Eine Reise durch die Geschichte der Physik: Von der Relativität zur Quantenmechanik

Relativitätstheorie

Albert Einstein, ausgehend von der Entdeckung des photoelektrischen Effekts, kam zu dem Schluss, dass sich Licht wie eine Welle und ein Teilchen verhält und seine Geschwindigkeit konstant ist. Dies war der Beginn der Relativitätstheorie. Laut dieser Theorie gibt es keine absolute Bewegung oder einen festen Bezugspunkt wie in der Newtonschen Physik. Es existiert eine Raumzeit. Masse und Energie sind austauschbar. Diese Theorie erklärt die beschleunigte Bewegung von Körpern und die Schwerkraft als eine Krümmung von Raum und Zeit.

Quantentheorie

Diese Theorie versucht, die Struktur der Materie auf atomarer und subatomarer Ebene zu erklären. Im Jahr 1900 zeigte Max Planck, dass Materie Energie in begrenzten Einheiten absorbiert, die Quanten genannt werden. Später sagten andere Physiker, dass Materie aus Atomen besteht und machten diese kleinen Teilchen sehr nahe an der Grenze des Beobachtbaren. Diese Teilchen haben eine doppelte Natur: Manchmal verhalten sie sich wie Massenpunkte und manchmal wie Wellen. Es gibt nur eine mathematische Formel, die die Natur der subatomaren Welt ausdrückt, im sogenannten Heisenbergschen Unschärferelationsprinzip. Es besagt, dass man entweder die Geschwindigkeit oder die Position eines Teilchens vorhersagen kann, aber nicht beides. Ende des Determinismus.

Der Urknall und das neue Gesicht des Universums

Die Herausforderung der modernen Physik ist die Vereinigung von Relativitätstheorie und Quantentheorie. Die Quantenrevolution brachte die Entdeckung von zwei neuen Kräften: die schwache Kernkraft, die auf Protonen und Neutronen im Atomkern wirkt, und die starke Kernkraft, die die Kerne von Atomen zusammenhält und eine außergewöhnliche Energie in einem sehr begrenzten Bereich entwickelt. Sie wirkt der Gravitation entgegen und ist die stärkste Kraft. Die elektromagnetische Kraft führt durch die Anziehung und Abstoßung von Protonen und Elektronen (Strom) zum Zusammenhalt der Atome. Diese werden 4 Kräfte oder "Strings" genannt, aufgrund ihrer energetischen Funktion des Zerfalls oder der Bindung. Die Superstringtheorie versucht, das gesamte Universum als aus abstrakten Einheiten wie einer Saite zu beschreiben, die unendlich kleine Schwingungen ausführt und sich innerhalb eines Spannungsfeldes dreht. Die Teilchen wären Schwingungsknoten in den Saiten. Die konsistenteste Theorie über den Ursprung des Universums ist der Urknall. George Gamow schlug, basierend auf früheren Studien der Hintergrundstrahlung des Universums, ein Bild von diesem ersten Moment vor, in dem das Universum expandierte. Es war eine riesige Explosion eines ersten Punktes mit fast unendlicher Energie, hohen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und hoher Dichte. Raum und Zeit entstanden in derselben Explosion, und die ersten Teilchen und Kerne von Wasserstoff und Helium wurden in Billionstelsekunden gebildet. Unter dem Einfluss der Schwerkraft konnten sich Atome zu Sternen und Planeten zusammenballen. Das Universum könnte sich weiter ausdehnen oder in einer Implosion (Big Crunch) enden, bei der alle Komponenten wieder zu dem ursprünglichen Teilchen verschmelzen würden.

Zwei Positionen in der Moderne

Die moderne Annäherung an die Idee des Wissens versteht Wissen als einen Prozess, der zwei Elemente beinhaltet: ein erkennendes Subjekt und ein bekanntes Objekt.

Empirismus

Wissen beginnt und endet mit der Erfahrung, ausgehend von den Informationen der Sinne. Es geht von der Idee aus, dass der Verstand wie eine leere Seite ist, auf der all das Wissen aus dem Kontakt mit der Realität gedruckt wird. Hume unterscheidet zwei Arten der Wahrnehmung: unmittelbare Eindrücke, die das Objekt der Beobachtung sind, und einfache Ideen oder Kopien von Eindrücken. Komplexere und abstraktere Ideen werden durch die Verknüpfung der einfachsten nach bestimmten Gesetzen gebildet.

Rationalismus

Die Rationalisten des 17. und 18. Jahrhunderts setzten das Vertrauen in die Vernunft als Instrument des Menschen, um die Prozesse zu entdecken, die in der Realität ablaufen: Die Sinne spielen eine untergeordnete Rolle. Der Geist konstruiert die Realität durch die Tätigkeit der Vernunft und entwickelt Ideen. Descartes überträgt das Vertrauen von sensorischen Informationen und sucht nach angeborenen Ideen, auf denen wahres Wissen beruht.

Antike Wissenschaft

Das Universum ist ein großer, hierarchischer und differenzierter Raum. Der Raum wird als endlich gedacht und sein Zentrum ist die Erde (geozentrisch). Es ist ein dynamisches Universum, in dem sich alles bewegt und von einem anderen bewegt wird. Letztendlich wird alles von einem unbeweglichen ersten Beweger bewegt, einem Universum, das mit einem Zweck ausgestattet ist (Teleologie). Im 2. Jahrhundert schrieb Ptolemäus den Planeten eine doppelte Umlaufbahn zu. Dieses System blieb bis zur Renaissance bestehen und wurde vom Christentum assimiliert. Der erste Beweger des Aristoteles wurde mit Gott und die supralunare Welt mit dem Himmel identifiziert. Die mittelalterliche Interpretation der Welt, die sich auf Gott und die supralunare Welt konzentrierte (Theozentrismus), wurde gebildet.

Die neue Wissenschaft

Der neue Perspektivenwechsel der Renaissance hat folgende Merkmale: Heliozentrismus, mathematische Entdeckung und eine Haltung der Beobachtung und Beherrschung der Natur. Die alte Wissenschaft entstand und betrachtete die Qualitäten der Dinge. Die neue Wissenschaft misst und legt Gesetze fest, um sie zu kontrollieren.

Newtonsches System

Das gesamte Universum unterliegt dem Newtonschen Gravitationsgesetz. Das endgültige Bild ist das eines großen Uhrwerks, das durch notwendige Gesetze reguliert wird und in dem Raum und Zeit absolute Referenzen für jede Bewegung sind. Dieses System wird vom Determinismus beherrscht.

Universum

Alle Objekte im Plural. Es wird auch als Synonym für die Begriffe Kosmos verwendet, insofern es sich um ein geordnetes Ganzes handelt, und Welt, wenn es sich auf den Bereich des Menschen bezieht.

Dynamik

Teil der Physik, der die Beziehung zwischen Kräften und Bewegungen untersucht.

Teleologie

Der Teil der Philosophie, der die Zwecke der Dinge untersucht. Die teleologische Sicht des Universums verteidigt die Existenz einer Ordnung oder eines bestimmten Zwecks in der Struktur.

Teilchen

Elementarer Bestandteil der Materie. Nicht darstellbar, sondern ein mathematisches Konstrukt, da ein Teilchen weit von der Strahlung entfernt ist.

Emergente Eigenschaften

Neue Eigenschaften, die ein System erwirbt und die auf früheren Eigenschaften beruhen. Sie sind irreduzibel und treten in offenen Systemen auf.

Schwarzes Loch

Raum-Zeit-Verformung, die aus einem sterbenden Stern resultiert, der sich abkühlt und ein starkes Gravitationsfeld erzeugt.

Erfahrung

Erfassung von Informationen durch die Sinne. Objekt: Alles, was Gegenstand des Wissens oder der Wahrnehmung eines Subjekts sein kann. Phänomen: Das, was durch die Sinne wahrgenommen und entsprechend der Struktur der Sensibilität des Subjekts organisiert wird.