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Das Universum, und unser Platz darinnen







Willkommen im Grenzbereich zwischen klassischer und Quantenphysik, zwischen Realschule und Universität, zwischen gesundem Menschenverstand und unbegreiflicher Theorie


Wer Physik erfolgreich bis zur Realschule hatte oder sogar noch ein technisches oder naturwissenschaftliches Studium mit Physik im Nebenfach draufsetzte, kann mit dem erworbenen Wissen viele praktische Aufgaben lösen. Man kann damit Energiebilanzen für Häuser nachrechnen, Apps für Flugsimulatoren schreiben oder für sich überprüfen, für wie bedrohlich oder überbewertet man das Abtauen von Polkappen hält. Wer ein Händchen für den Umgang mit Formeln und Einheiten hat, kann damit in fast jedem Beruf fast jede Position erreichen. Man benötigt dafür weder Quanten noch Philosophie.

Das Schöpfwerk Jade nahe der Stadt Dangast. Man sieht das Wasserbauwerk bei ruhigem Wetter.
Schöpfwerke wie hier am Jadebusen pumpen Wasser aus dem Binnenland in das Meer. Ohne sie würden große Bereiche in Norddeutschland unter Wasser stehen. Ob man hier mehr elektrische Leistung benötigt als für ein Rechenzenzentrum kann man ganz ohne Quantenphysik berechnen. Hier wie fast überall wo es um angewandte Wissenschaften geht, genügen solide Kenntnisse der klassischen Physik.
Anders sieht es aus, wenn man so scheinbar unverfängliche Fragen stellt wie die, wie sich den ein Elektron bewegt, wenn es in einem elektrischen Leiter vom Minus zum Pluspol wandert. Fragen die mit "was ist" beginnen oder das Wörtchen "wirklich" beinhalten, lassen sich mit der klassischen Physik nicht mehr beantworten. Was ist Zeit? Was ist Materie? Was ist Licht? Was macht ein Elektron im Doppelspaltexperiment wirklich? Hier gelangen die Modelle und Formeln der Physik aus der Mittelstufe und oft auch aus dem Studium an ihre Grenzen. Wer sich für nicht ganz begriffstutzig hält, aber dennoch den Eindruck hat, die Physik "nicht wirklich" zu verstehen, ist vielleicht ohne es zu wissen an dieser Schallmauer angelangt.

Die leuchtende Spur von Elektronen in einer Nebelkammer und die kreisförmige Bahn von Elektronen in einem Magnetfeld
Die zwei Photos zeigen deutlich die Spur von Elektronen, links auf ihrem Weg durch eine Nebelkammer, rechts auf einer Kreisbahn in einem Magnetfeld. Doch wer hartnäckig bei der Frage, ob sich die Elektronen "wirklich" Punkt für Punkt und vorwärts in der Zeit auf Bahn bewegen, etwa auch im Inneren eines Atoms, stößt schnell an uralte philosophische und bis heute nur widersprüchlich beantwortete Fragen der Philsophie.
Wenn Fleiß und Training in der Schule oder im Studium alleine nicht mehr weiter helfen, wird vielleicht ein Umdenken dessen nötig, was Realität überhaupt sein könnte (und was nicht). Man ist dann an der Stelle, wo man sein bisheriges physikalisches Weltbild hinterfragen muss und sich mit den völlig andersartigen Zügen der bizarre Welt der Quanten und von Einsteins Theorien anfreunden sollte. Genau auf diesen Übergang zwischer einer nützlichen aber falschen sowie einer richtigen aber ganz andersartigen Denkweise sind die Erklärungen in unserem Physik-Lexikon ausgerichtet.

Ein Professor in Japan erklärt die Reflexion von Licht, den Durchgang von Wellen durch einen Doppelspalt
Ein Professor in Japan diskutiert die Reflexion von Licht, die Bewegung von Wellen durch einen Doppelspalt und welche Rolle dabei die Planck-Konstante spielt. Auf eine unscharfe Weise verschwimmen die Erkärungen der klassischen Physik mit den Begriffen der Quantenwelt. Die etwa 5000 Artikel in unserem Physik-Lexikon sprechen bewusst diesen schwierigen Grenzbereich an.

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Dieses Lexikon trägt den Namen Rhetos. Das ist altgriechisch und heißt so viel wie "mit Worten gesagt". Die Erklärungen hier sind vor allem in Fließtext gehalten. Formeln und Bilder bleiben eher im Hintergrund. Das ist aus mehreren Gründen bewusst so gemacht. Formeln alleine vermitteln keine Bedeutung. Es sind kompakt geschriebene Rechenanleitung. Mehr nicht. Die Gleichung E=hf kann man übersetzen als: die Energie eines Photons ist gleich einer Konstanten mal der Frequenz. Was sagt einem das? Was ist ein Photon? Was kann man mit der Frequenz einer Photons meinen? Wie oft es pro Sekunde zittert? Und welche Energie ist es? Die kinetische? Eine potentielle? Sonsteine? Erst wenn die Symbole der Formelwelt in die anschauliche Alltagssprache übersetzt werden, kann man sie mit Sinn verbinden. Diese Übersetzung möchten wir auf rhetos.de versuchen. Doch ob die physikalische Welt letztend Endes überhaupt anschaulich zu begreifen IST, gilt in der Philosophie nicht als ausgemacht Sache. Spätestens in den 1920er Jahren entfachten die völlig unerwarteten Versuchsergebnisse der neuen Quantenphysik genau darüber eine Diskussion: ist die Welt vielleicht gut berechenbar (Ingenieure nutzen genau das) aber dennoch ganz unverständlich? Oder brauchen wir, wie es der Physiker Anton Zeilinger fordert, einen neuen Immanuel Kant der Quantenphysik, um die Welt wieder verständlich zu machen?

Werner Heisenberg, Niels Bohr, Louis de Broglie und Arthur Holly Compton
Werner Heisenberg, Niels Bohr, Louis de Broglie und Arthur Holly Compton trugen zu den Versuchsergebnisse und Deutungen bei, die letztendlich zu einer bis heute viel zitierten und viel diskutierten Deutung der jungen Quantenphysik führten: das Geschehen in der Welt der Quanten kann mit verständlichen Worten nicht beschrieben werden.
Rhetos.de entstand als Schülerlexikon die Mathe-AC Lernwerkstatt in Aachen. Seit 2010 kommen dort Schüler, Schülerinnen, Auszubildende, Studenen, interessierte Erwachsene und Handwerk im Meisterkurs zusammen. Ein wiederkehrendes Motiv bei Rückmeldungen ist die Erwähnung der ruhigen Atmosphäre gemeinschaftlichen Lernens. Eine gesellige und zugleich produktive Atmosphäre wurde auch von vielen Wissenschaftlern an Bohrs Institut in Kopenhagen so geschätzt. Die Artikel im Lexikon stehen unter einem ständigen Praxistest. In Verbindung mit mehreren hundert Versuchen aus der Lernwerkstatt sollen sie eben jene zwei Aspekte der Physik vermitteln, die sich als rote Fäden durch alle Artikel ziehen: die Nützlichkeit für Schule, Beruf und Alltag sowie die tiefe philosophische Dimension der Frage nach der Realität, nach den eigentlichen Ursachen und dem letztendlichen Sinn und Zweck dieser Welt.

Lernende bei Experimenten zur Chemie, Physik und bei theoretischen Überlegunen an der Tafel
Die enge Verbindung von eigenen kreativen Tun mit der oft abstrakten Theorie hat sich immer wieder als wichtige Hilfe für ein tieferen Verständnis naturwissenschaftlicher Zusammenhänge bewährt. Die Text aus dem Lexikon beziehen sich oft auch langfristig angelegte praktische Versuche. Und gerade bei entspannten Versuchen ohne Zeitdruck entstehen oft genau die so nötigen Gespräche, in denen Kinder und Jugendliche beginnen, den Absprung von der kindlichen Vorstellungswelt einen Lego-Stein-Physik hin zu den abstrakten Konzepten moderner Auffassungen anzubahnen.
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