Geheimnisse unseres Universums

Wie tief wird die Kugel in eine unelastische Unterlage mit bekannter Zähigkeit eindringen? Wieviel Bewegungsenergie wird in Wärme umgewandelt? Vielfältige physikalische Wirkungen lassen sich zusätzlich beschreiben und ausrechnen. Das Gebäude der Physik mit den Teilbereichen der Mechanik, Thermodynamik usw. kann so aufgebaut werden. Für uns ist hier wichtig, weiche Voraussetzung man für diesen physikalischen Blick in die Zukunft benötigt. Überraschend ist, daß die Anforderungen recht einfach sind: Prinzipiell müssen die Physiker bei ihren Berechnungen der Weit die Anfangsbedingungen (Ort und Geschwindigkeit) und die Gesetzmäßigkeiten (die einwirkenden Kräfte, die die Bewegung der Kugel bestimmen) kennen. Selbstverständlich spielt auch die Masse des Körpers eine Rolle, so daß, um genau zu sein, anstelle der Geschwindigkeit der Impuls - das ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit des Körpers - als Anfangsbedingung bekannt sein muß. Zur Vereinfachung werden einige Einflüsse wie Luftwiderstand, Seitenwinde, der Auftrieb der Luft usw. bei der Betrachtung von zum Beispiel einer fallenden Kugel vernachlässigt, sie tauchen also in der Modellvorstellung nicht auf und finden deshalb auch keine Berücksichtigung in den mathematischen Formeln, die diesen Vorgang beschreiben. Man kann zwar diese in Wirklichkeit existierenden Größen in der Rechnung unterbringen, dadurch wird aber die Aufgabe so kompliziert, daß sie sich nur schwer, wenn überhaupt, mathematisch lösen läßt. Der Test im Experiment bestätigt bei der fallenden Kugel außerdem diese Vereinfachung, denn die Ergebnisse der Rechnung stimmen mit der Beobachtung, mit dem Experiment, weitgehend überein. Und genau das ist ja das wichtigste Kriterium für die Qualität eines Abbildes der Natur. Das Bild von der Weit wurde auf diese Weise erfolgreich vereinfacht und mit Hilfe der Mathematik behandelbar gemacht. Der Weg der fallenden Kugel ist mit der so entwickelten Theorie voraussagbar.

Bei der Beschreibung der Methoden der Naturwissenschaftler wird klar, wie wichtig die Zeit dabei ist. Sie spielt bei den Anfangsbedingungen eine Rolle und vor allem bei der Messung und Vorhersage von Geschwindigkeiten. Letztlich sind es zwei Koordinatensysteme, in denen sich das physikalische Geschehen abspielt: der Ort (oder Raum) und die Zeit. Und genau um diese beiden Größen dreht sich das Denken der Physiker. Mit fortschreitendem Wissen haben sich dabei immer wieder Überraschungen ergeben, wie später noch zu sehen sein wird. Zunächst interessiert uns wieder der Zeitbegriff, und zwar dieses Mal die vom Menschen ausgedachte physikalische Zeit.

Die periodisch wiederkehrenden Abläufe in der Natur bilden die Grundlage für unseren Zeitbegriff. Da sich der subjektiv empfundene natürliche Zeitablauf nicht allzu genau fassen läßt, machten sich die Physiker daran, die Zeit nach ihren Vorstellungen einzurichten. Um Vorgänge in der Natur beschreiben zu können, brauchten sie exakt bestimmbare Intervalle der Zeit. Die Zeit wurde so in kleine Abschnitte geteilt. Diese physikalische Zeit ist zum Beispiel wichtig, wenn man Geschwindigkeiten messen will, das heißt, wenn man feststellen will, in welchen Zeitabschnitten eine bestimmte Wegstrecke zurückgelegt wird. Unser persönliches Zeitempfinden ist dafür viel zu ungenau und deshalb untauglich.

Von den Naturwissenschaften wird ein anderer, immer wieder zu reproduzierender Zeitbegriff gebraucht, denn sie konstruieren ihr Gebäude von der Weit auf dieser Säule. Die andere Stütze ist die Vorstellung eines unveränderlichen Raumes, der als Koordinatensystem die Orte festlegen läßt, an denen sich die physikalischen Objekte gerade befinden. Die Zeit und der Raum bilden für uns die Bühne, den festen Rahmen, in dem das Weltgeschehen abläuft. Wenn man physikalische Bewegungen beschreibt und berechnet, so stellt man den Ort mit einem Koordinatensystem fest und mißt die Zeit, und die - so die Vorstellung - ist immer vorhanden. Darauf ruht die gesamte Modellvorstellung der Wissenschaftler über die Natur.

Veröffentlichung mit freundlicher Genehmigung von Verlag Droemer Knaur