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Kritik der reinen Physik

Erstellt von Taudan, 09.09.2011, 14:47 Uhr · 7 Antworten · 1.152 Aufrufe

  1. #1
    Taudan

    Kritik der reinen Physik

    Die Verschiedenheit von grau und bunt

    von Sibylle Anderl
    Angenommen, wir hätten eine perfekte physikalische Theorie über die Welt. Über die kleinsten und größten Strukturen, über alle physikalischen Gesetze und Eigenschaften. Würden wir dann über eine Beschreibung verfügen, die alles einfangen kann, was es in der Welt gibt? Braucht man letztendlich nichts anderes als Physik, um die Welt zu verstehen? Kann man insbesondere das menschliche Gehirn als eine, zugegebenermaßen sehr komplexe, Ansammlung von wechselwirkenden Molekülen verstehen? Der australische Philosoph Frank Jackson hat sich im Kontext dieser Fragen 1982 ein Gedankenexperiment ausgedacht, um zu zeigen, dass es mehr gibt als das, was in physikalischen Theorien thematisiert werden kann. Dabei beruft er sich auf Mary, eine fiktive Farbwissenschaftlerin, die eingeschlossen in einem farblosen Raum wohnt. Obwohl Mary in einer schwarz-weißen Welt lebt, lernt sie alles, was man theoretisch über Farben wissen kann. Sie kennt sich mit der Logik der Farbbeschreibungen aus und weiß alles über elektromagnetische Wellen und die neurophysiologische Erzeugung von Farbreizen im menschlichen Gehirn.
    Die Frage, die Jackson stellt, ist nun: lernt Mary über ihr vollständiges Wissen hinaus etwas Neues, wenn sie eines Tages ihren schwarz-weißen Raum verlässt und das erste Mal Farben sieht? Gibt es etwas, das sie nicht anhand von Theorien, sondern allein durch wirkliche Erfahrung lernen kann? Gibt es eine besondere Erfahrungsqualität, die wir nicht im Rahmen einer quantitativ angelegten, naturwissenschaftlichen Theorie einzufangen vermögen, das heißt ein charakteristisches „Wie-es-sich-anfühlt", das anhand wechselwirkender Moleküle nicht verstanden werden kann?
    Philosophen lieben es, sich absurde Geschichten auszudenken. Sie erfinden Gedankenexperimente, um in einer Art Gedanken-TÜV unser Alltagsverständnis in Extremsituationen auf seine Gültigkeit hin zu prüfen. In philosophischen Debatten trifft man auf exotische Wesen wie Sumpfmänner (Könnte ein mit mir in jeder Zelle identischer Sumpfmann-Klon dasselbe denken wie ich?), auf seltsame Orte wie die Zwillingserde (Wie verhalten sich die Dinge auf einer Klon-Erde, auf der es nur XYZ statt Wasser gibt?) und eben auch auf Mary, die in einem schwarz-weißen Raum lebende Farbwissenschaftlerin. Offensichtlich ist es ziemlich unwahrscheinlich, dass einem eines Tages der eigene Sumpfmann-Klon über den Weg läuft oder Astronomen die Zwillingserde entdecken. Umso erstaunlicher war es neulich, herauszufinden, dass eine meiner Kolleginnen ähnliches erfahren hat, wie Mary in Jacksons Gedankenexperiment.

    Ruxandras Büro ist im lichtgeschützten Keller zu finden. Foto: S. Anderl
    In Ruxandra Tomas Welt gab es, genau wie in Marys Raum, lange Zeit überhaupt keine Farben. Sie ist farbenblind und leidet an einer Variante der Achromatopsie. Die Farb-Rezeptoren, die Zapfen in der Netzhaut ihrer Augen, sind nicht normal entwickelt und existieren lediglich als Rudimente. Ruxandra lebt daher im Wesentlichen in einer Welt aus Grautönen. Hinzu kommt, dass ihre Sehschärfe stark eingeschränkt ist, da die Hell-Dunkel-Rezeptoren, die Stäbchen, im Vergleich zu den Zapfen im zentralen Gesichtsfeld weniger dicht angeordnet sind. Da die Stäbchen normalerweise für das Sehen in der Dämmerung zuständig sind, sind diese bei Tageslicht außerdem so überreizt, dass die ohnehin schwache Sehkraft fast völlig zurückgeht. In der Mitte der Netzhaut, dem Bereich des schärfsten Sehens, befinden sich bei Normalsichtigen lediglich Zapfen. Bei Achromaten ist diese Stelle entsprechend außer Funktion. Dieser Defekt führt zum Augenzittern, dem Auftreten von sehr schnellen Augenbewegungen. Eine solche Form vollständiger Farbenblindheit tritt extrem selten auf. In Deutschland gibt es Schätzungen zufolge nur ca. 3000 Fälle dieser angeborenen, genetisch bedingten Störung.

    Um Ruxandra in ihrem Büro zu treffen, muss man sich in den Keller begeben. Während andere Kollegen diesen Arbeitsplatz als Zumutung empfinden würden, sitzt Ruxandra freiwillig dort, wo sie kaum einen Sonnenstrahl fürchten muss. Selbst im gedämpften Kellerlicht trägt sie oft noch eine getönte Brille. Eine Sehstörung wurde bei ihr bereits festgestellt, als sie wenige Monate alt war, doch die Unfähigkeit, Farben zu sehen, wurde erst bemerkt, als ihre Eltern erfolglos mit dem Versuch blieben, ihr die Farbwörter beizubringen. Ärzte machten daraufhin Tests und stellten fest, dass sie die meisten der in den ihr vorgelegten Farbmustern versteckten Zahlen nicht sehen konnte. Die Diagnose blieb dennoch lange unklar. In ihrer Familie gab es bisher keine anderen Fälle von Farbenblindheit, obwohl die neueste Diagnose davon ausgeht, dass ihr Defekt genetisch ist. Ihre Kindheit in Rumänien war durch ihre Behinderung starken Beschränkungen unterworfen, doch gleichzeitig führte die Farbenblindheit Ruxandra zu ihrer späteren Leidenschaft: „Als Kind habe ich auf dem Land gelebt, ohne eine gute Brille zu besitzen. Deshalb konnte ich tagsüber fast nichts sehen, wenn ich draußen herumgelaufen bin. Es ist sogar vorgekommen, dass ich nicht einmal meine Mutter erkannt habe, weil ich lediglich Umrisse sehen konnte. Tagsüber war ich quasi blind, aber nachts nach Sonnenuntergang war ich sehr glücklich, weil ich etwas sehen konnte. Auf diese Weise habe ich die Sterne entdeckt. Ich sah den Vollmond aufsteigen und den Sonnenuntergang. Ich denke, das ist der Grund, warum ich jetzt Astronomie studiere. Meine direkte Umgebung konnte ich nicht sehen, aber dafür die Sterne."

    Wahrnehmung eines Normalsichtigen im Vergleich zur simulierten Wahrnehmung eines Achromatopsie-Patienten unter Berücksichtigung von Farbenblindheit, Blendung und geringer Sehschärfe, Quelle: Olav Hagemann, Achromatopsie-Selbsthilfe, (Lizenz: Creative Commons Legal Code)

    Im Teenageralter geschah plötzlich etwas Seltsames: Ruxandra spielte an einem sonnigen Tag mit dem Spielzeug ihres kleinen Cousins und versuchte, trotz ihrer Lichtempfindlichkeit entspannt mit geöffneten Augen zu schauen. Auf einmal bemerkte sie, dass einiges Spielzeug das Licht anders reflektierte, als sie es gewohnt war. Sie fragte nach, was sie da sähe, und hörte, dass diese Gegenstände rot seien. Daraufhin konnte sie diese Erfahrung in günstigen Umständen auch bei roten Ampeln, Autos oder Sonnenuntergängen hervorrufen. Aber selbst heute muss sie noch manchmal nachfragen, was sie gerade sieht, wenn sie diese besondere Art der Wahrnehmung erfährt, auch wenn sie mittlerweile weiß, dass sie neben Rot auch Gelb und Orange sehen kann, sofern die Farben sehr leuchtend und intensiv sind. Die Fähigkeit, Rot, Gelb und Orange zu sehen, kam für Ruxandra völlig überraschend: „Für mich war diese Erfahrung etwas völlig Neues. Ich dachte: Oh mein Gott, was ist das?"
    Interessanterweise assoziiert Ruxandra mit den Farben, die sie zu sehen vermag, keinerlei Prädikate, wie zum Beispiel „Rot ist eine warme Farbe." Sie erklärt dies mit fehlenden Vergleichsmöglichkeiten, da sie außer den untereinander sehr ähnlichen Farben Rot, Orange und Gelb keine Farben sehen kann. Die einzige Bedeutung, die sie einem „warmen" Rot abgewinnen kann, ist, dass sie Rot mag, weil sie mag, was sie fühlt, wenn sie etwas Rotes wahrnimmt. Neben fehlenden Vergleichsfarben könnte vielleicht eine andere Erklärung sein, dass sie wenig Kontextwissen in Bezug auf Farben besitzt, da ihre Farberfahrungen nur in sehr singulären und besonderen Umständen auftreten. Feuer erscheint für sie beispielsweise nicht rot, sondern weiß. Einen physikalisch warmen, roten Gegenstand hat sie noch nie gesehen.
    Ruxandra spricht immer wieder von dem „besonderen Gefühl", das sie hat und genießt, wenn sie Farben sieht. Deshalb ist es auch ein großer Traum von ihr, dass die Medizin eines Tages einmal in der Lage sein könnte, ihr zu einer Erfahrung von Grün oder Blau zu verhelfen: Sie würde gerne erfahren, wie es sich anfühlt, Blau und Grün zu sehen. In ihrem Alltag ist die Unfähigkeit, Farben zu erkennen, alleine kein besonderes Problem, in bestimmten Situationen führt ihre Farbenblindheit sogar dazu, dass sie Formen besser und schneller wahrnimmt als Normalsichtige. Sie ist es gewöhnt, in einer weitgehend farblosen Welt zu leben und leidet sehr viel stärker unter ihrer schlechten Sehkraft als darunter, dass sie fast alles in Grauschattierung wahrnimmt. Es ist vor allem die Neugier auf unbekannte Farberfahrungen die sie manchmal traurig macht. Als Astronomin würde sie insbesondere gerne einmal den so „grünen Blitz" sehen, ein seltenes Phänomen, das manchmal beim Sonnenauf- und -untergang zu beobachten ist.

    Die farbliche Schönheit eines Sonnenuntergangs. Foto: Tim Schrabback

    An dieser Stelle drängt sich der Bezug zu einem anderen philosophischen Gedankenexperiment auf: Thomas Nagel veröffentlichte 1974 den Aufsatz „What is it like to be a bat?" und beschreibt darin, dass wir nie wissen werden, wie es sich für eine Fledermaus anfühlt, ihre Umgebung per Echolot wahrzunehmen - egal wie groß unser theoretisches Wissen über die Mechanismen der Echolotwahrnehmung auch sein mag. Ähnlich geht es Ruxandra beispielsweise mit der Farbe Grün. Obwohl sie als Physikerin viel über Wellenlängen weiß, hat sie keinerlei Anhaltspunkte, wie es sein könnte, Grün wahrzunehmen. Alles was sie weiß, ist, dass beispielsweise Gras und Blätter grün sind. Selbst moderne Geräte, die Farbenblinden helfen sollen, Farben wahrzunehmen, indem Farben in Töne umgewandelt werden, können daran offensichtlich nichts ändern, dass die Erfahrungsqualität unzugänglich bleibt.
    In einer anderen Hinsicht wäre Ruxandra an einem solchen Gerät aber durchaus interessiert, nämlich um besser beobachten zu können, wie Farben im Leben ihrer Mitmenschen zum Einsatz kommen: „Mich würde interessieren, warum Menschen Kleidung in bestimmten Farben tragen, denn Farben haben diese psychologische Bedeutung. Bei Tieren sind Farben in der Paarungszeit sehr wichtig, um Partner anzulocken. Ich frage mich, ob dies bei Menschen ähnlich funktioniert."


    Inverse Weltsicht: Während Katzen nicht in der Lage sind, Rot wahrzunehmen, ist Rot, zusammen mit verwandten Farbtönen, die einzige Farbe, die Ruxandra unter günstigen Bedingungen zu sehen vermag. Foto: R. Toma
    Man mag zu Frank Jacksons Gedankenexperiment und der Frage, ob es mehr in der Welt gibt als das physikalisch Beschreibbare, stehen wie man möchte. Da die Philosophie im Kern keine empirische Wissenschaft ist, kann das Gespräch mit einer Farbenblinden, die gelernt hat, Rot zu sehen, keine Antworten auf die Frage nach dem Zutreffen eines physikalistischen Weltbildes liefern. Stattdessen fördert es eine mindestens genauso spannende andere philosophische Frage zutage: Was sind Farben? Lediglich kodierte Information über unsere Umgebung? Etwas, das notwendig mit einem ganz bestimmten Sich-Anfühlen zusammenhängt? Wenn ja, ist dieses Sich-Anfühlen für alle farbsichtigen Menschen gleich? Was ist der Einfluss von Farben auf uns und unsere Kultur?
    Eines kann man von Ruxandra, verbunden mit Jacksons Mary, vielleicht trotzdem lernen. Sofern man Jacksons Gedankenexperiment so umdeutet, dass Mary deshalb in einer Schwarz-Weiß-Welt lebt, weil sie farbenblind ist, würde ihr die theoretische Farbwissenschaft in all ihren Details wahrscheinlich relativ egal sein. Stattdessen scheint es sehr viel wahrscheinlicher, dass eine farbenblinde Mary Astronomin geworden wäre.

  2. #2
    Sezai
    Sehr interessant.
    Danke fürs posten.

  3. #3
    Avatar von Duušer

    Registriert seit
    20.05.2009
    Beiträge
    4.820
    Wofür braucht man Schamhaare?

  4. #4
    Taudan
    Zitat Zitat von Kisyhp Beitrag anzeigen
    Sehr interessant.
    Danke fürs posten.
    Bitte schön.

  5. #5

    Registriert seit
    07.05.2010
    Beiträge
    593
    Allein die Quantenphysik lässt die normale Physik anders aussehen. Auf einmal ist nicht mehr alles so klar definiert. Natürlich alles im subatomaren Bereich. Im normalen Leben merkt man nichts davon.

    Taudan, ich glaube du weisst, was ich meine.

  6. #6
    Taudan
    Zitat Zitat von Ratnik Beitrag anzeigen
    Allein die Quantenphysik lässt die normale Physik anders aussehen. Auf einmal ist nicht mehr alles so klar definiert. Natürlich alles im subatomaren Bereich. Im normalen Leben merkt man nichts davon.

    Taudan, ich glaube du weisst, was ich meine.
    Ja ich weiss was du meinst,die Quantenphysik har vieles verendert,wir können jetzt manche Sachen aus anderen Perspektiven betrachten.In der Quantenphysik sind Sachen möglich die in der normalen nicht sind.

  7. #7

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    593
    Ja, allein die Heisenbergsche Unschärferelation. Kommt einen ziemlich komisch vor. Zum Glück ist es im grossen Stil nicht so bemerkbar, sonst könnte man gar keine physikalischen Gesetze erkennen.

  8. #8
    Taudan
    Die Heisenbergsche Unschärferelation


    Ein wichtiger Aspekt der Quantenmechanik ist die Tatsache, dass der Ort und der Impuls eines Teilchens niemals zugleich genau gemessen werden können. Diese Größen unterliegen einer Unschärfe. Die Unschärfe beider Größen ist durch die heisenbergsche Unschärferelation (auch Unbestimmtheitsrelation) verknüpft. Je genauer man den Ort eines Teilchens misst, desto ungenauer kann man seinen Impuls kennen und umgekehrt. Die gemeinsame Unschärfe beider Größen ist stets in der Größenordnung des planckschen Wirkungsquantums. Sie ist damit sehr klein und ist in der klassischen Physik nicht erkennbar.
    Nichts verstanden, ok versuchen wir es anders zu ärkleren.

    Die Unschärferelation kann im Wellenmodell leicht verstanden werden: Eine Welle pflanzt sich mit einer festen Geschwindigkeit fort, die von ihrer Wellenlänge abhängen kann. (Im Falle einer quantenmechanischen Teilchenwelle ist die Geschwindigkeit der Welle um so größer, je kleiner die Wellenlänge ist.) Solch eine Welle hat also einen gut bestimmten Impuls. Dafür hat eine Welle aber keinen festen Ort, sie ist überall zugleich. Der Ort einer einfachen Welle ist völlig Unscharf. Um die Unschärfe des Ortes einzuschränken, muss man mehrere Wellen mit verschiedenen Impulsen überlagern. Diese Überlagerung von Wellen führt nun dazu, dass der Impuls nicht mehr genau bekannt (also unscharf) ist.


    Die Unschärferelation gilt nicht nur für Ort und Impuls. Auch andere Paare von beobachbaren Größen (Observablen) unterliegen einer Unschärfe. So zum Beispiel Winkel und Drehimpuls eines Rydbergelektrons, Lebensdauer und Energie eines Zustands oder zwei beliebige Komponenten des Spin.

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