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Was ist Physik? (Ⅰ)

Was wir tun, wenn wir Naturwissenschaft betreiben

Wissenschaftsphilosophische, erkenntnistheoretische und naturphilosophische Überlegungen und Hypothesen zur Grundstruktur der realen Dinge führen zu ›Neuer Physik‹

Wie in der Einleitung angekündigt, leisten wir uns nachfolgend den Luxus, die neue Physik zusätzlich aus einer etwas anderen, wissenschaftstheoretischen und naturphilosophischen Perspektive zu fundieren, die die dort vollzogene phänomenologische und naturphilosophische Fundierung ergänzt.

Es lohnt sich die neue Physik aus etwas unterschiedlichen Perspektiven zu beleuchten. Denn auf diese Weise erhalten wir eine vertiefte und auch begrifflich vielfältigere Vorstellung davon, was die neue Physik ausmacht.

Ich werde nachfolgend nicht den Versuch unternehmen, die Fundierung der Einleitung hier vollständig nachzuvollziehen. Sondern ich möchte hiermit aufzeigen, aus welchen Perspektiven und mit welchen Argumenten Hypothesen der Einleitung untermauert und ergänzt werden können. Die fehlenden Teile der Fundierung soll sich der Leser aus der Fundierung der Einleitung hinzudenken.

Um eine ›Neue Physik‹ zu entwickeln, die die gesamte Physik vereinheitlicht und damit die heutigen Probleme der Physik möglichst weitgehend löst, ist es eine gute Vorbereitung, wenn wir uns damit beschäftigen, was Physik betreiben eigentlich bedeutet. Wie wir sehen werden, können wir auf diese Weise Einsichten über die Struktur der realen Dinge gewinnen, die uns als Hypothesen im weiteren Verlauf helfen, wichtige Eigenschaften der von uns beobachteten Welt, der Natur, in diese Struktur zu überführen. Aufgrund der Einsichten können wir Interpretationen für Beobachtungen innerhalb dieser neuen Struktur finden, die zur Lösung wichtiger Probleme der Physik führen und die Struktur damit weiter konkretisieren.

Ich werde nachfolgend einige Bezüge zur Philosophie, zu den heutigen physikalischen Beobachtungen und dem Wissen der heutigen Physik sowie zur hier entwickelten neuen Physik einfließen lassen, damit die philosophischen Überlegungen nicht im rein theoretischen Rahmen quasi in der Luft schweben. Ich tue dies in Form von Aufklapptexten, um den Haupttext kürzer und übersichtlicher zu halten.

Hypothesen

Physik ist die wissenschaftliche Erforschung der Naturerscheinungen.

Eigenschaftshypothese
– Die Eigenschaften der Dinge entspringen ihrer dynamischen Struktur

In der Physik erforschen wir aus meiner Sicht die Strukturen der realen Dinge, kurz der Dinge, deren Veränderungen und der Wechselwirkungen, die diesen zugrunde liegen. Dies bestätigt die Wissenschaftsphilosophie, wie von Michael Esfeld dargelegt:

» Welches System auch immer man erforscht, man sucht dessen Bestandteile auf. Das ist das Erfolgsrezept der Naturwissenschaften, wie es am Augenfälligsten in der Physik realisiert ist. Über mehrere Zwischenstufen haben die Physiker die Natur, die sie vorfinden, in immer kleinere Einheiten zerlegt. Je mehr die Zerlegung fortschreitet, desto mehr verlieren die Objekte an individuellen Eigenschaften. Diese Entwicklung zu Ende gedacht, wäre die Welt als eine sehr große Menge von ausdehnungslosen „Punktteilchen“ zu beschreiben. Dass die Dinge in der Welt Eigenschaften haben und insbesondere verschieden sind, liegt nur daran, dass die Punktteilchen aus denen sie zusammengesetzt sind, in unterschiedlichen räumlichen Beziehungen zueinander stehen. «

Ich möchte noch ergänzen, …

… dass es nicht nur räumliche, sondern auch zeitliche, also dynamische, Beziehungen ihrer Bestandteile sind, die den aus ihnen zusammengesetzten Dingen Eigenschaften verleihen. Dies meint die Bewegung ihrer Bestandteile und deren Änderung, also insbesondere auch deren Rotation.

Auch möchte ich noch anmerken, dass wir im Folgenden theoretisch nicht auf ausdehnungslose „Punktteilchen“ treffen, sondern uns solchen nur immer weiter annähern werden. Das soll bedeuten, in meinen Augen endet diese Zerlegung niemals. Das Aufsuchen der Bestandteile der Bestandteile der Bestandteile und so fort kann so endlos fortgesetzt werden. Nur im praktischen Modell macht es dann schließlich Sinn, und ist es wohl unabdingbar, die kleinsten betrachteten Bestandteile als ausdehnungslose „Punktteilchen“ anzunehmen. Dazu später mehr.

Würden die Bestandteile nicht zu finden sein oder die aufgefundenen Bestandteile würden nicht einfacher werden, dann würde Naturwissenschaft nicht so funktionieren, wie wir sie betreiben. Denn Bestandteile, die genauso schwer zu verstehen sind, wie die Dinge, die sie bilden, würden keinen Wissenschaftler voranbringen.

Zusammenhangshypothese
– Der Zusammenhang der Dinge äußert sich in ihrer Stabilität und Entwicklung

Dem füge ich folgende allgemeine naturphilosophische Aussagen hinzu:

Wenn wir Naturwissenschaft betreiben, so auch in der Physik, beschäftigen wir uns immer mit der Stabilität und (Fort-)Entwicklung der realen Dinge, also realer Systeme.

Wir untersuchen den Zusammenhang – den Zusammenhalt – der Bestandteile oder die Transformation der Strukturen dieser Systeme, also deren inneren und äußeren Wechselwirkungen, die dies bewerkstelligen.

Nur, wenn etwas existiert, also einigermaßen stabil ist, macht es Sinn, sich damit zu beschäftigen. Eine sich verändernde Natur, so wie wir sie ja auch beobachten, muss aber auch eine Entwicklung in sich tragen, die so quasi als eine Mischung aus Stabilität und latenter Zerstörung zu verstehen ist.

Regelprozesshypothese
– Nur Regelprozesse können selbstorganisierte dynamische Strukturen stabilisieren

Wie wir noch sehen werden, ist aus der folgenden naturphilosophischen Perspektive der aus der Quantenphysik bekannte sozusagen in die Wiege der Physik gelegt.

Selbstorganisierte dynamische Strukturen werden immer durch Regelprozesse stabilisiert, durch innere Wechselwirkungen, die die Bestandteile der Systeme einigermaßen in ihrer „Bahn“ halten. Diese Wechselwirkungen müssen daher Anteile in sich tragen, die als Gegenspieler diese „Bahn“ erzeugen. Und diese Regelprozesse laufen offensichtlich niemals ganz perfekt; im Besonderen, wenn von außen auf sie eingewirkt wird, was wohl immer der Fall ist.

Diese Überlegungen führen zu der Erkenntnis, dass jedes Ding – jede Existenz – einen einzigen zentralen Regelprozess haben muss, der seine Stabilität und Entwicklung organisiert. So ergibt sich eine Art organischer Physik.

Das Bild und die Perspektive des stabilisierenden Regelprozesses habe ich aus der Biologie beziehungsweise der Physiologie übernommen, weil der Regelprozess sich dort im Rahmen von selbstorganisierenden Systemen hervorragend bewährt hat. Mir sind diesbezüglich viele Parallelen zwischen den Systemen der Physik und denen der Biologie aufgefallen.

Regelprozesse sind auch deshalb ein sinnvolles oder gar notwendiges Konzept, um die Bestandteile der Dinge zu organisieren, weil es sich immer um dynamische Bestandteile handeln muss, wie wir gleich sehen werden, und weil diese Bestandteile der Dinge bei fortschreitender Zerlegung immateriell werden.(Zum Immateriell-Werden: Verweis, auch auf Gaßner Gespräch)

Hintergründe der Hypothesen

Im Nachfolgenden möchte ich die Hintergründe der Hypothesen analysieren und dadurch etwas näher beleuchten, um diese verständlicher zu machen und ihre Konsequenzen zu verdeutlichen.

Warum müssen es dynamische Strukturen sein?

Ohne Dynamik, also Bewegung der Dinge und ihrer Bestandteile, lassen sich keine Wechselwirkungsbeziehungen zwischen den Dingen beobachten: Nur, wenn wir sehen, wer um wen kreist, oder genauer, wer von wem wie Beschleunigt wird, können wir sagen, dass die Bestandteile der Dinge miteinander in Wechselwirkung stehen und die Dinge damit zur Existenz bringen, welches Bestandteil zu welchem Ding gehört. Nur dadurch können wir das eine Ding vom anderen Ding unterscheiden.

Wenn alles ruhig ist und sich nichts bewegt, dann gibt es nur eine räumliche Anordnung, in der keine zwingenden Zusammenhänge zu finden sind. Und ohne jegliche Bewegung kann noch nicht einmal die Information der räumlichen Anordnung zu uns gelangen, denn sie muss zu uns übertragen, also bewegt, werden.

Warum werden sich die Bestandteile immer ähnlicher, je weiter man die Dinge zerlegt?

Die oben von Michael Esfeld dargelegte Sicht der Wissenschaftsphilosophie, die Bestandteile würden durch die Zerlegung der Dinge immer einfacher und damit ähnlicher, kommt, weil die Dinge mehr als die Summe ihrer Teile sind:

Das Verhalten der Bestandteile zueinander geht verloren, wenn man die Dinge zerlegt, ihr Zusammenhang. Das, was sie zu mehr macht, als ihre Summe. Das Verhalten der Bestandteile in den Dingen ist aber das, was die Dinge quasi „beseelt“. Also geht ein Teil ihrer „Seele“ verloren, wenn man die inneren Zusammenhänge der Dinge in Teile auflöst.

Wenn durch jede Teilung etwas verloren geht und die Bestandteile dadurch immer „seelenloser“ werden, dann müssen sie sich immer ähnlicher werden, denn Differenzen sind nur möglich, wenn die Möglichkeit vielfältigen Inhalts besteht. Der vielfältige Inhalt geht aufgrund von weniger Kombinationsmöglichkeiten verloren, die ja nur bestehen, wenn man etwas kombiniert, also in Zusammenhang bringt. Damit müssen die Bestandteile der Dinge nach der Zerlegung bei ihrer Einzelbetrachtung weniger Individualität besitzen, als die Dinge, die aus ihnen gebildet werden. Festzustellen ist auch, dass die Bestandteile ähnliche Eigenschaften haben müssen, damit sie in Wechselwirkung treten und die Dinge überhaupt bilden können.

Umgekehrt und ganzheitlich gedacht: Haben wir die Dinge in ihre einfacheren Bestandteile zerlegt und glauben diese verstanden zu haben, dann können wir sie in einem Modell oder einer Simulation wieder zusammensetzen. Dazu müssen wir sie in einen zeitlichen und räumlichen Zusammenhang bringen, wobei wir Annahmen über ihre Interaktion – ihre Wechselwirkung – investieren müssen. Anschließend können wir vergleichen, ob die im Modell kreierten Dinge mit denen in der Realität beobachteten übereinstimmen. Wir versuchen, die größeren Zusammenhänge aus den einfacheren zu verstehen. So wird aus etwas eher kompliziertem etwas eher komplexes(Verweis). Dies ist unter Umständen schwierig, kaum möglich oder gar unmöglich und man hat es mit Emergenz(Verweis) zu tun.

Warum ergeben sich konstante Geschwindigkeiten der Bestandteile der Dinge?

Wir haben ja gerade festgestellt, dass sich die Bestandteile der Zerlegung der Dinge immer ähnlicher werden müssen, je weiter man die Dinge zerlegt. Und wir haben auch schon festgestellt, dass Physik nur mit dynamischen Strukturen, also nur mit bewegten Strukturen, Sinn macht. Bestandteile, die sich immer ähnlicher werden, und doch immer bewegt sein müssen, sollten sich auch in ihrer Geschwindigkeit immer ähnlicher werden. Ihre Geschwindigkeit muss also schließlich größer Null und konstant sein, wenn man die Dinge klein genug zerlegt.

Die Richtung der Geschwindigkeit der Bestandteile kann dabei allerdings nicht ähnlicher werden, weil sonst die Hypothese über den Zusammenhang der Dinge nicht funktionieren würde, wie gerade erklärt und nachfolgend weiter verdeutlicht wird. Damit wäre die Zuordnung der Bestandteile zu den Dingen nicht klar und der Welle-Teilchen-Dualismus käme nicht zustande.

Die Veränderung der Strukturen der Dinge hat zwei zeitliche Aspekte

Den alten Ägyptern waren zwei Aspekte der Zeit bekannt: Die zyklische Zeit der ewigen Wiederkehr des Gleichen, der Rituale, nannten sie Neheh (sprich »Nechech«). Die historische Zeit, die festgelegte Entwicklung der Welt, das Gewordene, das Vollendete, nannten sie Djet (sprich »Dschet«).

Ich interpretiere Djet hier in abgewandelter Form als die ewige Entwicklung der Welt, also als eine zeitliche Veränderung und nicht als Vollendet oder als die gesamte Entwicklung enthaltend.

Wie stehen die beiden Aspekte der Zeit mit unterschiedlichen Bewegungskomponenten in Beziehung?

Wie wir oben schon festgestellt haben, können wir nur bei bewegter Struktur erkennen, ob die Bestandteile der Struktur zu einem Ding in dieser Struktur gehören oder nicht. Und bei sehr feiner Zerlegung ist diese Bewegung konstant.

Die Bewegung der sehr kleinen Bestandteile, die stabil zum selben Ding gehören, ist so im Idealfall eine Rotation in diesem Ding, denn sonst würden die Bestandteile davonfliegen (siehe , rechts, nur innere Bewegung). Mehrere Bestandteile, die stabil durch Wechselwirkung umeinander rotieren, bringen folglich ein Ding zur Existenz.

Die Bewegung der sehr kleinen Bestandteile, die nicht zu einem Ding gehören, ist im Idealfall eine geradlinige Bewegung, da diese nicht durch Wechselwirkung gebunden sind (siehe ).

Wie in der Hypothese angenommen, handelt es sich in der Realität immer um eine Kombination aus Stabilität und (Fort-)Entwicklung (siehe ).

So gibt es also drei Bewegungsaspekte in Bezug auf die Veränderung der Strukturen der Dinge, die zwei genannten Bewegungskomponenten und die aus ihnen resultierende Gesamtbewegung der Feinstruktur der Dinge. Wir können diese auch als zwei unterschiedliche Djet-Aspekte und als einen Neheh-Aspekt der Zeit verstehen:

Der Neheh-Aspekt der Schwingung der Feinstruktur der Dinge ist die stabile Existenz stiftende Rotation, deren Veränderung im Prinzip auf eine sich immer gleich wiederholende Veränderung der Dinge hinausläuft. Diese Art der Veränderung ist nicht nachhaltig, da sie immmer wieder am selben Punkt ankommt, eine Schwingung.

Der Djet-Aspekt der Alterung ist die geradlinige Bewegung, die Zerstörung verheißen kann, wenn sie die Bestandteile der Dinge auseinanderreißt, oder die Entstehung verheißen kann, wenn sie die Bestandteile der Dinge zusammenbringt. Sie trägt auch die Informationen, die Wechselwirkungen, vom einen Ding zum anderen, in die Welt hinaus, und bewirkt so Veränderungen und Umwandlungen. Diese Art der Veränderung ist nachhaltig, denn sie lässt die Dinge altern.

Der Djet-Aspekt der grundlegenden Veränderung ist die Gesamtbewegung der Feinstruktur der Dinge und entspricht einer grundlegenderen Zeit, als die Alterung.

Der Djet-Neheh-Dualismus und das Existenzprinzip
– der Welle-Teilchen-Dualismus

Die Dinge unserer Welt, wie wir sie beobachten, sind sowohl veränderlich, als auch stabil, beides zumindestens in gewissen Grenzen. In der Hypothese habe ich festgestellt, dass Naturwissenschaft betreiben bedeutet, sich mit der Stabilität und (Fort-)Entwicklung von Systemen zu beschäftigen.

Das bedeutet, alle Dinge tragen sowohl den Neheh-Aspekt der Veränderung in sich, der für ihre Existenz und Stabilität sorgt, als auch den Djet-Aspekt, der den Dingen sowohl eine Bewegung ihrer Struktur durch den Raum als auch eine Transformation, also deren innere Veränderung, ermöglicht. Das Zusammenspiel von Djet und Neheh nenne ich den Djet-Neheh-Dualismus. Wie damit die Existenz der Dinge begründet ist, nenne ich das Existenzprinzip: Jedes Ding, jede Existenz, muss eine Struktur von Bestandteilen besitzen, die durch Neheh stabilisiert und durch Djet innerlich und äußerlich verändert wird. Weil es sich beim Djet-Neheh-Dualismus dementsprechend um eine Kombination einer Rotationsbewegung mit einer geradlinigen Bewegung handelt, hat die kombinierte Bewegung die Form einer Helixspiralbahn, mit sehr konstanter Geschwindigkeit wie oben erläutert.

Symmetriebrüche, Pole und Wechselwirkungen

Wenn ein Ding dadurch existiert, dass seine Bestandteile in ihm rotieren und deshalb ihren Ort nicht beliebig verlassen können, dann müssen die Bestandteile im Ding recht fest gebunden sein. Dies geht nur, wenn die Bestandteile sich gegenseitig so beeinflussen, dass sie nicht gut aus dem Verbund entfliehen können. Die Bestandteile des Dings müssen miteinander in Wechselwirkung stehen:

Wechselwirkungen treten in der Natur nur dann auf, wenn es Pole gibt, die irgendeine Form von Ladung tragen. Das bedeutet, bildlich gesprochen, dass etwas getrennt ist, das sich zu etwas Neutralem ergänzt. Die Pole streben nach einem Ausgleich, sie ziehen sich an. Diese Trennungen tragen immer eine Form des Bruchs einer geometrischen Symmetrie in sich, einen Symmetriebruch(Verweis).

Allgemein betrachtet handelt es sich bei Wechselwirkungen, die stabile Dinge als Systeme ständig bewegter Bestandteile verbinden, um Wechselwirkungen in Regelprozessen. So, wie ich es in meiner Hypothese schon genannt habe. Solche stabilen Dinge sind also Regelsysteme. All solche Regelsysteme tragen also den Djet-Neheh-Dualismus in sich.

Diese Betrachtungsweise, diese radikale und neue Perspektive auf die Grundlagenphysik, und ihr fundiertes Verständnis sind wichtig, um bisher unerklärbare Phänomene der Physik zu verstehen und verbinden die Grundlagenphysik mit jeder Naturwissenschaft und schließlich sogar mit der Naturphilosophie des Lebens.

Das Existenzprinzip ist ein fraktales Prinzip

Wenn jedes Ding aus Bestandteilen besteht, dann müssen diese Bestandteile, weil sie auch Dinge sind, wieder aus noch kleineren Bestandteilen bestehen. Dies nenne ich das fraktale Existenzprinzip. Fraktal deshalb, weil es ein hierarchisches Prinzip ist, deren Hierarchieebenen selbstähnlich sind, also immer wieder dem gleichen Prinzip gehorchen.

Fraktaler Djet-Neheh-Dualismus

Weil jede dieser Strukturebenen, alle Teilchen jeder dieser Ebenen, aus den oben genannten Gründen den Djet-Neheh-Dualismus in sich trägt, ist auch der Djet-Neheh-Dualismus ein fraktales Prinzip. Die fraktale Verschachtelung des Djet-Neheh-Dualismus führt so zu Bewegungen der immer kleiner werdenden Bestandteile auf verschachtelten Helixspiralbahnen. Dadurch sind die sehr kleinen Bestandteile dieser verschachtelten Helixspiralstruktur aber nicht wirklich frei, denn ihre Djet-Bewegung ist immer wieder durch die auf sie zum Größeren hin folgende Neheh-Bewegung in eine Rotation gezwungen.

Physik modellieren heißt, die Dinge nur bis zu einem gewissen Grad zu zerlegen

Die Fraktalität des Existenzprinzips bringt theoretisch unendlich viele Ebenen dieser selbstähnlichen Struktur hervor, wenn wir die Dinge und ihre Bestandteile immer weiter zerlegen. Das ist ein universales Prinzip der neuen Theorie. Praktisch ist dies nicht beherrschbar, weil wir so unglaublich viele Bestandteile nicht im Detail berechnen können.

In einem konkreten Modell, das wir aus dieser Theorie ableiten, können wir uns aber auf eine tiefste Ebene dieser Struktur festlegen, um die Sache beherrschbarer zu machen, wobei wir dann mehr oder weniger große Einbußen in der Genauigkeit hinnehmen müssen. Die konstante Geschwindigkeit der Fundamentalteilchen dieser festgelegten, untersten Ebene dieser Struktur, ist dann unser Maß für die grundlegende Veränderung dieser Struktur. Es handelt sich dabei um eine festgelegte, grundlegende, absolute Zeit der Struktur, unseres modellierten physikalischen Systems. Sie existiert in dieser Form allerdings nur, weil wir uns im Modell auf eine unterste Ebene dieser Struktur festgelegt haben.

→   Wie messen wir in der Physik?

Fußnoten
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Stand 05. September 2024, 14:00 CET.

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