Unsere Erfahrung: Licht besteht aus den Farben des Regenbogens, Rosen sind rot. Nichts davon stimmt. (5Sigma, Sora)

Wir sehen die Welt um uns in wunderbaren Farben. Aber sind diese Farben noch da, wenn niemand hinschaut? Sind Farben Eigenschaften der Dinge, gehören also als Bestandteil dazu? Ist die Blüte der Rose rot – oder erscheint sie uns nur so, ohne dass die Farbe ein Teil der Blütenblätter ist?

Ist der Mond da, wenn keiner hinschaut?

Was vielleicht als eine theoretische Fragestellung erscheint, die wenig Relevanz für unseren Alltag hat – und gerade in Bezug auf die Frage zum Mond als leicht lächerlich empfunden wird – ist tatsächlich eine Fragestellung mit brutalen Konsequenzen für unser Verständnis der Realität, wenn man der Frage in die Tiefe ihrer wirklichen Bedeutung folgt und in den Kaninchenbau hinabsteigt1.

Beginnen wir mit Licht. Um Farben zu verstehen, müssen wir Licht verstehen. Ohne Licht keine Farben, schließlich sind nachts alle Katzen grau.

Was also ist Licht?

Eine Meditation zum Wesen des Tageslichts von Max Richter
(und als Bonus - Meine Lieblingsschauspielerin Elisabeth Moss)

Es umgibt uns, die Sonne strahlt, Licht flutet den Raum, wir nehmen ein Bad darin. Gleichzeitig ist Licht selber unsichtbar, obwohl der Raum damit gefüllt ist, wir sehen glasklar durch das lichtgeflutete Zimmer – den Stoff, aus dem Licht ist, sehen wir nur, wenn er von etwas reflektiert wird und direkt auf unser Auge trifft. Oder wenn wir direkt in die Quelle schauen, was bei einer Kerze stimmungsvoll, bei der Sonne oder starken Lampen aber nicht empfehlenswert ist.

Tatsächlich baden wir in einer Flut aus elektromagnetischen [2] – Radio, UKW, UHF, VHF, Funkwellen, Langwelle, Kurzwelle, Mikrowelle. Infrarotstrahlen kommen von der Heizung, aus dem Backofen, im Flugzeug sind wir der Höhenstrahlung ausgesetzt, beim Radiologen durchleuchten uns Röntgenstrahlen.

Aber Licht – das ist doch etwas Besonderes? Wir können es sehen, andere elektromagnetische Strahlung dagegen nicht. Infrarotstrahlung können wir immerhin als Wärme spüren, mit Mikrowellen erhitzen wir unser Essen. Um Funkwellen zu hören und Bilder mit Röntgenlicht zu machen, brauchen wir ein Radio oder einen Röntgenapparat – das kann doch nicht auch Licht sein?

Und doch ist das alles gleich. Der Stoff, aus dem Licht ist, sind Wellen. Sie unterscheiden sich nur in der Länge von Wellenkamm zu Wellenkamm und schwingen unterschiedlich schnell. Es gibt keine harten Grenzen zwischen den verschiedenen Arten von Licht. Wissenschaftler sprechen hier von einem Spektrum [3], einem Kontinuum, das von extrem kurzen bis zu gigantisch langen Wellen reicht. Die Namen, die wir verschiedenen Bereichen dieses Spektrums geben, sind willkürlich, historisch entstanden.

Wir Menschen nehmen nur einen winzigen Bereich im Spektrum der uns umgebenden Flut an elektromagnetischen Wellen wahr: Das nennen wir „Licht“.

Nehmen wir die Röntgenstrahlung als Beispiel: Der Bereich des Spektrums, dessen Wellenlänge von 10 Picometer bis 10 Nanometer reicht, also von einem Billionstel eines Meters bis zum Milliardstel eines Meters. Also ziemlich kurz und nicht mehr vorstellbar.

Dieser Bereich heißt Röntgenstrahlung, weil Wilhelm Conrad Röntgen [4] entdeckte, dass bestimmte unsichtbare Strahlen den menschlichen Körper durchleuchten und eine Fotoplatte belichten – die inneren Organe und Knochen werfen Schatten und werden so auf dem Foto sichtbar. Röntgen nannte sie damals X-Strahlen, weil er ihre Natur nicht verstand und das „X“ in der Mathematik für eine unbekannte Variable steht. Röntgen bekam dafür im Jahr 1901 den ersten Nobelpreis für Physik, die Menschheit eine Revolution in der medizinischen Diagnostik und dieser Bereich des Wellenspektrums seinen Namen – Röntgenstrahlen. Nun waren sie bekannt.

Nehmen wir Funkwellen als weiteres Beispiel: Der Bereich des Spektrums, der Wellenlängen von einem Meter bis 10 Kilometer umfasst. Also schon im Bereich dessen, was wir uns im Alltag so vorstellen können. Und ein ziemlicher Sprung von dem Billionstel eines Meters der Röntgenwelle. Oder anders gesagt – eine Funkwelle ist so in etwa das zehn Billiardenfache einer Röntgenwelle. Das können Sie sich jetzt nicht wirklich vorstellen? Macht nichts, ich auch nicht.

Diese Wellen konnte der deutsche Physiker Heinrich Rudolf Hertz [5] im Jahr 1886 im Experiment nachweisen, nachdem der schottische Physiker James Clerk Maxwell6 22 Jahre vorher elektromagnetische Wellen vorhergesagt hatte – aus theoretischen mathematischen Überlegungen heraus.

Damit haben wir hier schon die zwei verschiedenen Spezies Physiker, die bis heute bestehen: Die Theoretischen Physiker, die aufgrund von Mathematik Vorhersagen treffen und deren Arbeitsgeräte eine schwarze Tafel und weiße Kreide sind. Und die Experimentalphysiker, die diese Vorhersagen der Theoretiker überprüfen. Dazu entwerfen sie Experimente und Messgeräte, die von der einfachen Lupe für ein paar Cent bis zum Teilchenbeschleuniger LHC am Schweizer CERN bei Genf reichen, der 3,1 Milliarden Euro gekostet hat und jährlich 1,3 Milliarden an Unterhaltskosten verbraucht.

Theoretische Physiker entwickeln Theorien, Experimentalphysiker entwerfen Experimente und Geräte, um diese Theorien zu testen (5Sigma, ChatGPT)

Aber zurück zu Hertz. Er bekam keinen Nobelpreis, weil er schon 1894 starb und Nobelpreise erst sieben Jahre später das erste Mal verliehen wurden. Aber sein Name wird seit 1930 – lange nach seinem Tode – als Maßeinheit für die Schwingungsfrequenz der Wellen verwendet: für die Zahl der Schwingungen pro Sekunde. 1 Hertz ist eine Schwingung pro Sekunde.

Die Bezeichnung „Funk-“ oder „Radiowellen“ verbreitete sich erst später. Für Hertz waren es namenlose, unsichtbare Schwingungen im Raum, die elektrisch erzeugt werden konnten. Weil er diese mit Funken erzeugte und sichtbar machte (elektrische Entladungen), bürgerte sich der Begriff Funk(en)welle ein und weil sich das über größere Entfernungen übertragen ließ, nannte sich 1903 eine der ersten Firmen für Funkgeräte „Telefunken“.

Aber noch waren wir nicht soweit. Denn die Eignung der Wellen als Übertragungsmittel und damit die Erfindung des Radios sollte Guglielmo Marconi [7] gelingen. 1896 baute Marconi ein „Gerät zur Aufspürung und Registrierung elektrischer Schwingungen“, basierend auf den Arbeiten von Hertz. Damit hatte er diesen Bereich des Wellenspektrums praktisch nutzbar gemacht und erhielt auch 1909 den Nobelpreis für Physik.

Nun haben wir bereits Beispiele für Wellen im Spektrum betrachtet, die sich nicht unmittelbar erschließen, aber durch Geräte sichtbar und hörbar gemacht werden können. Unser sichtbares Licht dagegen wurde natürlich sehr viel früher entdeckt. War ja nicht zu übersehen.

Aber was es denn nun genau ist, dieses Sonnen- und Kerzenlicht, das wurde schon erstaunlich früh bestimmt. Christiaan Huygens [8] war im 17. Jahrhundert ein niederländischer Astronom, Mathematiker und Physiker. Er veröffentlichte 1651 seine erste Arbeit, in der er einen Fehler in einem angeblichen Beweis der Quadratur des Kreises aufzeigte. Darüber hinaus forschte er zur Kreiszahl Pi (π), zu Logarithmen und leistete bedeutende Vorarbeiten für die Infinitesimalrechnung, auf die später Leibniz und Newton aufbauen konnten. 1657 veröffentlichte er zudem die erste Abhandlung über die Theorie des Würfelspiels und gilt damit als einer der Begründer der Wahrscheinlichkeitsrechnung. Ach ja, und die ersten Pendeluhren hat er auch noch konstruiert.

Ein Universalgelehrter, wie sie damals noch möglich waren. Nicht weil die Menschen heute weniger intelligent wären, sondern weil die Menge des Wissens so begrenzt war, dass ein einzelner Mensch noch so gut wie alles erfassen konnte. Und weil er ja auch Astronom war, begann er selbst Linsen für Teleskope zu schleifen und baute zusammen mit seinem Bruder sein erstes Fernrohr. Damit entdeckte er auch noch den Saturnmond Titan, die Rotation des Mars und bestimmte den Marstag mit ungefähr 24 Stunden, sagte voraus, dass die Venus von dichten Wolken verhangen sei und vermutete, dass es noch viele andere Sonnen und Planeten mit außerirdischem Leben geben könnte. Ganz schön mutig, wurde doch Giordano Bruno nur 50 Jahre vorher von der Kirche auf dem Scheiterhaufen verbrannt – nur für seine Überzeugung, dass die Erde nicht im Mittelpunkt des Universums stehe.

Fast nebenbei legte Huygens 1690 in seiner Betrachtung des Lichts [9] die Grundlagen für die Wellentheorie [10] des Lichts, die im Gegensatz zur damals gängigen Strahlentheorie stand. Aber die Vorstellung von gradlinigen Strahlen passte nicht zu den Beobachtungen Huygens an Linsen – Beugung und Interferenz lassen sich dann erklären, wenn man Licht als Welle analog zur Wasserwelle betrachtet. Licht verhält sich wie Wasserwellen, die um Hindernisse herumlaufen, reflektiert werden oder sich nach engen Durchlässen wieder kreisförmig ausbreiten. Daher vermutete Huygens, dass Licht eine Welle sei.

Meereswellen breiten sich nach einem engen Durchlass kreisförmig aus. Lichtwellen auch. (5Sigma, ChatGPT)

Was ist eine wissenschaftliche Theorie?

Damit kommen wir einem wissenschaftlichen Prinzip auf die Spur: Forscher forschen, indem sie etwas beobachten und sich eine Erklärung zurechtlegen. Diese Erklärung wird als eine zutreffende Beschreibung der Realität angesehen, wenn sie durch Experimente bestätigt wird und keine Widersprüche auftreten. Im wissenschaftlichen Jargon spricht man dann von einer Theorie. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Erklärung selbst unmittelbar sichtbar oder von unseren Sinnen erfassbar ist – so lange ihre Aussagen in sich widerspruchsfrei sind und ihre Voraussagen im Experiment eintreffen, gelten auch reine Gedankenkonstruktionen als real.

Von da an ist es nur ein kleiner Schritt zu einem grundlegenden Missverständnis: Wir denken, Licht bestünde tatsächlich aus Wellen und diese Lichtwellen breiten sich aus. Man hat sofort ein Bild vor Augen, das einleuchtet. So verhaftet sind wir in unseren Begriffen, dass sie unsere Vorstellungen bestimmen und unser Denken in bildliche Bahnen lenken. Wir können einfach nicht anders.

Dabei hat noch nie jemand eine Lichtwelle gesehen, denn der Begriff ist eine Metapher [11], eine Umschreibung, und nicht das Ding an sich. Eine Lichtwelle (so sie real existiert) ist mit Sicherheit etwas anderes als eine Meereswelle.

Daher auch das eherne Prinzip der Forschung: Wissenschaftliche Theorien – wie die Wellentheorie des Lichts – gelten so lange als Erklärung der Realität, bis sich etwas Besseres findet. Eben weil sie nicht real sind, stehen sie auf Abruf, bis eine neue Erklärung gefunden wird, die noch besser zu den Ergebnissen der Experimente passt.

Es dauerte nicht einmal 14 Jahre, bis es soweit war. Auftritt Isaac Newton [12], Titan der Naturwissenschaften. Der Verfasser der „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“ formulierte mit dem Gravitationsgesetz die universelle Gravitation und die Bewegungsgesetze der Planeten. Er legte den Grundstein für die klassische Mechanik und entwickelte die Infinitesimalrechnung, neben Leibniz.

Warum diese so wichtig ist, dass dieser unaussprechliche Begriff „Infinitesimalrechnung“ nun zum zweiten Mal auftaucht? Nun, ganz kurz: Sie ist ein fundamentales Werkzeug für das Verständnis und die Modellierung von Veränderung und Bewegung. Sie ermöglicht es, exakte Berechnungen von dynamischen Prozessen durchzuführen, die mit herkömmlichen mathematischen Methoden nicht oder nur schlecht möglich wären. Sie ist das Handwerkszeug der Forscher, um die Strukturen der Realität freizulegen.

„Opticks“ – Licht besteht aus Farben, Dinge dagegen nicht

Neben mathematischen Modellen konnte Newton natürlich die Optik nicht außen vor lassen. 1704 erschien sein Werk „Opticks” [13]. Newton erklärte Huygens Wellentheorie für falsch aufgrund einiger Unzulänglichkeiten und führte sein eigenes Konzept der Korpuskeln – Lichtteilchen – statt Wellen ein. Ja, wer bisher schon darauf gewartet hat und sich gefragt hat, wo denn die Photonen – Einsteins Lichtteilchen – bleiben, wo doch bisher die ganze Zeit von Wellen die Rede ist: Der darf sich jetzt leider immer noch nicht freuen. Newtons Teilchen und Einsteins Photonen haben nichts gemeinsam, bis auf den einzigen Punkt, dass sie eben keine Wellen sind. Sorry.

Jedenfalls setzte sich Newton als das Schwergewicht im Forscherstreit durch, er ließ sogar im erbitterten Disput mit Huygens die Royal Society entscheiden, dass Huygens mit seinen Wellen komplett falsch lag. Sozusagen ein Gerichtsentscheid [14] über die Realität. Da spielte es dann für die kommenden hundert Jahre keine Rolle mehr, dass auch Newtons Teilchen große Unzulänglichkeiten aufwiesen.

Heute wissen wir, dass beide Recht hatten. Oder beide Unrecht. Oder am zutreffendsten: Weder Recht noch Unrecht. Licht und damit jede elektromagnetische Welle sind beides zugleich – Welle und Teilchen. Je nach Experiment und Fragestellung zeigt sich ein Wellencharakter oder ein Teilchencharakter. Wenn Sie sich jetzt fragen – wie kann etwas gleichzeitig Welle und Teilchen sein? Dann erinnern Sie sich bitte daran, was ich vor ein paar Absätzen erklärt habe: Wir sprechen in Metaphern. In Gleichnissen, nicht von den Dingen an sich, sondern von Bildern, die wir uns von den Dingen gemacht haben.

Die reale Natur von Licht und elektromagnetischen Wellen ist unbekannt. Wir haben Erklärmodelle, Theorien, die enorm erfolgreich sind, weil sie Voraussagen machen, die exakt eintreffen. Damit können Produkte berechnet, entworfen und hergestellt werden, die genau so funktionieren, wie es die Theorie voraussagt. Ohne zu wissen, mit was wir es wirklich zu tun haben, wurde der Computerbildschirm entwickelt, der Licht aussendet, das in unserem Auge ankommt und uns diesen Text lesen lässt. Ohne zu wissen, was dieses Licht nun wirklich ist in seiner innersten Natur. Dass wir im Alltag verkürzen und von Lichtwellen sprechen, dafür kann ja die Naturwissenschaft nichts. Der Begriff „Lichtwelle“ ist ja auch einfacher, als die korrektere Formulierung: „Nach dem derzeitigen Stand der Forschung und unter Berücksichtigung der aktuellen Fragestellung sowie meines Versuchsaufbaus verhält sich etwas, das wir Licht nennen, wie eine Welle.“ Dieser Satz macht deutlich, dass wir nichts über Licht an sich wissen, nur dass es sich wie etwas anderes, aus unserem Alltag Bekanntes – eine Welle – verhält. Und gleichzeitig wie ein Teilchen, wenn man andere Versuche durchführt.

Newtons Beitrag zur Optik war aber auch die Erkenntnis, dass „weißes“ Sonnenlicht aus verschiedenen Farben zusammengesetzt ist. Der Versuchsaufbau ist so einfach, dass ihn jeder selber nachvollziehen kann: Sonnenlicht, einen abgedunkelten Raum, ein Glasprisma, das in einen Lichtstrahl gehalten wird – und schon erscheinen auf einer weißen Fläche die schönsten strahlenden Regenbogenfarben.

Newton war auch keineswegs der Erste, dem das auffiel. Aber die Erkenntnis, dass weißes Sonnenlicht aus den Farben des Regenbogens zusammengesetzt ist, geht auf ihn zurück. Er widerlegte damit eine zweitausendjährige vermeintliche Gewissheit: Seit Aristoteles war man überzeugt, dass Sonnenlicht weiß und die Farben aus einem Prisma durch das Prisma selber erzeugt wurden. Newton bewies nun, dass die unterschiedlichen Farben im Sonnenlicht enthalten und durch das Prisma unterschiedlich stark abgelenkt – gebrochen – wurden und damit der Sonnenstrahl aufgefächert und in seine Farben zerlegt wurde.

Es ist das Jahr 1666: Newton zerlegt mit einem Glasprisma weißes Sonnenlicht in seine Spektralfarben. (5Sigma, ChatGPT)Schematische Darstellung: Weißes Licht besteht aus einem Mix aus verschiedenen Wellenlängen. Diese werden im Prisma unterschiedlich stark gebrochen und dadurch aufgefächert. So sehen wir diese als einzelne Farben – aus weißem oder farblosem Sonnenlicht entstehen die Farben des Regenbogens. (Lucas Vieira – Own work, Public Domain16)

Schematische Darstellung: Weißes Licht besteht aus einem Mix aus verschiednen Wellenlängen. Diese werden im Prisma unterschiedlich stark gebrochen und dadurch aufgefächert. So sehen wir diese als einzelne Farben – aus weißem oder farblosem Sonnenlicht entstehen die Farben des Regenbogens. (Lucas Vieira – Own work, Public Domain[16])

Wie er bewies, dass die Farben schon im Sonnenlicht enthalten sind und nicht erst durch das Prisma hinzugefügt werden? Bemerkenswert einfach und einfach genial: Indem er eine Sammellinse hinter das Prisma stellte, das die aufgefächerten Farben wieder zusammenführte und einen kleinen leuchtend weißen Fleck erzeugte: Die wiedervereinigten Spektralfarben erzeugten weißes Licht. Damit war der Beweis erbracht: Das Sonnenlicht setzt sich aus den Spektralfarben zusammen, es besteht aus den Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett. Das sind auch die Farben des Regenbogens, den Newton damit auch noch nebenbei erklärte: Hier wird das Sonnenlicht durch winzige Wassertropfen gebrochen und die Spektralfarben erscheinen.

Die Farben des Spektrums lassen sich nicht weiter zerlegen. Um das zu beweisen, deckte Newton alle Farben bis auf eine ab und schickte diese durch ein zweites Prisma. Sie veränderte sich nicht mehr, gleich mit welcher Farbe er den Versuch wiederholte – Gelb blieb Gelb, Rot blieb Rot.

Aber Newton gab sich nicht damit zufrieden. Aus seiner Entdeckung, dass Farben im Licht enthalten sind und nicht in den beleuchteten Objekten, zog er eine atemberaubende Schlussfolgerung:

Die Rose ist nicht rot.

Der rote Wellenanteil des Lichts wird von der Rosenblüte zurückgeworfen und erreicht unser Auge. Alle anderen Wellenlängen werden dagegen von der Blüte absorbiert, sie werden Teil der Rose. Also enthält eine rote Rose alle anderen Wellenlängen, sie besteht gerade aus allen anderen Farben. Wir nehmen aber die einzige Farbe wahr, die von der Rose abgewiesen wird, nur diese erreicht unser Auge.

Warum Rosen alle Farben enthalten, nur nicht rot. (5Sigma, ChatGPT)

Farben sind keine Eigenschaften von Objekten. Sie sind gerade nicht Bestandteil des Objekts, sondern das, was es reflektiert. Newton schlug vor, dass verschiedene Materialien uns in unterschiedlichen Farben erscheinen, weil sie die einfallenden Lichtstrahlen je nach Farbe unterschiedlich stark reflektieren [17].

Eine reduzierte grafische Darstellung: Alle Farben werden absorbiert, nur rotes Licht wird reflektiert und erreicht unsere Augen. So erscheint uns dieses Objekt rot. (5Sigma, ChatGPT)

Werden alle Farben des Lichtspektrums reflektiert, erscheint uns das Objekt weiß. Werden keine reflektiert, erscheint uns das Objekt schwarz. Diese beiden Extreme lassen am besten erkennen, was tatsächlich passiert: Etwas erscheint weiß, wenn es alle Farben des Lichts reflektiert. Absorbiert es dagegen alle Farben, die Teil des Objekts werden, sehen wir schwarz – das Fehlen allen Lichts. Faszinierend, dass wir das Fehlen allen Lichts auch wahrnehmen können. Schwarz und Weiß sind somit keine Farben – das eine besteht aus allen Farben, das andere aus dem Fehlen aller Farben.

Weiß und Schwarz unterscheiden sich fundamental von allen Farben: Ein Objekt erscheint weiß, wenn es alle Farben weißen Lichts reflektiert und schwarz, wenn es nichts reflektiert. Dann sehen wir nur das Fehlen jedes Lichts. (5Sigma, ChatGPT)

Deshalb können wir schwarz nur in Abgrenzung zur hellen Umgebung sehen – den Umriss oder Schatten des Objekts. Schwarze Strukturen oder Objekte innerhalb des schwarzen Bereichs sind unsichtbar. Das funktioniert aber nur bei wirklichem Schwarz, nicht bei der schwarzen Farbe aus dem Baumarkt oder Künstlerbedarf. Diese reflektiert immer noch viel Licht, so dass wir Formen und Strukturen erkennen können.

Das schwärzeste Schwarz aber ist eine Beschichtung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Diese schlucken das einfallende Licht zu 99,995 Prozent, sodass nur noch 0,005 Prozent unsere Augen erreichen – viel zu wenig, um darin etwas zu erkennen. Objekte, die damit beschichtet sind, erscheinen als eigenartige flache schwarze Flächen. Das ist sehr schön in diesem Video zu sehen: VANTABLACK – The Darkest Material on Earth:

Der Himmel ist nicht blau

IIch glaube, Sie sind jetzt von dieser Feststellung nicht mehr überrascht: Der Himmel erscheint uns blau, weil er tagsüber in dieser Farbe leuchtet, nicht weil er blau ist. Kleinste Staubpartikel und die Luftmoleküle selbst reflektieren den blauen Anteil im Sonnenlicht untereinander und in alle Richtungen, sodass der Himmel wie eine gigantische blau leuchtende Milchglasscheibe wirkt. Die anderen Farben des Sonnenlichts kommen zentral, aus einer Quelle, das blaue Licht dagegen kommt gestreut aus allen Richtungen, in die wir blicken.

Dieses Leuchten ist so stark, dass wir nicht hindurchsehen können und deshalb auch keine Sterne sehen. Es liegt also am Sonnenlicht in Kombination mit unserer Luft. Fehlt das eine oder das andere, erscheint der Himmel schwarz und die Sterne leuchten. Ohne Sonnenlicht – in wolkenlosen Nächten – erscheint uns die Atmosphäre glasklar und durchsichtig – wir sehen die Sterne. Wenn keine Atmosphäre da ist, erscheint auch tagsüber der Himmel schwarz und mit Sternen übersät, wie es die Astronauten auf dem Mond sehen konnten.

Die „Rayleigh-Streuung“ - benannt nach ihrem Entdecker - lässt uns den Himmel blau sehen und verbirgt die Sterne tagsüber.
(5Sigma, ChatGPT)

Was nehmen wir mit aus diesem Kapitel

Wir haben zum Beginn dieser Serie einen weiten Bogen geschlagen – ausgehend von der Frage, was Farben sind:

• Die Welt um uns herum täuscht uns – die Farben der Gegenstände sind gerade das, was sie nicht sind.

• Wir sehen ausschliesslich die Farben, die reflektiert werden und damit nicht Teil der Gegenstände sind.

• Bestandteile der Gegenstände sind gerade die Farben, die von den Dingen absorbiert werden und die wir deshalb nicht sehen.

Wir habe zwei Sichtweisen auf Licht kennengelernt:

• Licht als Welle

• Licht als Teilchen

Da beides wahr ist, haben wir auch das Erklärungssystem wissenschaftlicher Forschung angesprochen:

• Wissenschaftler beobachten und entwickeln Hypothesen zur Erklärung der Beobachtung.

• Wenn diese Hypothesen nachprüfbare Voraussagen enthalten, werden diese im Experiment getestet.

• Bestätigen Tests die Voraussagen und treten keine Widersprüche auf, dann wird aus der Hypothese eine wissenschaftliche Theorie.

• Diese gilt als Wahr, bis sie nicht mehr gilt – weil neue Erkenntnisse aus der Beobachtung der Welt um uns herum gewonnen werden, die im Widerspruch zur Theorie stehen.

Damit kommen wir zu wichtigsten Erkenntnis dieses Kapitels:

• Was wir sehen, ist nicht, was tatsächlich da ist.

• Was wissenschaftliche Theorien aufführen, ist nicht die Realität.

• Die Wissenschaft liefert uns Erklärmodelle, die unsere Welt beschreiben.

• Wir dürfen diese Beschreibung nicht mit der Realität verwechseln.

Es gibt keine Farben.

Nun hatte Newton das Weltbild seiner Zeitgenossen schon auf den Kopf gestellt, indem er über zweitausend Jahre lang gelehrte Ansichten kurzerhand für falsch erklärte – und das auch noch beweisen konnte: Farben waren im Licht enthalten – genau genommen, besteht Licht aus Farben.

Er war aber noch nicht fertig.

Als nächstes erklärte er, die Lichtwellen seien farblos. Dabei hatte er doch gerade erst mit dem Prisma das Sonnenlicht in die Farben des Regenbogens aufgefächert und erklärt, dass die Rose nicht rot sei, sondern nur eben bestimmte Wellenlängen reflektiere – die roten!

Und jetzt das – die Lichtwellen an sich seien farblos, die Farbe aber entstünde im Kopf, so Newton.

Mehr dazu im nächsten Blogpost. Bis dahin die Stones für euch und ihr wisst jetzt, die liegen ganz falsch:

[1] Alice im Wunderland

[2] Elektromagnetische Wellen

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle

[3] Elektromagnetisches Spektrum

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum

[4] Wilhelm Conrad Röntgen

https://de.wikipedia.org/wiki/Wilhelm_Conrad_Röntgen

[5] Heinrich Rudolf Hertz

https://de.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Hertz

[6] James Clerk Maxwell

https://de.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell

[7] Guglielmo Marconi

https://de.wikipedia.org/wiki/Guglielmo_Marconi

[8] Christiaan Huygens

https://de.wikipedia.org/wiki/Christiaan_Huygens

[9] Traité de la Lumière: Où sont expliquées les causes de ce qui luy arrive dans la reflexion & dans la refraction

https://archive.org/details/bub_gb_kVxsaYdZaaoC

[10] Wellenoptik

https://de.wikipedia.org/wiki/Wellenoptik

[11] Metapher

https://de.wikipedia.org/wiki/Metapher

[12] Isaac Newton

https://de.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton

[13] Isaac Newton Opticks

First edition

[14] Streit mit Huygens, Entscheid der Royal Society

https://de.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton#Optik

[15] Lichtbrechung im Prisma

https://de.wikipedia.org/wiki/Prisma_(Optik)

[16] Grafik:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Light_dispersion_conceptual_waves.gif#/media/File:Light_dispersion_conceptual_waves.gif

[17] Newtons „Opticks“ – ein bahnbrechendes Werk der Physik:

https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2017/09/20/newtons-opticks-ein-bahnbrechendes-werk-der-physik/

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Rein wissenschaftlich betrachtet: Was kann uns die Forschung über das erzählen, was wir als Realität erleben?

Vor langer Zeit, so beginnen Märchen, vor langer Zeit habe ich „Der Baum der Erkenntnis“ von Maturana und Varela gelesen: In den späten 80er Jahren des letzten Jahrtausends veröffentlichten die beiden chilenischen Denker ihr Verständnis der Welt. Sie waren Biologen, Neurowissenschaftler und Maturana außerdem Philosoph. Sie entwickelten ihre biologische Theorie der „Kognition“ – also unserer Wahrnehmung, wie wir Informationen speichern, denken, erinnern und Entscheidungen treffen. Sie kamen zur Erkenntnis, dass es keine objektive Welt gibt, sondern dass jeder Organismus basierend auf der biologischen Evolution seine eigene Erfahrungswelt, seine „Wahrheit“ buchstäblich erfindet.

Ihr werdet nun denken, na gut, zwei obskure Chilenen aus dem letzten Jahrtausend, was sollen die mir heute über die Realität sagen… Räumt aber mal eure Vorstellung vom Poncho und Räucherstäbchen beiseite – die Autoren hatten in Harvard studiert, waren Rockefeller-Stipendiaten, arbeiteten am MIT in Cambridge, Varela war in den 80ern Gastwissenschaftler am Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt und danach Forschungsdirektor für Kognitive Neurowissenschaft am CNRS in Paris.

Für mich jedenfalls öffnete sich ein Tor zu einer neuen Weltsicht: Die Realität wurde wackelig, die Frage: Ist das, was wir als Welt um uns erleben, objektiv real - oder erschaffen wir uns ein Verständnis von Etwas, dieses Verständnis funktioniert und erlaubt uns, in diesem Etwas zu funktionieren.

Weit hergeholt? Dazu ein kleines Gleichnis:

Ein Mädchen ist blind geboren. Sie lebt allein in einer Hütte im Wald und weiß nicht, dass sie nicht sehen kann. (Das ist ein Gleichnis, bitte blenden wir mal Fragen wie „wo sind ihre Eltern“ und „das ist total unrealistisch“ aus). Sie geht jeden Tag durch den Wald zum Fluss, um Wasser zu holen. Natürlich stößt sie sich anfangs an den Bäumen, läuft in Büsche, stolpert über Steine – mit der Zeit aber entsteht in ihrem Kopf eine Karte ihrer Umgebung und sie geht traumwandlerisch sicher durch den Wald.

Folgt ihr mir soweit? Gut, dann sind wir uns einig, dass es zumindest im Gedankenexperiment so sein könnte: Sie wird nichts vermissen und prima in ihrer Welt leben.

Ist das Mädchen blind? (5Sigma, Sora)

Wir aber, die Sehenden, wissen natürlich, dass sie ihre Umwelt nicht „wirklich“ wahrnimmt und nur aufgrund eines Konstrukts in ihrem Kopf überleben kann. Dieses Konstrukt ist natürlich nicht die Realität, es hat nichts mit dem Wald zu tun – genau genommen wissen wir nicht mal, wie sich die Realität für das Mädchen darstellt. Wir aber wissen, dass in Wirklichkeit Büsche und Bäume da sind, mit braunen Stämmen und grünen Blättern unter einem blauen Himmel – wir können das sehen, das ist doch offensichtlich.

Aber woher wissen wir, dass wir nicht auch blind sind?

Tatsächlich ist die Antwort auf diese Frage nicht einfach – die Entwicklung der Naturwissenschaften in den vierzig Jahren seit der Buchveröffentlichung hat die Grundthese der beiden Chilenen auf allen Gebieten immer wieder bestätigt. Haben sie sich damals rein von der Biologie leiten lassen, können wir die Frage nach der Realität heute von der Wahrnehmungsforschung bis zur Quantenphysik betrachten, von der Biologie bis zum Big Bang, von der Frage „Gibt es die Farbe Rot?“ bis zur Frage „Gibt es den freien Willen?“, von „Gibt es das ‚Jetzt‘?“ bis zu „Warum findet ‚jetzt‘ nicht für jeden Beobachter zur gleichen Zeit statt?“

Liebe Leser, wir gehen auf eine Reise, die keine Wiederkehr hat. Wenn ihr mir folgt, dann werdet ihr alle sicher geglaubten Wahrnehmungen über eure - unsere? - Welt zukünftig in Frage stellen. Selbst das „unsere“ verschwimmt im Ungefähren, wird zur minimalen Übereinkunft zwischen jedem individuellen biologischen Wesen vom Stamm der Säugetiere, sodass unsere Welt für jeden von uns funktioniert — aber keineswegs für jeden gleich ist. Warum die Einschränkung auf die Säugetiere? Wir kommen dazu.

Wir machen uns auf den Weg, die Realität zu entdecken. Nicht das, was wir erleben, wenn wir morgens die Augen aufschlagen. Sondern das, was die wissenschaftliche Erkundung über die Realität der Welt herausgefunden hat. Das, was objektiv und unabhängig von subjektiver Wahrnehmung echt und real ist. Das Gute, das Schöne, die Wahrheit — sie sind Begriffe und Konzepte, die scheinbar wenig mit den harten Naturwissenschaften zu tun haben. Das Gegenteil ist der Fall. Sie bleiben übrig, wenn wir dem Erkenntnispfad der Biologie und Physik folgen, bis sich alles Handfeste, Greifbare, Messbare in statistischem Nebel auflöst.

Warum 5 Sigma?

In der Statistik und besonders in der Teilchenphysik bedeutet ein 5-Sigma-Ergebnis⁠ [1], dass ein beobachtetes Signal mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht auf zufällige Schwankungen im Hintergrund zurückzuführen ist, sondern auf ein echtes, neues Phänomen hinweist. Ab 5 Sigma sprechen wir von realen Entdeckungen und nicht einem zufälligen statistischen Ergebnis.

Die Texte, die hier in unregelmäßiger Reihenfolge erscheinen werden, stellen den Stand der naturwissenschaftlichen Erkenntnis dar. Eine Auswahl der Forschung natürlich, die ich interessant finde. Was daraus wird, weiß ich noch nicht. Es gibt keine Garantie, dass es zu einem Ziel führt. Aber die Reise beginnt.

P.S. Meinen Ausgangspunkt, das Buch „Der Baum der Erkenntnis“, gibt es immer noch, letzte Auflage von 2009:

https://www.fischerverlage.de/buch/humberto-r-maturana-francisco-j-varela-der-baum-der-erkenntnis-9783596178551

P.P.S. Hier mehr zu den Autoren:

https://de.wikipedia.org/wiki/Der_Baum_der_Erkenntnis

[1] https://home.cern/resources/faqs/five-sigma