Modelle in der Physik

… sind eben Modelle, also erheben gar nicht den Anspruch, die absolute Wahrheit zu sein (falls es eine solche gibt). Ein Modell taugt für einen bestimmten Bereich, für ein bestimmtes Erklärungs-Schema oder einen bestimmten Denkstil (Begriff von Ludwik Fleck). Alle unsere Methoden zur Beschreibung der Natur sind nach meiner Deutung stets ein Versuch, das (mit allen Sinnen oder Messgeräten) Beobachtete in ein Schema zu pressen. So wie jeder Messvorgang ein Vergleich der Realität mit einem bekannten Maß (grch.: metron: [μέτρον, métron]) ist, ist eben das Modell der Vergleich der (modernerweise möglicherweise unsichtbaren, mikroskopischen und teleskopischen) Realität mit etwas Bekanntem.

In meinem Beispiel (siehe unten) werden auf humorvolle Art die verschiedenen Modelle für Elektronen dargestellt. Ein fingierter Streit von Professoren um „die Wahrheit“ stellt wieder einmal unter Beweis, dass beim Streit um Wahrheit der Streit die einzige Wahrheit bleibt. Jedes der Modelle ist irgendwie, irgendwo richtig … manch eines genauer als ein anderes, aber für manche Zwecke taugt eben schon das ungenauere Modell.

Das ist nun einmal der Denkstil der modernen Naturwissenschaft. Man soll (wie seit der Antike nach Sparsamkeitsprinzip) die Modelle stets so einfach wie möglich gestalten. Wenn aber das einfachste Modell, z.B. die Hypothese der Thermodynamik und statistischen Physik, das Elektron sei ein Kügelchen, nicht mehr taugt, weil das Elektron am Doppelspalt Interferenzmuster zeigt, dann muss man halt das Modell wechseln. Wir verlassen also für diesen Versuch den Gültigkeitsbereich des ersten Bildes.

Weiters wünscht sich die Festkörperphysik ein Modell fürs Elektron nicht als einsames Teilchen, sondern als verschmiertes Etwas in einem Leitungs- oder Valenzband, wenn sie die Leiter-, Halbleiter- oder Nichtleitereigenschaften bestimmter Stoffe „erklären“ will.

Mit diesem Modell würde hingegen wiederum die statistische Physik, die ja eigentlich nur wissen will, wieviele Teilchen sich wie schnell bewegen, ziemlich kompliziert aussehen. In deren Anwendungsbereich sind Teilchen oder Quanten (Pakete) sehr viel praktischer als ein „Elektronensee“.

So gibt es in der Anschauung stets mehrere Modelle nebeneinander, die alle gleichzeitig ihre Daseinsberechtigung haben und von denen keins als „absolute Wahrheit“ betrachtet wird. Jedes Modell, also „Bild“ taugt für einen bestimmten Gültigkeitsbereich und für einen anderen nicht. So, wie auch jede mathematische Formel einen bestimmten Gültigkeitsbereich hat, manche Reihen oder Funktionen vielleicht im Bereich von \N (natürliche Zahlen) und andere im Bereich der reellen Zahlen \R

Die Wahrheit lässt sich also vllt augenblicklich reduzieren auf den Satz, dass es Elementarteilchen namens Elektronen gibt. Wie genau man die sich vorstellen soll, das hängt davon ab, was man gerade damit erklären möchte … und provoziert mithin die Frage, ob man sie sich überhaupt „vorstellen“ soll und muss.

Ich kenne kein Naturgesetz, dass besagt, dass der liebe Gott die Natur bis ins Allerkleinste und Allergrößte so geschaffen hat, dass sie in die Alltagsanschauung aller Menschen passt. Also: Was ist daran schlimm, wenn man sich ein unsichtbares Detail wie das Elektron eben nicht eindeutig „vorstellen“ kann?

chap:tDas Elektron

             (oder)

Rumpelstilzchen für Physiker

Sagt, was ist ein Elektron
fragt ein Student und will es lernen.
Professor A in wicht’gem Ton
belehrt, es sei leicht zu entfernen.

Zumindest gelt‘ das im Metall,
dort gibt’s ’nen Elektronensee.
Professor B lacht los mit Schall:
„Erzählen Sie nicht solchen Schnee!

Richtig ist, es gibt ein Gas
aus Elektron‘ der Atomhüllen.“
Professor C berichtigt das:
„Viel‘ Elektronen braucht’s zum füllen.

Doch eins allein ist eine Welle.“
Student bereut schon seine Frage
Professor D antwortet schnelle:
„Meine Herr’n, welch eine Plage!

Das Elektron ein Teilchen ist:
’ne kleine Kugel ist’s Elektron!“
Student verwirrt, wird Germanist,
Prof’s fahr’n fort mit Diskussion.

Und unser kleines Elektron?
Saust um den Kern, kichernd vor Hohn.

(Machmut Agathe Dalena)

 

Bilder sind niemals das Original, sondern eben nur Bilder davon … so wie bei Magritte eben das Bild der Pfeife nicht die Pfeife selbst ist:

Man kann sich das vorstellen, wie eine Abbildung in der Mathematik: Man hat das Original aus der realen Natur (Urbild, x-Wert einer Funktion) und das wird abgebildet auf ein Modell (y-Wert).

Wir sprechen im Alltag und in der Didaktik in solchen Bildern (also den y-Werten), weil sie unserer Alltagserfahrung entsprechen. Allerdings ist die wahre Natur der Dinge eben eine andere.

Oder? — Was meinen Sie?

Veröffentlicht von

"physics was my first love and it will be my last physics of the future and physics of the past" [abgewandelt: John Miles, http://www.youtube.com/watch?v=egwARrX1ik8 ] Die Autorin studierte im Doppelstudium Physik und Wissenschaftsgeschichte und anschl. Medienwissenschaften, Physikdidaktik & Philosophische Anthropologie als Promotionsstudium. Sie ist seit 1998 freiberuflich als Astronomin und zeitweise auch als Dozentin für Physik tätig. Derzeit erforscht sie die Wurzeln der abendländischen Astronomie. Aufgewachsen im wiedervereinigten Berlin, zuhause auf dem Planeten Erde. Frühere Arbeitsschwerpunkte waren * in Astrophysik: Stellarphysik; Mikrogravitationslinsen & Exoplaneten (1. Diplomarbeit); * in Technik- und Wissenschaftsgeschichte des 19. und 20. Jahrhunderts (2. Diplomarbeit). * in Astronomie- und Physikdidaktik: Aufbau und Entwicklung einer überregionalen außerschulischen naturwissenschaftlichen Jugendarbeit in Deutschland und im Rahmen des internationalen Jugendaustausches [Mitbegründerin des Astronom. Sommerlagers (ASL), VdS-Jugendreferentin, Initiatorin und Gründerin der VEGA e.V., Begründerin der Berliner SpaceCamps, Gründerin von Astronomie+Raumfahrt-Austauschprogrammen mit Russland und Kasachstan, Zusammenstellung von Lehreinheiten online auf www.exopla.net , historische Methoden zur Vermessung der Welt nachvollziehbar auf Schulniveau] und gleichzeitig in Philosophie/ Medienwissenschaft: Lingua sine Limitibus - Sprachen der Populärdidaktik und transkulturelle Kommunikation (bildliche Sprachen und Visualisierungen, Astronomiekarawanen in Mauretanien, Hotelsternwarte in Portugal). * während Abitur und 2x Doppelstudium finanzierte sie sich als Freiberuflerin [siehe www.urania-uhura.de] durch Popularisierung der Wissenschaften in vielen Medien. In Zusammenarbeit mit einem Reiseveranstalter erhielt sie 2006 einen Tourismuspreis. Aktuell erforscht sie durch Analyse von Gestirnlisten in Keilschrift und Altgriechisch durch computergestützte Datenanalyse die Zusammenhänge der babylonischen mathematischen Astronomie mit der hellenistischen Astronomie.

1 Kommentar Schreibe einen Kommentar

  1. Hallo Frau Hoffmann,
    ich habe Ihren Beitrag jetzt erst gelesen und kann Ihnen als Physiker nur zustimmen – vollkommen richtig was Sie schreiben. Wir bauen uns Modelle (Theorien) und die bilden einen Ausschnitt der Wirklichkeit mehr oder weniger verzerrt ab, davon meist nur einen sehr kleinen, und jedes Modell einen anderen. Was wirklich „ist“, ist ja eine Frage der Methaphysik. Leider sind viele meiner Kollegen bei der Darstellung Ihrer Erkenntnisse nicht so bescheiden, wie aus diesen Gründen angemessen wäre. Die Naturphilosophen sind andererseits zu tolerant gegen die stattfindende Grenzüberschreitung, es gibt auch nicht so viele, sie scheuen den Streit mit den Physikern.
    Grüsse Bernd

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