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Thesen:

• (1) Die Beschreibung physikalischer Sachverhalte ist nicht notwendigerweise eindeutig.

• (2) Kausalität ist ein wichtiger Begriff zur Beschreibung physikalischen Geschehens, der aber nicht immer anwendbar ist.

(1) U.a. nach Einstein gibt es keinen eindeutigen Weg von einer Beobachtung bzw. einem Experiment zu einer Theorie.

Vielmehr sind für ein und den selben Sachverhalt sogar mehrere verschiedene richtige Beschreibungen bzw. mehrere verschiedene richtige Theorien möglich und in einigen Fällen sogar üblich.

Beispiele:

• Geozentrisches versus heliozentrisches System

  Einem Vorschlag von Prof. Treitz folgend wird mit Hilfe des Simulationsprogramms HELIOGEO gezeigt, dass beide Systeme "kinematisch äquivalent" sind und sich nur durch die Wahl des Bezugssystems unterscheiden.

  • Download der Simulationsprogramme HELIOGEO (und HOHLWELT)
  • Download HELIOGEO (32-bit Windows; ZIP-Datei, ca. 500 kB)

  • Im Programm HELIOGEO können Sie wahlweise in beiden Bildern der Welt nebeneinander folgende Situationen darstellen:
    • Bewegungen der 5 Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter) mit und ohne eingezeichnete Bahnen
    • Planetenbahnen allein
    • Vereinfachtes Planetensystem, in dem einzelne Planeten "abgeschaltet" werden
    • Planeten mit einem Streckenzug miteinander verbunden. Die entstehenden Vielecke sind zu allen Zeiten in beiden Bildern der Welt identisch. Besonders daran wird augenfällig klar, dass beide Bilder "kinematisch äquivalent" sind.

      Zu einer vollständigen Äquivalenz wäre es nötig, auch die Kräfte mitzutransformieren. Dann würden in der geozentrischen Beschreibungsweise komplizierte Ausdrücke für vielfältige Scheinkräfte (Trägheitskräfte) entstehen, die möglicherweise eine Aufklärung der dynamischen Zusammenhänge des Planetensystems verhindert hätten.

  • Galileis Behauptung, dass das heliozentrische System "wahr" sei, und das geozentrische "falsch", ist damit widerlegt. Es gibt allerdings Gründe, weshalb das heliozentrische System (oder ein nach heutigen Kenntnissen allgemeineres "galaktisches") zu bevorzugen ist [Einfachheit (vgl. "Ockhams Rasiermesser"); ermöglicht das Finden von Gesetzmäßigkeiten und damit - erst Jahrhunderte nach seiner Erfindung- : größere Genauigkeit; Symmetrie]. Man kann sich streiten, ob man solche Argumente noch für physikalisch oder schon für philosophisch/meta-physikalisch hält.

  • Unterrichtskonzept dazu

• Hohlweltsystem versus Normalweltsystem

  Einem Vorschlag von Prof. Sexl (1983) folgend wird mit Hilfe des Simulationsprogramms HOHLWELT gezeigt, dass beide Systeme "kinematisch äquivalent" sind und sich nur durch eine Koordinatentransformation (Inversion an der Kugel) unterscheiden.

  • Download der Simulationsprogramme HOHLWELT (und HELIOGEO)

  • Im Programm HOHLWELT werden folgende Situationen in beiden Bildern der Welt dargestellt:
    • Ausbreitung von Licht
    • Entstehung von Tag und Nacht
    • Entstehung der Jahreszeiten
    • Schiffsmast taucht hinter dem Horizont auf
    • Satelliten-Bewegung um Erde
    • Gravitationszug nach Euler bzw. nach Voltaire, der Eulers Vorzeichenfehler korrigierte

  • Vortragsmanuskript dazu (gehalten 1996 vor dem Verein "Volkssternwarte Würzburg e.V.", in dem das Simulations-Programm eingesetzt wurde)

• Elektrodynamik der Felder versus Elektrodynamik der Potenziale

  In der Schule wird die Elektrodynamik mit Hilfe von elektrischen und magnetischen Feldern E und B formuliert. Prinzipiell kann man aber auf diese ganz verzichten und stattdessen die Elektrodynamik mit Hilfe der Potenziale f und A formulieren. Beide Darstellungen werden in einem "Märchen" an Hand einer "Lebensbeschreibung" des fiktiven Forschers Minbad Nearanite durchexerziert, in dem auch die Vor- und Nachteile beider Beschreibungsweisen diskutiert werden. Normalerweise verwendet man in der offiziellen Elektrodynamik manchmal die Felder E und B, manchmal die Potenziale, je nachdem, was geschickter ist.

  Es wird auch angesprochen, dass das Vektorpotenzial A reale messbare Konsequenzen hat, die aus der Sicht einer Beschreibung mit E und B messbare Nichtlokalitäten aufweisen (Induktion, Maxwell-Lodge-Effekt, Aharonov-Bohm-Effekt). Auch Induktion ist aus der Sicht von E und B ganz klar ein nichtlokaler Effekt. Didaktische Konzepte, die das übersehen, vermitteln häufig falsche Vorstellungen.

  • Ein elektrodynamisches Märchen - der Kampf um die zwei Darstellungen der Elektrodynamik

  Eine neuere Arbeit (2008) bestätigt reale klassische Effekte des Vektorpotentials, z.B. im Maxwell-Lodge-Effekt.

• "Eine-Mechanik" und "Viele-Mechaniken": Brücke zwischen den "Mechaniken"

(2) Kausalität oder nicht ?