Bøger i Facetten Der Physik serien

Von Experimenten und vom Experimentieren wird heutzutage in vielerlei Hinsicht geredet, wenn man nicht Versuche und Versuchen sagen will. Es gibt Versuchsanstalten hier und dort, experimentiert wird in der Musik und Malerei, bei Film und Theater, im Schulwesen. In all diesen Beispielen geht es um Fragen, die das Leben stellt. Große Zeichner und Maler der Renaissance und des Barock haben phantasie­ volle Einblicke in die Arbeitsräume von Alchemisten hinterlassen, die dem Betrachter suggerieren können, hier seien die wahren Brutstätten der Experi­ mentierkunst. In Wirklichkeit ging es dort um die Suche nach dem Stein der Weisen, um die Umwandlung unedler Metalle in Gold. Eine ganz andere Art des Experimentierens entsprang dem puren Drang nach Erkenntnis, nennen wir ihn den faustischen, oder sagen wir nüchterner: zweckfreie Forschung. In der Antike wurde die Notwendigkeit von Experi­ menten als Stütze und Kontrolle des reinen Denkens sporadisch erwähnt, etwa bei Plato. Sein Schüler Aristoteles hatte noch nichts dafür übrig. Er räumte dem Verstand absoluten Vorrang ein. Er leugnete die Existenz, ja sogar die Möglichkeit leerer Räume, Vakua, und seine Autorität ließ seine Anhänger fast zwei Jahrtausende für wahr halten, daß Körper um so schneller fallen, je schwerer sie sind, daß ein Stein vom hundertfachen Gewicht einer Münze hundertmal schneller am Boden ankomme, als die aus gleicher Höhe fallende Münze - drastisch ausgedrückt.

Anhand des radioaktiven Zerfalls gibt der Autor eine Einführung in die stochastische Theorie. Er geht von der Problematik der mathematischen Modellbildung aus und arbeitet mathematische Annahmen und Gesetzmäßigkeiten klar heraus. Beispiele und Übungsaufgaben stellen den Bezug zur Anwendungspraxis her, wobei Beobachtungen und Auswertung der Meßergebnisse in Zusammenhang mit dem radioaktiven Zerfall im Mittelpunkt stehen. Ein Kapitel ist der historischen Entwicklung der Radioaktivität und der stochastischen Modelle gewidmet.

Leslie Marder legt mit diesem Buch eine unmittelbar verständliche und mit vielen Abbildungen illustrierte Zusammenstellung der wichtigsten Streitfragen vor. Er schreibt vor dem Hintergrund einer emotional aufgeladenen Auseinandersetzung - haben doch einige, sogar bedeutende Wissenschaftler behauptet, Einstein wäre in seiner Relativitätstheorie ein gravierender Fehler unterlaufen. Bei der zunehmend praktischen Bedeutung, die die Zeitdilatation in der Physik gewinnt, ist dieser Überblick besonders wichtig, zumal der Autor die Facetten des Problems in einem größeren Zusammenhang behandelt.

Dieses Buch entstand aus einer Vorlesung, die ich unter dem Tite! "Darf man den Naturwissenschaften glauben" vor verschiedenen Auditorien gehalten habe. Auf Einladung der Van-Leer-Jerusalem-Stiftung konnte ich meinen Vortrag weiter ausarbeiten und in Form von vier ausgedehnten Seminaren im April 1975 einer hilfreich kritischen Gruppe von Philosophen, Geistes- und Naturwissenschaftlern prasentieren. Das Versprechen, mein Manuskript zur Veroffentlichung zu Uberarbeiten, fiel mir leicht, doch hatte es bereits ein gewisses Eigenleben angenommen und es dauerte noch zwei Jahre, bis ich es gezahmt und in die gegenwartige Form gebracht hatte. Als reiner Physiker versuchte ich, meinen Weg durch die umfangreiche Literatur zu diesem The­ rna zu finden und mir ein Urteil Uber die zahlreichen Streitfragen betreffend Fakten und Prinzipien zu bilden. Mein Dank gilt Richard Gregory fUr einige wichtige Bemerkungen zu meinen ursprUnglichen Notizen, und vie!en ande­ ren, die durch schwierige Fragen bei Vorlesungen und im privaten Gesprach an der Aufklarung kniffliger Probleme mitgeholfen haben. Rosemary Fitz­ gerald half durch das Samme!n der passenden Illustrationen, Lilian Murphy habe ich fUr die Reinschrift des Manuskripts zu danken. Bristol, J uni 1977 J. Z. VII 1 Grundlagen unserer Untersuchung "Naturwissenschaft kiimmert sich nicht urn Philosophie: Sie versucht nicht, ihre Wahrheit zu rechtfertigen oder ihre Bedeutung zu erkHiren. " Alfred North Whitehead 1. 1 Das Problem Dieses Buch entspringt aus zwei Quellen: aus einer Herausforderung und aus einer Theorie. Die Herausforderung betrifft die Bedeutung der Na­ turwissenschaft fiir den Wandel der Gesellschaft, die Theorie betrifft das We­ sen naturwissenschaftlicher Erkenntnis.

Fast jeder Wissenschaftler hat schon von der Katastrophentheorie gehort und wei~, da~ es dariiber in der letzten Zeit eine Menge Diskussionen gegeben hat. Allerdings wissen die meisten nur so viel iiber dieses Thema, wie sie vielleicht in irgend einem popular­ wissenschaftlichen Artikel gelesen haben. Ziel dieses Buches ist es, jedem Naturwissenschaftler und Studenten die Moglichkeit zu geben, sich auf einem relativ einfachen mathematischen Niveau ~ etwa einem einjahrigen mathematischen Universitatskurs ent­ sprechend ~ die Theorie so weit verstandlich zu machen, wie dies zum Selbststudium weiterfiihrender Arbeiten oder zu eigenen Untersuchungen notig ist. Viele Leser werden auf eine Menge von Konzepten sto~en, die fur sie neu sind; dies ist jedoch unvermeidbar, will man eine halbwegs angemessene Darstellung der Theorie geben. Trotzdem habe ich mich soweit als moglich auf die Verwendung bereits gebrauchlicher Begriffe konzentriert. Es ging mir darum, die Theorie zu erklaren; es ging mir nicht darum, formale Beweise anzugeben, und es ist dariiber hinaus eben aueh sehwierig, die Dinge in Begriffen verstandlieh zu machen, die gerade erst eingefiihrt wurden. Aus dem gleiehen Grund habe ieh gelegentlich bestimmte Bereehnun­ gen in einer ebenso direkten wie uneleganten Weise durchgefiihrt, auch wenn ein asthetiseherer Zugang moglich gewesen ware. leh war jedoeh stets darum bemiiht, mieh am Geist, wenn schon nieht am Buchstaben der Mathematik zu orientieren. Der Leser, der dieses Bueh als Einfiihrung verwendet und dann die Theorie in ihrer voUen Strenge studieren will, muG von dem hier Dargelegten niehts vergessen.

"Die vorliegende Fassung des Textes wurde anhand des englischen Originalmanuskriptes von Franco Selleri unter Mitarbeit von Roman U. Sexl erstellt."--T.p. verso.

gegeniiber.

l "Zeit" ist das meistgebrauchte Hauptwort der deutschen Sprache , woraus man schließen könnte, daß es sich um einen wohlverstandenen Begriff han­ delt. Allein der berühmte Ausspruch Augustinus': "Wenn mich niemand danach fragt, weiß ich's; will ich's aber einem Fragenden erklären, weiß ich's nicht", behält auch heute noch seine Gültigkeit. Diese Problematik, daß wir einerseits die gelebte Zeit als natürlich und vertraut empfinden und daß andererseits eine genauere Analyse des Begriffs Zeit oft auf Widersprüche führt, spiegelt sich in den meisten philosophischen Abhandlungen wider. Das Schrifttum zum Themenkreis "Zeit" ist derart umfassend, daß wohl kein Werk, welches sich heute mit diesem Problem befaßt, Vollständigkeit beanspruchen kann. Dementsprechend ist auch der Anspruch dieses Buches bescheiden: Es wurde der Versuch unternommen, an Hand einer kleinen Auswahl von Autoren die Entwicklung des Zeitbegriffs und die damit ver­ bundenen Problemstellungen über einen Zeitraum von mehr als zweitausend Jahren aufzuzeigen. Von den griechischen Philosophen ausgehend, ver­ schiebt sich mit der Entstehung der Einzelwissenschaften die Thematik von der Philosophie mehr und mehr zu den Naturwissenschaften. Dabei kommt der Physik als Grundwissenschaft für alle anderen Naturwissenschaften eine besondere Rolle zu. Neben Philosophen kommen daher aus den Naturwis­ senschaften hauptsächlich Physiker zu Wort. Bei der Auswahl wurde beson­ ders Bedacht darauf genommen, daß die aufgenommenen Beiträge aufeinan­ der Bezug nehmen bzw. sich ergänzen. Ihre chronologische Anordnung ver­ deutlicht die Abhängigkeit philosophischer Reflexionen und naturwissen­ schaftlicher Analysen des Zeitbegriffs vom jeweiligen Entwicklungsstand der Wissenschaften.

Reprint. Originally published: 4., erw. Aufl. Braunschweig: Vieweg, 1966. (Die Wissenschaft; Bd. 111) With new introd.

"Da Mathematiker stets in denselben Bahnen zu denken pflegen, haben sie das freie Feld der Gedan­ ken in eine Art Gleissystem gezwiingt und sind so versucht, querlaufende Spekulationen zu vernach­ liissigen. " (fames Clerk Maxwell im Jahre 1873 zu Herbert Spencer; vgl. Duncan 1908: 162) Es wird wohl niemand bestreiten, daß die Entwicklung der modernen Wissenschaft ein wesentliches Moment der neueren Geschichte der Zivi­ lisation bildet; die Wechselbeziehung zwischen den wissenschaftlichen Theorien und der Gesamtkultur wird jedoch nur selten genauer analy­ siert. Die Faszination vieler technischer Errungenschaften hat in Ver­ bindung mit der Schwerverständlichkeit der wissenschaftlichen Aus­ drucksform die Tatsache verschleiert, daß Wissenschaftler viele der in Philosophie, Literatur und Kunst maßgeblichen Ideen aufgegriffen haben oder zumindest davon beeinflußt wurden. Deshalb wollen wir hier einige Ideen, die in der theoretischen Physik des neunzehnten Jahrhunderts eine wichtige Rolle spielten, untersuchen und sehen, in welcher Beziehung sie zu Strömungen auf anderen Gebieten der Wissen­ schaft und der Kultur stehen. Die in Wissenschaft und Kultur auftretenden Ideen können auf verschie­ dene Weise miteinander verknüpft sein. Es kommt vor, daß eine Idee aus dem Bereich der Kultur in den der Wissenschaft überwechselt, wo sie bestimmte Theorierichtungen zu stimulieren, neue Experimente nahzulegen und zu neuen Entdeckungen zu führen vermag. Eben dies geschah mit dem aus der Romantik stammenden Gedanken der Einheit aller Naturkräfte.