Kulturgeschichte der Physik

Transkript

1 K. Simonyi Kulturgeschichte der Physik Von den Anfängen bis heute 3., überarbeitete und erweiterte Auflage Verlag Harri Deutsch

2 Inhalt VORWORT 11 EINFÜHRUNG Zur Rolle der Physikgeschichte in der modernen Gesellschaft Bewertung und Periodisierung Eine historische Gliederung, ausgehend von der Intensität des wissenschaftlichen Schaffens Die wissenschaftliche Erkenntnis aus dem Blickwinkel der Physiker von heute Periodisierung anhand der theoretischen Synthese Die Rolle der Modellfindung Elemente der Wissenschaftstheorie Trügerische Einfachheit Theorie und Erfahrung Die Fallen der induktiven Methode Dynamik der Physikgeschichte Die bewegenden Kräfte Grenzen, Möglichkeiten und Gefahren Ungewisses in den exakten Naturwissenschaften Die Physik in einer neuen Rolle Die grundlegenden Charakteristika der einzelnen Epochen 36 TEIL 1 Das antike Erbe Das Erbteil der Griechen Die Anfänge der Wissenschaften Ägypten und Mesopotamien Die harmonische, schöne Ordnung Einleitende Übersicht: zeitliche, räumliche und ursächliche Zusammenhänge Mystik und Mathematik: Pythagoras Idee und Realität Piaton über Erkenntnis und Ideen Materie und Bewegung. Die aristotelische Synthese Atome und Elemente Piaton und die Elementarteilchen" Bewegung unter irdischen Bedingungen. Peripatetische Dynamik Die Himmelsbewegungen Das aristotelische Weltbild Ein Ausschnitt aus der Metaphysik des Aristoteles Spitzenleistungen der antiken Fachwissenschaften Archimedes Das ptolemäische System zur Beschreibung der Himmelsbewegungen Die Abmessungen des Kosmos. Geographie Geometrie Instrumente, Technik Der Niedergang des Hellenismus Pessimismus in der Philosophie Augustin über die Absurdität der Astrologie Augustin über die Zeit Das Instrument des Denkens: Aristoteles' Organon 115

3 TEIL 2 Die Hüter des Erbes Die Bilanz von tausend Jahren Warum geht die Entwicklung nicht weiter? Europa nimmt Gestalt an Die technische Revolution Klöster und Universitäten Überlieferer des antiken Wissensgutes Der unmittelbare Weg Byzanz Die arabische Vermittlung Zurück zu den Quellen Inder und Araber Das Dezimalsystem Algebra Algorithmus Herausragende Ergebnisse der arabischen Wissenschaften Europa findet zu sich Fibonacci - ein Rechenkünstler Jordanus Nemorarius, der Statiker Beschreibende Bewegungslehre: Nicole d'oresme und das Merton College Die reformierte peripatetische Dynamik Die Impetustheorie von Buridan Die Physik in der Astronomie Ergebnisse Nicole d'oresme über die Bewegung der Erde Die mittelalterliche Naturphilosophie Glaube, Autorität und Wissenschaft Glaube und Erfahrung Renaissance und Physik Kunst, Philologie and Naturwissenschaft Fortschritte in der Mechanik Die Wissenschaft der Künstler Leonardo da Vinci Die Berufsastronomen treten in den Vordergrund Das gedruckte Buch gewinnt an Bedeutung 169 TEIL 3 Ende und Neubeginn Die Welt um Zahlenmystik und Wirklichkeit Im neuen Geiste zurück zu Piaton Der rückwärts schauende Revolutionär: Kopernikus Ein Kompromiß: Tycho de Brahe Die Weltharmonie: Kepler Galilei und die in seinem Schatten Stehenden Die Einheit der himmlischen und irdischen Welten Aus dem Dialogo Schiefe Ebene, Pendel und Wurfbewegung Galileis Größe Im Hintergrund: Stevin und Beeckman Anschlußmöglichkeiten Die neue Philosophie: Der Zweifel wird zur Methode Francis Bacon und die induktive Methode Eine Methode zum Auffinden sicherer Wahrheiten: Descartes Die kartesianischen Bewegungsgesetze Die erste Kosmogonie An der Peripherie des westlichen Kulturkreises Licht, Vakuum und Materie zur Mitte des 17. Jahrhunderts Das Snellius-Cartesius-Gesetz Das Fermatsche Prinzip Vakuum und Luftdruck ' Die ersten Schritte auf dem Wege zur modernen Chemie Nach Descartes und vor Newton: Huygens 239

4 3.6.1 Huygens' Axiome zur Dynamik Das mathematische Pendel Das Zykloidenpendel Das physikalische Pendel Die Stoßgesetze als Schlußfolgerungen aus der Äquivalenz der Inertialsysteme Die Bewegung auf einer Kreisbahn Newton und die Principia. Das Newtonsche Weltbild Die auf Newton wartenden Aufgaben Eine Kraft wird nicht zur Aufrechterhaltung, sondern zur Veränderung des Bewegungszustandes benötigt Das allgemeine Gravitationsgesetz Auszüge aus den Principia Newton als Philosoph 266 TEIL 4 Die volle Entfaltung der klassischen Physik Das Ausgangskapital für das 18. Jahrhundert Ergebnisse, über die schon berichtet und über die bisher noch nicht berichtet wurde Welle oder Teilchen Die analytische Geometrie Differential- und Integralrechnung: Der Streit der Größten" Für und wider Descartes Voltaire und die Philosophen Würdige Nachfolger: d'alembert, Euler und Lagrange Mögliche Wege für die Weiterentwicklung der Mechanik Die Ergebnisse der Statik Die Newtonsche Mechanik in der Bearbeitung Eulers Das erste Variationsprinzip in der Mechanik: Maupertuis Der erste Positivist": d'alembert Moderne Gedanken Die Mechanik als Poesie Das Jahrhundert des Lichts Die Aufklärung Die Große Enzyklopädie d'alembert: Vorwort zur Enzyklopädie Das für unerschütterlich gehaltene Fundament der klassischen Physik: die Kantsche Philosophie Vom Effluvium zum elektromagnetischen Feld Petrus Peregrinus und Gilbert Chronologie des Fortschritts Qualitative Elektrostatik Die quantitative Elektrostatik Strömung elektrischer Ladungen Das Magnetfeld der Ströme: der befruchtende Einfluß der Naturphilosophie Die Wechselwirkung der Ströme - eine Verallgemeinerung Newtonscher Ideen Faraday - der größte Experimentator Maxwell: die Grundgesetze des elektromagnetischen Feldes Die elektromagnetische Theorie des Lichts Die Lorentzsche Elektronentheorie Wärme und Energie Das Thermometer Progressiv zu ihrer Zeit: die Caloricum-Theorie von Joseph Black Rumford: Und die Wärme ist doch Bewegung! Die Theorie der Wärmeleitung von Fourier Das Caloricum und die Zustandsgieichung Der Carnot-Prozeß Die kinetische Theorie der Wärme: die ersten Schritte Der Energieerhaltungssatz 366 > Die kinetische Theorie der Gase 368

5 Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre Entropie und Wahrscheinlichkeit Der Aufbau der Materie und die Elektrizität: das klassische Atom Chemie: Argumente für die atomische Struktur der Materie Das Elektron: J. J. Thomson Und wieder ein Beitrag der Chemie: das Periodensystem Die ersten Vorstellungen über den Aufbau der Atome Das Linienspektrum und das erneute Auftreten der ganzen Zahlen Abschied vom 19. Jahrhundert 388 TEIL 5 Die Physik des 20. Jahrhunderts Die Jahrhundertwende Wolken am Himmel der Physik des 19. Jahrhunderts" Mach und Ostwald Die Relativitätstheorie Gescheiterte Versuche zur Messung der absoluten Geschwindigkeit Erklärungsversuche im Rahmen der nichtrelativistischen Physik Die Väter der Relativitätstheorie: Lorentz, Einstein und Poincare Die Längen- und Zeitmessung Die Äquivalenz von Energie und Masse Materie und die Geometrie des Raumes Das Raum-, Äther- und Feld-Problem der Physik Newton, Einstein und die Gravitation Die Quantentheorie 42" Die schwarze Strahlung in der klassischen Physik Planck: Die Entropie weist den Weg zur Lösung Das Erscheinen des Wirkungsquantums Einstein: Das Licht ist auch gequantelt Die klassische" Bohrsche Atomtheorie Die statistische Ableitung der Strahlungsformel als Auftakt zur Quantenelektronik Die Heisenbergsche Matrizenmechanik Einstein und Heisenberg Die Schrödingersche Wellenmechanik Heisenberg: Die Kopenhagener Deutung der Quantentheorie Operatoren. Quantenelektrodynamik Das Kausalitätsproblem Johann von Neumann über Kausalität und verborgene Parameter Quantenmechanik als Arbeitsgerät und als Philosophie der Physiker Was ist von der klassischen Physik übriggeblieben? Kernstruktur und Kernenergie Ein Rückblick auf die ersten drei Jahrzehnte Die wichtigsten Etappen bei der Erforschung des Atomkerns Becquerel: Warum fluoreszieren die Uransalze? Das Ehepaar Curie und Rutherford Das Rutherford-Bohrsche Modell zeichnet sich ab Die erste künstliche Kernreaktion Die Quantenmechanik kann auch auf die Erscheinungen der Kernphysik angewendet werden Von Rutherford vorhergesagt, von Chadwick gefunden: das Neutron Kernstruktur und Kernmodelle Die Kernspaltung: experimentelle Evidenz und theoretische Zweifel 493

6 Die Kettenreaktion und die Freisetzung der Kernenergie im großen Maßstab Die Energieerzeugung durch Kernfusion die Energiequellen der Sterne in den Händen des Menschen Die Verantwortung des Physikers Gesetz und Symmetrie Pessimismus in den sechziger Jahren: Experimentalphysiker eilen voran Die Entdeckungsgeschichte der Elementarteilchen Einige Worte zur kosmischen Strahlung Teilchenbeschleuniger und Detektoren Grundlegende Wechselwirkungen Die Erhaltungssätze Symmetrie - Invarianz - Erhaltung Spiegelungssymmetrie Die kleine Asymmetrie vergrößert das Ästhetikum" Zurück zum Apeiron? Energie mit Hilfe von Elementarteilchen? An der Schwelle des dritten Jahrtausends Mensch und Kosmos Neue Informationskanäle Der Energiehaushalt der Sterne Geburt, Leben und Tod in kosmischen Maßstäben Die Entstehung des Universums Zwischen Nichts und Unendlich" Zusammenfassung und Ausblick Die Frontlinien Ergänzungen Physik, Philosophie, Gesellschaft an der Jahrtausendwende Das Standard-Modell und jenseits dieses Modells Das Große Laboratorium Die Fragen und Zweifel wachsen an 560 Literatur 565 Personenregister (zusammengestellt von Ildiko Csurgay) 571 Register arabischer Namen und Begriffe 590 Sachregister 591 Periodensystem der Elemente Herkunft der Namen der Elemente und der Teilchen Die Grundkonstanten der Physik ausklappbares Blatt