Meine Physik        [ zurück ]      [ Stichworte ]      [ Literatur ]      [ Die Hyper-Bibliothek ]      [ Systemtheorie ]

Vorwort

Als Physik bezeichne ich eine Menge von Lehren, die verschiedene Begrifflichkeiten verwenden - und darüber quasi Religionskriege führen. Ein grosser Krieg, bei dem gerade Waffenstillstand herrscht, tobt zwischen der Einstein- und der Bohrfraktion. Ein kleiner Krieg, der an den Mengenlehre-Streit in den Volksschulen der 70er Jahren erinnert und gerade im Gange ist, tobt zwischen den Systemphysikern und der Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) darüber, wie Physik in der Schule unterrichtet werden soll. Der kleinere der beiden Kriege, der sich der Sache nach auch mit einer "kleineren" Physik befasst, veranlasst mich wieder einmal über meine "Physik" nachzudenken und mich zu fragen, was mir die Schulphysik überhaupt gebracht hat, zumal ich praktisch nichts mehr weiss, von dem, was ich in der Schule hätte lernen sollen oder von dem, was dort gelehrt wurde. Ich frage mich, ob eine effizientere Didaktik dazu geführt hätte, dass ich heute die Relevanz von physikalischen Lehren höher einschätzen würde. Mir ist eigentlich unklar geblieben, wozu der Physikunterricht in der Schule dienen sollte oder welcher Zweck damit verfolgt wird. Ich erkenne keinen Nutzen für mich, weil ich die Fragen, die mich in meinem Leben beschäftigen, nicht als physikalische Fragen sehe - oder eben nicht gelernt habe, solche Fragen so zu sehen. Mir scheint die Physik ist für Physiker und ein relativ kleiner Teil der Physik allenfalls auch für Ingenieure.
Ein mich interessierender Physikunterricht muss mir vor allem sagen, wozu ich Physik brauchen könnte. Aus meiner Schulzeit weiss ich, dass mir der Physikunterricht das Bestehen von Physikprüfungen erlaubte, die mir den Zugang zu höreren Schulen und damit schliesslich zu einem potentiell grösseren Einkommen verholfen haben. Dieser Nutzen ist natürlich prachtisch und wichtig, aber nur, weil die Schule so funktioniert, was mit Physik wohl nichts zu tun hat.

Eine pädagogische Legitimation, die ich schon oft gehört habe, sagt, dass der Physikunterricht das Denken fördere. Im eingangs erwähnten Streit wird etwas vorsichtiger vom physikalisch adäquaten Denken gesprochen. Dass das Denken überhaupt gefödert wird, scheint angesichts der Streitereien eher unwahrscheinlich. Die traditionelle Notation der Physik kennt weder einen Beobachter noch operationale Begriffe. In der Systemphysik wird die Notation durch Modellierungen im Sinne der System Dynamics bestimmt, was eine erhebliche Umstellung gegenüber der Tradition mit sich bringt, die sprachlich aber - wie sich im erwähnten Streit mit der DPG zeigt - kaum reflektiert wird. Auch die Systemphysik focusiert auf "Energie"und nicht auf operative Beschreibung von Konstruktionen, in welchen "Energie" eine Rolle spielt.

Als Denken bezeichne ich - wenn schon - die Reflexion des Beobachtens, was im Falle der konventionellen Physik als Metaphysik erscheinen würde, die beschreibt, was Physiker tun. In "meiner" Physik geht es vor allem um die Beobachtung, also um die Explikation oder um die Entfaltung des Gegenstandes in Form von Unterscheidungen und Bezeichnungen. Als generalisierte Beobachtung sehe ich das Messen. Es geht in diesem Sinne nicht um die Konstruktionen überhaupt, sondern um quantitative Aspekte der Konstruktionen. Als Physiker messe ich - G. Galilei folgend -, was messbar ist, und entfalte die Messbarkeit in Abstraktionen wie Kraft und Feld. Von der Systemphysik übernehme ich das einheitsstiftende Anliegen alle Messungen in ein und derselben Terminologie zu beschreiben.

Das, was ich von meinem Schulphysik-Wissen noch erinnere, ist eine Vorstellung der Physik als Naturwissenschaft und in diesem Sinne als eine Menge von Gesetzen, die empirisch prüfbare Gesetzmässigkeiten darstelllen. Physikalische Gesetze beschreiben physikalische Grössenzustände und deren bedingten Veränderungen durch "mathematische" Formeln, so dass man viel berechnen kann. Dabei werden Wörter aus der "natürlichen" Sprache als Eigennamen für Formeln verwendet. Ein typisches Beispiel dafür ist etwa der Ausdruck "Arbeit", mit welchem in der Physik etwas ganz anderes bezeichnet wird als in der natürlichen Sprache. In der Physik "versteht man" unter der Arbeit die mechanisch ausgetauschte Energie, während in der natürlichen Sprache mit dem Ausdruck eine bezahlte Tätigkeit bezeichnet wird, bei welcher der Energieaustausch keinerlei relevante Rolle spielt.

So weit ich sehe, gewinnt die Physik nichts dadurch, dass sie ihre Symbole mehrfach codiert. "F" ist ein Wort wie "Kraft" und wenn beides dasselbe bedeutet, ist es eigentlich unsinnig zwei Worte zu haben. Das physikalische "F" ist der Sache nach viel genauer definiert als das umangssprachliche Wort "Kraft". Es sind also zwei verschiedene Worte und in dieser Hinsicht ist es unsinnig, sie gleichzusetzen. Ich erkenne wohl, dass sich bestimmte Sachverhalte in einer "Formelsprache" effizient darstellen lassen, was sich bereits in der Verwendung von Ziffern statt Zahlwörtern zeigt und die algebraische Notation insgeamt begründet.

Die konventionelle Deutung davon, was in der vermeintlichen Formelsprache der Physik gesagt wird, entspricht einem idealistischen Materie-Begriff, der mit Energie gleichsetzt verwendet wird. Ich verwende einen materialistischen Materie-Begriff, der mit "Energie" nichts zu tun hat - und einen Energie-Begriff, der für ein quantitatives Verhältnis zwischen Energieträgern steht. In diesem Sinne ist Energie eine "Buchhaltungsgrösse" wie beispielsweise Aufwand oder Ertrag, die in einer Bilanz erscheint (also nicht etwas, was es gibt, sondern eine Kategorie, die ich beim Beschreiben verwende - was Physiker gelegentlich auch so tun).

Zur Darstellung der Physik

Ich beginne die Darstellung meiner Physik mit dem Beobachten meines Beobachtens, was in der Systemtheorie als Beobachten 2. Ordunung bezeichnet wird. Meine erste Frage ist, was ich als Physiker mache. Ich meine damit weder ich sei Physiker noch Physiker hätten sich zuerst gefragt, was sie eigentlich tun. Am Anfang war die Tat, die ich in der Darstellung reflektiere. Die Darstellung hat ihre eigene Logik - was wohl auch einen Teil des oben erwähnten Streites begründet.

Als Physik bezeichne ich eine Lehre über die Welt, nicht die Welt. Die Lehre ist ein schliesslich aufgeschriebener Text, in welchem Tat-Sachen als Fakten und Gesetzmässigkeiten beschrieben sind. Die Gesetze fallen nicht auf Steintafeln vom Himmel, sondern werden von einem Beobachter geschrieben. Gesetze sind nicht Teil der Welt, sondern Beschreibungen von empirisch prüfbaren, widerlegungsrelevanten Befunden, die ich als Resultate von spezifischen Beobachtungen begreife.

Als Teil der physikalischen Beobachtung sehe ich das Experiment, das die Beobachtung bestimmt und so wiederholbar macht. Ebenso wichtig wie das Experiment ist aber das Arbeiten mit Hypothesen, die bestimmen, was ich überhaupt beobachte. G. Galilei war der erste, der bewusst fiktive, ideale Gesetze erfand, etwa in der Fiktion des freien Falles, den er ja mit keinem seiner Instrumente sehen konnte.

Messen

Das für meine Physik relevante Beobachten bezeichne ich als Messen. Als Messen bezeichne ich das Vergleichen eines Gegenstandes mit einem konventionell gewählten und in der jeweiligen Hinsicht vergleichbaren Gegenstand. Ich unterscheide verschiedene Arten des Vergleichens, was ich durch verschiedene Grössenarten bezeichne. Ich kann etwa eine Fahnenstange messen, indem ich sie mit dem Ur-Meter verleiche und dabei ein Längenverhältis von beispielsweise 5,4 feststelle, oder indem ich sie mit dem Ur-Kilogramm vergleiche, und dabei ein Verhältnis von 7,3334 feststelle. Länge messe ich durch "nebeneinanderlegen", Gewicht messe ich durch "auf die Wage legen".

Die Grösse "Länge" repräsentiert in diesem Sinne eine Operation und nicht eine Eigenschaft der Welt.

Als Grösse bezeichne ich so die Hypostasierung einer Messoperation. Ich unterscheide pragmatisch (und in Anlehnung an die konventionelle Physik sieben Primärgrössen, die je einem Messverfahren entsprechen. Grösse sagt also nichts über ein Ausmass, sondern bezeichnet die Art des Ausmasses als Vergleichsoperation. Umgangssprachlich ist oft von der Grösse einer Menge die Rede. Dabei wird der Ausdruck "Grösse" anstelle von "Mächtigkeit" verwendet, also für eine Anzahl oder ein Ausmass, was wie der mathematische Ausdruck Menge, der eben nicht für eine Mächtigkeit steht, für viel Verwirrung sorgt.

Das Vergleichen ist eine von mir - als Beobachter - ausgeübte Tätigkeit. Wenn ich nicht vergleiche, gibt es keine Gleichheit und keine Verschiedenheit für mich. Und wenn mir jemand von einer Gleichheit berichtet, nehme ich an, dass er einen Vergleich gemacht hat. Indem ich vergleiche, bestimme ich operativ durch mein Tun, wie ich was vergleiche. Jede Messoperation ergibt deshalb ein Datum mit einer von mir festgelegten Qualität und einer Quantität. Die Qualität erscheint als Grösse und die Quantität als Wert zu dieser Grösse, den ich auf eine Normale beziehe, die ich Einheit oder Masseinheit nenne.

Eine Grösse kann also nicht grösser oder kleiner sein, und die Grösse, die ich als Länge bezeichne, ist das, was ich mit einer bestimmten Messoperation vergleiche. In diesem operativen Sinn gibt es Länge genau deshalb und insofern, als ich Gegenstände nebeneinander lege. Und jede andere Grösse führe ich auf eine bestimmte Messtätigkeit zurück.

Die Länge ist eine sehr anschauliche Sache, bei welcher sprachliche Ungenauigkeit kaum Probleme macht, eben weil sie sinnen-klar ist. Das Gewicht dagegen ist eine schon ziemlich komplizierte Geschichte, für die ich schon allerlei Erklärungen oder Erklärungsprinzipien wie Gravitation einführen muss. Wenn ich das Gewicht mit einer eigentlichen Waage messe

Prozess und Energie

Die in der Physik interessierenden Messungen betreffen Prozesspotentiale, die physikalisch als Letztheiten hinter den Prozessen stehen. Jeder Prozess ist eine Repräsentation von etwas, was ich als Energie messen kann.

Als anschauliches Leitbild dient in meiner Physik das sich drehende Wasserrad und dessen Inversion als Pumpe, wobei die Pumpe - von Hand angetrieben - historisch älter scheint als das Wasserrad.

Das wohl älteste .... Werkzeug ist der Pfeilbogen.

Strom

Als Strom bezeichne ich

Jede Messoperation unterliegt einer bestimmten Auflösung. Zwei in Bezug auf die Auflössung verschiedene Messungen am gleichen Objekt ergeben relative Makro- und Mikrozustände des Objektes.

Ich beziehe mich mit "meiner Physik", die ich nicht als Wissenschaft sondern als Konstruktivismus auffasse, auf die Systemphysik. Ich verwende aber die natürliche Sprache des konstruierenden Beobachters, der sich nicht darum kümmert, wie die Welt wirklich ist, sondern darum, wie er welche Maschinen konstruiert - und wie er diese kybernetisch beschreibt. Als anschauliches Leitbild dient in meiner Physik der Strom, in welchem Wasser vom Stausee auf das Wasserrad eines Generators fällt, der ein Pumpe antreibt, die das Wasser wieder in den Stausee befördert, was im idealisierten Fall einem Perpetuum mobile entspricht. Der hier beschriebene "Stausee" ist also kein natürliches Ding in einer bergigen Wirklichkeit, sondern typischerweise ein Spühlkasten, der im Sinne des Stock and Flow in einem Strom steht.
Anmerkung: Eine spezielle Messung betrifft die Dauer von Veränderungen, die ich im Vergleich mit der Dauer einer bestimmten Veränderung messe, etwa mit der Veränderung der Zeigerposition auf einer Uhr. Diese Messung kann ich nur in dieser Dauer vornehmen, während ich die Länge oder das Gewicht im Moment messen kann. Veränderung messe ich quasi doppelt: bei Wachstum beispielsweise messe ich die Länge und die Dauer. Umgangssprachlich messe ich dabei Raum und Zeit. Aber Raum und Zeit sind operativ gesehen Abstraktionen der Messung: ich messe nicht die Zeit von irgendeiner Veränderung, sondern ich messe eine Veränderung mit einer anderen Veränderung.

Wenn ich eine Schaufel verwende, bin ich in spezifischer Hinsicht effizienter als ohne Schaufel. Das ist ja der Sinn des Werkzeuges. Mit einer guten Schaufel kann ich schneller graben. Wenn ich einen Bagger verwende, bin ich noch effizienter und ich werde nicht so müde. Die Unterscheidungen, die ich damit einführe, bezeichnen Quantitäten, die ich als Resultat eines vergleichenden Messens erkenne. Mit der Schaufel wie mit dem Bagger vollbringe ich eine mehr oder weniger grosse Arbeit, von welcher ich einzelne Aspekte messen kann. Ich kann beispielsweise messen, wie viel Erde ich in welcher Zeit wie weit getragen habe.

Primaergroesse
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