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

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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

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Theorie und Praxis

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