Zum Weltbild der modernen theoretischen PhysikLa science est totalement amorale, et

complètement irresponsable. La science répond à des questions..., mais ne prend pas

de décisions. Les humains prennent des décisions...(David Ruelle)

Inhalt

Einführende Bemerkungen

1. Eine kurze historische Exkursion

2. Die Krise des mechanistischen Weltbildes

und die Geburt der modernen Physik

3. Von den revolutionären Veränderungen

im physikalischen Weltbild im ersten

Viertel des 20. Jahrhunderts

4. Ein paar “philosophische” Anmerkungen

Einführung

Welt ungeheuer kompliziert und irrational – Menschen haben Bedürfnis, sich darin mit den Mitteln der Vernunft zurechtzufinden –> “condition humaine” ist absurd!

Physik befasst sich nur mit vergleichsweise sehr einfachen und isolierten Phänomenen in der unbelebten Natur, von den kleinsten Bereichen der Elementarteilchen bis zu den grössten des Universums.

Dieses Unternehmen ist ungeheuer erfolgreich! Die ganze Technik beruht auf den Entdeckungen der Physik, und sie hat unser Leben drastisch verändert.

Was ist Physik?

Naturphilosophie –> Disziplinen: Astronomie, Physik, Chemie, Biologie,... Beobachtende und Experimentalphysik, rechnergestützte

und theoretische Physik “In our description of Nature the purpose is not to disclose

the ‘real essence’ of the phenomena but only to track down, so far as it is possible, relations

between the manifold aspects of our experience.”(Niels Bohr)

Unerklärliche Effizienz der Mathematik in der Physik (Eugene Wigner)

Kurze historische Exkursion

Abendländische Begründer der neuzeitlichen Physik:Kopernikus, Kepler, Bruno, Galilei, Newton, Fermat,...Für sie ist Wirken Gottes in der Welt eine Gewissheit – imGegensatz zu antiken Denkern, wie Seneca, Archimedes,...Galilei: Welt ist Werk Gottes; ein Buch, in dem wir lesensollen, damit wir die Schöpfungsgedanken Gottes kennenlernen. Es ist in der Sprache der Mathematik geschrieben. Gott ist der grosse Geometer.Gestörtes Gleichgewicht in Newtons deterministischem Weltbild: Kein Platz für Eingriffe Gottes –> Seelische Krise

Dem Andenken an Markus Fierz gewidmet

1912 - 2006

Johannes Kepler

Galileo Galilei

Isaac newton

Gottfried w. leibniz

Leonhard euler

demokrit

Mechanistisches Weltbild

Leukipp & Demokrit: Atomismus Kausalgesetz Eherne NaturgesetzeNewton: “Hypotheses non fingo” Popper: Naturgesetze lassen sich nicht beweisen, sondern nur experimentell

verifizieren oder falsifizieren.19. Jahrh.: Mechanik, Optik, Elektrodynamik, Thermodynamik –Versuch einer Vereinheitlichung: Rückführung auf Mechanik,

AetherhypotheseVerbannung religiöser Vorstellungen und des Leib-Seele Problems aus

der Physik!

Krise des mechanistischen Weltbildes, Geburt der modernen Physik

Hertz: Atome der Chemiker sind zusammengesetzte GebildeThomson: Entdeckung des Elektrons (e-)(Hertz und) Rutherford: planetares Modell der Atome

Probleme im Rahmen der klassischen Physik: Atome instabil, verstrahlen Keine Erklärung der atomaren Spektrallinien (Balmer) Träge Masse des e- hängt von Geschwindigkeit ab Keine Bewegung der Erde relativ zum Aether nachweisbar (M – M) Symmetrien der Newtonschen Mechanik und der Elektrodynamik

sind inkompatibel (Poincaré) Thermische Strahlung innerhalb der klass. Physik unerklärlich Unifizierung von Mechanik, ED und Thermodynamik gescheitert!

James clerk maxwellLudwig boltzmann

Joseph john thomson

Heinrich hertz

Max planckAlbert einstein

Weltbild der modernen Physik

“... we build upon the achievements of the past; we improve but never

destroy the ideas of our predeccessors.” (V. Weisskopf)

“Diese Grössen (k, h, c und GNewton) behalten ihre

natürliche Bedeutung so lange bei, als die Gesetze der

Gravitation, der Lichtausbreitung im Vacuum und die

beiden Hauptsätze der Wärmetheorie in Gültigkeit bleiben;

Sie müssen also, von den verschiedensten Intelligenzen

nach den verschiedensten Methoden gemessen, sich

immer wieder als die nämlichen ergeben.” (Max Planck) –>

Stehen für revolutionäre Veränderungen im physikalischen Weltbild!

Der grosse Revolutionär ist Albert Einstein

Ein Paradigma und drei Revolutionen

Paradigma: Atomismus der Materie (k und h)

Drei Revolutionen:h: Quantentheorie

c: Spezielle Relativitätstheorie

c und GNewton: Allgemeine Relativitätstheorie––––––––––––––

k und h: Quantenstatistik, Physik der kondensierten Materiek und c: Relativistische Thermodynamikk, h und c: Relativistische Quantenfeldtheorie

k, h, c und GNewton: ??Quantengravitation, Raum-Zeit-Materie??Problem für das 21. Jahrhundert

Quantentheorie

“Monochromatische Strahlung von geringer Dichte...verhält

sich in wärmetheoretischer Beziehung so, wie wenn sie

aus voneinander unabhängigen Energiequanten von der

Grösse h.bestünde”, : Frequenz des Lichtes

(Albert Einstein)

Licht atomistisch konstituiert; Dualität zwischen

Wellencharakter und Teilchencharakter des Lichts (und

der Materie) –> Quantenmechanik sagt nur Wahrscheinlich-

keiten von Ereignissen voraus. Zustand eines quanten-

mechanischen Systems hat keine objektive Bedeutung

(unabhängig vom Experiment)

Niels bohrWerner heisenberg Erwin schrödinger

Paul a. m. dirac

Richard feynman

Was die Quantentheorie “erklärt”:

Physik der Atome (periodisches System der Elemente) undMoleküle, Physik der Atomkerne, Stabilität der Materie – vonden Atomen bis zu den Sternen; Instabiltät grosser Sterne,...Existenz der Antimaterie (Positronen, Anti-Protonen, ...)Emergente Eigenschaften der Materie: Aggregatszustände,Farben, Magnetismus, spezifische Wärme bei tiefen Temperaturen, Supraleitung, Bose-Einstein Kondensation, ...Technische Anwendungen:Kernenergie, Halbleiterphysik: Transistoren, Solarzellen, ...Laserphysik, Elektronenmikroskopie, MRI, ...

Die Relativitätstheorien

Spezielle Relativitätstheorie: Träge Masse von Teilchen hängt von Geschwindigkeit ab (Beschleuniger-Physik!),

E = m.c2

geschwindigkeitsabhängige Lebensdauer instabiler Teilchen, keine absolute Zeit, Zwillingsparadox, Antimaterie(h), ...

Allgemeine Relativitätstheorie: Nahewirkungstheorie (c!) der Gravitation; Gravitationskraft von Krümmung der Raum–Zeit und diese von der vorhandenen ponderablen Materie verursacht. Sagte Lichtablenkung, Rotverschiebung, Existenz von schwarzen Löchern, Gravitationslinsen, ... voraus; –> Kosmologie; Unvorhersagbarkeit der Zukunft, ...

Neuere Entwicklungen

Standard Modell der Teilchenphysik und der fundamentalen Wechselwirkungen: Elektromagnetische, schwache (Radioaktivität) und starke (Kernbausteine: Quarks, Gluonen) Wechselwirkungen – ohne Gravitation

Theorie der Phasenumwandlungen (Gefrieren von Wasser, Magnetisierung von Eisen, ...) und der kritischen Phänomene (kritische Opaleszenz, ...)

Astrophysik und Kosmologie (Sternentstehung und - Entwicklung, Neutronensterne, schwarze Löcher (!), Geschichte und grossräumige Geometrie des Universums, dunkle Materie, dunkle Energie, ...)

Etc.

Murray gell-manShledon l. glashow

Abdus salam+Steven weinberg

Die Väter der QCD und des Standard Modells

“Philosophische” Anmerkungen

Theoretische Physik liefert ein symbolisches Abbild der Wirklichkeit. Sie erklärt nicht, wie Ereignisse zustandekommen, sondern sagt dafür nur Wahrscheinlichkeiten voraus. Sie gestattet es prinzipiell nicht, die Zukunft mit Sicherheit vorauszusagen (Relativitätstheorie!)Die Naturgesetze sind keine “Erklärungen der natürlichen Erscheinungen”, sondern symbolische Beschreibungen in der Sprache der Mathematik

Naturwissenschaft und Ethik

“We could use help from professional philosophers in understanding what it is that we are doing, but with or without their help we shall keep at it.” (Steven Weinberg)“For me the correct question is what one should do, not how one should feel.” (Richard Feynman) Naturwissenschaft <––> Ethik

––––––––––––––––––––––Dank an die Zuhörerschaft für ihre Geduld meinem “mumm

bumm wugga wugga” gegenüber, und an: Graneli, Hepp, Müller-Herold, Straumann

und Anna Radi für Hilfe!