURDAIN: Was lehrt sie denn, diese Physik?
PHILOSOPHIELEHRER: Die Physik erklärt die Grundgesetze der natürlichen Vorgänge und die Eigenschaften der Körper, die Natur der Elemente, der Metalle, Mineralien, Gesteine, Pflanzen und Lebewesen und lehrt uns, wie Meteore, wie ein Regenbogen entstehen, wie Irrlichter, Kometen, Blitz und Donner, Gewitter, Regen, Schnee, Hagel, Winde und Luftwirbel zustande kommen.
HERR JOURDAIN: Da ist mir zuviel Getöse dabei, zuviel Wirrwarr.“*

Molière lebte von 1622 bis 1673, seine Lebensdaten überschnitten sich also mit denen der Begründer der neuzeitlichen Physik wie Johannes Kepler (1571 – 1630) und Galileo Galilei (1564 – 1642). Interessant ist insbesondere, dass der Schauspieler und Dramatiker Molière eine erstaunlich zutreffende Beschreibung gibt, die abgesehen davon, dass einige Betätigungsfelder inzwischen in eigene Disziplinen übergegangen sind, volle Gültigkeit besitzt.
Was die Antwort Jourdains hinsichtlich des Getöses betrifft, so sieht der erste deutsche Experimentalphysiker Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799) gut 100 Jahre später gerade in dem akustischen Aspekt des physikalischen Experimentierens ein wichtiges didaktisches Moment, wenn er sagt: „Ein physikalischer Versuch, der knallt, ist allemal mehr wert als ein stiller; man kann also den Himmel nicht genug bitten, daß, wenn er einen etwas will erfinden lassen, es etwas sein möge, das knallt; es schallt in die Ewigkeit.“**
So ändern sich die Zeiten.

* Molière: Der Bürger als Edelmann.Moliere. Komödien. Atemis & Winkler: München 1993, S,. 780
**Georg Christoph Lichtenberg. Sudelbücher. München  1987 (F 1138)

Leonardo da Vinci (6) – Farbiges Licht

Wenn du ein Licht nimmst und es in eine mit grüner Farbe oder mit einer anderen Transparenzfarbe gestrichene Laterne stellst, so wirst du erfahrungsgemäß sehen, daß alle Gegenstände, die von diesem Licht beschienen werden, in der Farbe dieser Laterne schimmern.
Du hast wohl in Kirchen auch schon gesehen, daß das Licht, das durch die bunten Glasfenster fällt, in der Farbe dieser Glasfenster schimmert. Wenn dir auch das noch nicht genügt, dann beobachte einmal, wie die Sonne beim Untergang, wenn sie rot durch den Dunst scheint, alle jene Wolken rötet, die ihr Licht von dieser Sonne erhalten*.

Auf dem Foto sieht man die Spiegelung des durch ein farbig verglastes Fenster der Kirche Santa Maria Novella (Florenz) gefilterten Lichts auf einer Bank. Aufgrund der Glätte der holzernen Oberfläche der Bank wird ein Teil des Lichts nach dem Reflexionsgesetz (Einfallrichtung = Reflexionsrichtung) in die Kamera reflektiert. Theoretisch hätte Leonardo da Vinci eine solche Spiegelung in eben dieser Kirche mit eigenen Augen sehen können.

*Leonardo da Vinci. Tagebücher und Aufzeichnungen. Leipzig 1940 , S. 150

Wenn die Oberlippe wie ein Schmetterlingsflügel zuckt – Schmetterlinge (4)

Der Flügelschlag eines Schmetterlings gilt in der nichtlinearen Physik als Metapher für die Sensitivität von komplexen Systemen, wonach winzige Ursachen drastische Auswirkungen haben können. Aber man muss nicht unbedingt an physikalische Systeme denken. Der Flügelschlag hat lange bevor die Physik das Problem zum Forschungsgegenstand erhoben hat, in der Menschheitsgeschichte eine große Rolle gespielt. Der Dichter Heinrich von Kleist hat das Phänomen in seiner Erzählung: Über die allmähliche Verfertigung der Gedanken beim Reden sehr ausdruckstark beschrieben. Weiterlesen →

Narrative Ziegel

Beim Renovieren eines Hauses aus dem 19. Jahrhundert in einem Warfdorf in Ostfriesland stellten wir mit Verwunderung fest, dass die Mauern kein Fundament hatten. Die Ziegel lagen auf einer relativ dünnen Lehmschicht auf und waren statt mit fest werdendem Mörtel nur mit Lehm verbaut. Man konnte die über 150 Jahre alte Wand per Hand dekonstruieren, fast lautlos, indem man einen Ziegel nach dem anderen einfach aufhob, sie zur Wiederverwendung mit wenigen Handbewegungen vom Lehm befreite und aufstapelte. Weiterlesen →

Die erste Fahrradtour der Welt…

… unternahm Karl von Drais heute vor genau 200 Jahren. Mit seiner hölzernen, zweirädrigen Laufmaschine fuhr er von Mannheim zum Schwetzinger Relaishaus und zurück. Diese Strecke von ca. 15 Kilometern legte er in einer Stunde zurück und war damit schneller als die Postkutsche. Wer sich heute die Laufmaschine ansieht, ist mit dem Wissen um die weitere Entwicklung des Fahrrads vielleicht weniger beeindruckt als es die Erfindung wirklich verdient. Weiterlesen →

Versteinerte Linien

Ich zweifle nicht, daß in den menschlichen Dingen, also auch in der Geschichte, ebensogut eine Notwendigkeit ist wie in den Naturdingen. Aber jeder Mensch hat zugleich seine Separatnotwendigkeit, so daß Millionen Richtungen parallel, in krummen und geraden Linien nebeneinander laufen, sich durchkreuzen, fördern, hemmen, vor- und rückwärtsstreben und dadurch für einander den Charakter des Zufalls annehmen und es so, abgerechnet die Einwirkung der Naturereignisse, unmöglich machen, eine durchgreifende, alle umfassende Notwendigkeit des Geschehenden nachzuweisen. Es geht damit wie mit der Witterung, die gewiß so bestimmte Gesetze hat wie der Umlauf der Welten.

Franz Grillparzer (1791 – 1872): Historische und politische Studien

Wo kein deutliches Bild ist, ist keine Vorstellung – (Lichtenberg 1)

Was würde aus unserm Verstand werden,
wenn alle Gegenstände das würklich wären
wofür wir sie halten?

Georg Christoph Lichtenberg Weiterlesen →

Dekorative Sandbilder

Eine Frau sitzt in ihrer Kammer, das Gebetbuch in der Hand. Es ist sonntäglich aufgeputzt, der Sand gestreut, so heimlich rein und warm.

Georg Büchner. Lenz. Frankfurt 1988

Als wir bei der Renovierung eines alten Arbeiterhauses (Baujahr 1840) in Ostfriesland auch den in neueren Zeiten gefertigten Steinfußboden erneuerten, fanden wir darunter auf dem festgestampften Kleiuntergrund eine Sandschicht, die wir hier nicht erwartet hätten. Ein Handwerker erklärte uns, dass dieser Sand vermutlich daher rühre, dass sonntags der Boden mit Ornamenten aus Sand geschmückt wurde (siehe Foto) und dies die Überreste derartiger wiederholter Aktionen sei.
Später erfuhr ich auf einem Handwerksmarkt, auf dem auch die alte Praxis der Sandbilder demonstriert wurde (daher stammt das Foto), dass das künstlerische Sandstreuen meist auf Holzböden praktiziert wurde, bei ärmeren Haushalten, die sich keinen Holzfußboden leisten konnten – wie offenbar im vorliegenden Fall – schmückte man auch den nackten Boden. Der Handwerker hatte also wohl richtig gelegen mit seiner Interpretation der Herkunft der Sandschicht.

Pferde im Gegenlicht

Früher waren Pferde kraftvolle Hilfskräfte im Bereich der Fortbewegung und der Landwirtschaft. Als Überbleibsel aus dieser Zeit wird die Leistung der motorisierten Nachfolger auch noch in „Pferdestärke“ (PS) gemessen (1 PS = 0,735 kW). Das ist die Leistung, die erbracht werden muss, wenn ein Pferd beispielsweise mit Hilfe einer Rolle 75 kg in 1 Sekunde 1 Meter hochhebt. Weiterlesen →

Physik und Kunst – Perspektiven und Wechselbeziehungen

Vortrag auf Lehrerfortbildungstagung Physik – Jenseits des Tellerrands – Physik im fächerverbindenden Kontext  am 6.11.2015 in Leinsweiler

Kurzfassung:
Obwohl Physik und Kunst normalerweise als stark unterschiedliche Ausprägungen unserer Kultur angesehen werden, weisen sie zahlreiche Beziehungen auf. Sie äußern sich u. a. in gemeinsamen Ideen, verblüffenden Überschneidungen, überraschenden Wechselwirkungen. Einige Aspekte dieser Wechselbeziehungen werden im Hinblick auf eine mögliche Einbeziehung in den Physikunterricht beispielhaft dargestellt und diskutiert.

Das Auge sieht, was es sucht
Max Slevogt

Kunst gibt nicht das Sichtbare wieder,
sondern macht sichtbar
Paul Klee

Im Jahr des Lichts (1) – der Kienspan

Die UN-Generalversammlung hat das Jahr 2015 zum „Internationalen Jahr des Lichts und der lichtbasierten Technologien“ erklärt. Damit “soll an die Bedeutung von Licht als elementare Lebensvoraussetzung für Menschen, Tiere und Pflanzen und daher auch als zentraler Bestandteil von Wissenschaft und Kultur“ erinnert werden. „Wissenschaftliche Erkenntnisse über das Licht erlauben ein besseres Verständnis des Kosmos, führen zu besseren Behandlungsmöglichkeiten in der Medizin und zu neuen Kommunikationsmitteln“ (Jahr des Lichts). Weiterlesen →

Der Mond als Erde – die Erde als Mond

So wie in dem Foto sehen wir den Mond nur durch ein Fernrohr oder eine Kamera mit genügend großem Zoom. Als Galileo Galilei (1564 – 1642) zu Beginn des 17. Jahrhunderts durch sein Fernrohr den Mond mit dieser strukturierten Oberfläche erblickte, sah er mehr als den vertrauten Gefährten der Nacht, er sah gleichzeitig darin die Erde als Himmelskörper, eine für damalige Verhältnisse revolutionäre Ansicht. Denn der Mond in dieser Strukturierung erinnerte ihn an die Erdoberfläche, und – so sein Gedanke – wenn der Mond wie die Erde ist, dann ist die Erde wie der der Mond. Für ihn war das ein weiterer Beweis für das heliozentrische Weltbild. „Galilei ist ein Mann von einer vertrackt reflektierten Optik. Er richtet das Fernrohr auf den Mond, und was er sieht, ist die Erde als Stern im Weltall“ (Hans Blumenberg).

Mit dem „bewaffneten“ Blick Galileis etablierte sich nicht nur ein neues Weltbild, sondern eine Verbindung von Naturwissenschaft und Technik: „Mit dem Fernrohr erzwang die Technik von der Theorie einen Wandel ihrer Vergegenständlichung. In seinem Ertrag bestätigte das technische Gerät seine vorher gar nicht zu begründende Notwendigkeit und verstärkte zugleich damit den Verdacht, daß der Mensch immer weiterer Technisierung bedürftig sein könnte“.Damit war aber klar, dass nicht nur „die Einsicht in das Naturgesetz (die Technik) ermöglicht, sondern die Berufung auf das Naturgesetz (…) ihre Resultate“ legitimiert (Hans Blumenberg).

Eratosthenes meets Arno Schmidt

Wenn man über die astronomischen Errungenschaften der Antike liest, werden oft Dinge als selbstverständlich angenommen, die es in der damaligen Zeit nicht waren. So hat Eratosthenes den Erdumfang dadurch bestimmt, dass er in Alexandria zu dem Zeitpunkt, da die Sonne in Syene, dem heutigen Assuan, in einem Brunnen zu sehen war, also im Zenit stand, den Schatten eines Schattenstabs mit 7,2° bestimmte. Das ist der 50. Teil des Erdumfangs. Unter der Voraussetzung, dass beide Städte auf demselben Längengrad liegen – was nicht ganz zutrifft (3° Unterschied) – lässt sich daraus der Erdumfang bestimmen, wenn man nur den Abstand zwischen Alexandria und Syene hätte. Eratosthenes soll die Entfernung von Schrittzählern bestimmt haben lassen, so liest man oft ganz lapidar. Was das aber im Einzelnen bedeutet, darüber hat sich Arno Schmidt in seiner Erzählung „Enthymesis oder W.I.E.H.“ hineinzudenken versucht: Weiterlesen →

Die Kunst Leonardo da Vincis aus dem Geiste der neuzeitlichen Physik

Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften-Physik in der Schule 62/3 (2013), S. 13 – 21

Leonardo hat Naturwissenschaften und Malerei stets als zwei Seiten derselben Medaille angesehen. In seiner Malerei werden naturwissenschaftliche Ergebnisse zu einer möglichst naturgetreuen Beschreibung der Welt verwendet, wobei er „naturgetreu“ weit über das bloße optische Abbild hinaus dachte. Dadurch vermochte er grundverschiedene Aspekte der Realität so ins Bild zu setzen, dass das Dargestellte gewissermaßen beseelt und lebendig wirkte, so wie man es mit einer fotografischen Abbildung niemals hätte erreichen können.Umgekehrt wurde er in diesem künstlerischen Bemühen sensibilisiert und motiviert, die naturwissenschaftlichen Gesetzmäßigkeiten zu erforschen, die der darzustellenden Realität zugrunde liegen. Dabei gelangte er zu Entdeckungen, die oft seiner Zeit weit voraus waren, obwohl er als Autodidakt über keine naturwissenschaftliche Ausbildung verfügte. Weiterlesen →

Das Unfassbare spricht zu uns in Bildern – Zur wechselseitigen Beziehung zwischen Kunst und Physik

Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften-Physik in der Schule 62/3 (2013), S. 5 – 12

Obwohl Physik und Kunst auf den ersten Blick sehr verschiedene Bereiche unserer Kultur darstellen, haben sie sich in vielfacher Weise wechselseitig beeinflusst. Das perspektivische Denken setzte sich zunächst in der Kunst durch, bevor es Eingang in die neuzeitlichen Naturwissenschaften fand und dort direkt und indirekt seine Wirkung entfaltete. Umgekehrt wurden die Linse und andere optische Geräte vor allem in der realistischen Malerei eingesetzt. Weiterlesen →

Die Strukturen der Unordnung – Chaosphysik zwischen Zufall und Notwendigkeit

Schlichting, H. Joachim. In: Essener Unikate 11/1999, S. 9-21.

Wir müssen glauben, daß alles in der Welt eine Ursache habe, so wie die Spinne ihr Netz spinnt, um Fliegen zu fangen. Sie tut dieses, ehe sie weiß, daß es Fliegen in der Welt gibt“. Wie kommt es zu einem solchen Glauben? Darauf gibt es offenbar keine eindeutige Antwort…

PDF: Die Strukturen der Unordnung – Chaosphysik  zwischen Zufall und Notwendigkeit

Zur Geschichte der Irreversibilität

Schlichting, H. Joachim. Der Physikunterricht 18/3, 5-13 (1984).

Die Hauptentwicklungslinien des phänomenologischen Irreversibilitätskonzepts werden aufgrund historischer Quellen dargestellt. Dabei liegt das Augenmerk auf der Erörterung der verschiedenen Artikulationen, die die Irreversibilität im Laufe ihrer Geschichte erfahren hat.

PDF: Zur Geschichte der Irreversibilität