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Physik

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Monets schimmernde Seerosen und die moderne Physik

In den Jahren, in denen Monet das eruptive Laubwerk und das Schimmern auf dem Teich in Giverny beobachtet, hörten die Physiker auf, an irgendeinem einfachen Konzept der Lokalisation in Zeit und Raum festzuhalten, und ersetzten es durch eine Vorstellung die verwandt ist mit Vibration, mit etwas Unwägbarem im Herzen der Dinge.* Weiterlesen

Licht hat Gewicht

Ich löste die wächserne Schnur, und das Buch fiel in Falten aus Licht über meine Hände. Meine Hände zitterten unter dem Gewicht des Lichts. Die schweren gelben Rechtecke tränkten meine Handflächen und flossen über meine Hosenbeine. Meine Kleider waren von Licht durchtränkt. Ich fühlte mich wie ein Apostel. Ich fühlte mich wie ein Heiliger, nicht wie ein schmutziger müder Reisender in einem schmutzigen müden Zug. Es war natürlich ein Trick, ein Spiel der blassen Sonne, die durch das dicke Glas verstärkt wurde. Und doch machte mein Herz einen Sprung. Im Augenblick des bewegten Tümpels machte mein Herz einen Sprung. Ich legte meine Hand auf das Buch, es war warm es mußte in der Sonne gelegen haben. Ich lachte; ein paar Zeilen Physik waren in eine Wunder verwandelt worden. Oder: Ein Wunder war in ein paar Zeilen Physik verwandelt worden?
Ich drehte mich um und erblickte mein Spiegelbild im schwarzen Fenster…* Weiterlesen

Zum Drängeln von Engeln auf der Nadelspitze

Scholastikerproblem

Wieviel Engel sitzen können
auf der Spitze einer Nadel –
wolle dem dein Denken gönnen,
Leser sonder Furcht und Tadel!

»Alle!« wird’s dein Hirn durchblitzen.
»Denn die Engel sind doch Geister!
und ein ob auch noch so feister
Geist bedarf schier nichts zum Sitzen.«

Ich hingegen stell den Satz auf
Keiner! – Denn die nie Erspähten
können einzig nehmen Platz auf
geistlichen Lokalitäten.*

Als ich den Versuch von Vögeln beobachte, wie sie darum ringen auf die Nadelbaumspitze zu gelangen, wurde ich an die den Scholastikern zugeschriebene Frage erinnert, wie viele Engel auf einer Nadelspitze Platz haben. Im Fall der gewissermaßen materiell beflügelten Wesen, vulgo Vögel, kann die Antwort durch bloßes Hinsehen gegeben werden (siehe Foto). Bei den immateriell beflügelten Geistwesen der Engel, die an keine Lokalitäten gebunden sind, dürfte die Frage Christian Morgenstern zufolge ähnlich einfach zu beantworten sein: keiner.
Vermutlich haben sich die Scholastiker gar nicht mit dieser Frage beschäftigt und es handelt sich um eine auf die (Nadel-)Spitze getriebene Übertreibung ihrer Gegner, um die Spitzfindigkeiten der Scholastiker zu karikieren bzw. diskreditieren. Sie ist bis heute nicht verstummt und hat meines Erachtens durchaus ein didaktisches Potenzial, wenn man beispielsweise an die Untersuchung von subatomaren Objekten mit Hilfe des Rastertunnelmikroskops (REM) denkt. Die Frage, wie viele Elektronen (jene hybriden Wesen zwischen materiellem Teilchen und immaterieller Welle) auf der Spitze des REM Platz haben, kann durchaus zu kreativen Diskussionen führen.


*Christian Morgenstern (1871 – 1914)

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)

Weihnachtliche Physik

Nimm dir Zeit (Relativitätstheorie) und

komm zur Ruhe (Mechanik).

Genieße die Reflexionen und Brechungen des Lichts (Optik) und

lausche besinnlicher Musik (Akustik),

lass es dir bei einem warmen Getränk (Thermodynamik) gut gehen,

lade deine Akkus auf (Elektrizität),

lass die Annäherung der Engel zu (Aeronautik)

Fang einen fallenden Stern (Astronomie)

und…. genieße diese Tage!

Ein letztes kleines Rätsel – in diesem Jahr:
Um was für eine Kugel handelt es sich auf dem Foto?

Ich wünsche allen besinnliche und stressfreie Weihnachtstage!

Kunst und Physik-Schwerpunkt: Das Fenster: Ausblick, Durchblick, Anblick, Einblick

Seit einigen Jahren führe ich im Frühsommer und im Herbst in Neustadt (Weinstraße) eine Lehrerfortbildung zum Thema „Kunst und Physik“ mit wechselnden Schwerpunkten durch. Ich bin mehrfach gebeten worden, dies in meinem Blog mitzuteilen. Heute findet eine solche ganztägige Fortbildung statt. Dabei geht es diesmal um den Schwerpunkt des Fensters aus künstlerischer und physikalischer Perspektive. Weiterlesen

Leonardo da Vinci (2) – Zur physikalischen Dimension des Malens

Folge 2:
Geht man der Frage nach, was bis in unsere Tage den Gemälden Leonardos da Vincis so faszinierend ist, so kann man den Eindruck gewinnen, dass er nicht nur malte was er sah, sondern darüber hinaus zahlreiche optische Regeln anwandte, um sich auf kalkulierte Weise über das Reale hinwegzusetzen. Dabei gelang es ihm beispielsweise, der Mona Lisa über die bloße realistische Abbildung hinaus eine große Lebendigkeit zu verleihen. Er nutze einerseits einen Aspekt der Farbperspektive aus, der hier im Blauschleier zum Ausdruck kommt, der die fernen Gegenstände im Hintergrund umgibt. Dabei begründete er sein Vorgehen so: „Ein sichtbarer Gegenstand wird seine wirkliche Farbe in dem Maße weniger zeigen, in dem das zwischen ihn und das Auge eingeschobene Mittel an Dicke der Schicht zunimmt. Das Mittel zwischen dem Auge und dem gesehenen Gegenstand wandelt die Farbe dieses Gegenstandes zur seinigen um“ [1] . Andererseits berücksichtigte er das Phänomen, wonach ferne Gegenstände verschwommen erscheinen: „Scheinbild und Substanz der Dinge verlieren mit jedem Grad an Entfernung an Wirkungskraft, das heißt, je weiter der Gegenstand sich vom Auge entfernen wird, um so weniger (und unvollkommener) wird er mit seinem Scheinbild durch die (zwischengeschobene) Luft hindurchdringen können“ (ebd.).
Bei der Person selbst machte er auf einfühlsame Weise von Licht- und Schatteneffekten auf dem Körper und dem Gewand Gebrauch: „Von der Fleischfarbe und von den Gestalten in großer Entfernung vom Auge… Und vergiß ja nicht, die Schatten sollen nie so beschaffen sein, daß durch ihre Dunkelheit die Farbe an dem Ort, wo sie entstehen, ganz verlorengeht, außer der Ort, wo sich die Körper befinden, ist schon von sich aus finster… Mach keine scharfen Umrisse, löse keine Haare heraus, setze keine weißen Lichter, außer auf weiße Gegenstände. Und die Lichter sollen aus den Farben, auf die sie scheinen, die größte Schönheit herausholen“[2].

Leonardo überließ nichts dem Zufall, er hatte alles vorher erforscht und experimentell untersucht, so dass man mit Recht sagen kann: So physikalisch durchdacht und natürlich zugleich, hat vor ihm keiner gemalt. Dieses durch „physikalische“ Erkenntnisse bestimmte Vorgehen unterscheidet insbesondere die Mona Lisa von den Werken seiner zeitgenössischen Kollegen.

Der Kunsthistoriker und Experte für Leonardo da Vincis Werk, Martin Kemp, betont in diesem Zusammenhang, dass Leonardos Technik Ähnlichkeiten mit den Computersimulationen unserer Tage aufweist, mit denen heute natürlich wirkende Landschaften generiert werden. Auch bei ihnen spielt die physikalische Erfassung auch noch der kleinsten Effekte, die zum Eindruck des Bildes führen, eine wichtige Rolle: „Seine Studien von Licht, das ausgehend von einer punktförmigen Quelle die Konturen eines Gesichtes trifft (Abb. 10), veranschaulichen, daß es ihm darum ging, mittels eines Systems, das dem der Strahlenaufzeichnung in der Computergraphik entspricht, modellierte Formen zu erzeugen“ [3]. Doch diese Details bemerkt man erst auf dem zweiten Blick, wenn man sich u.a. klarmacht, dass

  • Mona Lisa auf einer Loggia, also im Gegenlicht, sitzt,
  • aber von links beleuchtet wird, wo sich die Decke befindet,
  • der Hintergrund bläulich und unscharf erscheint,
  • die Rundungen deutlicher hervortreten, als es normalerweise möglich ist.

Wir haben es also mit einer virtuellen, konstruierten Wirklichkeit zu tun, in der der Künstler mit der gezielten Handhabung physikalischer Gesetzmäßigkeiten versucht, das Statische und Eingefrorene eines Gemäldes zu überwinden, das bei einer exakten Kopie der Natur so typisch ist.


[1] da Vinci, Leonardo, zit. nach: von Baeyer, Hans Christian: Regenbogen, Schneeflocken und Quarks. Reinbek: Rowohlt 1996
[2] da Vinci, Leonardo: Sämtliche Gemälde und die Schriften zur Malerei, zit. nach: André Chastel (Hrsg.) München: Schirmer/Mosel 1990
[3] Kemp, Martin: Leonardo. München: C.H. Beck 2004
Quelle Mona Lisa

Schönheit durch Symmetriebrechungen

Asymmetrie ist, ihren kunstsprachlichen Valeurs nach, nur in Relation auf Symmetrie zu begreifen.*

Diese Aussage ist durchaus auf die Physik zu übertragen, wenn man sich klarmacht, dass Symmetriebrüche erst in Bezug auf die Symmetrie begriffen werden können: Ohne Symmetrie kein Symmetriebruch.
Dass Kunst und Physik gerade was die Symmetrie betrifft zusammenhängen, hat der Physiker Hermann Weyl (1885 – 1955), u. A. Autor eines klassischen Werks über Symmetrie, folgenderamßen auf den Punkt gebracht: Weiterlesen

Verblüffende Alltagsphysik – Überraschende Antworten auf 33 allgegenwärtige Rätsel

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft Spezial 1.19 (2019), 82 Seiten

Vertrautes aus physikalischer Sicht

Es schien, als seien die umkränzten Lichtkreuze über Nacht in die Welt gesetzt worden. Nachdem ich diese merkwürdigen Objekte an Häuserwänden und Straßen (siehe S. 30) zum ersten Mal entdeckt hatte, sah ich sie von diesem Tag an überall. Freilich müssen die seltsamen Figuren schon vorher immer wieder auf meine Netzhäute gelangt sein, doch ich hatte sie bis dahin nicht bewusst wahrgenommen. Das ist typisch für viele Phänomene im Alltag und in der Natur. Man muss regelrecht lernen, sie zu sehen – und das gelingt am besten, indem man durch möglichst viele Beispiele dazu angeregt wird. Weiterlesen

Technikfreundlichkeit und Technikfeindlichkeit

Das ist der Fluch und Einwand gegen so Viele unter uns, da? Sie mit bewegter Zunge ihren Abscheu vor der Technik aussprechen! Das ist nicht neu : schon Schiller, Fouqueé, Tieck, gaben einem Widerwillen gegen die Mathematik ungescheut Ausdruck; ohne sich scheinbar im Geringsten darüber Gedanken zu machen, daß sie damit in unverantwortlichster Weise die Realität desavouierten; die verhängnisvolle Kluft verbreiterten, an deren Rändern wir heute verdutzt stehen.
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Physik und Literatur am Beispiel Arno Schmidts

Der Schriftsteller Arno Schmidt (1914 – 1979) nimmt kein Blatt vor den Mund. Seine oft bissige Art auch Schriftstellkollegen wegen deren Unzulänglichkeiten bei naturwissenschaftlichen Fragen zu  kritisieren, findet man wohl kein zweites Mal in der Belletristik . Weiterlesen

Auf der Grenze liegen immer die seltsamsten Geschöpfe – (Lichtenberg 2)

geschoepfe_dsc00896_rvDieser Satz stammt von Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799), der auf zahlreiche Grenzgänge zutrifft,  die der erste Experimentanphysiker Deutschlands, Philosoph und Schriftsteller zwischen verschiedenen Tätigkeitsfeldern, Forschungsbereichen und gedanklichen Exkursionen unternommen hat. Weiterlesen

Zum Welttag der Poesie

Die Poesie der Wissenschaft liegt nicht offen zutage. Sie stammt aus tieferen Schichten. Ob die Literatur imstande ist, mit ihr auf gleicher Höhe umzugehen, ist eine offene Frage. Letzten Endes kann es der Welt gleichgültig sein, wo sich die Einbildungskraft der Spezies zeigt, solange sie nur lebendig bleibt. Was die Dichter angeht, so mögen diese Andeutungen zeigen, daß es ohne ihre Kunst nicht geht. Unsichtbar wie ein Isotop, das der Diagnose und der Zeitmessung dient, unauffällig, doch kaum verzichtbar wie ein Spurenelement, ist die Poesie auch dort am Werk, wo niemand sie vermutet. Weiterlesen

Musik an der Schwelle der neuzeitlichen Physik

Musik_IMG_9366rvSchlichting, H. Joachim. In: Stefan Kolling (Hrsg.): Beiträge zur Experimentalphysik, Didaktik und computergestützten Physik. Berlin: Logos 2007, S. 237 – 260

Zwischen der Musik als akustischem Phänomen und der physikalischen Forschung als einer Art Suche nach musikalischen Harmonien bestehen zahlreiche Beziehungen. Bei der Beschreibung von Musik und Musikinstrumenten spielt die Physik eine wichtige Rolle. Umgekehrt hat die Musik weit über rein metaphorische Bezüge hinausgehend vor allem in der revolutionären Phase, die der Ausbildung des Paradigmas der neuzeitlichen Physik vorausging, der physikalischen Forschung wichtige Impulse gegeben. Vor dem gemeinsamen kulturellen Hintergrund der Entwicklung von neuzeitlicher Musik und Physik werden einige Aspekte dieser Beziehungen skizziert.

PDF: Musik an der Schwelle der neuzeitlichen Physik

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