Im Orbit

Wer sich davonstehlen will von ‘unserem’ Planeten, zumindest virtuell, kann dessen angestaubte Atmosphäre verlassen, indem er sich einem Delta-Gleiter anvertraut, um sich mühe- aber nicht gedankenlos ins All zu versetzen. Dahinter steckt ein ausgeklügeltes Programm namens Orbiter, ein Space Flight Simulator von Martin Schweiger, kostenlos und anspruchsvoll, der von allen Seiten unterstützt wird. Inzwischen gibt es diverse Ergänzungen und Erweiterungen des Szenarios, das grafisch und physikalisch ein einziges Lehrstück ist, ohne auch nur im geringsten daran zu erinnern. Es läßt sowohl die echte Physik des Planetensystems anschaulich werden, als auch die echte Technik, frei von der ansonsten überall anzutreffenden Umdeutung durch aggressive Computerspielereien, welche am rücksichtslosen Kriegszustand primitiver Individuen interessierter sind als an irgendeiner intellektuell angehauchten Auseinandersetzung mit komplexen Wechselwirkungen in der wirklichen Natur. Nicht auf das blinde Einsammeln erwerbbarer Punkte kommt es an, nicht darauf, sich in einem ausgedachten engen Spielraum auszukennen, sondern darauf, einen echten Ausflug zu machen, um sich mit offenen Augen in die Weite des Raums zu begeben. Dort einigermaßen zurechtzukommen, fiktiv oder nicht, läßt alberne Spielchen verblassen, weil es darum geht, Gesetzmäßigkeiten zu begreifen, die sich nicht durch geeignete Gadgets überspielen oder durch forsches Auftreten umgehen lassen. Kampf ist nicht angesagt, nur mit sich selbst kämpft man im Orbit sowie bei der Rückkehr, denn nichts geht einem leicht von der Hand, wenn man die Steuerung selbst übernimmt. Die Komplexität der Simulation und das Spektrum wichtiger Parameter ist beeindruckend, auf unrealistische Effekte wird verzichtet, und der entwaffnende technische Aufwand sorgt völlig waffenfrei für eine angespannte Stimmung, anfänglich schwankend zwischen unterschwelliger Aufregung und schierer Verzweiflung. Um in den Orbit zu gelangen, sind keine unbekannten Gegner auszuschalten, sondern bekannte Gesetze auszunutzen. Der menschlichen Natur liegt wohl nur eines von beidem, ohne selbst Schaden dabei zu nehmen. Mit ‘Orbit’ ist vielleicht auch gemeint, sich auf zuverlässiger Bahn zu bewegen, einer eleganten Kurve folgend, im Einklang mit allem, was es außer uns gibt, außer Irdischem. Keine Spur absichtlicher Vernichtung oder unabsichtlicher Zerstörung hinter sich herzuziehen, wäre etwas, das sich zu lernen lohnt. Sei es auch bloß am Computer. Wie es am Bildschirm zugeht, zeigt auch manches, was auf keinem Bildschirm zu sehen ist und in Wirklichkeit ganz anders aussieht. Was über den Schirm flackert, ersetzt den Widerschein des Feuers an den schlichten Wänden der eigenen Höhle. Den Blick abzuwenden, gelingt nicht ohne weiteres, aber um am Schirm den Alltag zu vergessen, scheint das All einen Ausweg zu bieten. Ablenkung ist es nicht, worauf es ankommt. Was sich als Progamm bei ‘http://orbit.medphys.ucl.ac.uk/orbit.html’ herunterladen läßt, wirkt wie Science-Fiction und Science-Friction zugleich. Es wird einem eine ernsthafte Anstrengung abverlangt, bei der man buchstäblich den Boden unter den Füßen verliert.

(Copyright by Peter Gold)

Kausalität laut Aristoteles’ Physik

Bedenkt man, daß aitia neben ‘Ursache’, ‘Grund’ oder ‘Anlaß’ auch ‘Schuld’ bedeutet (aitios = schuldig, schuld, verantwortlich; der Schuldige, Urheber, Täter), so zielt die Frage nach Kausalität darauf ab, zu erfahren, was an etwas ’schuld’ ist.

Um die von Aristoteles unterschiedenen ‘Ursachen’, nach denen gefragt werden kann, zu typisieren, ohne sie zu verdinglichen, ist es am besten, die Frage so neutral wie möglich zu formulieren:

Was (alles) ist schuld daran, daß etwas (ein Ding) das ist, was es ist, und daß es so ist, wie es ist?

Wird nach diesem Schema gefragt, wobei das Wort ‘Ursache’ nicht unabsichtlich vermieden wird, werden die Antworten unter vier verschiedenen Aspekten erfolgen, je nachdem, worauf Bezug genommen wird:

  1. causa materialis: das Material, aus dem etwas besteht (woraus ist das Ding gemacht?)
  2. causa formalis: die Form, die etwas aufweist (wie ist das Ding geformt?)
  3. causa efficiens: die Weise, wie etwas entstanden ist (wie ist das Ding zu diesem Ding geworden?)
  4. causa finalis: der Zweck, den etwas erfüllt (wozu ist das Ding gedacht?)

Statt nach einem ‘Ding’ oder einem ‘Gegenstand’ kann auch nach einer ‘Sache’ gefragt werden, oder neutraler nach einer Entität, nach irgendetwas. Eine ‘Ursache’ ist nun nicht ihrerseits eine ‘Sache’ oder ein ‘Ding’ im selben Sinne, sondern sie ist auch nur – irgendetwas.

(Copyright by Peter Gold)

Der projizierte Sehstrahl

Anfängliche Theorien des Sehens, wie sie sich in der griechischen Antike ausbildeten, sind am Tasten oder Abtasten ausgerichtet gewesen.[1] Mit einem vom Auge ausgehenden Sehstrahl wird einfallendes Licht, das Dinge (wegen des inhärenten chromas) aussenden, in der geradlinigen Verlängerung des Auges – also noch vor dem Auge selbst – abgetastet. Jener projizierte Sehstrahl ist es, der das Licht erfaßt, indem er es anfaßt.

The arrow from the eye

“The oldest theory that has come down to us, from about 450 B.C.E., was proposed by Empedocles. The language of the fragments is obscure, but the idea seems to be that an object gives off rays that carry information about its surface. To read this information, the eye projects forward a narrow visual ray that somehow feels the object’s radiation and returns through the pupil into the sensitive part of the eye, where it creates an image in the mind. The visual ray is like a long finger projecting from the eye, and sight is a kind of touch.”[2]

“Occasionally the visual ray itself can be seen. People who sit by campfires are used to seeing an animal’s eye gleam as it looks in from the darkness, and Homer uses this in a wonderful simile (Iliad 13.474) when he compares the hero Idomeneus awaiting an attack from Aeneas to a wild boar facing its pursuers with back bristles up and both eyes shining with fire. Of course we can read this as a literary trope, but that might be a mistake.”[3]

[1] „From earliest times everyone seems to have agreed that the most reliable of our senses is touch but the most useful is sight.” [David Park, The Fire within the Eye. A Historical Essay on the Nature and Meaning of Light, Princeton 1997, p.34
[2] ib. p.35
[3] ib. p.35

(Copyright by Peter Gold)

Kaustik(en)

Bei der Spiegelung (Reflexion) und Brechung (Refraktion) von gerichtetem Licht treten Kaustiken auf, indem sich die Lichtstrahlen oder Lichtwellen stellenweise so überlagern, daß Brennpunkte oder Brennlinien entstehen (enkauston = [gr.] eingebrannt), deren besondere Helligkeit sie von anderen Stellen deutlich abhebt. Solche optischen Phänomene sind unübersehbar und haben seit jeher die Aufmerksamkeit erregt, zumal sich mathematisch interessante Kurven (als Enveloppen) ausbilden, deren Form zu analysieren im Zuge der Weiterentwicklung der Infinitesimalmathematik als anspruchsvolle Aufgabe galt. Es ist zwischen Diakaustiken und Katakaustiken zu unterscheiden, je nachdem, ob die Figuren daher rühren, daß das Licht gebrochen oder gespiegelt wird (dia = [gr.] durch, kata = u.a. [gr.] gegenüber). Was in der folgenden Fotografie zu sehen ist, ist als Katakaustik zu klassifizieren, denn es handelt sich um die Reflexion(en) an der inneren Wandung einer geöffneten Blechdose mit Cappuccino-Pulver (instant).

PG-20070401-185115

Woher der farbliche Unterschied zwischen der bläulicheren und der gelblicheren Figur stammt, ist nicht offensichtlich. Tatsächlich manifestiert sich im aufgenommenen Bild neben der optischen Überschneidung von Lichtstrahlen, die geometrisch bedingt ist, auch die spektrale Überlagerung von Lichtwellen, die sich chromatisch auswirkt. Form und Farbe sind entkoppelt. Was den sichtbaren Farbunterschied ausmacht, ist die Farbtemperatur des kontinuierlichen Spektrums. Die Lichtquelle ist nämlich im einen Fall eine elektrische Glühbirne an der Decke, im anderen Falle ein geöffnetes Fenster, das einen Ausschnitt des wolkenlosen Himmels freigibt. Die Fotografie gehört, nebenbei bemerkt, zu einer (noch unabgeschlossenen) Serie unter dem Titel ‘Physik im Fokus’. Es geht, unter anderem, um physikalische Phänomene, die sich nicht auf den ersten Blick in ihrem ‘Aussehen’ zu erkennen geben.

Im Bild zeigt sich, worauf fokussiert wird. Ohne Beleuchtung wird kein Bild gemacht, aber sie erscheint nicht selbst im Bild. Was im Bild erscheint, wird zum Bildgegenstand. Läßt sich das Licht der Beleuchtung ins Bild bringen, in dessen Fokus, ohne seinen Charakter als Beleuchtung zu verlieren? Gäbe es keine Kaustik(en) im Bild, wäre das Licht, das das Bild erzeugt, paradoxerweise im Bild gar nicht sichtbar.

Das Auge, als solches einen Teil des Gehirns bildend, ‘rechnet’ normalerweise weg, was an farblichem Einfluß von der Beleuchtung ausgeht. Die Form und Farbe dient der Konkretisierung des Bildgegenstands und wird diesem ‘zugerechnet’, indem von der (Farb-) Temperatur der Lichtquelle abstrahiert wird. Es sei denn, letzteres läßt sich nicht vermeiden, weil beide Färbungen wie im gezeigten Bild nebeneinander auftreten.

(Copyright by Peter Gold)

Licht-Projekt

Ich beabsichtige, gemeinsam mit anderen im kommenden Semester ein Projekt zum Thema Licht anzubieten, das als Modul ins studium generale der Fachhochschule Frankfurt eingebunden ist. Es umfaßt:

  • Licht in der exakten Wissenschaft
  • Licht in der ästhetischen Gestaltung
  • Licht im sozialen Kontext

Licht als Phänomen zu thematisieren, führt zu interdisziplinären Fragestellungen, in denen physikalische, sensorische, künstlerische und kulturelle Aspekte eng aufeinander bezogen sind. Das Projekt versteht sich als fortlaufende Auseinandersetzung mit einem komplexen Erfahrungsbereich, dessen theoretische wie ästhetische Dimension ’sichtbar’ gemacht werden soll. In der erkenntnisorientierten und gestalterischen Arbeit (work in progress) werden unter anderem Darstellungsmedien wie Fotografie, Zeichnung, Film, Installation, Website etc. eingesetzt, und zu den Zielen des Projekts gehört es auch, sich mit entsprechenden Techniken und Methoden näher zu befassen. Es ist daran gedacht, die Arbeitsergebnisse öffentlich zu präsentieren und mit verschiedenen Institutionen zu kooperieren, und es ist beabsichtigt, die Arbeit semesterweise fortzuführen, um das erarbeitete Material zu erweitern. Als mögliche Themenfelder bieten sich an:

  • Farbe als Erscheinungsform des Lichts, Farbtemperatur und Farbempfindung
  • Objektkonstitution durch Kontraste und Konturen
  • Spiegelungen, Brechungen, Kaustiken, Transparenz, Opazität, Polarisation
  • Fotografie und optische Abbildungen
  • Licht und Schatten in der Zeichnung
  • Das Licht in der Malerei (clair obscur etc.)
  • Einsatz und Wirkung des Lichts in der Architektur
  • Lichtphänomene in freier Natur
  • Lichtquellen und spektrale Analyse
  • Die sichtbare Oberfläche
  • Komplementarität von Wellen- und Teilchenmodell des Lichts
  • Bedeutung der Lichtgeschwindigkeit im Raum-Zeit-Kontinuum
  • Philosophie des Lichts zwischen griechischer Antike und Moderne
  • Licht als Informationsträger für virtuelle Realität
  • Licht im sozialen Umfeld

Lichtfleck im Schatten

Ob sich Licht wie ein Strom diskreter Teilchen ausbreite, oder ob es sich beim Licht um eine kontinuierliche Welle handele, war eine Frage, die sich in der bewegten Geschichte der physikalischen Theorie des Lichts nicht nur einmal stellte. Und mehr als einmal nahm die Geschichte eine Wende, die für Aufsehen sorgte.

“In 1818 Fresnel entered a competition sponsored by the French Academy. His Paper on the theory of diffraction ultimately won first prize and the title Mémoire Courronné, but not until it had provided the basis for a rather interesting story. The judging committee consisted of Pierre Laplace, Jean B. Biot, Siméon D. Poisson, Dominique F. Arago, and Joseph L. Gay-Lussac – a formidable group indeed. Poisson, who was an ardent critic of the wave description of light, deduced a remarkable and seemingly untenable conclusion from Fresnel’s theory. He showed that a bright spot would be visible at the center of the shadow of a circular opaque obstacle, a result that he felt proved the absurdity of Fresnel’s treatment. [...] This surprising prediction, fashioned by Poisson as the death blow to the wave theory, was almost immediately verified experimentally by Arago; the spot actually existed. Amusingly enough, Poisson’s spot, as it is now called, had been observed many years earlier (1723) by Maraldi, but this work had long gone unnoticed.” [1]

Derselbe Arago war es übrigens, der später die Fotografie an der Akademie der Wissenschaften und der Akademie der Schönen Künste in Paris vorstellte (1839) und die Erfindung damit einer breiten Öffentlichkeit bekanntmachte; nachdem Niépce und Daguerre das fotografische Verfahren weit genug entwickelt hatten, bis sich dessen Ergebnisse sehen lassen konnten.

Licht als physikalisches Phänomen sollte immer weitere Überraschungen bergen, die schließlich zu der modernen Physik führten, welche sich von der klassischen distanzierte. Wiederum spielte die Frage eine wichtige Rolle, was Lichtwellen eigentlich sind, und ob es nicht doch Photonen als Lichtquanten sind, welche sich ‘punktförmig’ konzentriert und nicht etwa räumlich ‘verschmiert’ verbreiten. Außerdem gab die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts eines der seltsamsten Rätsel auf, vor das sich das physikalische Verständnis von Raum und Zeit jemals gestellt sah. Die Quantentheorie und die Relativitätstheorie schickten sich an, die tradierte Physik komplett umzukrempeln. Noch ist kein Ende abzusehen. Alles erscheint in einem anderen Licht. Aber was alles haben wir noch gar nicht zu Gesicht bekommen?

[1] Eugene Hecht, Optics, 4. ed., San Francisco, Boston, New York 2002, p.494

(Copyright by Peter Gold)

Raum

Raum-Plakat HFG-Offenbach

Lektüre des Buchs der Natur

Die Metaphorik des ‘Buchs der Natur’, das gemäß Galilei in mathematischen Lettern verfaßt sei, die man zu lesen lernen müsse, legt nahe, exakte Naturwissenschaft(en) so aufzufassen, als sei es nicht ihre Aufgabe, etwas zu entdecken oder aufzudecken oder zu erklären, sondern etwas zu entziffern. Nicht weil es unleserlich wäre, sondern weil es verschlüsselt zu sein scheint. In Zeichen, die als Ziffern in zweifachem Sinne gelten, zum einen als numerisch, zum andern als codiert. Phänomene der Natur werden wie Text(e) gelesen, lesbar allerdings nicht ohne Kenntnis des Schlüssels. Natur selbst wird zur Chiffre, zum chiffrierten Text, den es zu dechiffrieren gilt, bis das gesamte Buch der Natur im Klartext vorliegt.

Die Natur wird selbst zu so etwas wie Naturgeschichte. Sie teilt sich mit. Die Sprache und die Sprachlichkeit bedingen die Sache und die Sachlichkeit. Was uns die Natur erzählt, wird von uns nacherzählt, und wenn die Geschichte insgesamt Sinn macht, nicht länger sinnlos oder unsinnig erscheint, scheint es, als wäre die Sprache der Natur verständlich geworden. Auf diese Weise klingt noch in der sich längst abspaltenden Physik ein Abgesang nach, der an scholastische Religiosität erinnert, die sich ganz der Deutung von Schriften und Auslegung von Büchern widmete. Als Buch verkündet Natur von selbst die Lehre, auf die es ankommt, so daß bei der Lektüre die Lektionen zu lernen sind, falls man den Text richtig zu interpretieren weiß. Letzteres bleibt Eingeweihten vorbehalten, die den Code kennen, wie vormals nicht (ein-) geweiht war, wem keine Offenbarung zuteil wurde.

Im Umgang mit Zeichensystemen geübt, mit Zeichenverweisung vertraut, nahm die Physik zusehends Abschied vom Bild der Natur, wie es sich in der Metaphysik der Scholastik darstellte, doch in der Metapher vom Buch der Natur steckte immer noch ein Andenken an das Denken, das man hinter sich ließ.

In einer Abhandlung über Analogie(n) in der Natur schreibt Maxwell: »Vielleicht ist das ‘Buch’ der Natur, wie man es genannt hat, aus geordneten Seiten aufgebaut; wenn dem so ist, dann erklären ohne Frage die einleitenden Teile das, was folgt, und die Methoden, die in den ersten Kapiteln dargestellt werden, können übernommen und als Erklärungen der nachfolgenden, fortgeschrittenen Teile verwendet werden; wenn es aber kein ‘Buch’ ist, sondern eine Zeitschrift, dann ist nichts dümmer als anzunehmen, ein Teil könne Licht auf den anderen werfen.« [Maxwell, "Are there Real Analogies in Nature?", 1856]

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Beziehungen anstelle von Gegenständen

Ein Zitat von Henri Poincaré aus Science and Hypothesis, gemeint als nachträgliche Ergänzung zu meiner Vorlesung über Begriffe und Beziehungen, zeigt, wie der brillante Mathematiker, dessen Anteil an der Konzeption der Relativitätstheorie unbestritten ist, Relationen ins Blickfeld von Physik und Mathematik rückt. Beabsichtigt ist, Gegenständliches gegen dessen Beziehungen auszuspielen, so daß Dinge als solche gegenüber ihrer Konstellation und ihren Relationen entwertet werden oder zumindest in den Hintergrund treten, um nicht zu sagen, aus dem Blickfeld der exakten Wissenschaft zu verschwinden haben: »[…] the aim of science is not things themselves, as the dogmatists in their simplicity imagine, but the relations between things; outside those relations there is no reality knowable. Such is the conclusion to which we are led; but to reach that conclusion we must pass in review the series of sciences from arithmetic and geometry to mechanics and experimental physics.«[1] Erkennbarkeit im wissenschaftlichen Sinne ist Poincaré zufolge nicht an die Dinge selbst, sondern an deren Beziehungen gebunden.


[1] Poincaré, Science and Hypothesis, p.xxiv

(Copyright by Peter Gold)

Theorie und Praxis

Wie es heißt: Wer nur praktisch denkt, ist Praktiker, und Theoretiker ist, wer praktisch nur denkt.