Physik

Von der Experimentalphysik zur anti-metaphysischen Wissenschaftsphilosophie: zum 100. Todestag von Ernst Mach

Fr, 19.02.2016 - 08:59 — Karl Sigmund

Karl SigmundWissenschaftsgeschichteGenau auf den Tag vor 100 Jahren ist der weltbekannte österreichische Physiker, Physiologe und Pionier der Wissenschaftsphilosophie Ernst Mach gestorben. Mach war radikaler Empirist, ein „Denkökonom“, der alle, über das Beobachtbare hinausgehenden Spekulationen als metaphysisch von sich wies. Damit wurde Mach zu einem der geistigen Gründungsväter des philosophischen Zirkels „Wiener Kreis“, der das Geistesleben und die Sozialgeschichte in der Zwischenkriegszeit des 20. Jahrhunderts prägte. Der vorliegende Artikel ist die verkürzte Fassung eines Kapitels aus dem Buch „Sie nannten sich Der Wiener Kreis“. Der Autor dieses, eben als Wissenschaftsbuch des Jahres ausgezeichneten Buches - der Mathematiker Karl Sigmund-, hat freundlicherweise und mit Einwilligung des Verlages den Text dem ScienceBlog zur Verfügung gestellt.*

Peter Lemke

Peter LemkeProf. Dr. Peter Lemke
Alfred Wegener Institute, Bremerhaven
Scientific Coordinator of Regional Climate Initiative of the Helmholtz Association
http://www.awi.de/ueber-uns/organisation/mitarbeiter/peter-lemke.html

Nach einer Physiklaboranten-Lehre und dem Erwerb des Abiturs auf dem Zweiten Bildungsweg studierte Peter Lemke (geb. 1946) Physik in Berlin und Hamburg. Er promovierte 1980 und habilitierte 1988 im Fach Meteorologie an der Universität Hamburg, wo er am Max-Planck-Institut für Meteorologie arbeitete (1975 – 1989).

Nach einem zweijährigen Forschungsaufenthalt an der Princeton University (1981-1983) war er Professor an den Universitäten Bremen (1989-1995) und Kiel (1995-2001) und ist seit Februar 2001 als Professor für Physik von Atmosphäre und Ozean an der Universität Bremen tätig. Am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven war er bis zu seiner Pensionierung am 30.9.2014 Leiter des Fachbereichs Klimawissenschaften.

Modelle – von der Exploration zur Vorhersage

Fr, 11.09.2015 - 14:46 — Peter Schuster

Peter SchusterIcon MINTWissenschaftliches Rechnen (computational science) ist neben Theorie und Experiment zur dritten Säule naturwissenschaftlicher Forschung geworden. Computer-Modelle erlauben Gesetzmäßigkeiten komplexer unerforschter Systeme zu entdecken, Vorhersagen für komplexe dynamische Systeme zu erstellen und reale Vorgänge in einer Präzision zu simulieren, die experimentell erreichbare Genauigkeiten bereits übertreffen kann. Der theoretische Chemiker Peter Schuster ist seit den frühen 1960er Jahren auf dem Gebiet der Modellierungen tätig. An Hand einiger typische Beispiele zeigt er hier Wert und Aussagefähigkeit von Computer-Modellen auf.*

Der Wiener Kreis – eine wissenschaftliche Weltauffassung

Fr, 29.05.2015 - 07:22 — Karl Sigmund

Karl SigmundIcon WissenschaftsgeschichteIm Wien der Zwischenkriegszeit bildete sich ein interdisziplinärer Zirkel aus namhaften Mathematikern, Naturwissenschaftern und Philosophen, deren zentrales Thema eine rational-empirisch geprägte, antimetaphysische Weltsicht war. Dieser „Wiener Kreis“ hatte massiven Einfluss auf das Geistesleben und die Sozialgeschichte des 20.Jahrhunderts und legte ebenso den Grundstein für neue Forschungsbereiche, vor allem in der Mathematik und Informatik. Zum „Wiener Kreis“ findet im Rahmen des 650-Jahre Jubiläums der Universität Wien eine Ausstellung statt [1]. Kurator dieser Ausstellung ist der Mathematiker Karl Sigmund, der sich seit seiner Jugendzeit mit dem Wiener Kreis beschäftigt und darüber ein Buch „Sie nannten sich Der Wiener Kreis“ verfasst hat [2]. Aus diesem, eben erschienenen Buch hat er freundlicherweise den nachfolgenden Artikel dem ScienceBlog zur Verfügung gestellt.

Gibt es einen Newton des Grashalms?

Icon MINTDie von Isaac Newton aufgestellten Gesetze beschreiben den Aufbau des Universums aus unbelebter Materie. Lässt sich aber die Entstehung eines Lebewesens, beispielsweise eines Grashalms, aus unbelebter Materie erklären? Kant hat diese Frage verneint. Die modernen molekularen Lebenswissenschaften scheinen jedoch imstande zu sein, die Kluft zwischen unbelebter und lebender Materie zu schließen.

Peter SchusterIm Jahr 1790 stellte Immanuel Kant in seiner „Kritik der Urteilskraft“ die berühmte Behauptung auf, dass es wohl nie einen „Newton des Grashalms“ geben werde, weil der menschliche Geist nie fähig sein würde zu erklären, wie Leben aus unbelebter Materie entstehen könne (Originaltext in Abbildung 1).

Kant: Critik der Urtheilskraft, §75Abbildung 1. Immanuel Kant: Critik der Urtheilskraft, §75 (Zweyte Auflage, bey F.T.Lagarde, Berlin 1793; Bild: kant.bbaw.de)

Eben als ein solcher „Newton des Grashalms“ wurde Charles Darwin rund 70 Jahre später von dem deutschen Naturalisten Ernst Haeckel gefeiert. Allerdings teilten die Zeitgenossen Haeckels keineswegs die Begeisterung über Darwin und auch heute ist sie endendwollend, wenn auch die bahnbrechende Rolle von Darwins Untersuchungen keineswegs in Zweifel gezogen wird.

Die amerikanische Physikerin, Molekularbiologin und Philosophin Evelyn Fox Keller meint dazu, daß es einfach falsch ist, Darwin als einen Newton der Biologie zu betrachten: Darwin selbst habe ja systematisch vermieden sich die Frage zu stellen, wie Leben aus unbelebter Materie entstehen könne. Seine natürliche Selektion beginne ja erst mit der Existenz lebender Zellen.

Wolfgang Knoll

Wolfgang KnollProf. Dr. Wolfgang Knoll hat Physik und Biophysik an der Technischen Universität Karlsruhe und der Universität Konstanz studiert, war u.a. Laborleiter für "Exotische Nanomaterialien" am RIken Institut (Japan), Professor an mehreren hochrangigen Universitäten, langjähriger Direktor am Max Planck Institut für Polymerforschung (Mainz) und ist seit 2008 wissenschaftlicher Geschäftsführer des Austrian Institutes of Technology (AIT). Forschungsgebiete: Eigenschaften polymerer und bioorganischer Systeme in dünnen Filmen und funktionalisierten Oberflächen, Biomimetik.

Knoll, wurde 1949 in Schwäbisch Hall, Deutschland, geboren.

Professional Career

1973 Diploma - Physics, Technical University of Karlsruhe
1976 Ph.D. - Biophysics, University of Konstanz
1976-1977 Postdoctoral Fellow, University of Konstanz

Manfred Jeitler

Manfred JeitlerDr. Manfred Jeitler ist Dozent an der TU Wien und ist vom "HEPHY" (Institut für Hochenergiephysik) ans CERN entsendet.

Geboren 1959

Matura 1976

Studium

  • Dolmetschstudium in Wien und Moskau: 1976-1982
  • Physikstudium in Wien: 1981-1988
  • Dissertation in Physik: 1988-1992
  • Habilitation in Physik: 2007

Berufliche Tätigkeit

  • Baustellendolmetsch in Jerewan: 1981
  • Firmenvertreter in Moskau: 1983-1984
  • Freiberufliche Tätigkeit als Konferenzdolmetscher und Übersetzer
  • Mitarbeiter am Institut für Mittelenergiephysik (Wien): 1988-1993
  • Mitarbeiter am Projekt Austron: 1993-1994
  • Mitarbeiter am Institut für Hochenergiephysik (Wien, entsendet ans CERN): seit 1994
  • Dozent an der TU Wien: seit 2007

Artikel von Manfred Jeitler im ScienceBlog

Physik

Icon PhysikDie Physik (über lateinisch physica ‚Naturlehre‘ aus griechisch φυσική physikē ‚wissenschaftliche Erforschung der Naturerscheinungen‘, ‚Naturforschung‘) untersucht die grundlegenden Phänomene in der Natur.


Artikel in diesem Sachgebiet:

Inge Schuster

Inge SchusterDr. Inge Schuster, 1941 in Wien geboren, studierte Chemie und Physik an der Universität Wien. Nach einer Tätigkeit als Universitätsassistent und einem Post-doc Aufenthalt am Max-Planck Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen, leitete sie über drei Jahrzehnte ein Forschungslabor des Pharmakonzerns Novartis und hat bis vor kurzem eine Lehrtätigkeit an der FH Wien ausgeübt. Forschungsgebiete: Modelle zu Resorption und Metabolismus von Pharmaka, Steroidhormone, Vitamin D.

1959 –1967 Studium der Chemie und Physik an der Universität Wien, Doktorarbeit in Biophysikalischer Chemie (mit radiochemischen Methoden)
1966 –1967 Assistent am Organisch-Chemischen Institut der Universität Wien, NMR-Spektroskopie
1968 – 1969 Postdoctoral Aufenthalt; Max Planck Institut für Biophysikalische Chemie, Göttingen Deutschland, Kinetik des allosterischen Enzyms GAPDH
1970 –1999 Sandoz/Novartis Forschungsinstitut Wien, Leitung eines biochemischen Forschungslabors, Projektleitung

Peter Schuster

Inge SchusterEm. Univ. Prof. Dr. Peter Schuster, Jg. 1941, studierte an der Universität Wien Chemie und Physik, war langjähriger Ordinarius für Theoretische Chemie und Leiter des Computerzentrums in Wien, Gründungsdirektor des Instituts für Molekulare Biotechnologie in Jena, Vizepräsident und Präsident der ÖAW sowie Mitglied höchstrangiger Akademien. Forschungsschwerpunkte: Theorie der: chemischen Bindung, Dynamik, molekularen Evolution, Struktur/Funktion von RNA und Proteinen, Netzwerke.

1959 – 1967 Studium der Chemie und Physik an der Universität Wien,
Ph.D. sub auspiciis praesidentis
1968 – 1969 Postdoctoral Aufenthalt; Max Planck Insitut für Physikalische Chemie in Göttingen, Deutschland
Von dann an Zusammenarbeit mit Prof. Manfred Eigen
1971 Habilitation in Theoretischer Chemie an der Universität Wien
1972 Berufung Lehrstuhl Theoretische Chemie, TU Berlin
1973 – 2009 o. Prof. Theoretische Chemie, Universität Wien

Der lebenspendende Strom — Wie Lebewesen sich die Energie des Sonnenlichts teilen

Icon BiologieDas Licht, das von der Sonne zur Erde gelangt, verwandelt sich zum grössten Teil in Wärme und verlässt früher oder später unseren Globus wieder. Dennoch ist die Sonnenenergie zum lebenspendenden Strom geworden, an dem – über die Nahrungskette - alle teilhaben.

Edward Munch: Die SonneEdvard Munch: Die Sonne (1910 –13)

«Die Sonne ging auf bei Paderborn, / Mit sehr verdrossner Gebärde. / Sie treibt in der Tat ein verdriesslich Geschäft – / Beleuchten die dumme Erde!» – Mit diesen Worten aus «Deutschland. Ein Wintermärchen» gibt Heinrich Heine unserer Erde übergrosse Bedeutung, obwohl er in seinem bitteren Versepos sonst nur wenig für sie übrig hat. Die Sonne gönnt uns nur ein Zehnmilliardstel ihres Lichts – und mehr als die Hälfte davon wird dann noch von unserer Lufthülle verschluckt oder in den Weltraum zurückgestrahlt.

Jeder Quadratmeter Erdoberfläche empfängt im Durchschnitt pro Jahr nur etwa 1700 Kilokalorien Energie in Form von sichtbarem Licht, das sich zum grössten Teil in Wärme verwandelt und früher oder später als infrarote Strahlen die Erde auch wieder verlässt.

Einfangen der Sonnenenergie

Dennoch schafften es einzellige Lebewesen bereits vor fast vier Milliarden Jahren, einen kleinen Teil dieser Lichtenergie einzufangen und davon zu leben. Bald lernten andere Lebewesen, sich von diesen Lichtessern – und damit indirekt von der Sonne – zu ernähren. Sonnenenergie wurde zum lebenspendenden Strom, dessen unzählige Verästelungen die Vielfalt des Lebens auf unserem Planeten speisen. Diesem Strom entziehen sich nur urtümliche Einzeller, die tief unter der Erdoberfläche oder im Umfeld vulkanischer Erdspalten leben und geochemische Prozesse als Energiequelle verwenden.

Woraus unsere Welt besteht und was sie zusammenhält. Teil 2: Was ist das Higgs-Teilchen?

Icon PhysikDas kürzlich am Forschungszentrum CERN in Genf entdecke Higgs-Teilchen hat die Gültigkeit des Standardmodells der Elementarteilchen erhärtet. Dieses Modell hatte als Kernstück ein das ganze Universum durchziehendes „Feld“ (Higgs-Feld) postuliert, mit dem die Elementarteilchen wechselwirken und daraus ihre Masse beziehen. Durch Zufuhr genügend hoher Energie im Teilchenbeschleuniger (Large Hadron Collider - LHC) ließen sich Störungen (Dichteschwankungen) im Higgs-Feld erzeugen, welche, als echtes Teilchen mit den für das Higgs-Teilchen geforderten Charakteristika aufschienen.

Manfred JeitlerWieso braucht man im Standardmodell unbedingt ein Higgs-Teilchen?

Das Problem besteht darin, dass in diesem Modell zuerst einmal alle Elementarteilchen masselos wären. Es gibt zwar wirklich Elementarteilchen, die keinerlei Masse haben, so z.B. das "Photon" oder Lichtteilchen (wenn wir etwas sehen, fliegen einfach solche Photonen in unsere Augen, die das dann wahrnehmen können). Aber man hat experimentell festgestellt, dass andere Elementarteilchen sehr wohl Masse besitzen. Jetzt meinen Sie vielleicht: "Na toll, diese Physiker! Weiß ich doch alles auch ohne die! Ich bestehe ja angeblich selbst aus diesen Teilchen, behaupten sie. Und dass ich selbst Masse habe, weiß ich nur zu gut. Ich ärgere mich jedes Mal über diese vielen Kilos, wenn ich auf die Badezimmerwaage steige! Also muss diese Masse ja irgendwie in den Teilchen drin stecken." Ganz so einfach ist das aber nicht! Ein System von Elementarteilchen kann, von außen gesehen, viel mehr Masse haben, als die einzelnen "Bestandteile". Das liegt daran, dass man sich das nicht einfach wie einen Lego- oder Matadorbaukasten vorstellen kann. Warum das so ist, werden wir ein bisschen später sehen.

Woraus unsere Welt besteht und was sie zusammenhält. Teil 1: Ein Zoo aus Elementarteilchen

Icon PhysikBei dem ursprünglich als unteilbar kleinste Einheit der Materie gedachten Atom stellte sich heraus, dass es aus einer Reihe von Elementarteilchen besteht: aus den Grundbausteinen der Atomkerne (Quarks), Leptonen (z.B. Elektronen) und Kraftteilchen (Eichbosonen), welche die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen vermitteln. Was verschafft den Teilchen aber Masse? Welche fundamentale Rolle spielt das kürzlich entdeckte ›Higgs-Boson‹?

Manfred JeitlerLetztes Jahr wurde am Forschungszentrum CERN (Europäische Organisation für Kernforschung) in Genf das Higgs-Teilchen entdeckt - das haben Sie sicher schon gehört. Aber was hat es mit diesem geheimnisvollen Teilchen auf sich? Wozu „brauchen“ wir das? Man hört, dieses Teilchen erschaffe die Masse. Was soll das heißen? Würden wir ohne das Higgs-Teilchen vielleicht masselos umherschweben? Das wäre zwar angenehm beim Stiegensteigen, aber doch auch sehr lästig, wenn man beim ersten kleinen Freudensprung ohne Widerstand in den Weltraum entweicht und seine Lieben nie wieder sieht. Auch die ganze Erde würde ja dann nicht zusammenhalten, und jeder von uns würde auf seinem eigenen kleinen Asteroiden sitzen, wie der kleine Prinz von Saint-Exupéry. Das wäre doch ein wenig einsam. Haben vielleicht die Physiker am CERN letztes Jahr mit ihrer Entdeckung rasch noch die Welt gerettet, vor dem schon vorhergesagten Weltuntergang knapp vor Weihnachten? Manchmal wurde das fragliche Teilchen auch als „Gottesteilchen“ bezeichnet. Heißt das, dass die Physiker jetzt vielleicht auch noch den lieben Gott in ihren Apparaturen entdeckt haben, wie seinerzeit Goethes Faust den Homunculus?

Nichts von alledem - so faszinierend das auch klingen mag. Das Higgs-Teilchen „erschafft“ nicht die Masse - und es gab natürlich dieses Teilchen auch schon, bevor es entdeckt wurde. Aber es hat tatsächlich etwas mit der Masse der anderen Elementarteilchen zu tun. (Was ein Elementarteilchen ist, werden wir gleich besprechen.) Der reißerische Ausdruck „Gottesteilchen“ hat noch viel weniger mit tiefsinniger Wahrheit zu tun. Der amerikanische Nobelpreisträger Leon Lederman schrieb ein Buch über das Higgs-Teilchen, das seit langem vorhergesagt, aber schwer zu finden war. Er wollte es deshalb das „gottverdammte Teilchen“ („goddamn particle“) nennen, genau so, wie wir vielleicht schimpfen: „Wo ist denn schon wieder diese blöde Brille?“, wobei es um den Intelligenzquotienten unseres Sehbehelfs um nichts schlechter bestellt ist als um das Seelenheil unseres kleinen Teilchens. Gotteslästerliche Flüche gelten in den USA aber nicht allgemein als cool, und drum wurde der Name dann auf „Gottesteilchen“ abgeändert. Manche Physiker glauben an den lieben Gott, andere nicht, aber es wird wohl kaum einen geben, der ihm ernstlich die Erschaffung gerade dieses Teilchens, aber nicht die der übrigen Bestandteile unserer Welt zuschreibt.

Das Element Zufall in der Evolution

Icon PhysikDie Bedingungen, die zur Entstehung und Entwicklung von Leben führten, sind eng mit der Entwicklung des gesamten Kosmos verknüpft. Wie sieht ein theoretischer Physiker die Aussage, die Evolution sei zufällig verlaufen.

Peter Christian AichelburgNach der allgemein anerkannten Urknall-Theorie hat sich das Universum aus einer dichten, sehr heißen Urphase über nahezu 14 Milliarden Jahre zum heutigen Zustand in Form von Milliarden von Sternen zusammengeballt zu Galaxien und Galaxienhaufen, Superhaufen und Filamenten entwickelt, eingebettet in einen Kosmos der mit zunehmender Geschwindigkeit expandiert. Die heute beobachtbaren Strukturen des Universums sind also erst allmählich entstanden (Abbildung 1).

UrknallAbbildung 1. Urknall-Modell: Entstehung und Expansion des Weltalls. Das anfänglich sehr dichte und heißere Universum enthielt im kosmischen Plasma Photonen, die vorerst an den geladenen Teilchen gestreut wurden, Nach der Abkühlung und Entstehung von Atomen konnten sich die Photonen nahezu ungehindert ausbreiten = Hintergrundstrahlung. Danach begann allmählich unter der Wirkung der Gravitation die Kondensation der Materie zu den Strukturen wie wir sie heute beobachten.

Die biologische Evolution auf der Erde ist eng mit der Evolution des ganzen Kosmos verknüpft. Voraussetzung für das Leben auf der Erde war die Existenz von Kohlenstoff. Dieser kann aber nur im Inneren von Sternen durch Kernfusion entstanden sein: Waren in den ersten Sekunden nach der „Geburt des Kosmos“ aus der „Ursuppe“ von Elementarteilchen nur die leichtesten Atomkerne – Wasserstoff und Helium (und Spuren von Lithium, Beryllium) entstanden, so wurden die schwereren Elemente durch Kernfusionsprozesse im Innern der ersten, aus kollabierten Gaswolken entstandenen Sterne erzeugt. Somit ist die Entstehung von Leben erst nach dem Ausbrennen und Explodieren der ersten Sterne (Supernovae), das heißt erst ab der zweiten Sterngeneration möglich.

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