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Als "meine Physik" bezeichne ich nicht irgendeine spezielle Physik, die sich von anderen Physiktheorien unterscheidet, sondern mein Wissen über das, was ich konventionell als Physik bezeichne. Dabei unterscheide ich, was ich als Physik begreife und was ich über den Gegenstand dieser Physik weiss. Ich weiss in diesem Sinn beispielsweise, dass Physik etwas mit Energie zu tun hat, und ich weiss auch etwas über Energie. Beides sind Bestandteile meines Wissens, weshalb ich von meiner Physik spreche.
Meine Physik habe ich mir angeeignet. In diesem Aneignungsprozess habe ich etwas über Energie gelernt und auch dass Teile dieses Wissen konventionell als Teile der Physik bezeichnet werden. Einen Teil dieses Wissen habe ich mir während meiner Schulzeit angeeignet. In der Schule habe ich auch bestimmte sprachliche Ausdrucksweisen kennengelernt. Insbesondere ging es dabei nie um mein Wissen, sondern immer darum, was jenseits von mir wirklich der Fall ist. Genau diese Differenz bezeichne ich mit "meine Physik".
Ich habe zwei relativ zufällige Veranlassungen aktuell über meine Physik nachzudenken. Zum einen habe ich gerade das Buch "Lernen" von K. Holzkamp gelesen, in welchem die Schule ziemlich schlecht abschneidet. Beim Lesen des Buches habe ich über meine eigenen Lernerfahrungen im Zusammenhang mit der Schule nachgedacht. Zum andern habe ich über einen didaktischen Streit gelesen, der zwischen Vertretern des Karlsruher Physikkurses (KPK) und Vertretern der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) ausgetragen wird, darüber, wie Physik in der Schule unterrichtet werden sollte. Das veranlasste mich, meine eigenen Lern- und Schulerfahrungen anhand der Schulphysik zu reflektieren und so über "meine Physik" nachzudenken.
Ich erkannte schnell oder sogar augenblicklich, dass ich praktisch nichts mehr weiss, von dem, was ich während meiner gesamten Schulzeit im Fach Physik hätte lernen sollen. Und dass ich unabhängig davon auch sonst nicht viel über den Gegenstand der Physik weiss. Dabei realisierte ich vor allem, dass ich Physik jenseits aller Gegenstände als Schulfach wahrgenommen habe, weshalb sie mir als Lehre oder verschiedene Lehren erschienen ist. Der Ausdruck "Physik" wäre deshalb insofern ein "falscher" Name, als Lehren normalerweise durch die Endung "-logie" bezeichnet werden, während die Endung "-ik" für eine Art Praxis steht, in welcher die Lehre aufgehoben ist. Eine konventionelle Form mit dieser Differenz umzugehen, erkenne ich darin, die Physik nicht nur als wissenschaftliche Grundlage, sondern auch als höchste Form der Technik zu sehen, wobei dann sinnigerweise oft doch von Technologie die Rede ist. Allerdings wird die Physik konventionellerweise als Naturwissenschaft bezeichnet, weil es in Schule um Bildung, nicht um Ausbildung geht.
Der Physikunterricht in der Schule ermöglichte mir das Bestehen von Physikprüfungen, die mir den Zugang zu höheren Schulen und damit schliesslich zu einem potentiell grösseren Einkommen verholfen haben. Dieser Nutzen der Physik ist praktisch und wichtig, was aber mit dem Gegenstand der Physik nicht viel zu tun hat, sondern mehr über die Schule als solche sagt. Die Schule braucht Fächer, auch wenn die Inhalte dieser Fächer nach den jeweiligen Prüfungen vergessen werden können. Ich vermute, dass der volksschul-didaktische Kleinkrieg der Gesellschaft für Physik in diesem Sinne ein Standeskrieg ist, in welchem es ausschliesslich darum geht, das Schulfach "Physik" zu erhalten, weil darin die beste Propaganda für die Gesellschaft der Physik gesehen wird. Es gibt ganz viele "Gesellschaften", die sich um die Schulfächerverteilungen streiten.
Unter lerntheoretischen sinnvolleren Gesichtspunkten müsste ich eigentlich dann lernen, wenn ich mit meinem je aktuellen Wissen oder Können in für mich wichtigen Lebenssituationen jenseits von Schulprüfungen nicht weiterkomme oder Dissonanz erlebe. Wenn ich meine Schulzeit als Lebenssituation auffasse, also nicht meine, dass ich in der Schule für das Leben jenseits der Schule lerne, dann zeigt sich natürlich mein Bedarf an Physik gerade in den als Lebensbewältigung zu bestehenden Prüfungen. Das Wenige, was ich in der Schule von Physik mitbekommen habe, hat bei mir aber jenseits der Schule viel mehr Dissonanz geschaffen als aufgehoben, weil die Schulphysik viele Wörter relativ zu meinem naturwüchsigen Sprachgefühl ganz sinnwidrig verwendet. Ein typisches Beispiel dafür ist etwa der Ausdruck "Arbeit", mit welchem in der Physik etwas ganz anderes bezeichnet wird als in meiner Sprache. In der Physik "versteht man" unter Arbeit die mechanisch ausgetauschte Energie, während ich den Ausdruck für eine bezahlte Tätigkeit verwende, bei welcher der Energieaustausch keinerlei relevante Rolle spielt. Ich hätte im Physikunterricht sozusagen meine Sprache verlernen müssen, um die Sprache der Physik zu lernen.
Zurückblickend vermute ich, dass die Sprache der Schulphysik ein wesentlicher Grund dafür war, dass ich mir diese Physik nicht aneignen konnte. Eine bleibende Dissonanz zu meiner eigenen Sprache konnte ich verhindern, indem ich die Schulphysik nach den Prüfungen rasch wieder vergessen habe. Aber viele Vorstellungen, die ich dieser Physik zurechne, begegnen mir auch jenseits der Schule, beispielsweise in Gesprächen zur sogenannten "Energie"politik. Dabei geht es bei weitem nicht nur darum, dass die Physik die Bedeutung von Wörtern wie "Arbeit" oder "Energie" verdoppelt, sondern noch viel mehr darum, wie die physikalisch gemeinten Ausdrücke konzeptionell besetzt werden. Ich habe auch jenseits meiner Sprache ein Wissen - man mag es tacit nennen - das durch die Physik, wie sie in der Schule gelehrt wird, eigentümlich verdreht wird. Ich weiss, dass Lernen immer auch eine Art von Verlernen beinhaltet. Beim eigentlichen Lernen müsste ich aber mein jeweils hergebrachtes Wissen aufheben können, also nicht einfach nur durch ein anderes Dogma ersetzen. Ich muss aufgrund des je neuen Wissens neu und adäquater verstehen können, was ich vorher gewusst habe.
Ich gebe zwei Beispiele für problematische Vorstellungen zu Wörtern, die in der Physik - unglücklicherweise unglücklich - verwendet werden: Atom und Energie. Das Atom scheint mir quasi aus der Physik zu kommen und im Alltag keine andere Konnotation zu haben als die physikalische, während Energie vermutlich wie Arbeit im Alltag bereits Deutungen hatte, bevor Physiker das Wort verwendet haben.
In meinem nicht weiter reflektierten Wissen gibt es Atome. Ich weiss nicht, wie ich je zu dieser eigentlich seltsamen Vorstellung gekommen bin. Offenbar haben sich bereits die alten Griechen über kleinste Teilchen Gedanken gemacht, und sie als unteilbare Atome bezeichnet. Was Atome sind ist zunächst nicht so wichtig, viel wichtiger für die national-gesellschaftliche Reproduktion sind Atombomben und Atomkraftwerke. In der Schule lernte ich dann, dass Atome eben doch teilbar sind, und dass gerade deren Teilbarkeit deren Bedeutung für Bomben und Kraftwerke ausmacht. Ich kann gut damit leben, dass die alten Griechen sich geirrt haben. Viel schwieriger ist für mich, mir ein Teilchen vorzustellen, dass ich nicht zweiteilen kann. Dem entspricht die Schulphysik, indem sie gar nicht von der Teilbarkeit der Teilchen, sondern von deren Aufbau spricht. Atome haben gemäss dieser für Schüler grob vereinfachten Lehre einen Kern und eine Hülle, was ich mir irgendwie analog zu unserem Sonnensystem vorstellen soll. Der Sonne entspricht der Kern, während die Hülle durch Planeten, die als Elektronen bezeichnet werden, bestehen soll. Dieses Bild hat für mich nicht die geringste Plausibilität. Ich kann in unserem Sonnenplanetensystem schlicht kein Teilchen mit einer Hülle erkennen. Und wenn ich mir eine Hülle ausdenken würde, wozu ich durch die Schulphysik angehalten werde, sähe ich eine elliptisch gequetschte Kugel von der Grösse der Umlaufbahn von Pluto, die in einem fast absoluten Sinn leer ist. Wenn Atome ebenso leer wären, wie sollte ein handfestes Material wie beispielsweise ein Stück Eisen aus solch leeren Gebilden bestehen können? Anschaulich geht das nicht. Die Physik negiert dann mein Anschaulichkeitsbedürfnis total in Form von Energie, die ihrerseits Materie sei, die ich aber eben nicht wie Eisen anfassen könne. Diese Energie hält die praktisch nicht vorhandenen Atomkörper so stark zusammen, dass sie bei aller Luftigkeit eben doch zu einem Stück Eisen werden können. Immerhin haben die Physiker hier mit Materie ein Wort gefunden, das ich jenseits der Physik nicht verwende.
Atome spielen in meinem praktischen Leben keine Rolle, Atomkraftwerke - auch als latente Atombomben - dagegen schon. Ich muss "Energie" bezahlen, die als Ware mittels Atomkraftwerken für mich "produziert" wird und die ich offenbar (ver)brauche. In meiner Schulphysik musste ich zur Kenntnis nehmen, dass Energie weder hergestellt noch verbraucht werden kann. Physikalisch gesehen verbrauche ich also keine Energie, sondern allenfalls etwas, was einem Strom, der beispielsweise aus einem AKW kommt, innewohnt. Aber die Schulphysik kümmert sich auch bei der Energie nicht um meine bildlichen oder begrifflichen Vorstellungen, sondern sagt mir abstrakt, wann ich was gemäss welchen Formeln rechnen muss. Was Energie bedeutet, bleibt auf der Ebene der Schulphysik unaussprechbar. Der erwähnte Karlsruherphysikkurs verspricht, wenigstens das zu ändern. G. Bateson bezeichnet solche Fälle als Erklärungsprinzipien, die die Grenzen dessen bezeichnen, was innerhalb einer Erklärung für klärungsbedürftig gilt.
Mit vielen Wörtern meiner Alltagssprache bezeichne ich Objekte, die mir in der Physik irgendwie ähnlich auch begegnen. Ich spreche etwa von der Kraft oder der Stärke meiner Pferde, ohne genau definieren zu können, was ich damit meine. Indem ich darüber nachdenke, was ich mit diesen Wörtern bezeichne, betreibe ich zunächst und ohne es zu wissen eine "Physik" auf der Ebene von Aristoteles, also eine Art Philosophie darüber, wie oder durch welche Kategorien ich bestimmte Aspekte der Welt beschreibe und mithin - dia logos - begreife. Anders als der Sklavenhalter Aristoteles spreche ich dabei über mich, nicht darüber, was unabhängig von mir der Fall sein soll.
Da meine Sprache jener der mir bekannten Schulphysik so oft widersteht, frage ich mich, wozu oder zu welcher Quasiphysik denn meine Sprache passt, oder in welchem Naturverständnis sie gründen mag. Ich beobachte also meine Beobachtungen. Dabei erkenne sofort, dass die konventionelle Notation der Physik gar keinen Beobachter kennt, wiewohl sie das an ihren esoterischen Rändern etwa als Unschärfe problematisiert.
Als Referenzobjekt meiner Sprache erscheint mir - was auch einer Art Philosophie entspringt - meine eigene Tätigkeit, in welcher damit verbundene Erfahrungen aufgehoben sind. Quasi physikalische Aspekte meiner Tätigkeit erscheinen mir durch die Widerständigkeit der von mir behandelten Umwelt. Es gibt beispielsweise Gegenstände, die ich nicht bewegen kann, weil sie zu gross oder zu schwer sind, oder weil ich zu wenig Kraft habe. In diesem Kontext weiss ich natürlich oder vielmehr naturwüchsig, was ich mit gross, schwer und Kraft meine, ohne die geringste Kenntnis von Physik zu haben. Ich spreche in diesem Sinn auch von der Grösse oder dem Gewicht des Gegenstandes, wodurch der einzelne Gegenstand zu einer Instanz eines Objektes mit Grösse und Gewicht wird. Es gibt dann auch kleine, leichte Objekte, die ich beispielsweise über eine bestimmte Distanz werfen kann. So merke ich, dass mir ein Stein als Hammer dient, der seine Wirkung - etwa bei der Jagd - auch in einer gewissen Ferne entfalten kann. Solche Erfahrungen kann ich aus ganz praktischen Gründen zur Sprache bringen, ohne damit irgendeine Physik zu verfolgen. Ich kann aber auch darüber "philosophieren", was ich damit eigentlich zur Sprache bringe oder wie ich meine Worte verwende.
Intensiver ist meine Auseinandersetzung mit der dabei erscheinenden "Natur", wenn ich Artefakte herstelle, also wenn ich einem bestimmten Material eine bestimmte Form gebe, damit es mir als Hammer oder als Krug dienen kann. Dabei brauche ich nicht nur Kraft, sondern Können und ich muss Grösse und Gewicht nicht nur einschätzen, sondern festlegen. Die Sinnhaftigkeit meiner Tätigkeit wird vielfältiger, weil ich auch antizipiere, wozu ich die Artefakte herstelle. Wenn ich ein Werkzeug herstelle, muss ich mir sogar die Verwendung des Werkzeuges beim Herstellen von etwas anderem vorstellen. Form und Material des Gegenstandes müssen bestimmten Bedingungen genügen. Ich muss mich mit Materialeigenschaften befassen und ich muss mechanische Verhältnisse berücksichtigen. Auch das mache ich zunächst ohne jede Physik, aber ich erkenne "natürlich" Gesetzmässigkeiten in der Widerständigkeit der so entdeckten Natur, wo sie sich meinen funktionalen Vorstellungen verweigert. Ich erkenne, dass bestimmte Materialien zu weich sind oder eine zu geringe Festigkeit haben, und ich erkenne, dass ich mit längeren Hebeln mehr Gewicht bewegen kann. Zunächst ist solche Erkenntnis unausgesprochen und von bescheidener Systematik. Aber es sind solche Erfahrungen, die sich in meiner naturwüchsigen Sprache widerspiegeln. Ich beschreibe, was ich mache und was mir dabei begegnet.
Indem ich mir solche Erkenntnis bewusst mache, insbesondere indem ich sie aufschreibe, betreibe ich eine Art Physik, die ich literaturhistorisch mit einer ganzen Reihe konkreter Namen verbinden kann. Einerseits haben schon die antiken Griechen allerlei Gesetzmässigkeiten erkannt, nur hatten sie selten einen produktiven Bedarf dafür. Erst zunächst spanische Europäer entzifferten arabische Schriften unter dem Gesichtspunkt einer systematischen Produktion, was allerdings lange in Klöstern monopolisiert wurde. Die beiden Bacons, Francis und Roger verkörpern die Ausbreitung von empirisch-experimentellem Wissen in Europa, dessen Bezug zur gesellschaftlichen Produktion aber beide noch entöffentlichten. Erst nach 1500 wurde das Wissen allmählich produktiv und durch die Produktionserfordernisse der Manufaktur vorangetrieben. Wo ich meine eigene praktische Tätigkeit reflektiere, betreibe ich eine Art Physik in diesem empirisch naturphilosophischen Sinn, in welchem matereille Produktionsbedingungen erforscht werden (vergleiche dazu Schäfer, L.: Das Bacon-Projekt).
Meine naturwüchsige Sprache passt ohne weiteres zu dieser noch unentwickelten, impliziten und subjektorientierten "Physik". Ich müsste zusammen mit meiner Sprache mein sozusagen mittelalterliches Bewusstsein aufgeben, mich also im philosophischen Sinn der Aufklärung aufklären lassen, um die Schulphysik aneignen zu können. Das wurde wohl in der Schule so voraus-, aber wenigstens bei mir nicht erfolgreich durchgesetzt. Ich kann mich aber im Nachhinein auch fragen, was ich mir mit einer modernen Physik als Denkweise eingehandelt hätte oder heute einhandeln würde. Meine Sprache scheint mir ja nur relativ zur Schulphysik nicht stimmig. So akzentuiert sich meine Frage, wozu ich die neue oder moderne Physik lernen sollte - und nebenbei, warum die Schule ausgerechnet dieses Anliegen verfolgt.
Auch wenn ich von der heutigen Physik fast nichts verstehe, habe ich mittlerweile über diese Physik doch eine wissenschaftstheoretisch entwickelte Vorstellung, die mir meine Widerstände auch jenseits meiner Sprache begreifbar macht. Als Naturwissenschaft im heutigen Sinne des Wortes sehe ich eine Physik die mit G. Galilei als Galionsfigur in der sogenannten Aufklärung entstanden ist. Immerhin sagte Kardinal Bellarmino schon damals zu G. Galilei: "Sei vernünftig: Bezeichne deine Ideen als Hypothesen, sonst sind sie Ketzerei". G. Galilei aber hat seine Beobachtungen wenigstens hinter vorgehaltener Hand mit der Wahrheit verwechselt. Und die heutige Schulphysik wird zwar wissenschaftstheoretisch als Hypothese im Sinne von K. Popper propagiert, aber in der Schule - abgekürzt - als Wahrheit erzählt.
Weggelassen - oder an andere Fächer delegiert, wo der Zusammenhang dann auch nicht hergestellt wird - wird in der Schule der gesellschaftliche Hintergrund, vor welchem die moderne Physik entstanden ist. Weggelassen wird, dass die Natur ihre spezifische Widerständigkeit gesellschaftlich primär in der produktiven Tätigkeit zeigt. Quasihistorisch kennzeichne ich die einfachste Produktion von Gebrauchsgegenständen und Werkzeugen in welcher sich das moderne physikalische Interesse erstmals entfaltet, als Handwerk, das zunächst in der Manufaktur und dann in der Industrie aufgehoben wurde. Die wahre Geschichte der Physik wird - auch in Schule - anders erzählt. Da gibt es kluge Philosophen, die sich sinn- und zweckfrei für die Natur interessieren, weil sie gar nicht wissen, dass andere Menschen, zumal Sklaven, Leibeigene und Proletarier, arbeiten (müssen).
Da mich die Arbeit - vielleicht biographisch begründet - immer viel mehr interessierte als die Natur, begriff und begreife ich jede Lehre unter dem Gesichtspunkt einer Arbeitswissenschaft. In der Arbeitswissenschaft mache ich mir meine gesellschaftlich aufgehoben Tätigkeit bewusst. Den Anfang der gesellschaftlichen Aufhebung konkreter Tätigkeiten erkenne ich als innerbetriebliche Arbeitsteilung, die sich so weit entwickelt hat, dass bei jeder Produktion die Wahl des Materials und die Wahl der Form von der Handarbeit, also von der praktischen Tätigkeit getrennt wurden. Dabei entstand die Idee einer "Kopfarbeit" im Sinne einer Ingenieurstätigkeit und schliesslich einer Wissenschaft, die in dieser Ideenlehre mit produktiver Tätigkeit gar nichts mehr zu tun hat und gerade deshalb von den "Kopfarbeitern" als Naturlehre bezeichnet wird - ganz jenseits davon, dass ein Teil der Menschen noch arbeiten müssen (vergleiche dazu Todesco, R.: Technische Intelligenz).
Mir geht es hier nicht darum, was in der Schule wie als Physik gelehrt werden sollte. Soweit die Schule der generellen Erziehung dient, ist Physik ein ganz zufälliges Fach, das etwa den Stellenwert von Latein hat. In diesem Sinne spielt es keinerlei Rolle, was in diesem Fach wie unterrichtet wird. Wäre die Schule dem Lernen statt dem erziehenden Belehren verpflichtet, würden die Schüler - also sicher nicht ich - bestimmen, was sie lernen wollen. Ich weiss nur, was mich interessiert hätte und immer noch interessiert - und dass davon in keiner mir bekannten Schule die Rede ist.
Ich habe sehr früh begriffen, dass meine Eltern für mich aufkommen. Ich habe dann auch begriffen, dass sie das bei aller Liebe im Rahmen ihrer Möglichkeiten machten, und dass sie diese Möglichkeiten nicht selbst bestimmten, sondern durch gesellschaftliche Verhältnisse bestimmt waren. Meine Eltern arbeiteten in Fabriken. Sie waren keine Kopfarbeiter. Aber die Direktoren in diesen Fabriken wussten offenbar, was zu tun ist und wie man reich wird, während meine Eltern das ganz offensichtlich nicht wussten - ja nicht einmal wussten, dass sie es nicht wussten. Mich hätte das Wissen dieser Direktoren sehr interessiert - auch wenn ich keine Ahnung davon hatte, was ich dazu wissen oder lernen müsste. Ich meine nicht, dass ich als Kind oder als Schüler hätte sagen können, was ich lernen sollte. Aber ich hatte ein intuitives Gefühl dafür, welche Belehrungen ich - für später - nicht brauchte.
Meine Eltern wussten wie bewusst auch immer, dass in der Schule darüber entschieden wird, wer überhaupt je relevantes Wissen bekommt. Ich glaube aber nicht, dass sie mich je in die Schule geschickt hätten, wenn sie dazu gefragt worden wären. In der Schule musste ich dann eben auch Physik auswendig lernen, um potenziell zu weiterem - vielleicht relevantem - Wissen zu kommen. Im Nachhinein weiss ich, dass ich mich schon als Kind für die richtige Sache interessiert hätte, auch wenn ich es nicht hätte sagen können. Die richtige Sache wäre für mich das Wissen, das in der gesellschaftlichen Produktion anfällt. Ein Teil dieses Wissens wäre ein Wissen über Material und Energieträger wie es in der modernen Technik erscheint. Dieses Wissen müsste mich - jenseits von als Naturwissenschaft verbrämter Philosophie - interessieren, wenn ich an der gesellschaftlichen Produktion in einem menschlichen Sinn beteiligt wäre.
Meine Frage, wozu ich die Grundlagen der modernen Physik kennen sollte, bekommt so einen inversen Sinn. Meine Teilhabe an der gesamtgesellschaftlich durch ausdifferenzierte Arbeitsteilung vermittelten Lebensgewinnung beinhaltet, dass ich auch die jeweils gesellschaftlich erreichte Technologie in einem hinreichenden Sinn begreifen kann. So wie mich Eigenschaften von Materialien etwa im Hinblick auf deren Tauglichkeit für bestimmte Maschinen interessieren, müssen mich auch die energetische Wirkung und der Wirkungsgrad von Dampfmaschinen interessieren, wie sie beispielsweise vom Ingenieur N. Carnot beschrieben wurden. Auch wenn ich selbst keine Maschinen herstelle, bin ich in einem produktiven Sinn von Maschinen betroffen und auch davon, wie sie be- und angetrieben werden. Als potentieller Galeerensklave interessiert mich vielleicht das energetische Verhältnis zwischen einer Dampfmaschine und meiner Muskelkraft noch nicht, aber auch auf dieser noch nicht entwickelten Tiefe des Lerngegenstandes erkenne ich natürlich, dass es einen Unterschied macht, ob ich selbst oder ich mittels einer Maschine mein Schiff bewege. Für Aristoteles beispielsweise machte das keinen Unterschied, wo er der Kraft der rudernden Sklaven den Sieg einer Schlacht und so der Demokratie zugerechnet hat.
Wenn ich über den Antrieb von Maschinen nachdenke, komme ich auch jenseits jeder Physik rasch zur Erkenntnis, dass sie unabhängig von ihrer je speziellen Art einander ersetzen können, also in einer gewissen sehr wichtigen Hinsicht gleich sind. Ich merke, dass das Wasser eines Baches wie der Ochse eines Göpels eine Mühle antreibt, und dass dazu beim Ochsen sowohl Kraft als auch Ausdauer nötig sind. In solchen Erkenntnissen entwickle ich meinen Lerngegenstand. Dabei interessiert mich zunächst gerade nicht, was Energie sein könnte, sondern welche Maschinen für wieviel Geld wie gut betrieben werden können. Eine Dampfmaschine kostet - unter bestimmten Umständen - weniger als hundert Sklaven. Aber deshalb käme ich nie auf die Idee, dass eine Maschine arbeitet. Gerade im Gegenteil scheint mir diese Idee pervers, nur durch eine Aussensicht begründet, in welcher Sklaven und Maschinen gleichgesetzt werden. Ich selbst erkenne ohne Probleme, dass ich mittels einer Maschine meine Arbeit anders verrichten kann, als wenn ich keine entsprechende Maschine habe, aber dass in beiden Fällen ich es bin, der arbeitet.
Ich will an dieser Stelle wieder auf die Sprache zurückzukommen. Es geht hier nicht darum, dass soziologische und physikalische "Arbeit"ganz verschiedene Verhältnisse bezeichnen, sondern darum, dass ich als Schüler ohne bewusste Einsicht in diese Verhältnisse mehr oder weniger zwangsläufig in ein Dilemma gerate, in welchem ich meine normale Sprache oder eben die Physik verwerfen muss. Dass ich später - beispielsweise nach einem Studium der Soziologie - bei einer tieferen Durchdringung des Lerngegenstandes diese Verhältnisse bewusst auseinander halten kann, nützt mir in der Schule noch nichts. Und wenn ich als Physiker hinreichend fachidiotisch bleibe, spielt diese Differenz - wie bei den Sklavenhaltern - auch später nie die geringste Rolle, so dass ich ihr auch sprachlich keinen Ausdruck geben muss. Die jeweilige Sprache ist in diesem Sinne also vor allem Symptom.
Wenn ich - jetzt wieder in meiner Sprache und in meinem gesellschaftlich vermittelten Interesse - verschiedene Arten des Antriebes von allerlei nützlichem Gerät bewusst vergleiche, brauche ich ein bewusst gewähltes Mass. G. Galilei sagte am Anfang seiner noch naturwüchsigen Physik, man müsse alles, was messbar sei messen, und was nicht messbar sei, messbar machen. Das zu sagen macht mir vor dem Hintergrund Sinn, dass ich lange vor jeder Physik allerlei messe und dazu Masse verwende. Wenn ich zwei Mengen Gerste oder Milch vergleichen will, brauche ich ein "gemasstes" Gefäss, etwa einen Krug bestimmter Grösse. Im Tauschverhältnis mit anderen Menschen muss ich über diese Grösse Vereinbarungen treffen, beispielsweise ein Ur-Krug festlegen, der beispielsweise einen Liter beinhaltet. Das aber hat G. Galilei kaum gemeint.
Da G. Galilei oft unter prekären Verhältnissen leben musste und deshalb auch zu grösseren Betrügereien bei der Erfindung des Fernrohrs bereit war, beschäftigte ihn wohl mehr das Mass, mit welchem er seine Tätigkeit bewertet haben wollte. Wieviel ist die Tätigkeit eines Physiklehrers wert? Nicht erfinden musste er, wie beispielsweise ein Liter Gerste und ein Liter Milch ins Verhältnis gesetzt wird, weil er dafür bereits das Mass "Denare" kannte.
Wenn ich mich für verschiedene Arten des Antriebes interessiere, helfen mir Liter und Denare nur sehr bedingt, das heisst ich muss meinem Interesse ein spezifisches Messverfahren zuordnen, womit ich dann auch festlege, was genau ich vergleiche. Für "Antrieb" wie auch immer gibt es kein Gefäss.
Ich will nochmals exemplarisch verdeutlichen, dass mein Interesse am Messen keinerlei philosophisches Interesse für die sogenannte Natur überhaupt voraussetzt. Ich stelle mir vielmehr vor, dass ich in einer kleinen Manufaktur allerlei Geräte wie Mühlsteine, Blasbälge oder Webstühle antreiben muss. Dazu brauche ich "Antrieb" in einer bestimmten Menge. Diese Menge setze ich in eine konstruierte Beziehung zu einem Wasserrad, das von einem Bach angetrieben wird oder eben zu einem Göpel, der von Ochsen oder Sklaven in Bewegung gehalten wird. Die Grösse und das Material des Wasserrades und die Menge und die Fliessgeschwindigkeit des Wassers im Bach spielen eine entscheidende Rolle. Wie ich aber diese Art Antrieb messen oder messbar machen soll, wusste auch der berühmte G. Galilei noch nicht.
Im Nachhinein weiss ich, dass die Schulphysik ein paar fixfertige Antworten zu meinen lebenspraktischen Fragen hat. Nur habe ich in der Schule nie auch nur im Ansatz erkennen können, welche meiner eigenen, mein materielles Leben betreffenden - mir aber damals nicht bewussten - Fragen damit beantwortet wurden. Jetzt erscheint mir die Schulphysik als ein didaktische ausgeklügelte Lösung zu einem Dilemma, das darin besteht, den Schülern ein abstraktes Wissen beizubringen, das die materiellen gesellschaftlichen Verhältnisse, also die je eigenen Fragen gerade ausblendet. Die Schule als Institution muss generell die Aufgabe lösen, die Schüler in "gerechter" Weise unterschiedlichen - quasi naturgegebenen - Lebenschancen zuzuweisen. Es hat an den Hochschulen naturgemäss nicht Platz für alle Schüler.
Im Hinblick auf diese Funktion der Schule muss die Physik wie jedes andere Schulfach Prüfungsstoff liefern, der in einer vorgegebenen Verteilung von Schulnoten bewertbar ist. Da auch die Hochschule eine Schule ist, begreife ich sie nur unter derselben Perspektive wie die Schule insgesamt. Das Studium kann deshalb nicht aufdecken, was zuvor verdeckt wurde. So muss sich die Physik auch auf diesem Niveau quasi treu bleiben, auch weil sie mitbestimmt, was an der Volksschule gelehrt werden soll.
Die Schule, die ich erlebt habe, beruht nicht auf Fragen von Schülern, sondern auf rhetorischen Fragen von Lehrern, die die richtigen Antworten schon kennen. Natürlich wiederholt sich dasselbe Dilemma auf jeder Schulstufe (vergleiche dazu die grundlegenden Untersuchungen in Holzkamp, K.: Lernen). Lernen besteht in dieser Hinsicht in Anlehnung an N. Luhmann darin, den Schulstoff als Lösung zu begreifen, wofür das Problem zu finden ist. In gewisser Weise verstehe ich jetzt, warum ich mir die Schulphysik nicht aneignen konnte, aber das beantwortet meine Fragen zur Physik natürlich nicht. Immerhin gewinne ich auf diesem Weg Hinweise dafür, welche Art von Physik für mich plausibel sein könnte, so dass ich Teile der Schulphysik in einem neuen Kontext rekonstruieren kann.
Die Reformpädagogik von M. Wagenschein schlägt vor, die Geschichte der jeweiligen Wissenschaft unter der Annahme zu rekonstruieren, dass sich - im Prinzip - in den aufgereihten Fragen eines jeden Schülers die Geschichte des Faches wiederholt, weil der Schüler in seiner Ontogenese die Phylogenese des Faches wiederholt. Diese quasi-haeckelsche Annahme scheint mir zwar in vielen Hinsichten problematisch, aber als individueller Aneignungsweg nicht ganz abwegig. In meinem Fall - der nicht wie von den Reformpädagogen vorgesehen, von einem Schullehrer angeleitet ist - beginnt das Problem damit, dass ich bereits am Anfang ja ganz andere Fragen stelle, als es die historischen Helden der Schulphysik offenbar getan haben. Es kann aber gut sein, dass diese Einschätzung damit zusammenhängt, dass ich auch von der Geschichte der Physik praktisch keine Ahnung habe.
Ich will dazu zwei oft zitierte aber für meinen Bedarf abwegige Beispiele geben. Zunächst der physikpädagogisch exemplarische Fall des Horror vacui. Wenn Kinder oder kindische Erwachsene mit Wassergefässen verschiedener Art rumspielen, können sie Horror vacui, der dafür steht, dass die Natur jedes Vacuum zu vermeiden suche, selbst entdecken, und damit ein Stück Physik-Geschichte reproduzieren. Sie können dann bei gegebener Anleitung auch rekonstruieren, wie diese Angst der Natur überwunden wurde. Die Frage ist allerdings, warum ich ausgerechnet mit solchen Gefässen rumspielen sollte, wenn ich meine Lebensumstände begreifen will. Das andere Beispiel ist noch skurriler. Die Lehre der Elektrizität wird in vielen der mir bekannten Schulen so erzählt, dass am Anfang jemand entdeckt habe, dass wenn man mit einem Katzenfell einen Bernsteinstab reibe, ein eigentümliches Resultat erscheine. Beispielsweise können dabei einem die Haare zu Berge stehen, was die Damen in den mesmerischen Salons in Paris offenbar sehr entzückt habe. Gottes Wege sind in der Tat unergründlich, aber warum sollte ich je mit einem Katzenfell einen Bernsteinstab reiben? Und warum sollte ich dieses für mich ganz sinnlose Verhalten als Ausgangspunkt meines Lernens annehmen? - Wenn ich nicht schon, wie meine Belehrer vorab wüsste, wozu das gut sein soll?
Beide Beispiele beruhen auf einer didaktisch rückwärtsgedachten Schulphysik, für die irgendwelche Anfänge für Anfänger erfunden oder in komischen Geschichten gefunden werden müssen. Sie sind damit auch in einer spezifischen Hinsicht exemplarisch. Sie verorten das Interesse für physikalische Verhältnisse in einem philosophischen Interesse für naturgegebene Phänomene, die jenseits meiner lebensunterhaltenden Praxis stehen. Sie sind Ausdruck der Differenz zwischen Erziehung und Sozialisation, worin ich der Sozialisation das zurechne, was ich ohne Zutun von Erziehung ohnehin aneigne, während die Erziehung mir jene Erfahrungen verschafft, die mir das Leben vorenthalten würde.
Ich beobachte beispielsweise ohne Not und Erziehung, dass das Wasser vom Himmel fällt und auf der Erde immer abwärts fliesst. Ich sehe auch, dass die Äpfel von den Bäumen fallen, auch wenn kein Newton unter den Bäumen liegt. Dazu muss ich nichts denken, weil ich es weder verändern kann noch will. Die Erfahrungen, die ich als Kind auf der Wippschaukel mache, sind in einem tacit knowledge aufgehoben und führten bei mir nicht dazu, über Hebelgesetze nachzudenken. Im Nachhinein kann ich natürlich in derartigen Phänomen physikalische Verhältnisse erkennen. Aber ich kann nicht erkennen, wie und weshalb sie am Anfang meiner "Physik" stehen sollten.
Praktisch interessiert mich beispielsweise - wie schon erwähnt - der Antrieb durch einen Motor. Dabei habe ich ein doppeltes Interesse. Ich bin interessiert daran, Motoren zu haben und ich bin interessiert daran, die Funktionsweise von Motoren zu verstehen, weil ich sie als Artefakte begreife, die gesellschaftlich vermittelt auch durch mich hergestellt werden können. Historisch früh auftretende Motoren sind das Wasserrad und der Göpel. Beides hat mit Natur nichts zu tun, es sei denn, ich bestimme Natur generell als die Rückseite der Kultur.
Die mich interessierende Differenz zwischen Göpel und Wasserrad besteht darin, dass der Göpel von einem Lebewesen angetrieben wird, also potentiell statt von einem Ochsen auch von mir angetrieben werden könnte. Wenn ich mich selbst als "Antrieb" begreife, denke ich eher an Werkzeuge als an Maschinen. Hier aber geht es mir darum, dass ich von aussen ohne weiteres als Teil eines Motors gesehen werden kann. Unter physikalischen Gesichtspunkten bin ich oder genereller ist ein "starker" Mensch komplizierter zu begreifen als ein Wasserradmotor. Das bedeutet aber, dass meine Physik gerade nicht mit einem ganz einfachen Phänomen beginnt, sondern mit einem komplizierten Verhältnis von hoher Relevanz. Die Schulphysik hat ziemlich lange gebraucht, bis sie mit der "Stärke" etwas anfangen konnte, auch wenn ich die Motoren"stärke" heute noch in Pferdestärken angebe - allerdings ohne dabei an Pferde zu denken.
Mein vager Begriff von Stärke eines Lebewesens hat diffus etwas mit Kraft, Ausdauer und Leistungsvermögen zu tun. Es gibt Arbeiten, die nur von einem starken Menschen ausgeführt werden können, weil dabei grosse Gewichte über längere Zeit umgelagert werden müssen. Eine vielleicht adäquatere Formulierung wäre, dass bestimmte Arbeiten starken Menschen leichter fallen, als nicht so starken. Das erkenne ich auch ohne nachzudenken. Und soweit ich sehe, hat vor 1800 kein philosophischer Naturphysiker je darüber nachgedacht. Das Nachdenken setzte erst ein, als wirkliche Motoren analysiert wurden. T. Young und N. Carnot haben dabei einen Energiebegriff eingeführt, während davor von Kraft im Sinne von Stärke gesprochen wurde, weil die Unterscheidung zwischen Kraft und Energie - in der Physik - noch nicht erfunden war.
In der naturwissenschaftlichen Schulphysik wird diese Geschichte auf den Kopf gestellt, etwa wo von einem natürlichen Wasserfall die Rede ist und das Wasserrad, das durch den Wasserfall angetrieben wird, ausgeblendet wird. Ich habe nie verstanden, warum ich mich für die Kraft eines Wasserfalles kümmern sollte, wenn ich kein Wasserrad habe. Dass mein Interesse am Wasserfall intuitiv mit dem Wasserrad zusammenhängt, wiederholt die reformpädagogische Ansicht, wonach ich mit meinen Fragen die Geschichte der Physik reproduziere, allerdings in einem sehe spezifischen Sinn, der mir selbst erst viel später bewusst wurde.
Ich will noch eine Anmerkung zum eingangs erwähnten Physikerstreit zwischen der Physikgesellschaft und den Vertretern des Karlsruher Physikkurs machen. Die wesentliche Differenz zwischen den darin diskutierten pädagogischen Ansätzen sehe ich darin, dass der Karlsruher Physikkurs mit einer - wei auch immer entöffentlichten - Analyse des Antriebs beginnt und die dabei entwickelten Begriffe auf das ganze Gebiet der Physik anwendet, während der vorgängige Physikunterricht sich zuerst mit einfachen Hebeln beschäftigt. Entscheidend scheint mir dabei nicht, dass eine einheitliche Form für die ganze Physik und deren Modellierungen gefunden wurde, sondern dass der Gegenstand des Faches sinnvoller gewählt wurde. Dass der Karlsruher Physikkurs seine Qualität in abstrakter System Dynamics zu Naturphänomenen aufhebt, zeigt, dass die Physik auch dort immer noch philosophisch - und mithin schulgerecht - verstanden und dargestellt wird. Der Karlsruher Physikkurs vernachlässigt seinen Anfang in der Technik, indem er sich nur mit quantitaiven Verhältnissen, die sich in mathematischen Formeln ausdrücken lassen, befasst. Die dabei gegenüber dem konventionellen Ansatz entstehenden Sprachprobleme werden nicht als Anlass zur bewussten Reflexion des eigenen Ansatzes genommen, sondern als Fehler der konventionellen Notation ignoriert.
Ich vermische jetzt zunehmend meine bisherigen Erfahrungen mit meinen daraus entstehenden Gedanken darüber, wie ich die Physik zur Sprache bringen könnte. Dabei geht es mir zunächst darum, einen Anfang zu rekonstruieren, den ich mit meinem Leben in der Jetztzeit verbinden kann. Ich bleibe vorerst beim Antrieb, nicht nur weil ich gerne Motorrad fahre, sondern weil ich mir die gesamte Produktion der menschlichen Lebensbedingungen - jenseits psychologisch gemeinter Triebe - als angetrieben vorstelle.
Diese Vorstellung erscheint mir selbst in einer gewissen Weise primitiv, weil ich in der Produktivkraftentwicklung zwischen angetriebenen Maschinen und geregelten Automaten unterscheide. Die entwickeltere Logik der Automaten erkenne ich in der Kybernetik. Hier beobachte ich den Antrieb mit der Hypothese, dass sich die Physik genau damit befasst. Ich kenne überdies keine Automaten, die nicht auch angetrieben sind. Auch das Internet funktioniert nicht ohne Motoren.
Meine sehr verschiedenartigen Interessen an Motoren kann ich durch spezifische Fragestellungen repräsentieren. Als Konstrukteur interessieren mich vor allem die Konstruktion und die Funktionsweise. Als Besitzer oder Anwender des Motors interessiert mich dessen Stärke, für die ich mich dann auch als Konstrukteur interessieren muss. Ich muss deshalb eine Vorstellung davon haben, was ich als Stärke bezeichne. Eine spezifische Vorstellung habe ich, wenn ich ein Verfahren angeben kann, durch welches ich die jeweils gemeinte Stärke des Motors messe(n kann). Die Stärke des Motors zeigt sich in verschiedenen Hinsichten. Ein Fahrzeug mit einem starken Motor erreicht beispielsweise eine hohe Geschwindigkeit oder eine hohe Zugkraft. Ich kann die Stärke auf sehr viele verschiedene Arten messen.
Die einfachste Messung besteht in einem Vergleich, wozu ich noch kein - explizites - Mass brauche. Ich kann die Stärke von Motoren experimentell vergleichen, indem ich schaue, welches Fahrzeug im direkten Vergleich schneller fährt. Ich kann ein Wasserrad mit Pferden stillhalten und dabei beobachten, wie viele Pferde ich dazu brauche. Wenn ich mich für die Länge eines Motors interessieren würde, könnte ich den Motor mit anderen Motoren vergleichen, indem ich sie nebeneinander stelle. Wenn ich mich für die Stärke eines Motors interessiere, vergleiche ich den Motor im einfachsten Fall auch mit anderen Motoren. Aber dabei brauche ich ein spezifisches Verfahren, durch welches die Stärke einen Ausdruck findet. Mein Interesse für die Stärke eines Motors ist wiederum doppelt. Ich bin interessiert daran, starke Motoren zu haben und ich bin interessiert daran, die Stärke der Motoren zu kennen, also deren Stärke zu messen.
Als einfachste Messung etwa sehe ich das Vergleichen eines Gegenstandes mit einem konventionell gewählten und in der jeweiligen Hinsicht vergleichbaren Gegenstand. Beim Messen unterscheide ich verschiedene Arten des Vergleichens, was ich durch verschiedene Grössenarten bezeichne. Ich kann etwa eine Fahnenstange messen, indem ich sie mit dem Ur-Meter vergleiche und dabei ein Längenverhältnis von beispielsweise 5,4 feststelle, oder indem ich sie mit dem Ur-Kilogramm vergleiche, und dabei ein Verhältnis von 7,3334 feststelle. Länge messe ich durch "nebeneinanderlegen", Gewicht messe ich durch "auf die Waage legen". In einem einfachen Fall mag das Artefakt ein Massstab sein und das Verfahren durch mich selbst realisiert werden, indem ich den Massstab anlege. Die Fall- und Lichtgeschwindigkeit beispielsweise lassen sich nicht so einfach messen. Über diese Differenz hat G. Galilei gesprochen, als er von "messbar machen" gesprochen hat. Je nachdem, was ich messen will, brauche ich aufwendigere Konstruktionen - und oft ein theoretisches Verständnis zu den Konstruktionen.
Maschinen stelle ich normalerweise nicht dazu her, dass ich deren Stärke vergleichen oder messen kann, sondern weil sie mir als Maschinen bei bestimmten Arbeiten dienen. Das Herstellen und Verwenden von Maschinen bezeichne ich als Technik. Da ich auch beim Vergleichen von Maschinen spezifische Verfahren entwickeln muss, kann ich auch darin eine Technik erkennen. Ich kann dabei von quasi selbstbezüglicher Messtechnik sprechen, wenn ich eine Technik entwickle um Technik zu vergleichen. Die eigens zum Messen entwickelten technischen Artefakte bezeichne ich im Unterschied zu Werkzeugen als Instrumente. Mit Instrumenten will ich nichts herstellen, sondern etwas messen. Umgangssprachlich verwende ich den Ausdruck Instrument aber oft subtiler, wenn ich etwa auch von chirurgischen Instrumenten spreche. Hier geht es mir darum, dass ich für das Messen eine eigene Technik entwickle. Die Verfahren dieser Technik bezeichne ich als Messtechnik, und in Bezug auf die sie so ermittelten Resultate als Physik.
In der so gedachten Physik mache ich einen Motor zu einem Instrument, weil ich ihn nicht zum Arbeiten, sondern zu Messen verwende. Nur nebenbei, systemtheoretisch spreche ich dabei von einem re-entry, weil der Motor auf der anderen Seite der Unterscheidung zwischen Motor und Werkzeug wieder erscheint.
Unter dem Gesichtspunkt meiner Physik geht es mir darum, adäquate Messverfahren zu entwickeln. Dabei interessiert mich hier der Motor, nicht die Natur. Ich muss zur Sprache bringen, welche quantitative Eigenschaft des Motors ich wie messe. Wo das Wasserrad einen Göpel ersetzt, ersetzt es auch die Pferde, die den Göpel antreiben. Dort interessiert mich zunächst, wie viele Pferde ich ersetzen kann. Wenn ich den Pferden - begrifflich noch unentwickelt - eine "Stärke" zurechne, scheint mir auch der Wasserradmotor eine Stärke zu haben, die ich im Sinne der galileischen Physik messbar machen muss.
Der für die Physikgeschichte wohl wichtigste Motor ist die Dampfmaschine, die in einer langen Entwicklung durch vielen Erfindern geschaffen wurde und schliesslich von N. Carnot unter physikalischen Gesichtspunkten untersucht und beschrieben wurde. Der Ausdruck Dampfmaschine ist nebenbei bemerkt auch ein typisches Beispiel für die unreflektierte Sprache, die durch die Physik auch in die Technologie eingedrungen ist. Die Dampfmaschine ist keine Maschine, sondern ein Motor, wofür oft auch der begrifflich unsinnige Ausdruck "Kraft-Maschine" verwendet wird. Als Motor bezeichne ich einen - eigentlich artefaktischen - Mechanismus, der dazu verwendet wird, eine Maschine in Bewegung zu versetzen.
Im Verfahren von N. Carnot wurde die "Stärke" analytisch aufgeteilt. Ich muss also dieses Verfahren rekonstruieren, wenn ich die Stärke der Motoren entsprechend aufheben will. Ich muss verstehen, was wie gemessen wird, um zu einem rationalen Energiebegriff zu kommen.
In mir bekannten Geschichten bildet die Dampfmaschine den zu rekonstruierenden Ausgangspunkt der moderneren Physik. Sie ist aber technisch gesehen bereits ziemlich kompliziert. Ein paar Aspekte kann ich auch an einem einfacheren Motor beobachten und messbar machen. Den einfachsten Motor erkenne ich in einem Wasserradmotor. Wenn von einem Wasserrad gesprochen wird, ist normalerweise nicht das Rad gemeint, sondern ein ganzer Mechanismus, in welchem ein Wasserrad eine entscheidende Rolle spielt. Sehr oft spielt es keine Rolle, wenn die Sprache etwas lax oder umgänglich verwendet wird, aber wenn es mir darum geht, die bezeichnete Sache genauer zu verstehen, muss ich auch meine Begriffe genauer beobachten, also adäquate Formulierungen finden. Deshalb unterscheide ich hier Maschinen und Motoren, und deshalb spreche ich auch von einem Wasserrad-Motor, wenn ich einen solchen meine.
Bevor ich den Wasserradmotor genauer beobachte, muss ich nochmals auf Geschichten der Schulphysik zurückkommen. Gemeinhin wird - oft auch mit Bezug auf G. Galilei - das Experiment ins Zentrum der physikalischen Naturwissenschaft gestellt. Als Experiment gilt in diesem Kontext, dass die naturwüchsige Beobachtung von Naturereignissen durch Beobachtungsverfahren ersetzt wird, durch welche die wahre Natur besser beobachtbar und erkennbar wird. Als Standardbeispiel dient die Verlangsamung des freien Falles durch die von G. Galilei verwendete schiefe Ebene. Das Messen erscheint dann quasi als Ausdifferenzierung des Experimentes, während das Messen als solches lange vor dem Experimentieren als Weg der Erkenntnis praktiziert wurde. Die Astronomie - die oft als Ursprung der Wissenschaft gesehen wird - kannte naheliegenderweise lange Zeit keine Experimente, aber natürlich konnte gemessen werden, wie lange es dauert, bis sich ein bestimmtes Ereignis wie etwa der Vollmond wiederholt. Unterschieden wird in solchen Wissenschaftsgeschichten das "reine" von einem "manipulierten" Beobachten.
Nebenbei bemerkt, in einer - eher selten anzutreffenden - Schulphysik, in welcher die eigenen Disziplin wenigstens teilweise reflektiert wird, wird das Experiment als Differenz zwischen Experiment und Verifikation von Hypothesen gesehen. Als Experiment erscheint dabei ein prinzipiell wiederholbares Verfahren, das zu einem Ergebnis führt, das prinzipiell - oder statistisch durch Exhaustion gemittelt - immer gleich ausfällt. Diese Art von Experiment mache ich ohne viel zu denken im Alltag, wenn irgendein Verfahren wiederhole, um zu sehen, ob ich damit nochmals das gleiche Resultat erreiche. Für die Wissenschaft spielt nicht das Experiment die wichtige Rolle, sondern die durch eine Theorie begründete, hypothetische Erwartung des Resultates eines Experimentes. Im physikalischen Experimentüberprüfe ich eine Hypothese. G. Galilei etwa machte beispielsweise Aussagen über den freien Fall im Vakuum, ohne dass er ein Vakuum herstellen konnte. H. Maturana hat das Verfahren als ein rekursives Verfahren beim Erklären von Phänomenen beschrieben. Dabei wird zunächst das Phänomen in einer passenden Weise beschrieben. Dann konstruiert man eine Erklärung, mittels welcher das Phänomen verstanden werden kann. Dann leitet man anhand der Erklärung weitere Aspekte des Phänomens ab und prüft, ob diese neuen Aspekte beim zu erklärenden Phänomen auch vorhanden sind. Dabei verändert sich das Phänomen und der Prozess beginnt von neuem. Ich werde im Folgenden darauf Bezug nehmen. Vorerst geht es mir darum, dass wissenschaftliche Experimente zu einer jeweiligen Theorie gehören, durch welche beschrieben wird, was die Resultate des Experimentes bedeuten. Aber das spielt hier keine Rolle.
In meiner Physik bezeichne ich als Experiment, wenn ich mit einem Verfahren nicht etwas produzieren, sondern etwas messen will. Das Experiment besteht aber nicht in einer abstrakten Messung überhaupt, sondern in einem reproduzierbaren Verfahren, das nicht im Kopf oder in Gedanken stattfindet, sondern in der materiellen Welt. Die Beschreibung des Experimentes beschreibt die Funktionsweise einer Konstruktion, die ich herstellen muss, wenn ich das Experiment machen will. Wenn ich etwa die Stärke eines Motors beispielweise bei verschiedenen Drehzahlen messen will, brauche ich einen Motor. Wenn ich einen Motor aber in diesem Sinn ausmesse, verwende ich ihn in einem Experiment.
Wenn ich beispielsweise einen Wasserradmotor herstelle, weiss ich naheliegenderweise, wozu ich das mache und damit verbunden, weiss ich auch welche Eigenschaften des Motors mich in einem quantitativen Sinn interessieren. Ich habe also eine relativ klare Vorstellung davon, was ich allenfalls im Hinblick auf eine Optimierung der Funktion des Motors messen könnte - auch wenn ich dafür noch kein spezifisches Verfahren und noch keine konventionelle Vergleichsgrösse bestimmt habe - also um mit G. Galilei zu sprechen, den "Motor" noch nicht messbar gemacht habe.
Gesellschaftlich gesehen wurden Motoren zweihundert Jahre nach G. Galilei "messbar" gemacht und in der Schulphysik werden nochmals zweihundert Jahre später die dabei entwickelten begrifflichen Vergleichsgrössen als abstrakte Naturverhältnisse unterrichtet. Ich will im Sinne der erwähnten Reformpädagogik eine exemplarische Geschichte rekonstruieren und dabei bewusst sehr langsam vorgehen. Da die Schule, die auf das wirkliche Leben vorbereiten will, auf eine kapitalistische Produktionsweise ausgerichtet ist, verzichtet sie auf unnötige Herleitungen, wo das vergesellschaftete Produktionswissen hinreichend gewährleistet ist. In unserer arbeitsteiligen Gesellschaft genügt, wenn ein paar Ingenieure Maschinen konstruieren und rekonstruieren können. Die Sprache dieser Ingenieure ist überdies extrem restringiert. Es ist deshalb kaum böser Wille, dass in der Schule Technik und deren Entwicklungsgeschichte nicht zur Sprache kommt. Diese Sprache und das damit verbundene Begreifen fehlen weitgehend, weil sie unter den gegebenen arbeitsteiligen Verhältnissen nicht gebraucht wird.
Vielmehr lässt sich die Schule gerade so begreifen, dass sie an effizienter statt an effektiver Ausbildung orientiert ist. Für die Programmierung von Computern beispielsweise wurden eigens sogenannte Programmiersprachen erfunden, die explizit den Sinn hatten, dass Programmierer von Computern nichts verstehen müssen. Die Programmiersprachen können ohne jedes technische Verständnis über die mechanisch elektronischen Maschinen gelernt und verwendet werden. N. Wirth, ein Erfinder von Programmiersprachen, schreibt, dass von der Reduktion des Programmieraufwandes durch Programmiersprachen, welche IBM mit Fortran bewusst anstrebte, ein wesentlicher Anteil darin bestehe, dass die Programmierer, die dem Computer Befehle geben, praktisch nichts vom Computer wissen müssen. Was es alles zu wissen gäbe, erläutert anhand des vermeintlich einfachen Beispiels, wie die Position eines Objektes im Computer darzustellen ist. Das Problemchen wäre in modernen Computer ohne Programmiersprachen gewaltig, weshalb von einem Programmierer kaum verlangt werden könnte, dass er über die zu verwendende Zahlendarstellung oder gar über die Eigenschaften der Speichervorrichtung viel weiss. Die Bedeutung der Programmiersprachen liegt offensichtlich darin, die Ausbildung und das begriffliche Verständnis auf dem Niveau zu halten, das gesellschaftlich notwendig ist (Todesco, R.: Wie Ingenieure über Computer sprechen).
Die Schulphysik begreife ich unter diesem Gesichtspunkt als eine oberflächliche Beschreibung, in welcher die zugrundeliegenden Verhältnisse abstrahiert werden, weil sie für die eigentliche Funktion der Schule selbst ohne Belange sind - oder sogar schädlich wären. Für meinen eigenen Lernprozess dagegen rekonstruiere ich bestimmte Entwicklungen, die die hochabstrakte und sprachlose Physik möglich machten.
Der Wasserradmotor ist ein Mechanismus, der dazu dient, das herabfliessende Wasser zur Bewegung einer Welle zu verwenden. Dabei wird - quasiexperimentell - sichtbar, dass die Stärke des Motors von der "Stärke" des antreibenden Wassers abhängig ist. In solch umgangssprachlichen Formulierungen erscheint "Stärke" als Eigenschaft eines Motors, eines Pferdes oder eben auch von Wasser. Indem ich Messoperationen beobachte, bestimme ich auf eine spezifische Weise, wie ich meine Bezeichnungen als Begriffe verwende. Wenn ich "Stärke" in diesem Sinne begrifflich bestimmen will, muss ich entsprechende Operationen wählen.
Dazu muss ich mir auch bewusst machen, was ich als Operationen bezeichne. Ein umgangssprachlich formuliertes Beispiel für eine Messoperation habe ich bereits gegeben. Ich lege den Massstab neben einen Gegenstand, dessen länge ich messen will. Als Operationen bezeichne ich Aspekte von Handlungen, die ich mechanisieren kann. Dementsprechend erkenne ich Operationen im eigentlichen Sinn als Elemente der Funktionsweise von Mechanismen, deren Zustände ich als bewusst konstruiert erkenne. Das Verhalten von Wasser und Pferden, also von natürlichen "Gegenständen" erscheint mir vergleichsweise kompliziert, während ich Maschinen ja eigens für ein bestimmtes Verhalten konstruiere.
Das Wasserrad dreht sich oder eben nicht in Abhängigkeit des Wassers, das auf die Radschaufeln fliesst. Was ich zunächst diffus als seine Stärke des Wassermotors auffasse, entpuppt sich dann vorerst als Stärke des Wassers. Der Motor hat in diesem Sinn gar keine Stärke, er verwandelt nur die Form einer "Stärke". Die Redeweise, die einem Motor "Stärke" zuschreibt, stellt eine umgangssprachliche Verkürzung dar. Mit einem grossen Wasserrad kann ich in der gleichen Zeit mehr Stärke umwandeln, was ich umgangssprachlich dann zu einem "stärkeren Motor" verkürze. Die Stärke des Wasserradmotors wird aber - lax gesprochen - durch das Wasser bestimmt. Diese Stärke ist aber natürlich keine Eigenschaft des Wassers, sondern - zunächst bei aller Anschaulichkeit hypothetisch - abhängig von der Menge und der Geschwindigkeit, mit welcher das Wasser auf das Rad trifft.
Ich vergegenwärtige mir folgendes Experiment, das ich zunächst nicht durchzuführen brauche, weil ich - vielleicht sogar auf Grund der weitgehend vergessenen Schulphysik - schon hinreichend Wissen dazu habe. Es geht mir darum, dass ich hier nicht Natur, sondern eine Maschine beschreibe. Ich verwende einen hinreichend grossen Wasserbehälter, den ich 10 Meter über dem Wasserrad montiere. Ich führe ein Rohr mit 5 Zentimetern Durchmesser vom Boden des Wasserbehälters zum Wasserrad. Die Welle des Wasserrades bremse ich durch eine Konstruktion, die Wasser nach oben pumpt. Diese Einrichtung des Experimentes habe ich nicht für ein Experiment erfunden. Vielmehr handelt es sich um eine nützliche Maschine, mit welcher ich Wasser hochtragen kann. Die Nützlichkeit der Maschine ist natürlich an spezifische Verhältnisse gebunden, in welchen es Sinn macht, Wasser abwärtsfliessen zu lassen, um anderes Wasser aufwärtsfliessen zu lassen. In Untertagbergwerken beispielsweise ist eine effiziente Entwässerung gefragt. Im Experiment, in welchem ich diese Maschine verwende, will ich aber nur vergleichen und messen. Ich kann beispielsweise ein Rohr mit halbem oder doppeltem Durchmesser verwenden, oder den Behälter 20 Meter über dem Rad hinstellen.
In diesem Experiment frage ich nicht danach, warum Wasser wie schnell abwärtsfliesst. Diese "Natur" interessiert mich hier nicht. Mich interessiert hier die "Stärke", die ich durch die Maschine nutzen kann. Ich finde zunächst ohne diese Stärke messen zu können, dass sie sich beispielsweise verdoppelt, wenn ich den Behälter entsprechend höher stelle. Ich komme aber kaum umhin, auch zwei andere Zusammenhänge zu beobachte. Zum einen realisiere ich, dass sich der Behälter leert und dass dann die Maschine stillsteht. Wie lange ich die Maschine betreiben kann, ist von der Grösse des Behälters oder von dessen Zufluss abhängig. Zum andern merke ich, dass ich im Prinzip mit der Maschine die gleiche Wassermenge, die ich zum Antrieb des Rades verwende, gleich viel hochheben kann, wie ich das antreibende Wasser fallen lasse. Ich schreibe "im Prinzip", weil ich auch beobachte, dass das nur mehr oder weniger stimmt.
Die erste der beiden Beobachtungen - die ich natürlich auch jenseits eines Experimentes machen kann - zeigt mir, dass ich - wieder lax formuliert - die "Stärke speichern" kann. Ich kann den Behälterabfluss schliessen und genau dann wieder öffnen, wenn ich meinen Motor antreiben will. Genauer gesprochen "speichere" ich natürlich Wasser, nicht Stärke. Und diesbezüglich stimmt der Ausdruck "speichern" perfekt.
Die zweite Beobachtung zeigt mir einen mehr oder weniger grossen "Fehler" meiner Maschine. Sie bringt mir nicht die ganze potentielle Stärke. Noch bevor ich die "Stärke" messe, habe ich zwei Probleme, die mich praktisch, also in der Verwendung der Maschine mehr interessieren als das Messen. Ich muss von allen Messresultaten unabhängig - den Speicher organisieren und den Verlust der Stärke minimieren.
Im Experiment bremse ich den Motor, um dessen Stärke zu messen. Ich kann beispielsweise vier Pferde vor das Wasserrad spannen. Wenn es den Pferden gelingt, das durch Wasser angetriebene Rad still zu halten, kann ich sagen, dass das Wasser vier Pferdestärken liefert. Dabei merke ich, dass ich meine Maschine nicht nur zum Wasserheben verwenden kann, dass sich die verschiedenen Stärken der Maschine auch in anderen Funktionen des Antriebes erhalten. In einem produktiv relevanten Fall - der in den Geschichten gerne mit dem Wasserrad verbunden wird - kann ich beispielsweise eine grössere oder kleinere Menge gemahlenen Mehls einer bestimmten Wasserstärke zuordnen, weil ich mit den Wasserrad einen grösseren oder kleineren Mühlestein antreiben kann. Die ersten Fabriken wurden an Flüssen gebaut, die beispielsweise Webstühle angetrieben haben.
In all diesen Beispielen beobachte ich eine eingerichtete Wirkung des Wasserradmotors, also nicht den Motor selbst, auf welchen ich später zurückkommen will. Wenn ich das Wasserrad zum Hochfördern von Wasser verwende, kann ich die "Stärke" des Motors relativ leicht messen: Anzahl Liter Wasser und Anzahl Meter pro Stunde. Damit messe ich sehr genau das, was mich in diesem Fall als Funktion des Motors interessiert. Mir war lange vor jedem Physikunterricht in einem ganz praktischen Sinn klar, was ein Liter und was ein Meter ist, und auch, dass ein Liter Wasser ein Kilogramm schwer ist. Jetzt geht es darum, wie ich durch diese Begriffe "Stärke" bestimme. Zunächst betreibe ich deshalb wieder die "sprachphilosophische Physik", indem ich mir meine Worte bewusst mache.
Als Meter bezeichne ich eine bestimmte Quantität von Abstand oder Distanz. Was ich als Meter bezeichne, ist mir durch die Konvention in Form des Urmeters gegeben. In diesem Sinn sehe ich den Meter als Einheit, die ich beim Messen von Länge verwende. In der Schulphysik wird die Länge seltsamerweise als "Grösse" bezeichnet, was meinem Sprachgefühl - wie bei anderen physikalischen Bezeichnungen - zuwiderläuft. Zwar habe ich mit den Ausdrücken "Meter" und "Länge" keine erkennbaren Komplikationen, aber so, wie sie in der Physik eingeführt werden, ergibt sich für mich ein kategorielles Problem, das zunächst wieder als Sprachproblem erscheint - das sich dann in sogenannten Energiediskussionen zur reinen Konfusion entwickelt.
In meiner Sprache verstehe ich den Ausdruck "Grösse" als Ableitung von gross oder von Grosssein. Wenn ich sage, dass ich gross bin, bezeichne ich damit kein Mass, sondern ein Ausmass, also einen (Variablen)Wert. Ein adäquaterer Ausdruck als Einheiten für Grössen wäre Einheiten von Messverfahren (oder Messoperationen), oder expliziter Einheiten von physikalischen Messverfahren. Das würde mit einer operativen Sicht korrespondieren, in welcher das Messen als die zugrundeliegende Tätigkeit gesehen wird.
An einer Verdinglichung von Resultaten von Messverfahren wird auch im Englischen festgehalten, wo oft von "quantities" gesprochen wird, wo im Deutschen von Grössen die Rede ist. Quantität leite ich wenigstens nicht von einem Adjektiv ab. Ich sage nie, ich sei quantitativ. Ich will also nicht für den Ausdruck "Quantität" plädieren, aber immerhin kann - wenn auch etwas verschroben - von der Grösse einer Quantität sprechen, wobei "Grösse" dann eben nicht für Quantität steht, sondern für einen quantitative Variable. Länge ist in diesem verdinglichten Sinn eine Quantität von Abstand oder Distanz, Gewicht eine Quantität von Masse bei gegebener Gravitation, usw. Ich spreche dann beispielsweise von einer grossen Distanz oder von einem grossen Gewicht. Wichtig sind auch hier nicht die Wörter, sondern das damit verbundene Verständnis. Ich sage deshalb anstelle von Grösse Grössenart oder aber wenigstens explizit von "physikalischer Grösse".
Eine bestimmte physikalische Grössenart wird in der Schulphysik als Länge bezeichnet. Die Länge - wenn sie in Metern gemessen wird - ordne ich dem gemessenen Gegenstand zu. Eine Fahnenstange hat die Länge von beispielsweise sieben Metern, weil ich messend sieben Meterstäbe neben sie legen kann. Diese Länge steht also für das, was ich in Metern messe. Ich spreche aber auch von der Länge einer Theateraufführung, die ich in Sunden messe. In diesem Sinn ist - in der Terminologie der Physik - nicht nur die Bezeichnung "Grösse" unglücklich gewählt, sondern auch die Bezeichnung "Länge", weil beide Bezeichnungen umgangssprachlich komplizierter verwendet werden. Ich muss also - innerhalb der Physik - auch hier von Längenart sprechen.
Als Länge bezeichne ich in meiner Physik jenseits von Grösse und Quantität - verkürzt - das, was ich in der Messeinheit "Meter" messe. Diese sprachliche Verkürzung - die im Alltag kaum je ein Problem verursacht - funktioniert normalerweise auch in der Schulphysik, soweit diese umgangssprachlich verstanden werden kann. Normalerweise zeigt der Kontext, von welcher Längenart die Rede ist. Etwas subtiler ist dagegen, dass wenn ein Gegenstand länger wird, sich seine "Länge" verändert, aber natürlich nicht das, was ich als Länge bezeichne.
Hierzu will ich eine didaktische Anmerkung machen. Man mag einwenden, dass das alles mehr mit Sprache als mit Physik zu tun habe. In den Schulen, die ich besucht habe, war Sprachunterricht ein eigenes Fach, in welchem die Sprache der Physik nie Thema war. Im Physikunterricht wurde dann sinnigerweise unterstellt, dass ich der Sprache mächtig sei, also insbesondere auch merken müsste, dass da die Wörter ganz anders verwendet werden. Ich neige aber auch im Nachhinein dazu, nur eine Sprache zu sprechen, und mir diese Sprache bewusst zu machen.
Ich unterscheide Grössenarten in einem operativen Sinn, indem ich verschiedene Arten des Messens unterscheide. Ich mache mir meine Sprache bewusst, indem ich meine eigene Tätigkeit als Referenzobjekt beobachte. N. Wiener, der mit seiner Kybernetik das Engineering anstelle der Wissenschaft gestellt hatte, sagte, dass er nicht danach frage, was "es" sei, sondern danach, wie "es" funktioniere. Ich frage in diesem Sinne wie "es" gemacht wird, also in Bezug auf die Physik, wie ich was messe.Meine Physik – noch ein Anfang Nachdem ich mich jetzt etwas mit meinen Sprachschwierigkeiten beim Lernen von Physik befasst habe, merke ich immer deutlicher, dass diese Sprachprobleme Begriffsprobleme sind, die sich in eigenartig gewählten Ausdrücken zeigen. Die aufscheinenden Begriffsprobleme lassen sich aber selten durch eine geschicktere oder plausiblere Wortwahl beheben. Vielmehr geht es um die Konzepte, die der jeweiligen Wortwahl zu grunde liegen. Gemeinhin - typischerweise auch in der Wikipedia - wird die physikalische Grösse eine als quantitativ bestimmbare Eigenschaft bezeichnet. Der wohl naheliegenste Ausdruck wäre Mass. Mass war aber wohl durch die Redeweise Masse und Gewichte nicht mehr im allgemeineren Sinne verwendbar. Man hätte beliebig auch die Wörter Mächtigkeit, Menge der wie im Englischen Quantität verwendet können. Dagegen frage ich mich, wozu ich überhaupt einen willkürlich gewählten Ausdruck einführen muss, wenn ich sagen will, dass ich von einer quantitativ bestimmbaren Eigenschaft sprechen will, also bereits eine sehr treffende Bezeichnung habe. Der Ausdruck Grösse ist eine Verdinglichung, in welcher das Resultat der quantitativen Bestimmung, also der Messung hervorgehoben wird, wie wenn Grösse jenseits von Messungen existieren würde. Wenn ich aber das Messen als Tätigkeit hervorhebe, thematisiere ich mein Interesse anstelle einer objektiven Natur. Und wenn ich meine Physik als Ausdruck meiner Interessen sehe, beginne ich die Darstellung der Physik nicht mit irgendwelchen Zuständen der Natur, sondern mit meinen Bemühungen meine Lebensbedingungen zu kontrollieren. Jede Wissenschaft erscheint dann als eine etwas disziplinierte Form der alltäglichen Tätigkeit. Biologie ist so gesehen die reflektierte Aufzucht, Chemie das reflektierte Zubereiten, das ich im Alltag als Kochen bezeichne. Die Physik entspringt dem reflektierten Herstellen von Werkzeugen, im wesentlichen von Maschinen, also von angetriebenen Mechanismen. In der entwickelten wissenschaftlichen Beschreibung verzichte ich auf Deutungen zugunsten von Konstruktion und Funktionsweise. Ich frage also beispielsweise nicht, wozu eine Dampfmaschine gut ist, sondern wie sie funktioniert. Ich beschreibe dabei Systeme als Erkärungen für Phänomene, die ich wahrnehme, also etwa den Mechanismus einer Dampfmaschine als Erklärung dafür, dass ich mit einer Dampflokomotive ein Zug fahren lassen kann. Das Verstehen und mithin das genaue Beschreiben von Maschine ist Teil der Produktion als Lebenstätigkeit, die auf eine Teilhabe an der Kontrolle der gesellschaftlichen Lebensbedingungen abzielt. K. Holzkamp verwendet den Ausdruck "Lebensführung" für die Entfaltung dieser Teilhabe und für die Entfaltung der Bedürfnisse, die so befriedigt werden können. Was ich zunächst als meine existenzielle Lebenstätigkeit deute, begreife ich zunehmend als Arbeit, die ich durch Technik partiell aufheben kann. Die Arbeit erscheint mir als gesellschaftliche Produktion, in welcher ich als Kind gar keine Beiträge leisten muss und als Erwachsener nur mit wenigen Aspekten in Berührung komme. Gleichwohl kann ich die gesellschaftliche Arbeit insgesamt als meine Tätigkeit erkennen und reflektieren. Als Ausbildung im engeren Sinne bezeichne ich dabei die Entwicklung der je spezifischen Fähigkeiten für eine arbeitsteilig bestimmte Tätigkeit, während ich als Bildung ... der Geld-Vergleich, der auch ohne Anfang auskommen muss und in der Schule kein Thema ist
Ich will nicht anheischig machen, dass ich alle Zusammenhänge, die ich hier festhalte, über kurz oder lang selbst erkannt hätte. Vielmehr eigne ich mir mein Wissen in einer Art Sozialisation an, in welcher ich nachvollziehe, was gesellschaftlich an Wissen vorhanden ist. Vieles mag dabei durch simple Nachahmung passieren. Beim Skifahren etwa beobachte ich andere Skifahrer und ahme ihre Bewegungen nach. Ich kann mich nicht mehr erinnern, wer mir sagte, dass der Oberkörper beim Kurvenfahren stets in der Richtung der Hangfalllinie bleiben muss und dass ich dazu die anfänglich bergseitige Schulter nach vorne schieben muss. Es kann sogar - zum allfälligen Entsetzen von diplomierten Skilehrern - gut sein, dass ich das intuitiv erkannt und praktiziert habe, lange bevor es zur Sprache kam. Aber seit ich so darüber sprechen kann und damit verbunden mir mein Verhalten bewusst ist, kann ich besser Skifahren. Im Nachhinein spielt es keine Rolle, wie ich zu diesem Wissen kam, es spielt für mich aber ein Rolle, ob ich dieses Wissen nur quasi stillschweigend (tacit) habe oder ob ich es aussprechen kann. Beim Motorradfahren - um das Ganze an einem für mich eindringlicheren Beispiel zu schildern - muss ich die Lenkstange nach links auslenken, wenn ich eine Rechtskurve fahren will. Da es anders gar nicht geht, habe ich das zwangsläufig immer gemacht. Als ich das aber zum ersten Mal hörte, konnte ich es kaum glauben, obwohl ich es stillschweigend oder eben unbewusst natürlich gewusst habe, weil ich es ja immer schon so gemacht habe. Indem ich mir meine Sprache bewusst mache, mache ich mir bewusst, wie ich meine Umwelt wahrnehme. Lernen heisst in diesem Sinne für mich immer auch, über das Gelernte sprechen zu können, also auch meine Sprache zu entwickeln.
Darüber, wie ich mir meine Sprache als Kleinkind angeeignet habe, kann ich nur mutmassen. Ich neige zur Annahme, dass ich im Laufe meiner Sozialisation gelernt habe, welche Sätze passen und welche nicht. Dabei unterscheide ich zwei Arten von passen. Einerseits passen meine Sätze zu den Sätzen, die in meiner Umwelt gesprochen werden und andererseit passen meine Sätze zu meinem jeweiligen Verständnis über meine Umwelt, welches sie auch mitprägen. In diesem Aneignungsprozess kann ich bestimmte Aussagen erlernen, deren referentieller Gehalt ich nicht richtig einschätzen kann. Ein typisches Beispiel dafür besteht darin, dass ich irgendwann lernen muss, dass Walfische keine Fische sind und deshalb auch besser nicht als Walfische bezeichnet werden, obwohl das Wort in meiner sprachlichen Umgebung sehr oft verwendet wird und auch im Duden steht.
Wenn ich einen idealen Wasserradmotor mit Wasser aus einem höher gelegenen Behälter antreibe, dann hat das Wasser dort, wo es auf das Rad fällt die Stärke, die der Motor abgibt. Ich begreife diese Stärke differentiell in Einheiten, die als je einen Liter Wasser aus einer gegebenen Höhe auf die Radschaufeln fallen. Das fallende Wasser quantifiziere ich als ein bewegtes Gewicht. Die Bewegung des Gewichts quantifiziere ich als Kraft, weil ich im umgangssprachlichen Sinn Kraft brauche, wenn ich einen Gegenstand bewegen will. Ich kann ja das Wasserrad auch von Hand oder mit einem Göpel bewegen.
An diesem Punkt realisiere ich, dass das Wasser quasi einfach so auf mein Wasserrad fällt, während ich ziemlich arbeiten muss, wenn ich es von Hand antreibe. Natürlich weiss ich unabhängig von meinen Maschinen, dass es dann und wann regnet und dass die Flüsse abwärts fliessen. Aber durch meine Maschine bin ich in einer spezifischen Weise daran interessiert. Ich sehe durch meine Maschine, was das Wasser auch jenseits meiner Maschine macht.
Das fallende Wasser und alles, was sonst noch fällt, wird mir zum Phänomen, für das ich nach einer Erkärung suche. Vorher habe ich den Regen und die Flüsse einfach zur Kenntnis genommen. Oder genauer gesagt, ich wusste um den produktiven Sinn des Wassers, weil ich Äcker bewässert habe, wobei ich das Abwärtsfliessen natürlich auch bewusst handhaben musste. Als Phänomen bezeichne in Handlungszusammenhängen wahrgenommene Prozesse, für deren Ursachen ich eine Erklärung suche. Etymologisch steckt im Ausdruck Phänomen, dass es eine Erscheinung von etwas anderem ist, und mithin dass ich gerne wüsste, was so erscheint. Allein ich kann keine Erklärung finden. W. Goethe hat vorgeschlagen, zu Phänomen gar keine Erklärungen zu suchen, G. Bateson hat vorgeschlagen, das Suchen nach einer Erklärung mit einem Erklärungsprinzip zu beenden. Für fallende Massen hat er - in Anlehnung an I. Newton - eine Gravitation vorgeschlagen.
Die Gravitation erklärt nichts, Gravitation ist ein Wort für eine wiederholbare Erfahrung. Jeder Gegenstand fällt, weil er fällt. Aber das Fallen kann gemessen werden. Die ersten systematischen Messungen werden G. Galilei zugeschrieben. I. Newton postulierte, dass die Gravitation eine Eigenschaft der Masse sei und konnte so ein einfaches Modell beschreiben, in welchem jede Bewegungsänderung einer proportionalen Kraft zugeschrieben wird. Die Grösse der Kraft ergibt sich durch die Veränderung der Massenbewegung.
Hier interessiert mich, wie ich die Kraft des Wassers messen kann.========================= ------------------------------------------------ dynamisches Modell hat eine Stromstärke = Menge der Flüssigkeit pro Zeit das kann im Modell und in abgeschlossenen Systemen gemessen werden, während es beim Rhein etwas komplizierter ist nächste Stufe des Messens: nicht die Durchschnitts-Stromstärke, sondern der Verlauf der Stromstärke dabei ergibt sich eine Abhängigkeit des Druckunterschiedes Niveau Energie ist naiv ein unsichtbarer Stoff der mit dem Wasser derherkommt und beim Fallen (was auch Fliessen ist) freigesetzt wird, so dass sie an eine anderes Medium sich binden kann und invers wenn ich Wasser hochpumpe füge ich ihm Enregie bei Leistung = Rate =Energie/Sekunde Energieumlader zb elektrische Pumpe setzt energie vom el Strom frei und fügt sie dem gepumpten Wasser zu Redeweise: energiewandler versus energieumlader Massenstrom Im = kg/s die fliessen, die Leistung ergibt sich (bbeim Wasserfall/Wassermotor) durch die Gravitation und Höhenunterschied- wobei ich dann schon Kraft und Newton und Kraftfeld usw alles erledigt habe Energie wird nie alleine übertragen sondern immer mit einer anderen Grösse (Wassermenge) EnergieTräger ---------------------------- Bilanzierbare Grössen ?? ============================= Aber indem ich Sätze auswendig lerne, lerne ich nicht. Und auch wenn ich Wörter wie Länge intuitiv oft richtig verwende, das heisst noch nicht, dass ... Zum Messen brauche ich also normierte Vergleichsgrössen für die Menge des Wasser, für die Höhe und für die Zeit.
Wenn ich genauer wissen will, was beim Wassermotor passiert, muss ich mit einem Modell experimentieren, wobei das Modell im Prinzip ein Wassermotor ist, bei welchem ich bestimmte Aspekte variierbar festlegen kann. Dazu brauche ich eine Theorie, die Hypothesen zum Modell enthält.
Ein Wasserrad kann ich auch von Hand antreiben. Daraus folgere ich, dass das fliessende Wasser in Bezug auf das Rad gleich wirkt, wie wenn ich von Hand auf die Schaufel des Rades schlage. Meinem Faustschlag entspricht eine bestimmte Menge Wasser, die von einer bestimmten Höhe auf die Radschaufel fällt. Ein Problem, das ich jetzt sprachlich oder theoretisch bewältigen muss, besteht darin, dass das Wasser nicht in diskreten Mengen auftritt, sondern sozusagen kontinuierlich fliesst. Im Nachhinein weiss ich, dass die Schulphysik auch dazu viele fixfertige Lösungen hat, aber wieder sind es Lösungen, die keine Fragen von mir beantworteten, sondern meine Fragen gar nicht erst aufkommen liessen.
Im Modell kann ich ein "Wasserrad" durch diskrete Impulse antreiben. Dabei brauche ich aber ein Verständnis des Impulses. .....Diese einfache Unterscheidung habe ich während meiner Schulzeit verpasst. ... man hat mir gezeigt, dass Wasser unter Druck steht ..pasta ----
jetzt das Verfahren und die Unterscheidung Kraft und Energie ....Die Wasserrad-MaschineIn meiner Aneignung der physikalischen Gesetzmässigkeiten verfolge ich ein expemplarisches Lernen. Das heisst Exemplarisch anhand eines Exeplares-Motor und dann Verallgemeinerungen zunächst anhand anderer Exemplare und erst schliesslich abstrakt Wenn ich einen Gegenstand verschieben will, kann sich der Gegenstand verschieben oder ich schiebe mich vom Gegenstand weg, weil sich dieser nicht bewegen lässt - oder es passiert weder das eine noch das andere, weil mein Kraftaufwand für beides zu gering ist. Was passiert in all diesen Fällen? ----------------------------
In den Schulen, die ich besuchte, wird Physik gelehrt. Der Lehrer weiss, worum es geht. Welche Fragen ich als Schüler (gehabt) hätte, spielt dabei keine Rolle. Die Lehrer haben überdies nie über ihre Erfahrungen gesprochen, sondern immer darüber, was wirklich der Fall ist, was sie naiv als Naturgesetze bezeichnet haben. Sie unterstellten damit, dass es eine einzige richtige Antwort gibt, und dass die dazu passenden Fragen die richtigen Fragen sind. Die Physikgeschichte, die dieselben Lehrer manchmal in Form von Geschichten erzählen, zeigt, dass diese paradigmatische Haltung in der Vergangenheit durchwegs unangebracht war. Aber zur je gegenwärtigen Lehre sagen diese Geschichten natürlich nichts.
Wenn ich mich bewusst mit meinen je eigenen Fragen beschäftige, mache ich mir damit vor allem mein eigenes Beobachten bewusst. Ich spreche dann über meine Erfahrungen und bin an anderen Erfahrungen interessiert. Ich beschreibe beispielsweise unter welchen von mir gewählten Bedingungen Wasser abwärts fliesst und unter welchen von mir gewählten Bedingungen Wasser aufwärtsfliesst. Ich sage aber nichts darüber, was unabhängig von meinen Beobachtungen der Fall ist. Vielmehr interessiert mich, ob andere weshalb etwas anderes beobachten. Es geht mir dabei nicht darum, was Physiker tun sollten. Ich beschreibe hier nur, was ich als Lernbehinderungen erleb(t hab)e und deshalb nicht reproduzieren will. Als Physik bezeichne ich eine Lehre über die Welt, nicht die Welt. Die Lehre ist ein schliesslich aufgeschriebener Text, in welchem ich anhand von Tat-Sachen Fakten und Gesetzmässigkeiten beschreibe. Die Gesetze, die ich meine, fallen nicht auf Steintafeln vom Himmel und werden von keiner Natur erzählt. Sie werden von einem Beobachter geschrieben. Gesetze sind nicht irgendwelche Bestandteile der Natur, sondern Beschreibungen von empirisch prüfbaren, widerlegungsrelevanten Befunden, die ich als Resultate von spezifischen Beobachtungen begreife. Deshalb ist für mich das Beobachten des Beobachtens, was in der Systemtheorie als Beobachten 2. Ordunung bezeichnet wird, im Zentrum jedes Lernens.------------------------ Auch wenn ich anhand der mich betreffenden, vergesellschafteten Lebenspraxis lernen will, muss ich Lerngegenstände erkennen und auswählen. Wenn ich das nicht der Schule oder im speziellen Fall der Schulphysik überlassen will, muss selbst merken, was für mich wichtig sein könnte. Wenn ich beispielsweise mehr über den Antrieb von Maschinen wissen will Ich kenne sehr viele spezifische Maschinen und habe zunächst nur ein intuitives Gefühl für den allgemeinen Fall der Maschine, den ich durch den Ausdruck "Maschine" bezeichne. Wenn ich also etwas über Maschinen lernen will, muss ich damit verbunden auch klären, was ich überhaupt als Maschine bezeichne. Aktuell geht es mir aber nicht um eine Definition der Maschine, sondern darum, mir mittels konkreter Maschinen einen Zugang zur Physik zu erarbeiten. Der mich dabei interessierende Aspekt ist der Antrieb der Maschine, den ich als Motor bezeichne. Ich kenne verschiedene Motoren und habe natürlich auch ein intuitives Gefühl für das, was ich als Motor bezeichne. Im Wasserrad-Motor erkenne ich einen exeplarischen Fall, anhand dessen ich
Die Grösse "Länge" repräsentiert in diesem Sinne eine Operation und nicht eine Eigenschaft der Welt.
Als Grösse bezeichne ich so die Hypostasierung einer Messoperation. Ich unterscheide pragmatisch (und in Anlehnung an die konventionelle Physik sieben Primärgrössen, die je einem Messverfahren entsprechen. Grösse sagt also nichts über ein Ausmass, sondern bezeichnet die Art des Ausmasses als Vergleichsoperation. Umgangssprachlich ist oft von der Grösse einer Menge die Rede. Dabei wird der Ausdruck "Grösse" anstelle von "Mächtigkeit" verwendet, also für eine Anzahl oder ein Ausmass, was wie der mathematische Ausdruck Menge, der eben nicht für eine Mächtigkeit steht, für viel Verwirrung sorgt.
Das Vergleichen ist eine von mir - als Beobachter - ausgeübte Tätigkeit. Wenn ich nicht vergleiche, gibt es keine Gleichheit und keine Verschiedenheit für mich. Und wenn mir jemand von einer Gleichheit berichtet, nehme ich an, dass er einen Vergleich gemacht hat. Indem ich vergleiche, bestimme ich operativ durch mein Tun, wie ich was vergleiche. Jede Messoperation ergibt deshalb ein Datum mit einer von mir festgelegten Qualität und einer Quantität. Die Qualität erscheint als Grösse und die Quantität als Wert zu dieser Grösse, den ich auf eine Normale beziehe, die ich Einheit oder Masseinheit nenne.
Eine Grösse kann also nicht grösser oder kleiner sein, und die Grösse, die ich als Länge bezeichne, ist das, was ich mit einer bestimmten Messoperation vergleiche. In diesem operativen Sinn gibt es Länge genau deshalb und insofern, als ich Gegenstände nebeneinander lege. Und jede andere Grösse führe ich auf eine bestimmte Messtätigkeit zurück.
Die Länge ist eine sehr anschauliche Sache, bei welcher sprachliche Ungenauigkeit kaum Probleme macht, eben weil sie sinnen-klar ist. Das Gewicht dagegen ist eine schon ziemlich komplizierte Geschichte, für die ich schon allerlei Erklärungen oder Erklärungsprinzipien wie Gravitation einführen muss. Wenn ich das Gewicht mit einer eigentlichen Waage messe
Die in der Physik interessierenden Messungen betreffen Prozesspotentiale, die physikalisch als Letztheiten hinter den Prozessen stehen. Jeder Prozess ist eine Repräsentation von etwas, was ich als Energie messen kann.
Als anschauliches Leitbild dient in meiner Physik das sich drehende Wasserrad und dessen Inversion als Pumpe, wobei die Pumpe - von Hand angetrieben - historisch älter scheint als das Wasserrad.
Das wohl älteste .... Werkzeug ist der Pfeilbogen.----------------------------------
Als Strom bezeichne ichEbenso wichtig wie das Experiment ist aber das Arbeiten mit Hypothesen, die bestimmen, was ich überhaupt beobachte. G. Galilei war einer der Ersten, der bewusst fiktive, ideale Gesetze erfunden hat, etwa in der Fiktion des freien Falles, den er ja mit keinem seiner Instrumente sehen konnte.
Jede Messoperation unterliegt einer bestimmten Auflösung. Zwei in Bezug auf die Auflössung verschiedene Messungen am gleichen Objekt ergeben relative Makro- und Mikrozustände des Objektes.

Ich beziehe mich mit "meiner Physik", die ich nicht als Wissenschaft sondern als Konstruktivismus auffasse, auf die Systemphysik. Ich verwende aber die natürliche Sprache des konstruierenden Beobachters, der sich nicht darum kümmert, wie die Welt wirklich ist, sondern darum, wie er welche Maschinen konstruiert - und wie er diese kybernetisch beschreibt. Als anschauliches Leitbild dient in meiner Physik der Strom, in welchem Wasser vom Stausee auf das Wasserrad eines Generators fällt, der ein Pumpe antreibt, die das Wasser wieder in den Stausee befördert, was im idealisierten Fall einem Perpetuum mobile entspricht. Der hier beschriebene "Stausee" ist also kein natürliches Ding in einer bergigen Wirklichkeit, sondern typischerweise ein Spühlkasten, der im Sinne des Stock and Flow in einem Strom steht.
In einer verkürzten Redeweise wird dann beispielsweise Erdöl als Energie bezeichnet, weil es zum Autofahren oder Heizen benutzt werden kann. Mit Erdöl kann ich eine (Kraft-)Maschine, also einen Motor oder einen Generator antreiben. Dabei verbrauche ich Erdöl. Das, was in diesem umgangssprachlichen Sinn als Energie bezeichnet wird, bezeichne ich als Energieträger.
noch operationale Begriffe, die ich auf mich beziehen kann. Sie beschreibt nicht nur nicht, was ich mache, sie führt sogar einen Materiebegriff ein, der von meiner Tätigkeit losgelöst ist und jedem Tun idealistisch vorausgesetzt wird. Die Physik widerspricht nicht nur meinen Sprachgefühl, sondern mit ihren Konzepten auch meinen elementarsten Anschauungen. Mit ihrem Idealismus .Ich verwende - in diesem Sinne unabhängig von jeder physikalischen Anschauung - einen Tätigkeit Material formen materialistischen Materie-Begriff, der mit "Energie" nichts zu tun hat - und einen Energie-Begriff, der für ein bestimmtes quantitatives Verhältnis zwischen Energieträgern steht. Durch diese Begriffe begreife ich meine Tätigkeit insgesamt, also sozusagen mein Leben und mich selbst. Ich kann sie deshalb nicht verwerfen, ohne dass ich deren Gehalt in neuen Begriffen aufgehoben sehe. --------
Im Physikunterricht habe ich ein Verständnis für eine bestimmte Art von Naturwissenschaft entwickelt, in welchem unausgesprochen bleibt, was Natur heissen soll. Es ging dabei um die Lehre, nicht um die Natur. Die primitivste Form dieses Verständis hat K. Popper damit auf den Punkt gebracht, dass Physik irgendwelche Hypothesen durch Experimente zu falsifizieren versuche. Woran ich mich dagegen erinnern kann, ist eine Menge von sogenannten Naturgesetzen, die empirisch prüfbare Gesetzmässigkeiten beschreiben. Physikalische Gesetze beschreiben in diesem tautologischen Sinne physikalische Grössenzustände und deren bedingten Veränderungen durch "mathematische" Formeln. Mit diesen Formeln konnte ich schematisch vieles berechnen, ohne etwas von einer Sache begreifen zu müssen, die ich allenfalls als Welt oder Natur bezeichnen würde.----------
weil es mit keiner praktischen Erfahrung korrespondiert und keiner ....operativ ..
Im erwähnten Kleinkrieg zur didaktisch richtigen Schulphysik wird von Seiten der Systemdynamikphysik hauptsächlich eine neue Notation propagiert, die durch Modellierungen im Sinne der System Dynamics bestimmt ist und gegenüber der traditionellen Schulphysik eine erhebliche Umstellung mit sich bringt. Dass es dabei um eine Sprache geht, die ich als Schüler lernen müsste, bleibt unerkannt, weil in beiden Fällen die Physik selbst zu sprechen scheint. Der Physiker Ilya Prigogine meinte einen Dialog mit der Natur zu führen, mir aber antwortet die Natur jedenfalls nichts. Eine Physik, die ich lernen kann, muss aber reflektieren, wer mit welchem Interesse spricht.In diesem Sinne ist Energie eine "Buchhaltungsgrösse" wie beispielsweise Aufwand oder Ertrag, die in einer Bilanz erscheint (also nicht etwas, was es gibt, sondern eine Kategorie, die ich beim Beschreiben verwende - was Physiker gelegentlich auch so tun). Auch diese Systemphysik focusiert auf "Energie"und nicht auf operative Beschreibung von Konstruktionen, in welchen "Energie" eine Rolle spielt. ------------------------------------ In "meiner" Physik geht es vor allem um die Beobachtung, also um die Explikation oder um die Entfaltung des Gegenstandes in Form von Unterscheidungen und Bezeichnungen. Als generalisierte Beobachtung sehe ich das Messen. Es geht in diesem Sinne nicht um die Konstruktionen überhaupt, sondern um quantitative Aspekte der Konstruktionen. Als Physiker messe ich - G. Galilei folgend -, was messbar ist, und entfalte die Messbarkeit in Abstraktionen wie Kraft und Feld. Von der Systemphysik übernehme ich das einheitsstiftende Anliegen alle Messungen in ein und derselben Terminologie zu beschreiben. ------------------------------------------------------------------ Anmerkung: Eine spezielle Messung betrifft die Dauer von Veränderungen, die ich im Vergleich mit der Dauer einer bestimmten Veränderung messe, etwa mit der Veränderung der Zeigerposition auf einer Uhr. Diese Messung kann ich nur in dieser Dauer vornehmen, während ich die Länge oder das Gewicht im Moment messen kann. Veränderung messe ich quasi doppelt: bei Wachstum beispielsweise messe ich die Länge und die Dauer. Umgangssprachlich messe ich dabei Raum und Zeit. Aber Raum und Zeit sind operativ gesehen Abstraktionen der Messung: ich messe nicht die Zeit von irgendeiner Veränderung, sondern ich messe eine Veränderung mit einer anderen Veränderung.
Wenn ich eine Schaufel verwende, bin ich in spezifischer Hinsicht effizienter als ohne Schaufel. Das ist ja der Sinn des Werkzeuges. Mit einer guten Schaufel kann ich schneller graben. Wenn ich einen Bagger verwende, bin ich noch effizienter und ich werde nicht so müde. Die Unterscheidungen, die ich damit einführe, bezeichnen Quantitäten, die ich als Resultat eines vergleichenden Messens erkenne. Mit der Schaufel wie mit dem Bagger vollbringe ich eine mehr oder weniger grosse Arbeit, von welcher ich einzelne Aspekte messen kann. Ich kann beispielsweise messen, wie viel Erde ich in welcher Zeit wie weit getragen habe.Primaergroesse ---------------------------------------------- Energie in der Physik Die Energie kann gespeichert und ausgetauscht werden. Die in einem System gespeicherte Energie heisst innere Energie. Wird Energie zwischen zwei Systemen ausgetauscht, nennt man sie je nach Prozessführung Arbeit, Wärme, elektrische Energie, usw. Energie wird immer zusammen mit mindestens einem Träger ausgetauscht. Die Physik der dynamischen Systeme unterscheidet sieben Energieträger (Masse, Volumen, Stoffmenge, elektrische Ladung, Impuls, Drehimpuls und Entropie). Das Modul Hydrodynamik befasst sich hauptsächlich mit dem Volumen als Energieträger. In der Lerneinheit Gravitation kommt dann noch die Masse dazu. Der Druck ist das Energie-Beladungsmass des Volumenstromes; der Druck bestimmt, wie stark ein Volumenstrom mit Energie beladen ist. Betrachten wir dazu die Ölleitung eines Baggers. Wenn wir wissen wollen, wie viel Energie im Moment vom Motor zu einem Hydraulikzylinder fliesst, müssen wir nur den Volumenstrom und den Druck messen. Der Energiestrom ist proportional zur Stärke des Volumenstromes (Energieträger) und proportional zum Druck in der Leitung (Beladungsmass). es gibt 7 Energieträger: 1) Masse, 2) Volumen = allgemeinder Fall 3) Stoffmenge, 4) elektrische Ladung, 5) Impuls, 6) Drehimpuls 7) Entropie. --------------------------------------Uebersetzung auf den Mechanismus------------ Ein Mechanismus zeigt ein Verhalten (die Maschine wird zu diesem Zweck gebaut!) Verhalten heisst es fliesst ein Strom durch den Mechanismus, was sich darin zeigt, dass sich sein Zustand (bestimmte Variablen) ändern. Ich verwende x typische Maschinen (die ich jetzt erst entwickeln muss, es sind keine Automaten, sondern Maschinen! das ist der Unterschied zwischen Physik und Kybernetik (in der Systemphysik implizit?)) ----- 2) Die Standard-Maschine ist ein Wasserrad, mit welchem eine Pumpe angetrieben wird, die Wasser in den Stausee hochpumpt. Diese Maschine hat "Energie" durch das Wassergewicht und die Fallhöhe. (Gravitation) Das ist eine Volumen-Druck-Maschine ----- 1) Eine weitere Maschine ist die Pendeluhr mit Gewichten, die nach unten ziehen (masse) 3) Eine weitere Maschine ist eine Heizung, die Oel oder Holz verbrennt, also eine Stoffmenge, und damit eine Dampfmaschine und ein Wasserrad bewegt. 4 Eine weitere Maschine ist der Dynamo 5) das ist ein Hammer, die Maschine kommt noch ... 6) das ist das Schwungrad, die Kurbelwelle - die Maschine kommt noch 7) Kochherdplatte ---------------- Masse: Pendeluhr mit Gewicht Volumen: Wasserrad am Stausee Stoff: Oelheizung Ladung: Dynamo Impuls: eine "Hammer"-Maschine (mechanischer Hammer) Drehimpuls: Bohrmaschine Entropie: Kochherd(platte) ----------------- die Energieträger repräsentieren nicht direkt Kraftmaschinen, sondern bestimmte Teile davon, die in Maschinen miteinander kombiniert sind. Es ist erstaunlich, dass es gerade 7 sind. Die Mechanismen sind die Erklärungen, die Physik macht QUANTITATIVE Bestimmungen, also keine Erklärungen, die physikalischen Naturgesetze fungieren als physikalische Erklärungen hinter den quantitativen bestimmungen, dass ist eben das Erklärungsprinzip Die Naturgesetze projizieren Natur-Mechanismen ins Denken. ============ http://www.pegaswiss.ch/Hydrodynamik/index.php?Tm=3 Badewanne als Geschichte zur Stromstärke und http://www.pegaswiss.ch/Hydrodynamik/index.php?Le=81 ========= Widerstand http://www.pegaswiss.ch/Hydrodynamik/index.php?El=56 zb Filter, zB Kaffeefilter --------------------------------------- -->
Fussnoten
Die Astronomie musste in der Vergangenheit auf Experimente verzichten, abgesehen von Experimenten zur Verbesserung der Beobachtungstechnik. Heute kann die Raumfahrt als experimentelle Astronomie bezeichnet werden. Jede Raumfahrtmission hat experimentellen Charakter: So hatte z. B. die erste Generation der GPS-Satelliten eine Absicherung an Bord für den Fall, dass die allgemeine Relativitätstheorie nicht stimmt.