Grundlagen der Naturwissenschaften (Exner)

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Basiswissen

Die physikalischen Grundlagen der Naturwissenschaften: 1919 veröffentlicht, legen die 95 Vorlesungen des Physikers Franz Serafin Exner in klarer Weise den Übergang von der klassischen Physik des Newtonschen Weltbildes hin zur revolutionären Physik Einsteins und der Quantenwelt dar. Erwin Schrödinger sprach lobend von einem "lesbaren Lehrbuch ohne Formelkram^{[2, Seite 49]}". Das Inhaltsverzeichnis unten gibt eine Idee, von der Breite und Tiefe des Vorlesungsinhaltes.

I. Raum, Zeit, Masse und einige allgemeine Begriffe

1. Vorlesung: Die fundamentalen Begriffe Raum, Zeit und Masse. Der Begriff Raum, im Sinne Kants 3 — 9
2. Vorlesung: Die Raumvorstellung. Koordinaten. Mehrdimensionale und doppelt zusammenhängende Räume. Krummer und ebener Raum. Form des Kraftgesetzes in verschieden dimensionierten Räumen 10—17
3. Vorlesung: Die Euklidischen Axiome. Krümmungsmaß. Mögliche Formen unseres Raumes. Unendlicher Raum 18—24
4. Vorlesung: Bewegung und Zeit. Relative und absolute Bewegung. Achsendrehung der Erde. Aberration 25—32
6. Vorlesung: Die Galilei-Transformationen. Zeitmessung. Michelsons Versuch 33-40
6. Vorlesung: Relativitätstheorie. Längenänderung bei Bewegung. Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Gleichzeitigkeit 41—47
7. Vorlesung: Relativität der "Beobachtungen. Die Lorentz - Transformationen 48—52
8. Vorlesung: Lösung des Widerspruches,in Michelsons Versuch. Maximum einer möglichen Geschwindigkeit. Einfluß der Bewegung auf Zeitstrecken 53—57
9. Vorlesung: Andere Ekrlärungen des Michelsonsschen Versuches. Der Zeitbegriff in verschiedener Auffassung. Tendenzen im Naturgeschehen. Rückläufige Zeit. Keine absolute Zeit 58-66
10. Vorlesung: Die Masse. Beschleunigung und Gewicht. Schwere und träge Masse. Gleichheit derselben. • Scheinbare Massen. Longitudinale und transversale Masse 67—74
11. Vorlesung: Masse, abhängig von Bewegung. Ruhemasse. Masse der Strahlung. Prinzip der Konstanz der Massen 75—84
12. Vorlesung: Grundbegriffe der Mathemathik. Historisches 85—91
13. Vorlesung: Funktionsbegriff. Differentiation und Integration. Differentialquotienten 92—103
14. Vorlesung: Das Tangentenproblem. Maxima und Minima 104—116
15. Vorlesung: Die Dimensionen physikalischer Größen. Webers Gesetz. Dimensionsgleichungen 117—126
16. Vorlesung: Physikalische Einheiten. Fehlerrechnung 127—137
17. Vorlesung: Der Kraftbegriff. Arbeit. Lebendige Kraft 138—145
18. Vorlesung: Potentielle Energie. Energieumwandlungen. Gleichgewichtslagen 146—151
19. Vorlesung: Die Wärme. Temperatur. Absoluter Nullpunkt derselben. Mechanisches Äquivalent 152—167
20. Vorlesung: Chemische Energie. I. Hauptsatz. Energie der Erde. Sonnenstrahlung. Identität von Energie und Masse 158—163
21. Vorlesung: II. Hauptsatz. Kalorische Maschinen. Thomsons absolute Temperaturskala 164—171
22. Vorlesung: Entropie. Freie Energie. Zerstreuung der Energie 172—179
23. Vorlesung: Grenzen des zweiten Hauptsatzes. Entropie und Wahrscheinlichkeit. Elementare Gebiete in einem Gas. Verlauf der Entropiekurve. Schöpfungsakte 180—188
24. Vorlesung: Prinzip der virtuellen Bewegungen. Kräfte 189—195
25. Vorlesung: Erläuterung des Kraftbegriffes am Beispiel der Gravitation. Newtons Gesetz. Gravitationskonstante. Cavendish' Versuch. Wirkung einer kugelförmigen Masse 196—204
26. Vorlesung: Bestimmung der Erdmasse. Konstitution des Erdinnern. Erdbebenforschung 205—210
27. Vorlesung: Seismometer. Diskussion der Bebendiagramme. Meteorite. Gesetz von Titius 211-219
28. Vorlesung: Ebbe und Flut. Mondbewegung. Keplers Gesetze. Doppelsterne 220-226
29. Vorlesung: Kant-Laplaces Theorie 227—232
30. Vorlesung: Veränderungen der Erdoberfläche. Alter der Erde 233—236
31. Vorlesung: Geschwindigkeit der Gravitation. Unregelmäßigkeit der Planetenbewegung. Ausbreitung der Gravitation in einem krummen Räume. Negative Massen. 237—245
32. Vorlesung: Kraftströmung. Kraftlinien und Niveauflächen. Potential. Gleichungen von Laplace und Poisson. 246—252
33. Vorlesung: Gravitationsfeld der Erde. Homogenes Feld. Abweichung der Lotlinien 253-261
34. Vorlesung: Feld im Innern der Erde. Feld zweier Massen. Neutraler Punkt zwischen Erde und Mond 262-268
35. Vorlesung: Elektrisches Potential. Gleichgewicht einer Ladung. Kraftlinien und Gleichgewichtspunkte im Felde 269—274
36. Vorlesung: Satz von Gauss. Anwendungen desselben. Kraftfelder bewegter Massen 275—283

II. Die Materie und ihre Konstitution

37. Vorlesung: Realität der Außenwelt. Summe der Materie in der Welt. Atomistik . 287-293
38. Vorlesung: Chemie. Prousts Theorie. Atomgewichte. Strukturformeln. Chemische Kräfte . 294-303
39. Vorlesung: Materie und Elektrizität. Elektrolyse und Elektron 304-309
40. Vorlesung: Galvanische Polarisation. Dissoziationswärme. Atome der Elektrizität 310-316
41. Vorlesung: Isolatoren. Dielektrizitätskonstante. Franklins Theorie. 317—323
42. Vorlesung: Raumerfüllung der Materie. Gleichung von Clausius 324—329
43. Vorlesung: Teilbarkeit der Materie 330-333
44. Vorlesung: Die Aggregatzustände. Isotrope und anisotrope Körper. Hooks Gesetz der Elastizität 334-339
45. Vorlesung: Naviers Theorie. Elastizitätsmodulen. Elastische Wellen 340—346
46. Vorlesung: Anisotropie. Kristalle Konstanz der Flächenwinkel. Rationalität der Indizes 347—353
47. Vorlesung: Raumgitter. Kristallsysteme. Beugung der Röntgenstrahlen an Netzebenen 354—358
48. Vorlesung: Flüssige Körper. Kompressibilität. Innere Reibung. Diffusion. Kapillarität 359-366
49. Vorlesung: Tropfenbildung. Gleichgewichtsfiguren. Oberflächenspannung. Innendruck 367—372
50. Vorlesung: Die Gase. Gesetze von Gaylussac. Absoluter Nullpunkt der Temperatur. Gastheorie 373—379
51. Vorlesung: Avogadros Gesetz. Spezifische Wärmen. Innere Reibung. Maxwells Gesetz 380—388
52. Vorlesung: Geschwindigkeit der Moleküle. Durchmesser derselben. Methode von Loschmidt. Bestimmung molekularer Größen aus anderen Erscheinungen 389-395
63. Vorlesung: Ionen in Gasen. Zusammensetzung der Atmosphäre. Luftelektrizität 396-403
64. Vorlesung: Übergang zwischen festen und flüssigen Körpern. Lösungen. Phasenregel. Kolloide und Emulsionen 404—409
55. Vorlesung: Osmotischer Druck. Brownsche Bewegung. Zusammenhang mit Diffusion 410—417
56. Vorlesung: Übergang zwischen Flüssigkeiten und Gasen. Kritische Temperatur. Isothermen der Kohlensäure. Gleichung von van der Waals. Kritische Konstanten. Verhalten der Körper beim absoluten Nullpunkt der Temperatur 418-428
67. Vorlesung: Radioaktivität. Strahlungen. Spektrum und Wärmeentwicklung des Radiums. Ionisation durch Strahlen. Absorption derselben. 429—436
58. Vorlesung: Das Spinthariskop. Ladung und Masse der o-Partikel. Reichweite derselben 436—443
69. Vorlesung: Die ß-Strahlen. Ihre Geschwindigkeit. Die y- und cf-Strahlen. Zerfall des Radiums 444—451
60. Vorlesung: Das Zerfallsgesetz. Radioaktive Reihen. Die Uranreihe. Isotope Elemente. Begriff des chemischen Elementes 452—459
61. Vorlesung: Atommodelle. Kern und Ring. Stabile Ringe. Zeemann Effekt 460-466
62. Vorlesung: Verbreitung aktiver Substanzen. Wärmehaushalt der Erde. Alter der Erde. Resultate der radiologischen Forschung 467—474

III. Der Äther

63. Vorlesung: Wirkungen durch den Raum. Wellenbewegung und Strahlung. Newtons und Huyghens Theorie. Polarisation. Brechungsgesetz 477—485
64. Vorlesung: Foucaults Versuch. Strahlungsdruck. Versuch von O. Wiener. Bedingungen für das Zustandekommen von Wellen 486—492
65. Vorlesung: Elastische Theorie. Superpositionsprinzip. Harmonische Bewegung. Zusammensetzung von Schwingungen. Elliptische und zirkuläre Bewegung 493—503
66. Vorlesung: Longitudinale und transversale Wellen. Interferenz. Ohms Gesetz. Das weiße Licht 504-510
67. Vorlesung: Verschiedene wichtige Fälle von Interferenz. Stehende Wellen. Gruppengeschwindigkeit 511—616
68. Vorlesung: Elektromagnetische Theorie. Strahlung eines Oszillators. Wellengeschwindigkeit. Doppelbrechung. Amperes Magnete 517—624
69. Vorlesung: Dispersion. Wellenfläche. Strahlgeschwindigkeit. Krumme Strahlen. Unabhängigkeit optischer Gesetze von der Bewegung 525—532
XIX
70. Vorlesung: Lichtgeschwindigkeit. Energieströmung. Lichteinheit. Huyghens Prinzip 633—542
71. Vorlesung: Beugung. Babinets Prinzip. Beugung im Mikroskop 643—549
72. Vorlesung: Kohärente und inkohärente Strahlen. Interferenz derselben. Optische Weglänge 550—554
73. Vorlesung: Fermats Prinzip. Totale Reflexion. Lichtbewegung in Kristallen. Polarisation infolge des Prinzips von Fermat 555—564
74. Vorlesung: Wellen im Äther. Reststrahlen bis Ultraviolett. Doppiers Prinzip. 665-570
76. Vorlesung: Strahlung. Die Gesetze von Stefan, Wien und Planck. Emission und Absorption. Trübe Medien 571—579
76. Vorlesung: Kirchhoffs Gesetz. Normale und anomale Dispersion. Anwendungen der Spektralanalyse 580—586
77. Vorlesung: Bau der Atome. Schwingungen der Elektronen. Energie der Strahlung eines Dipols 687-693
78. Vorlesung: Bestimmung der Amplitude. Diskussion der linearen Schwingung. Atommodelle von Rutherford, Bohr und J. J. Thomson . 594—602
79. Vorlesung: Existenz des Äthers. Aberration. Fizeaus Versuch. Neu-
manns und Fresnels Theorie. Longitudinale und transversale Wellen . 603—609
80. Vorlesung: Lord Kelvins Äthertheorie. Dichte des Äthers. Starrheit desselben 610—615
81. Vorlesung: Anwendung der Spektralanalyse auf die Himmelskörper. Chemische Konstitution und Temperatur derselben. Anwendung von Doppiers Prinzip 616-626
82. Vorlesung: Gegensatz von Außen- und Innenwelt. Korrelation derselben in Bezug auf das Licht. Farbentheorie. Graßmanns Regeln. Newtons Prinzip und das Farbendreieck 626—634
83. Vorlesung: Sättigung der Farben. Begriff des Weiß. Young-Helmholtzs Theorie 635-640
84. Vorlesung: Bestimmung der drei Grundempfindungen. Festlegung von Farben. Die Funktion der Stäbchen und Zapfen im Auge 641—650
85. Vorlesung: Herings und Goethes Theorie der Farben 651—656

IV. Über Naturgesetze

86. Vorlesung: Exakte Gesetze und Regeln. Denkgewohnheiten. Zenons Paradoxa und Kants Antinomien 659—664
87. Vorlesung: Physikalische Gesetze als Durchschnittsgesetze. Fragliche Gültigkeit derselben in kleinen Gebieten. Beispiele 665 — 670
88. Vorlesung: Kausalität und Kausalitätsgesetz. Definitionen derselben. Neuer Kausalitätsbegriff. 671—676
89. Vorlesung: Der Zufall. Kriterien desselben. Wahrscheinlichkeitsrechnung. Würfelspiel 677-682
90. Vorlesung: Zufällige Schwankungen. Das Gesetz der großen Zahlen. Wahrscheinlicher Fehler. Der Zufall in der Meteorologie 683-687
91. Vorlesung: Zufall nur bei einer Vielheit möglich. Die Wahrscheinlichkeitsrechnung auf Vielheiten angewendet ohne Rücksicht auf Kausalität des Einzelfalles. Das Resultat zufälliger Einzelereignisse. Mikrokosmos und Makrokosmos 688—696
92. Vorlesung: Elementare Unordnung. Der zweite Hauptsatz als Wahrscheinlichkeitssatz. Ist nur im Makrokosmos gültig 696—702
93. Vorlesung: Kausalität nur im Makrokosmos zu beobachten. Grenzen der Gültigkeit exakter Gesetze 703-707
94. Vorlesung: Alle Gesetze können Wahrscheinlichkeitsgesetze sein. Gegenteilige Annahme von dynamischen und statistischen Gesetzen infolge reversibler oder irreversibler Vorgänge. Schwierigkeiten der Deterministen 708—714
95. Vorlesung: Zusammenfassung und Übersicht des in I bis IV behandelten Stoffes

Fußnoten

[1] Franz Serafin Exner: Vorlesungen über die physikalischen Grundlagen der Naturwissenschaften. Deuticke, Wien 1919, OBV.

[2] Erwin Schrödinger: Was ist ein Naturgesetz? Beiträge zum naturwissenschaftlichen Weltbild. Scientia nova, 5. Auflage, Oldenbourg, München 1997, ISBN 978-3-486-56293-4.