Archiv des Monats: Juni 2012

Massen

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Wie ist das nun mit der Masse? Die kann man doch sicher eindeutig messen, oder? Wieder scheint es recht einfach zu sein.Es gibt einen gültigen Maßstab, das Urkilogramm. Als Messinstrument nutzt man eine Waage. Waagen gibt es in verschiedenen Ausführungen. Eine sehr einfache Variante ist die Balkenwaage. Das zu wiegende Objekt wird in der einen Schale platziert, in die andere Schale legt man Wägestücke, solange bis die Waage ausbalanciert. Die Gewichte der Wägestücke waren vorher mit Bezug auf das Urkilogramm bestimmt worden. Nun kann man die Gewichte der Wägestücke addieren und erhält das Gewicht des zu bestimmenden Objekts. Hierbei wird eindrucksvoll klar, dass das Wiegen respektive Messen im Kern ein Vergleichen ist, im konkreten Fall das Vergleichen des zu wiegenden Objekts mit dem Gewicht der Wägestücke.

Wer in Physik aufgepasst hat, wird vielleicht einwenden, dass Masse und Gewicht nicht dasselbe sind. Für die alltäglichen Messungen auf Erden kann der Unterschied zwischen Masse und Gewicht meist vernachlässigt werden, ansonsten hat diese Unterscheidung aber einen ernstzunehmenden Hintergrund. Das Gewicht wird der Masse durch die Schwerkraft verliehen. Die Schwerkraft ist jedoch nicht überall gleich. Wir bräuchten nur mal kurz auf den Mond zu fliegen, um festzustellen, dass unser Kilogramm nun kein Kilogramm mehr wiegt. Allerdings wird uns für eine solche Feststellung die Balkenwaage nicht weiterhelfen, da die Wägestücke auch an Gewicht verloren haben. Was für ein Dilemma! Im neuen Bezugssystem auf dem Mond entspricht unser Kilogramm wieder einem Kilogramm an Wägestücken! Kann das richtig sein?

Wie kann man überhaupt feststellen, ob unser Kilogramm auf dem Mond leichter ist als auf der Erde? Genau genommen gar nicht. Das neue Bezugssystem der Messung ist jetzt der Mond mit der auf ihm wirkenden Schwerkraft. Da messen vergleichen bedeutet und wir nur Objekte vergleichen können, die zum selben Bezugssystem gehören, könnten wir Unterschiede zu anderen Bezugssystemen zwar ermitteln, es wären aber nicht im eigentlich Sinne Messungen. Wir lassen trotzdem nicht locker. Wir wollen unbedingt das Kilogramm auf der Erde mit dem Kilogramm auf dem Mond vergleichen. Da man keine Waage bauen kann, deren eine Schale auf dem Mond platziert ist und die andere auf der Erde, muss ein anderer Weg gefunden werden. Man könnte eine andere Waage, eine Federwaage zum Beispiel, zur Hand nehmen. Benutzt man den gleichen Versuchsaufbau auf der Erde und auf dem Mond, dann wird die Federwaage auf dem Mond für das zu messende Objekt einen geringeren Wert anzeigen als auf der Erde. Na also, geht doch! Nur, was haben wir eigentlich verglichen? Wir haben die Schwerkraft auf der Erde mit der Schwerkraft auf dem Mond verglichen und nicht die Gewichte zweier Objekte im gleichen Bezugssystem, wie es für eine Messung verlangt wird.

Bisher haben wir die Massen anhand ihrer Gewichte unterschieden. Was machen wir aber, wenn Massen dort verglichen werden sollen, wo keine Gravitationskräfte wirken? Die Balkenwaage wird uns nicht weiterhelfen, die Wägestücke flögen einfach davon. Eine Federwaage wäre ohne Gravitationskraft, mithin ohne Gewicht der Massestücke, ebenfalls nicht von Nutzen. Eine Größe hätten wir noch, die auf Massen auch ohne Gravitationskraft Einfluss nehmen kann – Energie. Wirkt Energie auf eine Masse, dann wird sie in Bewegung gesetzt, zumindest wenn die Energiemenge ausreichend groß ist, um die Trägheit der Masse zu überwinden. Bei gleicher eingesetzter Energiemenge werden unterschiedlich große Massen unterschiedlich beschleunigt. Damit ergibt sich eine Möglichkeit, unterschiedlich große Massen zueinander ins Verhältnis zu setzen, das heißt, sie zu messen.

Experimente haben bestätigt, dass die „schwere“ Masse und die „träge“ Masse gleich groß sind. Das heißt, die auf die eine oder die andere Weise ermittelten Relationen der Massen zueinander sind identisch. Es wäre auch verwunderlich, wenn sie je nach Art der Messung unterschiedlich ausfallen würden. Die Unterschiede zwischen träger und schwerer Masse liegen in den Messbedingungen beziehungsweise im Messverfahren begründet und nicht in der Natur der Sache selbst. Die Messung einer schweren Masse verlangt ein Bezugssystem, in dem Gravitationskräfte wirken. Die Gravitationskräfte müssen auf alle zu messenden Massen in gleicher Stärke wirken, ihnen in gleicher Weise „Schwere“ verleihen, damit ein genaues Ergebnis erzielt werden kann. Die Messung einer trägen Masse setzt wiederum die Einwirkung gleicher Energiemengen auf die zu vergleichenden Massen voraus, da diese dann unterschiedlich in Bewegung gesetzt werden. Ganz egal, wie wir das Messen der Massen anstellen, ob unter Mitwirkung der Schwerkraft oder mittels Energieübertragung, es muss gesichert sein, dass das Messen, das heißt das Vergleichen in einem gleichbleibenden Bezugssystem vorgenommen wird. Die erhaltenen Ergebnisse sind selbstverständlich relative Größen, das heißt auf einen Maßstab bezogen. Diesen Maßstab könnte man ändern, das hätte jedoch keinen Einfluss auf die ermittelten Relationen zwischen den verglichenen Massen. Es würde sich nur deren Bezeichnungen ändern.

Nun wissen wir zwar, wie man Massen bestimmen kann, aber, was Masse eigentlich ist, bleibt ziemlich unklar. Tragen wir das Wenige, das wir bisher dazu wissen, zusammen. Masse ist ein „Etwas“, das unter Einwirkung von Schwerkraft „Schwere“, das heißt Gewicht erhält. Das Gewicht selbst ist jedoch keine Eigenschaft der Masse, es wird ihr durch die Schwerkraft verliehen. Außerdem ist Masse „träge“. Sie ändert ihre Bewegung nur dann, wenn ausreichend große Kräfte oder ein entsprechender Energieimpuls auf sie wirken. Außerdem hatten wir bei den Wahrnehmungen herausgearbeitet, dass man das, was außerhalb unseres Kopfes existiert, mit den Begriffen Strukturen, Bewegungen und Kräfte zusammenfassen kann. Massen sind weder Kräfte noch Bewegungen. Massen können folglich nur Strukturen sein, auf die wiederum Kräfte und Bewegungen, respektive Energie, einwirken. Man könnte also sagen, Masse besteht aus Strukturen und Strukturen haben die Eigenschaft, Masse zu sein.

Der Dialektik von Struktur und Bewegung beziehungsweise Masse und Energie widmet sich auch ein Abschnitt des zweiten Teils, auf den hier verwiesen werden soll.

Bild: kamelopedia.mormo.org

zuletzt geändert: 30.05.2019

Was ist da draußen?

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Heute scheint die Sonne. Es ist hell, das Licht lässt die Farben erstrahlen und es wärmt meine Haut. Vögel singen. In der Luft ist ein Hauch von Lindenblüten. Man meint, Honig zu schmecken. Dazu tönt aus dem Radio leise Musik. Kann ein Morgen schöner sein? Nun noch einen Kaffee und ein frisches Brötchen und der Morgen wäre perfekt. Aber was von alldem ist real? Das Brötchen und der Kaffee, die Vögel und das Radio auch. Natürlich auch die Sonne, die Lindenblüten und die Luft. Hingegen, dass dieser Morgen hell ist, die Farben erstrahlen und die Haut von der Sonne gewärmt wird, das ist Fiktion. Es ist die Übersetzung unseres Gehirns für die Tatsache, dass uns gerade energiereiche Sonnenstrahlung erreicht. Die Strahlung selbst ist weder hell noch dunkel oder gar farbig und warm. Auch Schwingungen der Luft sind noch lange keine Töne. Sie sind lediglich Ausdruck für die Ausbreitung von Energie. Damit aus den Luftwellen, die unser kleiner Vogel erzeugt, Töne werden, braucht es ein Sinnesorgan, das die Luftschwingungen registriert, elektrische Impulse erzeugt und an das Gehirn weiterleitet. Das Gehirn, der große Kapellmeister, lässt daraus Musik oder eben Vogelgezwitscher entstehen. Ähnliches gilt für den Geruch der Lindenpollen. Dass sie scheinbar riechen oder gar schmecken, ist eine Hilfe, eine Krücke, die uns das Gehirn an die Hand gibt, damit wir uns in unserer Umwelt zurechtfinden und nicht elend verhungern.

Alles, was schön ist, aber auch alles, was uns ärgert oder gar wehtut, hat seinen Ursprung im Gehirn, diesem kleinen Tyrannen. Es dient dazu, dass dieser große Körper Mensch, den das Gehirn nunmal zum eigenen Überleben braucht, auch das tut, was ihm, dem Gehirn, am besten bekommt. Gott-sei-Dank, ist dieses Beste für das Gehirn auch meist das Beste für den Körper. Dies gilt allerdings nicht zwangsläufig, wie man aus der Kulturgeschichte des Alkohols oder anderer Drogen ablesen kann. Das Gehirn mag den Rausch, auch wenn die Leber Schaden nimmt.

Wenn also alles, was das Leben schön und aufregend, ja lohnend macht, über das Gehirn vermittelt wird, was ist dann da draußen, außerhalb unseres Kopfes? Was ist wirklich in unserer Welt? Dazu sollten wir uns noch einmal anschauen, was die Sinnesorgane registrieren, bevor die Informationen in Wahrnehmungen umgewandelt werden. Das Sehen von Licht und Farben, wie auch die wohltuende Wärme der Sonne basiert auf der Registrierung ihrer energetischen Strahlung, die wiederum durch die Bewegung der Photonen bestimmt ist. Die Reaktion der Haut auf die Temperatur der Luft basiert im Kern auf der Abgabe beziehungswise Aufnahme von Energie. Das Hören beruht auf der Wahrnehmung von Schwingungen der Luft, die ihrerseits Ausdruck von deren Energiegehalt sind. Im Gegensatz dazu basieren das Schmecken und das Riechen auf dem Erkennen von materiellen Strukturen, denn die Moleküle, die sich an diese Sinneszellen anlagern, haben einen für den jeweiligen Stoff charakteristischen Aufbau. Man kann die Sinneszellen der Nase und des Mundes vielleicht mit Schlössern vergleichen, in die jeweils nur ein bestimmter Schlüssel oder eine Gruppe von Schlüsseln respektive Molekülstrukturen passt. Wenn ein bestimmtes Schloss einen Eindringling meldet, dann ist klar, welcher Stoff der Übeltäter oder auch Wohltäter gewesen sein muss.

Kehren wir noch einmal kurz zum Sehen zurück. Man sieht nicht nur hell und dunkel sowie Farben, sondern auch Linien, Formen und räumliche Strukturen, ebenso wie Bewegungen in ihnen. Die sind tatsächlich vorhanden. Mag sein, dass auch beim Erkennen von Linien, Formen und Strukturen das Gehirn hilfreich zur Seite steht, zum Beispiel, indem Konturen verstärkt oder Formen durch den Abgleich mit Erfahrungen identifiziert werden. Trotzdem bleibt, dass Linien, Formen und Strukturen sowie Bewegungen darin tatsächlich in der Umwelt vorhanden sind, sonst würden wir uns auch nicht in ihr zurechtfinden. Dann kennen wir noch das Druckempfinden der Haut, das eine Reaktion auf Kräfte darstellt, die auf diese wirken. Der Gleichgewichtssinn und das Registrieren von oben und unter, hängen wiederum mit der Schwerkraft der Erde zusammen.

Wenn wir das, was unsere Sinnesorgane, registrieren, zusammenfassen, dann sind das

  • die Strahlung der Sonne, deren Wirkung aus der Bewegung der Photonen resultiert
  • der Energiegehalt der Luft, der sich in der Bewegungsintensität ihrer Bestandteile ausdrückt
  • mikroskopisch kleine Strukturen in Form von Atomen und Molekülen
  • Räume, die durch Linien, Formen, Abstände und andere Strukturelemente bestimmt werden
  • Bewegungen in diesen Räumen sowie
  • Kräfte, die auf uns und alles, was uns umgibt, wirken.

Das „da draußen“ besteht also summa summarum aus

Strukturen, Bewegungen und Kräften.

Es sei wieder auf den zweiten Teil verwiesen, wo das Verhältnis von objektiver Realität und subjektiver Wahrnehmung noch einmal näher beleuchtet wird.

Bild: Der Denker aus geo.de

 zuletzt geändert: 25.05.2019