Jubiläumsblog – Der Schalttag und die Harmonie

Heute ist der erste Jahrestag dieses Blogs. Vor genau vier Jahren veröffentlichte ich hier meinen ersten Artikel. Ich war Anfang 2008 gerade wieder aus Schweden zurück in die Norddeutsche Heimat gezogen, als ich eine e-mail vom Spektrumverlag bekam. Der Redakteur Thilo Körkel fragte an, ob ich Lust hätte bei den SciLogs mitzumachen. Ich hatte einen Blog unter der Domain Quantenblog.de, den ich mehr oder weniger regelmäßig mit Inhalten füllte, und noch keine Idee, was genau so ein Blog eigentlich ist. Aber die Anforderungen waren nicht hoch: Ungefähr alle zwei Wochen sollte ich etwas schreiben. Freie Themenwahl, keine Vorgaben und kein Problem, wenn mal eine Weile gar nichts kommt. Dazu gab es ein kostenloses Spektrum der Wissenschaft Abo und eine Gemeinschaft von Bloggerinnen und Bloggern mit regelmäßigen Treffen. Was will man mehr?

Ich sagte also zu, bekam schnell den Zugang zu den Scilogs und konnte anfangen zu bloggen. Aber worüber? Damals dachte ich, ein aktuelles Thema sei poerfekt. Und was liegt Ende Februar in einem Schaltjahr näher als über das Schalten der Tage zu bloggen? Wenn ich diesen ersten Beitrag heute lese, finde ich ihn gar nicht so übel. Aber die Idee, es müsse etwas besonders aktuelles sein, war nicht die beste. Am 29. Februar 2008 war die Wissenschaftsbloggerszene voll von ähnlichen Erklärungen zum Schaltjahr. Aktuelle Themen können spannend sein, aber wie man an vielen meiner kürzlich geschriebenen Blogposts erkennen kann, können auch weniger aktuelle Artikel auf Interesse stoßen.

Baum

Die Natur neigt dazu, unregelmäßige Strukturen hervorzubringen.

Anfang 2008 habe ich mich viel mit den Seiten zu Zeiteinheiten auf meiner Homepage beschäftigt. Mit dem Jahr und dem Tag und wie sie eben nicht ganz zusammenpassen. Die Angewohnheit, aktuelles nicht aus dem Tagesgeschehen sondern aus meinen momentanen Interessen auszuwählen, habe ich beibehalten und sie bewährte sich als Quelle meiner unterschiedlichen Texte.

Im Moment beschäftige ich mich wieder viel mit Sozialwissenschaft und Philosophie. Zum Thema Schaltjahr fällt mir deshalb diesmal etwas eher Philosophisches ein: Ist Ihnen mal aufgefallen, wie wenig harmonisch es in der Natur vorgeht und wie viel Harmonie wir Menschen uns wünschen?

Kopernikus hat das sonnenzentrierte Weltbild nicht eingeführt, weil er einen hervorragenden experimentellen Durchblick hatte. Er hat die Erde so wenig in Bewegung gesehen, wie alle anderen. Und er wusste um die physikalischen Probleme, die eine bewegte Erde mit sich bringen würde. Zu diesen gehörte die Beobachtung, dass ein Stein senkrecht hinunter fällt und nicht hinter der Bewegung der Erde zurück bleibt. Dazu gehörte auch die unbeobachtete Parallaxe der Sterne, also die Tatsache, dass man die Sterne über die Jahreszeiten immer im selben Winkel sieht.* Ersteres konnte erst Gallileo viel später mit seiner Relativitätstheorie ausräumen. Das zweite Problem löste Kopernikus selbst, indem er postulierte, dass die Sterne sehr viel weiter entfernt sein müssten, als man bis dahin annahm.

Kopernikus ging nicht von anderen Beobachtungen aus, als seine Zeitgenossen. Er war kein Empiriker. Er suchte nach Harmonie. Nach einem Weltbild, das durch die perfekte Kreisbahn beschrieben werden kann. Nach seinem Weltbild bewegten sich die Planeten Merkur, Venus, Erde, Mars, Saturn und Jupiter auf perfekten Kreisen harmonisch um die Sonne. Der Mond rotierte auf einem Kreis um die Erde. Dieses Weltbild war nicht exakter als das alte erdzentrierte von Ptolemäus. Im Gegenteil, es war falsch. Wie Kepler später fand, bewegen sich die Planeten gar nicht auf idealen Kreisen, sondern auf weniger harmonischen Ellipsen. Kopernikus’ Weltbild löste auch keine neuen Probleme. Es beschrieb nicht mehr als das alte Weltbild. Es war nur einfacher und eleganter und bediente das Harmoniebedürfnis seines Schöpfers.

Aber was hat das mit dem Schalttag zu tun? Der Schalttag erinnert uns in einem anderen Punkt daran, wie unharmonisch die Welt ist. Er entsteht nämlich dadurch, dass die Rotation der Erde und der Umlauf der Erde um die Sonne in keinem besonders einfachen Verhältnis stehen. Das Verhältnis ist nicht genau 365 Tage pro Jahr, was ja schon keine besondere Zahl wäre. Es ist nicht einmal genau 365¼, sondern näher an 365,2425. Das macht die etwas komplizierte Schalttagregelung notwendig. Und deshalb kommt dieser Tag, der 29. Februar, nur alle vier Jahre vor und fällt in vier Jahrhunderten auch noch dreimal aus.

Noch chaotischer wird es, wenn wir die Mondbahn dazu nehmen: Der Mond braucht etwa 27,32 Tage+ um die Erde zu umrunden. Das ist 13,37 Mal im Jahr. Auch hier ist nichts von einer besonderen Harmonie zu erkennen. Es ist einfach vieles Zufall, was wir so beobachten. Dennoch ist es faszinierend, wie einfach die grundlegenden Gesetze der Physik zu sein scheinen. Man kommt mit erstaunlich wenigen Konzepten aus, wenn man Physik studiert. Dieselben Formeln und Näherungen begegnen uns immer wieder. Aber ist diese scheinbare Harmonie der Naturgesetze eigentlich eine Eigenschaft der Natur? Oder konstruieren wir uns die Gesetze so einfach, weil Menschen nun mal so verschaltet sind, dass sie überall Muster sehen? Damit wären wir wieder beim Konstruktivismus.

Die Annahme der Harmonie hat Kopernikus zu der Theorie geführt, die die kopernikanische Wende und letztlich die moderne Herangehensweise an Physik herbeigeführt hat.  Eine ganz ähnliche Annahme hat Einstein angetrieben, seine allgemeine Relativitätstheorie zu entwickeln. Mir scheint, dass diese Annahme, so unbegründet sie bei genauem Hinsehen ist, sehr konstruktiv wirkt. Selbst wenn die Welt gar nicht harmonisch ist. Der Schalttag erinnert uns fast jedes vierte Jahr daran.

Anmerkung
*Mit modernen Geräten kann man die winzige Parallaxe der näheren Sterne heute messen. Mit dem bloßen Auge, auf das sich Kopernikus und seine Zeitgenossen verlassen mussten, ging das nicht.

+Zahlenangabe nach “Chambers Science Factfinder”, Chambers Harrap Publishers (2006) ISBN 0550101489

Veröffentlicht von

www.quantenwelt.de/

Joachim Schulz ist Gruppenleiter für Probenumgebung an der European XFEL GmbH in Schenefeld bei Hamburg. Seine wissenschaftliche Laufbahn begann in der Quantenoptik, in der er die Wechselwirkung einzelner Atome mit Laserfeldern untersucht hat. Sie führte ihn unter anderem zur Atomphysik mit Synchrotronstrahlung und Clusterphysik mit Freie-Elektronen Lasern. Vier Jahre hat er am Centre for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg Experimente zur kohärenten Röntgenbeugung an Biomolekülen geplant, aufgebaut und durchgeführt. In seiner Freizeit schreibt er zum Beispiel hier im Blog oder an seiner Homepage "Joachims Quantenwelt".

9 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Schalttage

    Ja, witzig bspw., dass 2000 ein Schaltjahr war, 1900 aber nicht, was viele nicht wissen.

    Zu:

    Was will man mehr?

    Wissenschaftliche Verbundsysteme und V-Systeme jeder Art profitieren einerseits von der konzentrierten Weiterentwicklung und vom Konsumentenaustausch (Dr. W hier eine Ausnahme).

    MFG + weiterhin viel Erfolg!
    Dr. Webbaer

  2. The fractal nature of nature

    Verwandtschaften zwischen Strukturen unterschiedlicher Skalen, die sich als Rekursivitäten mit Unterschiedlichkeiten oder Symmetriebrüchen repräsentieren können auch mit dem Konzept der Fraktalität verstanden werden. Das interessante an Fraktalen ist ihre Nähe zu Algorithmen und eine gewisse Ferne zur klassischen Vorstellung von der Welt als eines glatten, stetigen, überall differenzierbaren Kontinuums.

    Allerdings ist es eine offene Frage, inwieweit Fraktalität mehr ist als ein Beschreibungsmittel für Muster, inwieweit sie also in den grundlegenden physikalischen Gesetzen repräsentiert ist oder vielleicht noch gefunden wird.

    Was wir nämlich als Unregelmässigkeiten und Holprigkeit in der Bahn der Planeten beispielsweise sehen verstösst in keiner Weise gegen die Annahme von “glatten” Naturgesetzen, sondern es resultiert einfach aus dem “Vielkörperproblem”, das heisst aus der Tatsache, dass beispielsweise Planetenbahnen von vielen anderen Körpern – nicht nur von der Sonne – beeinflusst werden. Die Idee von der Harmonie, die wir scheinbar bei genauerem Hinschauen aufgeben müssen, gibt es auf der Stufe der grundlegenden Naturgesetze weiterhin und kann in Systemen, die nahe an idealisierte Modelle wie die Massenpunktmodelle herankommen, sogar beobachtet werden.

    Ein Beispiel für einen natürlichen Zeitgeber höchster Präzision sind heute Pulsare, die um Faktoren von Milliarden periodischer sind als Planetenbahnen.

  3. “Fraktalität”

    @Holzi

    Allerdings ist es eine offene Frage, inwieweit Fraktalität mehr ist als ein Beschreibungsmittel für Muster, inwieweit sie also in den grundlegenden physikalischen Gesetzen repräsentiert ist oder vielleicht noch gefunden wird.

    Warum soll sie mehr sein als eine Beschreibung, wenn sie doch vom Erkenntnissubjelt näherungsweise gefunden worden ist?!

    Auch die “physikalischen Gesetze” sind eben gesetzt oder Setzungen und existieren – aus Sicht des X-isten – nicht aus sich heraus, sondern sind eben besonders dichte quasi axiomatische Setzungen.

    MFG
    Dr. Webbaer (der dbzgl. auch Pulsaren -ohne weiteres – keinen weiteren Erkenntnisgewinn abzweigen kann)

  4. Harmonie == Einfachheit

    Das kopernikanische heliozentrische Modell ist geometrisch einfacher als das geozentrische und ebenso ist die Raum-/Zeitgeometrie der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie die einfachste “Geometrie”, die Phänomene wie die konstante Lichtgeschwindigkeit oder die Aequivalenz von Beschleunigung und Gravitation modelliert.

    Wenn Joachim schreibt:

    Mir scheint, dass diese Annahme [der Harmonie], so unbegründet sie bei genauem Hinsehen ist, sehr konstruktiv wirkt. Selbst wenn die Welt gar nicht harmonisch ist.

    so legt er nahe, dass Harmonie, aufgefasst als konzeptionelle Einfachheit, Anwesenheit von Symmetrie und Periodizität, eine Täuschung ist und beim genaueren Hinsehen ein “nicht-harmonisches” von Unregelmässigkeiten bestimmtes Bild entsteht.

    Doch diese Unregelmässigkeiten erfordern bis jetzt gar keine Korrekturen bei den Gesetzen der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie, denn sie sind durch die Komplexitität der beteiligten Körper bestimmt und nicht durch unerlaubte Vereinfachungen der SRT oder ART.

    Anders war es beim heliozentrischen Weltbild von Kopernikus, das eigentlich mit der Annahme der Planetenkreisbahnen von Beginn weg falsch war – und dennoch eine Revolution – eben die kopernikanische – ausgelöst hat.

    Was kann man daraus lernen: Ein einfaches Modell voller Symmetrien hilft einen oft sogar dann, wenn es falsch ist und ist einem komplexen “unharmonischen” Modell aus prinzipiellen Gründen vorzuziehen. Einsteins Diktum:
    Nach unserer bisherigen Erfahrung sind wir zum Vertrauen berechtigt, dass die Natur die Realisierung des mathematisch denkbar Einfachsten ist.
    war schon zu Kopernikus Zeiten gültig und wird wohl immer noch stimmen.

  5. @Webbaer

    Mir ist aufgefallen, dass Sie beinahe zu allem einen Kommentar haben. Können wir uns darauf einigen, das in Zukunft auf die Fälle zu beschränken, wo es tatsächlich direkt zum Thema geht?

    Also überlegen Sie in Zukunft einfach, ob es wirklich hilfreich ist, alles zu kommentieren und verzichten Sie bitte auf Anreden wie @holzi. Es ist durchaus zumutbar, den Namen auszuschreiben. Ich behalte mir vor, Ihre Kommentare, wenn sie mir substanzlos oder respektlos erscheinen, unangekündigt zu löschen.

  6. Deine Überlegung fasziniert mich, vor allem in meiner Eigenschaft als Mathematikerin. Der Mathematik wird oft vorgeworfen, realitätsfern zu sein, also Elemente der Wahrnehmungsrealität zu sehr zu abstrahieren und daher keinen anwendbaren Erkenntnisgewinn zu liefern. (Man denke zum Beispiel an die punktförmige Kuh im Vakuum :D)

    Aus deinem Artikel lässt sich eine andere Sichtweise der Mathematik ableiten: Danach wäre der Zweck der Mathematik nicht, die Realität möglichst genau zu beschreiben, sondern möglichst logische, in sich stimmige und “schöne” Gedankengebäude zu bauen. Erst die Existenz dieser theoretischen Konzepte versetzt einen in die Lage, Theorien zu entwickeln, die über unsere Wahrnehmungsmöglichkeiten der Realität hinausgehen.

    Ich danke dir für diese intessanten Gedankengänge und gratuliere dir und deinem Blog herzlich zu diesem schönen Jubiläum!

  7. @Joachim Schulz

    Das war halt die Art und Weise des Schreibers dieser Zeilen Ihnen mitzuteilen, dass Ihr Exkurs natürliche Zahlen und die “Fraktalität” betreffend, damit einen Harmoniegedanken adressierend, hier als etwas ‘substanzlos’ aufgefasst worden ist. Löschen Sie gerne, MFG, Dr. Webbaer

  8. Einsteins Diktum

    Einsteins Diktum:
    Nach unserer bisherigen Erfahrung sind wir zum Vertrauen berechtigt, dass die Natur die Realisierung des mathematisch denkbar Einfachsten ist.
    war schon zu Kopernikus Zeiten gültig und wird wohl immer noch stimmen.

    Die ‘Einfachheit’ ist auf Grund der denkbaren unterschiedlichen Mathematisierung durch unterschiedliche Erkenntnissubjekte nicht konkret zu bestimmen.

    Occam rät bspw. Theoretisierungen mit möglichst geringem Überbau zu konstruieren, ein Rat dem sich Dr. W anschließt, also auf die Aktiva bezogen, was ist aber aus Konsumentensicht, aus der Sicht der Passiva festzustellen, wenn die Theoretisierung aus deren Sicht zu komplex ausfällt?`

    A: Gar nichts. Aus Sicht des Abnehmers theoretisierender Leistung kann nicht ohne weiteres mit Hilfe “Ockies” eine Vereinfachung gefordert werden.

    MFG
    Dr. Webbaer

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