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31. 10. 2007
Grundfragen der Physik,
neu gestellt und beantwortet von einer Frau
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Struktur Atommodell Mathematik
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Materie
 
 

Materie
Der widersprüchliche Materie-Begriff, die Begriffe Masse und Energie

Die Übersicht
 
Einführende Gedanken - der Materiebegriff in seiner doppelter Bedeutung führt zur Begriffsverwirrung
 
1. Mutter und Materie -  Bietet der sprachliche Zusammenhang einen physikalischen Erkenntnisgewinn?
  2. Aristoteles, Einsteins  und Lenins Materie-Begriff
Details aus der Geschichte des Materie-Begriffs
  3. Körper - Raum - Materie  und die Begriffe und Eigenschaften, die sich daraus ableiten: Masse, Dichte, Leere, Raumelement
  4. Schöpfung oder Ewigkeitspostulat?
Energieerhaltungssatz oder "creatio ex nihilo"?  - Ich behaupte: beides ist richtig!
5. Geist und Materie
u. a. frage ich: Gibt es eine "Zielursache"? Das Prinzip der kleinsten Wirkung führt den Geist in die Physik ein.
Einführende Gedanken
 
Am Beispiel des Materie-Begriffs will ich zeigen, wie eine unexakte Definition eines Basis-Begriffes  zu einem Durcheinander  in der gesamten Darstellung der Struktur der Materie führt.
 
 
Dazu ist es notwendig, sich die verschiedenen Vorstellungen und Definitionen für das, was mit dem Wort "Materie" bezeichnet wird, genauer anzusehen. In den Fremdtexten  habe ich eine Datei begonnen, in der ich eine Übersicht über einzelne dieser Definitionen und Erklärungen erstellen werde: es werden Darstellungen aus der heutigen Zeit und auch Materievorstellungen aus der Geschichte, vorwiegend aus Nachschlagewerken und populärwissenschaftlicher Literatur,  vorgestellt.
 
Denn diese Vorstellungen sind es natürlich, die auch der Physiker letztlich im Hinterkopf hat, wenn er den Begriff "Materie" verwendet.
 
 
Als erstes bitte ich zu beachten, daß es einen Materiebegriff im philosophischen und einen Materiebegriff im physikalischen Sinne gibt, die man auch als "Materiebegriff im weiteren Sinne" und "Materiebegriff im engeren Sinne" bezeichnen kann.
Im Grunde genommen ist damit das Problem bereits benannt:  wer diese Unterscheidung des Materie-Begriffs nicht beherrscht, landet im "Materie-Chaos" - wörtlich  und im übertragenen Sinne.
 
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1. Mutter und Materie - eine Sprachbetrachtung
Bietet der sprachliche Zusammenhang der Begriffe Mutter und Materie einen physikalischen Erkenntnisgewinn?
 
Es ist bemerkenswert, daß der sprachliche Zusammenhang zwischen den beiden Begriffen "Mutter" und "Materie" in den meisten Nachschlagewerken völlig ungenannt bleibt (siehe "BDE") bzw. nur vage angedeutet  wird (siehe "Du7").
Deshalb will ich hier das Zitat aus dem Lexikon "Das geheime Wissen der Frauen" (siehe  "Frauenlex" in den Quellenangaben) in voller Länge wiedergeben:

Mater
„Dieses indoeuropäische Stammwort für  »Mutter«  und  »Maß«  war die Grundlage vieler lateinischer Wörter und davon ausgehend auch für viele Wörter der europäischen Sprachen, wie matrix, matter, metrisch, materical, maternal, Matrone usw. Matres war eine Bezeichnung für die keltische dreifache Göttin oder Dreiheit der Schicksalsgöttinnen. Matri oder »Mütter« war ein tantrisches Wort für alle wohlwollenden weiblichen Geister. Matta, »Mutter«, der Name der obersten Göttin ...”

Nachdenkenswert ist auch eine Bemerkung aus dem Suchwort "Maya" in diesem Lexikon:
" >Magie<, der Titel der Jungfrau Kali als Schöpferin irdischer Erscheinungen, das heißt aller Dinge, die aus Materie gemacht und für die Sinne wahrnehmbar sind ...”

Es ist leicht verständlich, daß die Menschen früherer Kulturen sich den Anfang der Welt wie eine Geburt vorstellten und diese Weltgeburt als das Werk einer Riesen-Mutter, einer Großen Göttin ansahen. Matrix als lateinisches Wort für die Gebärmutter zeigt das ebenfalls.  Man kann es so sehen: Die Gebärmutter als Hohlkörper, als schützende Hülle, als "Mantel" (bedeutet Hülle, Decke, im weitesten Sinne Körperoberfläche) ist ein  anderer Raum, aus dem die Materie in die Wirklichkeit, in unsere räumliche Realität hineingebracht wird.
Andere, weniger symbolische Überlegungen sprechen  - das Wort "Evolution" wörtlich nehmend - vom "Ausrollen" der Materie. Gedanken über "höhere Dimensionen" könnten zu diesem "anderen Raum" der Matrix in Beziehung gesetzt werden. Sicher sind weitere Assoziationen denkbar ....

Eine mögliche Assoziation führt zur "creatio ex nihilo", der "Schöpfung aus dem Nichts"  - sie wird  unter Punkt 4   vorgestellt.
Die entsprechenden Zitate aus BDE und Du7 sind in
Materie/Zitate zu finden
Die ausführlichen Quellenangaben und die Bedeutung der Kürzel sind zu finden in:
Quellen


matter - englisch für Materie


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2. Aristoteles, Einsteins  und Lenins Materie-Begriff - Details aus der Geschichte
 
Aristoteles und das Gegensatzpaar Materie und Form:
Wenn heute über Aristoteles Materie-Betrachtungen gesagt wird, er habe sich die Materie  als "aus Materie und Form zusammengesetzt" gedacht, kann es sich meiner Meinung nach nur um einen Übersetzungsfehler handeln. Zusammengesetzt bedeutet, es ist teilbar: keine Materie ist teilbar in Form und Materie!
Materie und Form bildeten für ihn ein dialektisches "Gegensatz-Paar": das eine kann ohne das andere nicht wirklich existieren. Der "ungeformten Materie" (siehe z. B. die Vorstellungen über Urstoff, Apeiron, Äther usw.) kommt in diesen  damaligen Vorstellungen (vor der Entdeckung elektromagnetischer Wellen, der Gravitationsfelder usw.) noch keine Wirklichkeit zu. Erst wenn die Materie "geformt" wird (siehe Schöpfungsmythen, in der der "Formungsprozeß" im Mittelpunkt steht, z. B. der erste Mensch Adam wurde aus Lehm "geform": Lehm - ein ungeformtes Materie-Kontinuum), beginnt ihre "wirkliche" Existenz in dem Sinne, daß sie dann"wirkt", an dem Prozeß von Ursache und Wirkung, an den Wechselwirkungen mit anderen Materie-Formen "teil"-haben kann.
 
 
 
Einstein und das Gegensatzpaar Masse und Energie:
Spätestens mit Einsteins berühmter Formel von der Masse-Energie-Äquivalenz hätte die Physik den Materie-Begriff völlig neu formulieren und anwenden müssen. Der eigentliche Skandal der Nach-Einstein-Ära liegt darin, daß diese Äquivalenz noch immer nicht wirklich verstanden wurde.
Wenn man wenigstens das Pendant dieser  Energieformel berücksichtigt und Plancks Energieformel (die von der Energie-Schwingungs-Äquivalenz) mit einbezogen hätte! Das wäre übrigens auch ein schönes Beispiel für die Anwendung der "Weltformel", diese zwei Aspekte der Energie - ihre Möglichkeit, als Masse "geformt" zu erscheinen und als Schwingung "ungeformt" zu existieren - als die zwei Daseinsweisen einer Materie anzuerkennen. Dann wird es "von allein" verständlich, den Energiebegriff zum Basisbegriff, zum physikalischen Analog-Begriff des philosophischen Materie-Begriffs zu machen.
siehe z. B. Weltformel
und auch in Neue Modell die Vorstellungen G. Baers von der "latenten Materie"
 
 
Der Leninsche Materie-Begriff ist zumindest der 30-bändigen Brockhaus-Enzyklopädie (20. Auflage  ab 1996)  wertvoll genug, erwähnt zu werden.  Deshalb sei es auch mir erlaubt, näher auf diesen Begriff einzugehen.

Lenin stellt eines damit klar: man kann über den Begriff der Materie nur sinnvoll nachdenken und diese Materie auf ihre Struktur hin untersuchen, wenn man sie als "objektive Realität" anerkennt: sie ist nicht "Schein", nicht "Einbildung", nicht die Phantasie eines träumenden Geistes, sie ist - so könnte man es heute nennen - keine "Computersimulation", in der wir uns befinden: die Materie in allen ihren Erscheinungsformen existiert unabhängig davon, ob sie einen Beobachter hat oder nicht. Ferne Galaxien, die Tiefen der Berge und Ozeane, auch die Katze, die wir nicht sehen und von der wir nicht wissen, ob sie lebendig oder tot ist - sie alle existeren "real", "wirklich". Die  Wahrnehmungen und Aussagen verschiedener Menschen über diese objektive Realität lassen sich vergleichen. Das, was diese Menschen zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Orten unabhängig voneinander übereinstimmend über diese Wirklichkeit  erkennen, das ist die Basis für alle Physik und Wissenschaft. Ein anderes Verständnis von der uns umgebenen Welt führt zum Agnostizismus, zur Leugnung der Erkennbarkeit der  Welt. Mit anderen Worten, wer Wissenschaft ernsthaft betreiben will, kann das nur unter Anerkennung der  Tatsache, daß es diese räumliche Außenwelt tatsächlich gibt. Damit ist noch nicht die Frage beantwortet, ob diese wirklich existierende Welt aus sich heraus existiert oder das Produkt eines schöpferischen Geistes außerhalb der Menschen ist! Mit anderen Worten: auch Lenin konnte diese Frage nicht wirklich sicher beantworten.
Alle weiteren Aussagen von ihm über die Materie sind interessant und nachdenkenswert, doch sie sind - und das hat er selbst anerkannt - nicht der "Weisheit letzter Schluß": die  Erkennbarkeit der Materie ist angesichts der unendlichen Vielfalt  dieser Materie ebenfalls "unendlich" und "grenzenlos". Und wir können noch absolut nichts darüber sagen, ob wir uns auf diesem Weg am Anfang oder in der Mitte befinden: nur eines ist sicher: Der Weg ist noch lange nicht zu Ende!
Ich werde später weitere Gedanken Lenins über die Materie, ihre Beziehung zum Bewußtsein und die Fragen ihrer Erkennbarkeit  vorstellen. Wer sich schon jetzt damit befassen will, dem empfehle ich sein philosophisches Hauptwerk "Materialismus und Empiriokritizismus".
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3. Körper - Raum - Materie und die abgeleiteten Begriffe
Einige Fragen sollen auf Widersprüchlichkeiten und Probleme bei der Verwendung des Materie- bzw. Substanz- Begriffes aufmerksam machen:
 
Gibt es Materie ohne Raum oder Raum ohne Materie?
Der abstrakte Raumbegriff, der den Raum auch "leer", materiefrei annimmt, ist viel kritisiert worden, die Gleichsetzung von Raum und Materie   auf der anderen Seite ebenfalls.  Die "Geometrisierung" der Materie in der Allgemeinen Relativitätstheorie hat dieses Problem auf die Spitze getrieben.

Daß Materie das "im Raum Ausgedehnte" meint, dürfte die einfachste Verknüpfung beider Begriffe sein.
 
 
Welche Formen der Materie gibt es?
Im allgemeinen geht man  von den vier Aggregatzuständen (fest, flüssig, gasförmig, "feuer"-förmig bzw. ionisiert als Plasma) der massetragenden Körper  aus, deren  "Formen" unterschiedlich stabil sind: von formbeständig über oberflächenbildend-fließend bis raumfüllend-behälterform-annehmend  bzw. als freie Atmosphäre um einen Festkörper  (Planeten) herum sich nach außen immer mehr "verdünnend"  sowie als Plasma schließlich sich jeder "Form-Beschreibung" entziehend ist alles möglich, einschließlich von Zwischenformen vor allem im Bereich zwischen fest und flüssig.

Es ist unüblich, die im Ergebnis von menschlicher Kreativität erzeugten Formen (Kunstwerke, Bauten, Gebrauchsgegenstände, Werkzeuge ) als Teil der natürlichen Formenvielfalt zu sehen. Andererseits werfen gerade sie die Frage auf, welchen Anteil der "Geist" auf die Formung der Materie insgesamt hat. Manche sprechen direkt von der "Materialisierung des Geistes".

Auch die biologischen Formen  (Formen der Lebewesen) werden wenig beachtet, wenn es um das Verhältnis von Form und Materie geht.   Doch gerade diese zeigen  eine äußerst bemerkenswerte Eigenschaft der Materie: ihre "Evolution", ihren dynamischen Aspekt - Materie ist in ständigem Wandel begriffen, bringt immer wieder neue Formen und immer komplexere (!) Systeme hervor. Die Vielfalt der Möglichkeiten geht selbst bei der Annahme einer endlichen Menge an Materie ins Grenzenlos-Unendliche.  In diesem Sinne können wir uns wohl kaum vorstellen, welches Kreativitätspotential noch in der Materie schlummert, welche  Formen sie in Zukunft noch hervorbringen kann, so in den nächsten 5 - 10 Milliarden Jahren.  Manche sprechen direkt von der  "Vergeistigung der Materie".
 
 
Gibt es eine "Lichtsubstanz"?
Mit dieser Frage will ich lediglich auf die Kompliziertheit des Substanz-Begriffes hinweisen: einerseits wird Licht gern als "Korpuskel", als Photon beschrieben, andererseits ist es nicht üblich, Licht als "materiell", als "Substanz" zu sehen.
 
 
Was bedeuten die Begriffe "Realität", "Sein", "Wirklichkeit"?
Es gibt ein anschauliches Beispiel, an dem die Problematik dieser Begriffe deutlich gemacht werden kann: der Wasserwirbel:

1. Sichtweise:
Ich erkenne das Wasser und seine Bewegungen "von außen". Wenn ich Wasser sehe als See, Fluß, Regen, dann sehe ich: das ist alles Wasser, nur manchmal bewegt es sich, manchmal ist es in Ruhe. Es kann Tropfen bilden oder Oberflächenwellen, es kann sich als Regen von oben nach unten und als Fluß im Ganzen bewegen. Aus dieser  Sicht heraus ist auch ein Wirbel im Wasser nichts anderes als bewegtes Wasser. Man kann sagen: es gibt keine Wirbel, es gibt nur bewegtes Wasser. Man kann aber auch sagen: der Wirbel ist ein "Ding", ein Gegenstand, ein Körper. Bewegung oder Körper - Energie oder Masse - man kann es nicht unterscheiden. Diese beiden Deutungsmöglichkeiten führen wahrscheinlich zum Streit zwischen den Vertretern beider Richtungen. ....

2.  Sichtweise:
Wenn ich "im Wasser" bin, werde ich Probleme haben, es überhaupt wahrzunehmen. Es ist ja "überall" und es macht sich nur bemerkbar als Strömung, als Widerstand, wenn ich mich darin bewege, oder eben als Wirbel bzw. Strudel. Ich werde also  auf meinem Weg, das Wasser zu erkennen, zuerst den Strudel, den Druck bzw. Widerstand, die Strömung erkennen, noch ohne zu wissen, was das ist, das da strömt, sich bewegt,  mir widersteht.  Erst mit der Zeit werde ich erkennen können, daß all diesen verschiedenen Erscheinungen eine einzige Realität zugrunde liegt, das Wasser. In dieser Sichtweise wird  beispielsweise zuerst das "Ding" Wirbel wahrgenommen, ehe ich erkennen kann, daß das "nur" bewegtes Wasser ist. Zu dieser Erkenntnis bin ich jedoch nur fähig, wenn ich die allen Wahrnehmungen gemeinsame eine Ursache suche. Wenn ich mich zufrieden gebe, den Wirbel als "Teilchen" zu beschreiben, bleibe ich auf halbem Weg der Erkenntnis des Wassers stecken.

Gut, das Beispiel hinkt ein wenig. Doch vielleicht kann es anschaulich machen, wieso die Menschen schon vor langer Zeit die Idee von einem ungeformten Urstoff hatten, aus dem alle geformten Erscheinungen der Wirklichkeit hervorgehen.
 
4. Schöpfung oder Ewigkeitspostulat?
 

Schöpfungsmythen sind in allen Kulturen anzutreffen. Ihnen gemeinsam ist, daß aus dem Nichts oder dem ungeformten (unstrukturierten, nicht differenzierten, homogenen, nicht wahrnehmbaren, unerkennbaren) Urstoff  Etwas wurde. Materie "wurde", sie wurde geschaffen in der Einheit von Stoff und Form.
Es gibt dafür die Bezeichnung der "creatio ex nihilo", der "Schöpfung aus dem Nichts".

Natürlich haben diese Schöpfungsgeschichten nichts mit moderner Wissenschaft zu tun. Diese geht - um überhaupt Aussagen über die Materie treffen zu können (!) - von dem Postulat aus, daß Materie unerschöpflich und unzerstörbar sei.
Ich betone, daß es sich hierbei lediglich um ein Postulat, eine Vorausbehauptung, bzw. um eine Anfangshypothese handelt. Denn diese Aussage über die Materie ist beim gegenwärtigen Stand der Erkenntnis nicht beweisbar und nicht widerlegbar.

 
 
Aller moderner Physik und Philosophie, allen wissenschaftlichen Aussagen zum Trotz ist es bisher nicht gelungen, den Glauben an einen Schöpfer-Gott bei den Menschen auszurotten.
Meine Begründung, warum das so ist, mag auf den ersten Blick unglaublich klingen und Aversionen auslösen, doch ich bitte um Geduld und die Chance, sie erklären zu dürfen:
 
 
Das Ewigkeitspostulat ist ein Produkt "männlichen" Denkens, während die Vorstellungen von einem Schöpfungsakt, einer "creatio ex nihilo" typisch "weiblich" gedacht sind.

Wenn es mir also um eine "weibliche" Physik bzw. um die Verbindung "männlichen" und "weiblichen" Denkens in der Physik zu tun ist, muß ich versuchen, diese beiden Erkenntnisse in Einklang zu bringen. Es scheint eine unlösbare Aufgabe zu sein.
Ich behaupte, mein Atommodell löst genau diese Aufgabe!
P.S.:
MEPHISTOPHELES.
Ich bin der Geist, der stets verneint!
Und das mit Recht; denn alles, was entsteht,
Ist wert, daß es zugrunde geht;
Drum besser wär's, daß nichts entstünde.
So ist denn alles, was ihr Sünde,
Zerstörung, kurz das Böse nennt,
Mein eigentliches Element.
[Goethe: Faust. Eine Tragödie, Erster Teil, Studierzimmer)

Goethe bringt es auf den Punkt: alles, was einen Anfang hat, was entstanden ist, muß auch zu Ende gehen, zugrunde gehen. Über das "Werden und Vergehen" der Materie wird an anderer Stelle noch ausführlicher zu schreiben sein.
 
5.  Geist oder Materie?
 

Die Gegenüberstellung dieser beiden Begriffe durchzieht die ganze Philosophiegeschichte und macht dabei einen hübschen Bogen um die Physik. Für "Geist" gibt es keine adäquate physikalische Größe. Der Geist hat in der Physik nichts verloren. Betrachtungen über die Entstehung, den Zustand und die Entwicklung der Materie, die einen geistigen Einfluß zugrunde legen, haben in der Physik keine Chance, beachtet zu werden. Schlimmer noch, wer diese Größe in die Physik einbringen will, muß damit rechnen, seine Reputation als Wissenschaftler zu verlieren.

 
 
Noch einmal Aristoteles:
Er nahm vier Ursachen für die Existenz, die Bewegung  bzw.  die Veränderung der Materie an:
causa materialis - die stoffliche Ursache, die im Begriff der Materie erfaßt wird,
causa efficiens - die Wirkursache, die im Begriff der Kausalität erfaßt wird,
causa formalis - die Ursache der Form bzw. Gestalt,  und die
causa finalis - die Zielursache, die ein in der Zukunft liegendes mögliches Ereignis zur Ursache gegenwärtiger Materiebewegungen macht.
 
 
Mit der causa finalis - der Ziel- oder Zweckursache, befaßt sich die Physik überhaupt  nicht, zumindest nicht offiziell. Alle darauf verweisenden Erkenntnisse, alle damit im Zusammenhang stehenden Fragen, verdrängt die Physik.
 
 

Ich werde auf dieses Thema noch ausführlich zu sprechen kommen, z. B. im Zusammenhang mit der Frage nach der physikalischen Sicht auf Leben im Thema Physik: dort sage ich, daß Leben "Bewegung gegen äußere Kräfte ist". Das wesentliche dieser Bewegung lebender Körper ist, daß diese eben nicht spontan nur als Reaktion auf äußere Kräfte erfolgt, sondern vor allem eine zielgerichtete Bewegung ist: Anders hätte der Aufwand an innerer Energie, um äußere Kräfte zu überwinden, ja keinen Sinn.   Eine weitere Definition des Lebens besagt, daß es "von Materie durchflossene Form" sei.

siehe
Leben
 
Doch auch  die klassische Physik kennt den Zielpunkt. Im Hamilton-Prinzip hat das Integral über der Lagrange-Funktion einen Anfangs- und einen Endpunkt in Zeit und Raum. Die Integration ist nur möglich, wenn der Endpunkt (das "Ziel" ?) bekannt ist.
 
 
Was es mit dieser  auch "Prinzip der kleinsten Wirkung"  genannten physikalischen Erkenntnis und der "causa finalis" auf sich hat, formulierte Max Planck so:
 
 
"In der Tat, durch das Wirkungsprinzip wird in den Begriff der Ursächlichkeit ein ganz neuer Gedanke eingeführt: zu der Causa efficiens, der Ursache, welche aus der Gegenwart in die Zukunft wirkt und die späteren Zustände als bedingt durch die früheren erscheinen läßt, gesellt sich die Causa finalis, welche umgekehrt die Zukunft, nämlich ein bestimmt angestrebtes Ziel , zur Voraussetzung macht und daraus den Verlauf der Vorgänge ableitet, welche zu diesem Ziele hinführen.
Solange man sich auf das Gebiet der Physik beschränkt, sind diese beiden Arten der Betrachtungsweise nur verschiedene mathematische Formen für ein und denselben Sachverhalt, und es wäre müßig zu fragen, welche von beiden der Wahrheit näherkommt. Ob man die eine oder die andere benutzen will, hängt allein von praktischen Erwägungen ab. Ein Hauptvorzug des Prinzips der kleinsten Wirkung ist, daß es bei seiner Formulierung keines bestimmten Bezugssystems bedarf. Daher eignet sich das Prinzip auch vorzüglich für die Ausführung von Koordinatentransformationen.
Doch für uns handelt es sich jetzt um allgemeinere Fragen. Wir wollen hier nur feststellen, daß die theoretisch-physikalische Forschung in ihrer historischen Entwicklung auffallenderweise zu einer Formulierung der physikalischen Ursächlichkeit geführt hat, welche einen ausgesprochenen teleologischen Charakter besitzt, daß aber dadurch nicht etwa etwas inhaltlich Neues oder gar Gegensätzliches in die Art der Naturgesetzlichkeit hineingetragen wird. Es handelt sich vielmehr lediglich um eine der Form nach verschiedene, sachlich jedoch vollkommen gleichberechtigte Betrachtungsweise."
(Hervorhebungen in fetter Schrift von mir - B. K.)

siehe Quellen Kürzel Planck, M.

und in den Fremdtexten »
Planck, M  ist das ausführliche Zitat zu finden
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