Physik: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
Released by matroid on Mi. 18. August 2004 21:42:24 [Statistics]
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Physik

\(\begingroup\) Mit "Physik-Augen" durch Natur und Umwelt Der Matheplanet hat dankenswerter Weise auch eine Physikabteilung, von der reger Gebrauch gemacht wird. Sie gibt mir die Möglichkeit zu berichten, was man auf Spaziergängen und im Alltag beobachten kann, wenn man die Welt mit den Augen des Physikers sieht und erlebt. Anderen bleibt manches verborgen, so daß sie achtlos daran vorübergehen.

Bei mir beginnt es morgens beim Rasierspiegel. Warum vergrößert er, und was macht er noch? Oder, zu Weihnachten: warum verkleinern die Christbaumkugeln das Bild ihrer Umgebung? Natürlich habe ich als früherer Physiklehrer die Antworten parat und könnte sie, wenn man mich nach ihnen fragte, mit Bleistift und Papier leicht geben – nur fragt halt keiner, und das ist auch nicht weiter schlimm. (Chancen bestehen hier bei Kindern von vier bis sechs Jahren, die oft wißbegieriger sind als ältere.) Doch weiter. An einem schönen, kühlen Sommermorgen blicke ich aus dem Fenster in den Garten und sehe Tautropfen auf dem Gras und an anderen Pflanzen. Manche leuchten als rote, grüne oder blaue Punkte, und der Farbeindruck wechselt, wenn ich den Kopf bewege oder meinen Standpunkt verändere. "Dispersion" denke ich, d. h. Abhängigkeit des Brechungsindex der Wassertropfen von der Wellenlänge des auffallenden weißen Mischlichts der Sonnenstrahlen, und als Folge davon deren farbliche Aufspaltung und Ablenkung in etwas verschiedene Richtungen. Manche Tautropfen hingegen sehen überhaupt nicht farbig aus, sondern bleiben hell glänzend. Hier spielt die Totalreflexion eine Rolle: unter bestimmten Bedingungen, die hier nicht ausgeführt werden sollen, wirken sie, obwohl durchsichtig, wie ideale Spiegel und werfen das einfallende Sonnenlicht farblich unzerlegt zurück. Die Totalreflexion kann man auch bei größeren Wasserkäfern beobachten. Bei ihnen haftet an ihrer Unterseite eine Luftschicht, und in manchen Augenblicken glänzen sie silbrig. Viel öfter beobachte ich die Totalreflexion bei kleinen Sprengern, aus deren feinen Düsen Wasser zur Seite spritzt. Fällt morgens die Sonne schräg auf sie, sehe ich nicht immer nur durchgehende Wasserstrahlen, sondern auch einzelne glänzende, auf einer parabelänlichen Kurve liegende Wassertropfen, wie man sie sonst in einem abgedunkelten Raum bei strobskopischer Beleuchtung erhält. Ich erkläre mir das so, daß für sie jeweils die Bedingung für die Totalreflexion erfüllt ist, für die anderen, dazwischenliegenden jedoch nicht. Aber noch einmal zurück zur Dispersion, und zwar wenn es regnet und gleichzeitig von der Seite her die Sonne scheint. Wir sehen einen Regenbogen, bisweilen auch zwei mit umgekehrter Farbreihenfolge. Die einfache, qualitative Erklärung, zumindest für den Hauptbogen, steht in vielen Physikbüchern, während die quantitative Theorie mathematisch recht aufwendig ist. Dabei gibt es sogar ein besonderes Regenbogenintegral! Beim Frühstück kann es sein, daß mich in der Kaffeetasse eine Katakaustik (Brennlinie) erfreut, die viele gar nicht bemerken. Wie sie entsteht, kann man sich ebenfalls mit Papier und Bleistift klar machen, wenn dabei das Gesetz bei der (gewöhnlichen) Reflexion: "Ausfallswinkel gleich Einfallswinkel" beachtet wird, das auch beim Billard zur Geltung kommt. Der mathematischen Behandlung der Katakaustik mit einem schönen Bild von ihr widmet sich hier auf dem Matheplaneten SplendourMN. Reflexion und Brechung sind nicht das einzige, das einem im Alltag beim Licht begegnen kann. Auch Beugungserscheinungen werden bei aufmerksamer Beobachtung sichtbar. Als ich noch in der Schule tätig war, stand ich in einem Klassenraum oft mit dem Rücken zur Sonne am Fenster, und wenn der Schatten meines Kopfes demjenigen des Fensterrahmens sehr nahe kam (beide waren auf dem Fußboden zu sehen), verformten sie sich und bewegten sich aufeinander zu. Im Kleinformat kann man Ähnliches in einem schmalen Spalt zwischen Daumen und Zeigefinger beobachten. Dabei treten helle und dunkle Streifen auf, die durch Interferenz entstehen, einer weiteren Erscheinung nicht nur beim Licht. Wer stand nicht schon einmal an einem Gewässer auf dem sich, etwa von Booten stammende, verschiedene Wellensysteme kreuzten und zu bizarren Mustern überlagerten? Und die bunten Schmetterlinge: über sie las ich, daß ein Teil ihrer Flügelfarben nicht durch Pigmente, sondern ebenfalls durch Interferenz zustandekommen ("Farben dünner Blättchen", auch beobachtbar, wenn ein Ölfleck sich auf einer Wasserpfütze ausbreitet). Und schließlich, im Rahmen dieser unvollständigen Übersicht: die Streuung von Licht an sehr vielen und kleinen Schwebeteilchen wie z. B. Luftmolekülen. Auf sie ist unter anderem die blaue Farbe des Himmels zurückzuführen (Theorie von Rayleigh und Jeans). Noch einmal zurück zu den Schmetterlingen. Wie große Raubvögel mit nahezu unbeweglichen Flügeln dahinsegeln - für mich immer wieder ein faszinierender Anblick - , ist mir im wesentlichen klar; doch wie sich die von Blume zu Blume flatternden Falter durch die Luft fortbewegen, können wohl nur Spezialisten erklären. Diese fotografieren sie mit Hochgeschwindigkeitskameras und haben die beim Flug auftretenden Flügelbewegungen und -verdrehungen zu analysieren und zu interpretieren. Einfacher zu verstehen scheint dagegen das Verhalten der "Nasen" des Ahornbaumes oder des Samens der Linde zu sein, die bei ihrem Drehflug zur Erde wohl eine Art Verbindung von Fallschirm und Hubschrauber darstellen. Bleiben wir noch einen Augenblick bei der Mechanik, bei der die von Archimedes erfundene Schraube als aufgewickelte Schiefe Ebene angesehen werden kann, und wenden uns kurz einem akustischen Phänomen zu. Wer in der Nähe einer Kinik oder Polizeistation wohnt, erlebt, auch wenn er ihn nicht mit Namen zu benennen weiß, bei den vorbeiheulenden Kranken- und Einsatzwagen den Doppler-Effekt. Es gibt ihn auch beim Licht, und allein über ihn könnte man einen kleinen Artikel schreiben. Es gäbe noch mehr von dem zu schildern, was einem Kenner diverser physikalischer Gesetze und Grunderscheinungen draußen und im Hause auffällt und zum Nachdenken anregt, doch möchte ich es abschließend mit einer bloßen Aufzählung bewenden lassen: die Oberflächenspannung, beobachtbar auf Teichen bei "Wasserläufer" genannten Insekten; die Kettenlinie, wie sie von den Hochspannungsleitungen und mit Rauhreif überzogenen Spinnweben gebildet wird; die Gefrierpunktserniedrigung beim Eis durch Druck, welche das Schlittschuhlaufen ermöglicht; das Leidenfrostsche Phänomen (länger anhaltender "Tanz" eines Wassertropfens auf einer glühenden Herdplatte); Resonanzerscheinungen der vielfältigsten Art; die Corioliskraft als Ursache der Drehbewegung von Hoch- und Tiefdruckgebieten; die Existenz unzählig vieler, quasi-freier Elektronen in Metallen, die, von Maschinen oder chemischen Stromquellen angetrieben, uns von großem Nutzen sind und ohne die unser modernes Leben nicht denkbar wäre ... Eine Naturbeobachtung, über die bereits seit Jahrhunderten nachgedacht wird und die anscheinend immer noch nicht ganz geklärt ist, ist die unterschiedliche, scheinbare Größe des Vollmondes, wenn er dicht über dem Horizont und später weiter oben am Himmel steht. Hiermit hat sich unter anderem Leonhard Euler in seinen Briefen an eine deutsche Prinzessin beschäftigt. Sie umfassen große Teile des Wissens der damaligen Zeit, nicht nur auf mathematisch-naturwissenschaftlichem Gebiet, und sind auch heute noch sehr gut lesbar. Im Internet findet sich einiges über sie, unter anderem hier der 102. bis 108. Brief über Logik. Er enthält zahlreiche Kreisdiagramme zur Veranschaulichung, die später zu Ehren Eulers und des britischen Logikers John Venn (1834-1923) "Euler-Venn-Diagramme" genannt wurden. Hans-Jürgen
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Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt [von Hans-Juergen]  
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"Physik: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt" | 23 Comments
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Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: cow_gone_mad am: Mi. 18. August 2004 22:09:34
\(\begingroup\)Wie schön, so viele Gedanken, die man sich selber auch schon gemacht hat, endlich mal nieder geschrieben, und so schön aufgereiht. Aber so schöne Phänome wie "Warum ist der Himmel blau?" und die Morgen- und Abendröte worden noch gar nicht angesprochen. Alles hat so wunderschöne physikalische Erklärungen. Eins stimmt auf jeden Fall, jeder der mit den Augen der Physik durch die Welt wandert, hat zum Teil echt mehr davon. Solang man die Schönheit der Gedanken geniessen kann, und Zeit har sie durchzudenken.\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Spock am: Mi. 18. August 2004 22:24:20
\(\begingroup\)Hans-Jürgen, dankenswerter Weise gibt es Dich hier auf dem Matheplaneten. Natur, Umwelt, Logik, wie wir Dinge "sehen", Dein Artikel, insbesondere der Hinweis auf die Euler Briefe, liefern sehr viel zum Nachdenken. Dank von mir für die Erinnerung... Juergen\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: blaster am: Mi. 18. August 2004 22:24:53
\(\begingroup\)Ich gebe cow_gone_mad da voll und ganz Recht und finde es um so schlimmer, feststellen zu müssen, dass das Interesse und somit auch die Kenntnis von solch elementaren physikalischen Phänomenen abnimmt. Beispiel: Als ich in Urlaub im Süden war und der Mond aufgegangen war und blutrot schien, wurde in einer Gruppe Jugendlicher, die in meiner Nähe stand, darüber philosophiert, ob nun der Mars oder nochmal die Sonne aufgegangen sei.\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Martin_Infinite am: Do. 19. August 2004 00:05:03
\(\begingroup\)Mich interessiert nur die Schönheit der Dinge an sich, nicht, wie und ob man sie erklären kann. Als ob die Physik einen Sonnenuntergang schöner machen könnte, oder gar alles erklären könnte. Wenn man einen solchen Drang danach hat, da kann ich nur drüber lachen.\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: blaster am: Do. 19. August 2004 01:24:28
\(\begingroup\)Hi Martin, genaugenommen ist das doch die Aufgabe der Physik. Die Physik will die Natur beschreiben und erklären,z.b. einen Sonnenuntergang. Dass die Natur dabei noch schön is - um so besser! (gut das beruht ja auch letztendlich auf physikalischen Gesetzen, aber das lassen wir mal außen vor) Von daher versteh ich nicht, warum du Interesse an soetwas für lächerlich hältst.Es erwartet auch niemand, dass jeder alles mit Hilfe der Physik erklären kann, aber ich finde, dass eine gewisse Art von naturwissenschaftlicher Bildung bei jedem vorhanden sein sollte, so wie jeder, der mal Abi gemacht hat, Goethes Faust gelesen hat und damit einen gewissen Grad an literarischer Bildung erreicht hat und danach nicht behauptet, das Werk ist von Schiller.Ich gebe zu, der Vergleich ist ein bisschen flach, aber mir ist spontan kein besserer eingefallen. Schöne Grüße Martin\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: jannna am: Do. 19. August 2004 09:58:18
\(\begingroup\)Hallo Ich finde den Artikel sehr interessant. Ich finde auch, daß physikalisches Verständnis Dinge nicht schöner macht, aber faszinierender. Ich habe mir oft schon viele von den obigen Fragen gestellt und die Antworten haben mich meistens immer fasziniert. Was ich auch sehr interessant finde, ist die Tatsache, daß Bienen, Hummeln,... fleigen können. Ich habe kürzlich einen Artikel in der Bild der Wissenschaft darüber gelesen. (leider hab ich das Heft grad nicht da) Wenn man das Verhältnis von Größe des Insekts zu Größe der Flügel betrachtet, dann scheint es fast unmöglich, daß sowas wie eine Hummel überhaupt fliegen kann (ich denke dann immer ein bischen an den dicken Willi...) In diesem Artikel kam man dann nach einigen Betrachtungen darauf, daß Insekten eher schwimmen dennfliegen. Aufgrund ihrer Größe ist die Luft für sie viel zäher als zum Beispiel für Vögel, so daß Bienen nicht fleigen wie Vögel. Denn das würde nicht gehen.. Was mich auch sehr fasziniert ist mein Polfilter (ich habe eine Kammera inklusive diverser Filter) Wie so ein Polfilter genau funktioniert kann man im Netz nachlesen prinzipiell kann man sagen, daß er Streulicht (sagt man das so) von Reflexionen rausfiltert und es so ermöglicht durch Fenstescheiben zu fotografieren (ohne das eigene Spiegelbild im Vordergrund) oder Fische im Wasser zu fotografieren. Außerdem macht er den Himmel blauer (naja er wirkt halt blauer wenn man das Streulicht wegfiltert - blauer als der Himmel an sich ist wird er auch auf dem Foto nicht) und die Farben werden kräftigerb (siehe letzte Klammer) Was man mit diesem Filter aber auch machen kann ist die Reflexion zu verstärken. Wenn ich zum Beispiel eine Tasse schwarzen Tee fotografiere kann ich, mit der richitgen Filtereinstellung, den Tee als Spiegel benutzen... faszinierende Grüße jana\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Site am: Do. 19. August 2004 13:52:51
\(\begingroup\)Hallo, Hans-Jürgen, ein schöner Artikel, der ein bißchen von der Art wiedergibt, wie Physiker auf die Welt sehen. Allerdings bin ich an einer Stelle skeptisch, nämlich ob es sich wirklich um Begung handelt, wenn man Daumen und Zeigefinger sehr nah aneinander bewegt und dann der Schatten kurz vor dem Kontakt überschnappt. Ich bin mir bewußt, daß einige Quellen so etwas schreiben, ich setzte mich mit einem ähnlichen Problem auseinander, als es um den Venus-Transit in diesem Jahr ging (Tröpfcheneffekt, black drop effect). Es werden dabei unterschiedliche Informationen verbreitet, wobei ich für die plausibelste (und gesichertste) Erklärung hielt, daß es sich im Prinzip um Umschärfe handelt. Man sieht die Ränder nicht perfekt scharf, so daß sich dazwischen die unscharfen Bereiche "aufaddieren". Mit unserem logarithmisch sehenden Auge ist es aber nicht linear und diese Nichtlinearität führt zum "Überschnappen" des Schattens. Eine Seite schreibt zum Beispiel: "The effect of the black drop prevents an accurate registration of the times of contact between the disc of the planet and the Sun, and was the chief cause of the failure of the attempts to determine the Earth-Sun distance using Halley's method. The main cause of the occurrence of this phenomenon is the turbulence of Earth's atmosphere, albeit the solar disc being slightly darker at the edge than at its center (known as limb darkening) is also partly responsible. We can simulate the black drop effect by joining our fingers slowly and observing the resulting shadow. Just before they reach contact a meniscus-shaped shadow arises and seems to join the fingers together, similarly to what occurs between the limb of the Sun and the planet." Man sieht also, man kann sich wirklich lange mit scheinbar einfachen Phänomenen aus der Natur aufhalten. Und nicht selten hat gerade diese aufmerksame Beobachtung zu großen Erkenntnissen geführt. Grüße Site\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Rebecca am: Do. 19. August 2004 15:13:02
\(\begingroup\)Hallo Hans-Jürgen, hallo Site, ich glaube, dass die Aufeinanderbewegung der Schatten im Klassenzimmer und der Tröpfcheneffekt (zwischen Daumen und Zeigefinger bzw. beim Venustransit) zwei verschiedene Effekte sind. Beim Tröpfcheneffekt scheint es noch keine einheitliche Erklärung zu geben, aber zum Aufeinanderbewegung der Schatten hat ein Matheplanetarier (Anschewski) beim 37. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg eine überzeugende Erklärung (ohne Beugung) abgeliefert: Der Schatteneffekt Was Schatten so anziehend macht Gruß Rebecca \(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Martin_Infinite am: Do. 19. August 2004 15:45:08
\(\begingroup\)@blaster: Mit aber ich finde, dass eine gewisse Art von naturwissenschaftlicher Bildung bei jedem vorhanden sein sollte, bin ich einverstanden. Es ist aber so, dass ich die Physik für eine großartige Einbildung halte. So, jetzt habe ich's mal rausgelassen.\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: jannna am: Do. 19. August 2004 16:23:15
\(\begingroup\)Hallo Martin "Es ist aber so, dass ich die Physik für eine großartige Einbildung halte. So, jetzt habe ich's mal rausgelassen." Das versteh ich nicht. Einbildung? Einbildung - nicht real - ich finde die Mathematik ist wesentlich weniger real als die Physik (ohne jetzt eine Diskussion lostreten zu wollen - ich will die Einbildung in der Physik nur verstehen...) Jana\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Martin_Infinite am: Do. 19. August 2004 16:33:32
\(\begingroup\)Hi Jana, ich wollte eigentlich auch nicht groß drüber diskutieren, aber nun gut. Die Physik sucht so wie auch die anderen Naturwissenschaften u.a. nach Erklärungen für Erscheinungen in ihrer Umwelt, richtig? Wenn dann die Gültigkeit bestimmter Gesetze angenommen wird - man kann sie ja weder beweisen noch experimentell bestätigen, nur die Glaubwürdigkeit wird dadurch gestärkt - , um jene Suche zu befriedigen, dann frage ich mich, was das für einen Zweck hat. Es ist einfach ein großes Glück, welche Anwendungen die Physik hat. Dennoch ist die Mathematik für mich bei weitem realer als solche wackeligen Theorien. Dieses Wort "real" ist so schwammig, ich werde bestimmt wieder so verstanden, dass Mathematik das einzig interessante auf der Welt ist, aber das ist sie natürlich nicht! Das einzige, was ich damit sagen will, ist, dass sie auf einem überschaubaren Fundament steht. Gruß Martin\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: blaster am: Do. 19. August 2004 17:06:50
\(\begingroup\)Hi Martin, ganz klar, die Physik steht nicht auf einem soliden Untergrund wie die Mathematik, weil es eben keine Beweise in dem Sinne gibt, da hast du ganz klar Recht. Aber sie bildet eben den Versuch, die Natur zu erklären, und ich persönlich halte es für wesentlich sinnvoller, Vermutungen für die Erklärung von Phänomenen aufzustellen, die auf "schammigem Untergrund" stehen, als einfach nicht drüber nachzudenken, weil man meint, es eh nicht erklären zu können. Schöne Grüße Martin\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: cow_gone_mad am: Do. 19. August 2004 17:07:18
\(\begingroup\)@martin: Die Physik ist eine Beschreibung der Natur und keine Erklärung der Natur. Man kann ihre Existenz mit der Existenz des Inneren eines Ziegelsteins gleich setzen. Beides sind nützliche Hilfsmittel, um die Natur zu beschreiben. (Vergleich von Feynman in anderer Form.) Liebe Grüsse, cow_\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: jannna am: Do. 19. August 2004 17:20:08
\(\begingroup\)"Wenn dann die Gültigkeit bestimmter Gesetze angenommen wird - man kann sie ja weder beweisen noch experimentell bestätigen" Die Physik arbeitet da aber ganz anders. Wenn ein Physiker die Gültigkeit eines Gesetzes annimmt, dann wird er dieses auch immer experimentell bestätigen oder sogar mathematisch beweisen. Ich kenne kein physikalisches Gesetz, daß weder bewiesen, noch experimentell bestätigt wurde. Das ohmsche Gesetz kann man sehr schön experimentell nachweisen. Oder das Gravitationsgesetz (wenn ich noch länger drüber nachdenke fallen mir als nicht-Physikerin sicher noch mehr ein) Oft werden die Physiker auch durch die Mathematik auf neue "Entdeckungen" gebracht, beispielsweise, wenn sich Teilchen wie eine gruppe verhalten, und die Physiker daraus auf die Existenz weiterer Teilchen schließen und diese 5 jahre später auch tatsächlich finden. Ich denke sogar, daß deine Aussage von oben eher auf die Mathematik passt, da das Fundament der Mathematik Axiome sind. Nimm nur mal die Peanoschen Axiome, die man als Fundament der Mathematik nehmen kann. (man kann denke ich auch noch viel fundamentalere dinge wählen aber das Fundament der Mathematik bleiben Axiome) Das sind nicht beweisbare Aussagen, von denen man ausgeht und alles andere logisch aufbaut. Es passt alles ganz wunderbar aber beweisbar ist das Fundament nicht. "ich werde bestimmt wieder so verstanden, dass Mathematik das einzig interessante auf der Welt ist" nene, ich weiß nur nicht was du gegen Physik hast (Für die Physiker in die Bresche spring..) Was mich sehr fasziniert, ist das Zusammenspiel zwischen Mathematik und Physik. Zum Beispiel die Bedeutung der Gruppentheorie in der Teilchenphysik. Ich habe in einem Nachrichtentechnikskript sogar gesehen, daß dort Galoistheorie gemacht wird (ok, Nachrichtentechnik ist jetzt e-technik aber im prinzip ist das ja auch nur Physik) Dazu kann ich aber nicht genaueres zu sagen weil ich das wahrscheinlich erst nächstes Semester höre... Also auch die Mathematik in der Physik zu entdecken ist faszinierend. Grüße jana\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Hans-Juergen am: Do. 19. August 2004 18:25:19
\(\begingroup\)Hi, ich freue mich über das rege Echo, das mein Beitrag findet. Besonders dankbar bin ich für die Ausführungen und Links zu den sich aufeinander zu bewegenden Schatten. Viele Grüße, Hans-Jürgen\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Martin_Infinite am: Do. 19. August 2004 21:34:41
\(\begingroup\)Hi, @blaster: Was soll daran sinnvoll sein? @Kuh: Braucht man für eine Beschreibung nicht wenigstens eine Erklärung? @Jana: Das Wort Bestätigung hast du mE missbraucht, bist aber wohl nicht die einzige. Was du im folgenden schreibst, bestätigt mich in meiner These, dass man Physiker mit Prohpeten o.ä. vergleichen (wohl aber nicht gleichsetzen) kann, aber das hört sich zugegeben doof an, obwohl die Aufgaben diegleiche Struktur haben. Die Peanoschen Axiome kann man nicht als Fundament der Mathematik nehmen. Wie soll man z.B. ein geordnetes Paar oder eine Potenzmenge definieren? Oder meinst du nur die Zahlenbereiche? Selbst wenn ein Fundament nicht beweisbar ist, ist es gut zu wissen, wie es aussieht. In der Physik hat man scheinbar massig solcher "Fundamente", naja, in der Mathematik hat man jeweils nur eines, wenn man sich nur mal ordentlich anstrengt. Dann schreibst du noch Also auch die Mathematik in der Physik zu entdecken Wie wäre es damit zu sagen, dass Physiker die Mathematik für ihre Zwecke gebrauchen können? Gruß Martin \(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: cow_gone_mad am: Do. 19. August 2004 23:39:55
\(\begingroup\)Braucht man für eine Beschreibung nicht wenigstens eine Erklärung? Meines Wissens nein. Ich kann mit der Physik jeden Vorgang auf der Welt beschreiben, in dem ich mich im Wesentlichen auf das Standardmodell und der allgemeinen Relativitätstheorie stüze. Jeder der sich ein Bisschen mit diesen Theorien beschäftigt hat, sollte wissen, dass sie so etwas von absurd sind, dass für sie keine Erklärung möglich ist. Also wofür eine Erklärung? Ich kann mit der Newtonschen Gravitationstheorie und Mechanik zum Beispiel perfekt die Bahnen der 8 äußeren Planeten und deren Monde beschreiben. Aber nicht erklären, warum das so ist. Außer wenn ich die allgemeine Relativitätstheorie dafür verwende, aber das liefert mir auch keine Erklärung warum es so ist. Natürlich habe ich gerade eine super Idee für einen Artikel bekommen, wo ich genau das Gegenteil zeigen werde. Aber dafür heißt es abwarten. Auf jeden Fall ist die Physik eines der fruchtbarsten Anwendungsgebiete der Mathematik. Es gibt ja inzwischen noch andere *Fg* Nur ein paar Beispiele: Eigenwerttheorie, Theorie des Hilbertraums, Partielle Differentialgleichungen, Fourieranalysen, Distributionen finden sich alle in der Quantenmechanik wieder. Differentialgeometrie, Partielle Differentialgleichungen finden sich in der allgemeinen Relativitätstheorie. Die ganze Vektoranalysis in der Elektrodynamik. Die ganzen Differentialgleichungen in der Mechanik. Die topologischen Modelle hinter der Quantentheorie. Es gibt sogar eine eigene Quantengeometrie. Oder die Gruppentheorie wie schon erwähnt in der Teilchenphysik. Und die grössten mathematischen Fortschritte waren physikalisch motiviert, weil man durch die Physik eine Idee bekommt wie die ganzen Prozesse vor sich gehen! lg cow_\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: blaster am: Fr. 20. August 2004 00:16:15
\(\begingroup\)Hallo Martin, was daran sinnvoll ist, Modelle aufzubauen, die sich als falsch erweisen könnten bzw. ziemlich sicher falsch sind?Frag doch die Chemiker :) . Ne mal im Ernst, vllt. liegt das auch daran, dass ich als Person ziemlich neugierig bin, aber ich halte "Nichtwissen" für den schlimmstmöglichen Zustand (Nichtwissen nicht im Sinne von fehlendem Wissen einer gewissen Person, sondern als Erklärungslosigkeit für ein Phänomen). Und wenn sich dieses Unbehagen über diesen Zustand ausbreitet, werden Modelle erfunden oder Erklärungen für dieses Phänomen gesucht. Und das halte ICH für sinnvoller und ich weiß nicht, wo wir heute wären, wenn alle großen Naturforscher gesagt hätten, ich denk nich drüber nach, ich kanns eh nicht erklären. Dass meine Ansicht nicht überall auf Verständnis trifft mag sein, aber so denke ich nun mal. Schöne Grüße Martin\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Filip am: Sa. 21. August 2004 13:01:55
\(\begingroup\)Hallo MI, mich würde es sehr interessieren, worauf Deine Vorstellung über die Physik fußt. Wenn es Schulphysik ist, dann finde ich, dass Du sehr kurzsichtig bist. Wenn es "richtige" Physik ist, dann bist Du - verzeih mir bitte die Direktheit - blind. Jana hat Dir ja bereits gesagt, dass die Axiome einer physikalischen Theorie experimentell "bewiesen", im Sinne von "geprüft" werden. Jegliche Aussage der Theorie lässt sich dann mathematisch aus ihnen ableiten. Ob das nun logische Schlüsse oder Umstellungen von Formeln sind, alles wird angewendet. In einem vorgegebenen Gültigkeitsbereich, den man aber erst festlegen kann, wenn Erscheinungen in der Natur von der Theorie nicht mehr beschrieben werden können, trifft die Theorie dann konkrete Aussagen über die Natur, die wiederum experimentell geprüft werden, ob sie auf die Natur auch wirklich zutreffen. Ich könnte es verstehen, dass Du es nicht für befriedigend hälst, dass physikalische Theorien bis jetzt hauptsächlich nur Näherungen oder Idealfälle der Naturgesetze erfassen können oder gar sich selbst untereinander nur als Näherungen enthalten. Deswegen sind sie aber keine "Einbildung". Selbstverständlich hat die Physik noch kein solides Fundament, wie die Mathematik die Mengenlehre hat. Wenn sie nämlich ein solches hätte, dann hätten wir bereits eine TOE (Theory of Everything) erreicht. Physikalische Theorien sind nämlich im wahrsten Sinne des Wortes induktiv und die Entwicklungen neuer Theorien erfolgt meißtens über ablative Schlüsse, wobei man meißt hinter einem unerklärlichen speziellen Phänomen, ein abstrakteres Naturgesetz formuliert (deswegen auch die experimentellen Überprüfungen der neuen Grundlagen einer Theorie). Man begann mit der direkt erfahrbaren Mechanik und arbeitete sich bis in den Mikrokosmos sowie Makrokosmos. Wenn es den theoretischen Physikern gelingt ein Axiomensystem zu finden aus dem alle bekannten und noch unbekannten Naturerscheinungen heraus beschrieben werden können, so wird die Physik auch ein solides Fundament in Deinem Sinne haben. Wie gesagt ist die Erkenntnisgewinnung der Physik hauptsächlich ablativ und nicht deduktiv, wie die der Mathematik. Sie arbeiteet praktisch in die umgekehrte Richtung und ist auf der Suche nach ihrem Fundament. Wenn Du aber die Physik für Einbildung hälst, weil sie sie kein für alle Theorien einheitliches Axiomensystem hat, wie reagierst Du denn in der Mathematik auf die Gödelschen Sätze? Die Widerspruchsfreiheit der ZF ist auch nicht gesichert. Ebenso steht immer noch die Unvollständigkeit mengentheoretischer Axiomensystem im Raum - wie z. B. Peano. Gödels Sätze signalisieren allgemein, dass ein Wahrheitsbegriff wohl nicht nur auf formaler Beweisbarkeit/Beweisen fußt. mfg Filip \(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Martin_Infinite am: Sa. 21. August 2004 13:31:02
\(\begingroup\)Eigentlich sollte diese Diskussion endlich ein Ende haben, aber ihr wollt ja bestimmt auch, dass ich auf eure Antworten eingehe. @Kuh: Eine Beschreibung muss man erklären, so meinte ich das. @blaster: Vielleicht hatte ich es schon weiter oben gesagt: Ich denke hier nicht nur an die Physik, sondern an alle Naturwissenschaften. Zum "Nichtwissen": Ich meine, dass man nur in geschlossenen Systemen etwas wissen kann. Alles andere ist höchstens die Hoffnung auf Wissen. Hmmm, du machst mir das schon klar, warum es sinnvoll ist, zu tun, als ob man etwas weiß. Das finde ich okay. Aber mich stört dabei sehr, dass irgendwie untergeht, dass man wirklich nur so tut. @Filip: mich würde es sehr interessieren, worauf Deine Vorstellung über die Physik fußt. Wenn es Schulphysik ist, dann finde ich, dass Du sehr kurzsichtig bist. Wenn es "richtige" Physik ist, dann bist Du - verzeih mir bitte die Direktheit - blind. Schulphysik, ein paar Skripte und Alpha Centauri. Und, brauche ich immer noch ne Brille? Jana hat Dir ja bereits gesagt, dass die Axiome einer physikalischen Theorie experimentell "bewiesen", im Sinne von "geprüft" werden. Diese Bezeichnungen sind es wieder, die mich stören. Naturwissenschafter gehen anscheinend davon aus, dass etwas ganz allgemein gilt, nur wenn sie es in einem Labor nachgeprüft haben. Induktives Denken soll das Universum erklären, hrhrhr. Jegliche Aussage der Theorie lässt sich dann mathematisch aus ihnen ableiten. Ob das nun logische Schlüsse oder Umstellungen von Formeln sind, alles wird angewendet. Danke, dass du mir das sagt, ich habe es in der direkten Form noch nicht gesehen. In einem vorgegebenen Gültigkeitsbereich, den man aber erst festlegen kann, wenn Erscheinungen in der Natur von der Theorie nicht mehr beschrieben werden können, trifft die Theorie dann konkrete Aussagen über die Natur, die wiederum experimentell geprüft werden, ob sie auf die Natur auch wirklich zutreffen. Ich könnte es verstehen, dass Du es nicht für befriedigend hälst, dass physikalische Theorien bis jetzt hauptsächlich nur Näherungen oder Idealfälle der Naturgesetze erfassen können oder gar sich selbst untereinander nur als Näherungen enthalten. Deswegen sind sie aber keine "Einbildung". Selbstverständlich hat die Physik noch kein solides Fundament, wie die Mathematik die Mengenlehre hat. Wenn sie nämlich ein solches hätte, dann hätten wir bereits eine TOE (Theory of Everything) erreicht. Physikalische Theorien sind nämlich im wahrsten Sinne des Wortes induktiv und die Entwicklungen neuer Theorien erfolgt meißtens über ablative Schlüsse, wobei man meißt hinter einem unerklärlichen speziellen Phänomen, ein abstrakteres Naturgesetz formuliert (deswegen auch die experimentellen Überprüfungen der neuen Grundlagen einer Theorie). Man begann mit der direkt erfahrbaren Mechanik und arbeitete sich bis in den Mikrokosmos sowie Makrokosmos. Wenn es den theoretischen Physikern gelingt ein Axiomensystem zu finden aus dem alle bekannten und noch unbekannten Naturerscheinungen heraus beschrieben werden können, so wird die Physik auch ein solides Fundament in Deinem Sinne haben. Ok. Wie gesagt ist die Erkenntnisgewinnung der Physik hauptsächlich ablativ und nicht deduktiv, wie die der Mathematik. Sie arbeiteet praktisch in die umgekehrte Richtung und ist auf der Suche nach ihrem Fundament. Hmm, macht das die Mathematik nicht teilweise auch? Wenn Du aber die Physik für Einbildung hälst, weil sie sie kein für alle Theorien einheitliches Axiomensystem hat, Das ist nicht der Grund. wie reagierst Du denn in der Mathematik auf die Gödelschen Sätze? Die Widerspruchsfreiheit der ZF ist auch nicht gesichert. Ebenso steht immer noch die Unvollständigkeit mengentheoretischer Axiomensystem im Raum - wie z. B. Peano. Gödels Sätze signalisieren allgemein, dass ein Wahrheitsbegriff wohl nicht nur auf formaler Beweisbarkeit/Beweisen fußt. Diese Argumente sind hier hinfällig, weil sie nichts mit meiner Einstellung zu Naturwissenschaften zu tun haben.\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: cow_gone_mad am: Sa. 21. August 2004 17:27:19
\(\begingroup\)@Kuh: Eine Beschreibung muss man erklären, so meinte ich das. Also hast du nicht verstanden, was Physik ist. Nämlich die Physik braucht wie gesagt keine Erklärung.\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: blaster am: Sa. 21. August 2004 17:28:02
\(\begingroup\)Hi Martin! (Und schon wieder findet die Diskussion kein Ende :) ) Aber mich stört dabei sehr, dass irgendwie untergeht, dass man wirklich nur so tut. Ich finde das etwas radikal ausgedrückt. Das könnte man eher über die Philosophie sagen als über die Naturwissenschaften. In der Philosophie kann man zu einem bestimmten Thema zig Meinungen & Erklärungen haben, die alle plausibel klingen, aber in der Physik z.B. gibt es in der klassichen(!!!) Physik doch fast immer(!) nur eine plausible Erklärung, die dann auch allgemein ausgeweitet werden kann.Zum Beispiel hätte es ja sein können, dass Newtons Apfel magnetisch war und die Erde ihn deswegen angezogen hat, aber durch gleiche Erklärungen in fast allen Teilen der klass. Physik kann man sich der Gravitation doch relativ sicher sein. Dass diese Modelle niemals immer, überall und dauernd gültig sind ist klar, weil es eben keine allgemeine Beweisführung gibt und das zeigt ja auch die Relativitätstheorie (also dass alte Modelle über den Haufen geworfen werden können). Ich hoffe, ich konnte einigermaßen erklären, was ich damit sagen will :) Schöne Grüße Martin\(\endgroup\)
 

Re: Mit 'Physik Augen' durch die Natur und Umwelt
von: Martin_Infinite am: Sa. 21. August 2004 17:28:16
\(\begingroup\)Besser gesagt: Auf die Beschreibung muss man ja irgendwie kommen.\(\endgroup\)
 

 
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