Nell-Breuning-Symposium

Auf der Suche nach dem, was die Welt im Innersten zusammenhält

Profil Naturphilosophie - naturwissenschaftliche Rödermärker Hochschultage

von Dietmar Herdt, Fachbereich Physik / Profil Naturphilosophie

50 Jahre Nell-Breuning-Schule bedeuten auch 25 Jahre Profil Naturphilosophie - seit dem Start des ersten Physik-Leistungskurses im Sommer1995. Bereits vor meinem 1994 erfolgten Schulwechsel von einem Frankfurter Gymnasium an die hiesige Nell-Breuning-Schule hatte ich - im Rahmen einer von Herrn Zeller einberufenen Arbeitsgruppe für den Aufbau der gymnasialen „Profiloberstufe“ - die spannende Aufgabe übernommen, ein neues Konzept für das Profil Naturphilosophie zu erarbeiten. Dabei ging es um einen ganzheitlichen Ansatz für den Unterricht im Leistungskurs Physik, dem die Grundkursfächer Englisch und Religion bzw. Ethik verbindlich zugeordnet wurden.

Zu der Wissenschaftstheorie als Schlüssel für ein tieferes Verständnis der Theoretischen Physik gesellte sich sehr bald die moderne Verantwortungsethik für die Beurteilung der Angewandten Physik in der modernen Technik:

Dass die Forschung für die Menschen sein muss, stellen wir klar!
E = mc2 — das war auch die Formel für Hiroshima!
Darum denken wir bei allem Fortschritt auch immer daran,
dass mit den Urkräften in falschen Händen viel passieren kann.
(Wissenschafts-Rock’n’Roll)

In meiner Frankfurter „Vorlaufzeit“ hatte ich das große Glück, über viele Jahre in gemeinsamen Projekten mit dem bekannten Physikdidaktiker Prof. Dr. Dr. Hartmut Wiesner - später LMU München - alternative Unterrichtswege zu entwickeln und diese in Feldstudien, die von der Goethe-Universität begleitet wurden, in meinem Physikunterricht zu erproben. Mit einer wissenschaftsphilosophischen Orientierung - „Wer nur Physik versteht, versteht auch die nicht richtig!“ - und einem ausdrücklich koedukativen Ansatz - „Wenn Physik so schwer wäre, könnten es die Jungs (auch) nicht!“ - wurde der „normale“ Physiklehrplan für unsere Oberstufe so aufbereitet, dass die Weltbild stiftenden und damit die bildenden Anteile der Klassischen und der Modernen Physik deutlicher in den Vordergrund rückten.

Die Faustische Frage nach dem inneren Zusammenhalt der Welt zieht sich bis heute wie ein roter Faden durch den Unterricht und die besonderen Aktivitäten des Profils Naturphilosophie. Dazu gehörten in früheren Jahren auch halbjährlich stattfindende fächerübergreifende und fächerverbindende Unterrichtseinheiten. Geblieben sind im Wesentlichen die multimedialen Profilwochen mit den viel beachteten öffentlichen Präsentationen in 12/13, einem Markenzeichen unserer Oberstufe.

Die interdisziplinäre Konzeption des Profils Naturphilosophie führte dazu, dass in jedem neuen Schuljahr ein Physikleistungskurs zustande gekommen ist, mit einer beachtlichen Zahl von Schülerinnen, darunter einige sehr erfolgreiche Abiturientinnen. Wesentlichen Anteil daran hatten meine Kolleginnen Monika Annen und Dr. Pilar Krick, die in den Englischkursen unterrichtet und die Profilwochen mitgeprägt haben. Am Ende meiner Rödermärker Dienstzeit blicke ich dankbar auf meine insgesamt dreizehn Physikleistungskurse zurück, mit denen ich als Mitlernender – im Fußball würde man von einem Spielertrainer sprechen - die weiten und lichten physikalischen Räume erforschen durfte, um damit meinen Tutanden einen naturphilosophischen Rahmen für das anschließende Fachstudium der Natur- oder Ingenieurwissenschaften zu vermitteln.

Zu den physikalischen Inhalten:

Die Faustische Suche nach der Weltformel - „0ne formula to rule them all“ - erweist sich inzwischen doch schwieriger als von einigen wissenschaftlichen Marktschreiern vermutet wurde. Stephen Hawking erwartete 1988 in seinem ersten Bestseller „A Brief History of Time“, dass die Weltformel bis Ende des Jahrhunderts gefunden würde. Nach dem Milleniumwechsel flachste er, dass er sich nicht auf ein bestimmtes Jahrhundert festgelegt hatte.

Prominente Kosmologen wie Lisa Randall haben grundsätzliche Zweifel an der Existenz einer solchen Allgemeinen Formel, die alle Teilgebiete der Physik erfassen müsste.

Die Klassische Physik - Newton'sche Mechanik und Maxwell'sche Elektrodynamik - mit den Kant'schen Kategorien der „absoluten Zeit“ und des „absoluten Raumes“ sowie einer strengen Kausalität - „aus A folgt zwingend B“ - wurde 1905 durch einen wissenschaftlichen Doppelschlag des jungen Albert Einstein in ihre Grenzen verwiesen. Mit seiner Speziellen Relativitätstheorie und der Quantenhypothese setzte Einstein revolutionäre neue Rahmenbedingungen für die Moderne Physik, in der Zeit und Raum relativistische Eigenschaften haben, die vom System des Beobachters abhängen. Das strenge Kausalitätsprinzip wurde kassiert und musste dem mathematischen Zufall weichen. 1916 ergänzte Einstein den von ihm eingeleiteten Paradigmenwechsel von der Klassischen zur Modernen Physik mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie, in der die Schwerkraft (Gravitation) durch die Krümmung der vierdimensionalen Raumzeit erklärt werden konnte. So wird beispielsweise die Erde durch den Gravitationstrichter der Sonne auf ihre Umlaufbahn gezwungen, ähnlich wie der Mond durch die Krümmung des Erdgravitationsfeldes.

Er hat den Jackpot der Physik geknackt:
die Raumzeit entdeckt und Licht in Quanten zerhackt.
Er ist der Mann des Jahrhunderts — wir alle kennen seinen Namen.
Geh’n die Uhren falsch, hängt der Senkel schief —
Keine Angst - Raum und Zeit sind relativ!
(Einstein's Song)

Mit der Quantenphysik können die Vorgänge im ganz Kleinen, also im Mikrokosmos erklärt werden. Dagegen beschreibt die Allgemeine Relativitätstheorie die Vorgänge im ganz Großen, wie z.B. die Bewegung der Sterne und Galaxien im Universum. Quantenphysik und Allgemeine Relativitätstheorie sind die beiden mächtigen Säulen der Modernen Physik und bilden die Grundlage für unsere heutigen physikalischen Technologien.

Beide Theorien leisten jeweils für sich genommen Großartiges, stehen jedoch ohne ausreichende Vermittlung nebeneinander. Insbesondere zur Erklärung des Urknalls, dem Geburtsakt unseres Universums vor ca. 13,8 Milliarden Jahren, müssen nun Quantenphysik und Relativitätstheorie irgendwie zusammengeführt werden. Die meistdiskutierten, hochspekulativen Ansätze für die so genannte „Quantengravitation“ sind die String-Theorie und die Quantenschleifentheorie (Loop-Theorie). Bezüglich beider Theorien nehme ich meine begründete Skepsis mit in den Ruhestand. Spannend bleibt es allemal.

Im Profil Naturphilosophie wurden viele Projekte und öffentliche Präsentationen zu den oben umrissenen brennenden Themen der modernen Physik und Kosmologie durchgeführt. Beispiele dafür sind:

Ausgewählte Projekte im Profil Naturphilosophie 12/13
  • “The Lord has spoken — and it became Light”
    Maxwell‘s Theory of Electromagnetism
  • The Structure of Scientific Revolutions
    Paradigmenwechsel in der Wissenschaftsphilosophie von Thomas S. Kuhn
  • „Contraria sunt complementa“
    Die moderne Quantenphysik auf dem Prüfstand:
    Die Feynman'schen Doppelspaltversuche mit identisch und nicht-identisch präparierten Quantenensembles
  • A Brief History of Time (Stephen Hawking)
  • Erprobung des „Münchner Konzepts für den Unterricht in Quantenphysik“
    (Felduntersuchung im Rahmen der Habitilationsarbeit von R. Müller)
    Prof. Dr. Dr. Hartmut Wiesner / Prof. Dr. Rainer Müller
  • Astronomy on the Internet
  • Experiments with X-Rays:
    Compton-Effect / Measurement of Planck’s Constant
  • „A Brief History of Time”
    Modern Cosmology
  • Albert Einstein - Person of the Century
    Relativity and Quantum Hypothesis
  • Kalte Fusion - Cold Fusion - Fusione Fredda:
    The International Scientific Community
  • Happy Birthday! A Hundred Years of Quantum Physics:
    NBS meets Roger Penrose at the University of Frankfurt
  • „Finding Nano - Nanotechnology and Responsibility“
    (Mitarbeit: Prof. Dr. Rita Wodzinski, Universität Kassel)
    Präsentation bei der Eröffnungsveranstaltung von „PIKO-Physik im Kontext” 2004 an der Humboldt-Universität Berlin, Einladung von Prof. Dr. Manfred Euler, Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften, Kiel
    Präsentationen 2006 an der TU Darmstadt (Nano-Büro, Prof. Dr. Alfred Nordmann)
    sowie an den Fachhochschulen in Darmstadt und Frankfurt
    (IHK — Schülerforum, VDI-Schülerforum)
    Science in Stage: Nominierung für Grenoble 2007 durch das nationale Komitee
    Klimakatastrophe - Mit der Kernkraft aus der Krise?
    Präsentation beim 5. Nell-Breuning-Symposium und bei der Vorstandssitzung des VDI in Frankfurt
  • The Grand Design - Was die Welt im Innersten zusammenhält
  • The Magic of Quantum Physics
  • Antimaterie - Zwischen Genesis und Apokalypse
  • Our Universe in a Nutshell - Was war vor dem Urknall? Das imaginäre Zeitkonzept des Stephen Hawking
  • Einstein goes Facebook
  • Science and Religion - Knowledge vs. Belief
  • A Bigger Bang:
    The Large Hadron Collider - Gottesmaschine oder Teufelswerk?
  • Asteroiden - Bedrohung aus dem All
  • Final Countdown - Die Zeit, die uns bleibt
    Exoplaneten und die Suche nach einer zweiten Erde
  • Gravitationstheorien in der klassischen und modernen Physik
    Newtons Gravitationsgesetz vs. Einsteins Raumzeit

Einige der erfolgreichsten Projekte wurden mit den Rödermärker Hochschultagen und den Nell-Breuning-Symposien weitergeführt. Zu den großen Themen sind einschlägige Wissenschaftssongs entstanden, die auch von der Europa-Songgruppe in das Repertoire aufgenommen wurden.

Chronologie der naturwissenschaftlichen Rödermärker Hochschultage
  • 4. HST am 12. Juni 2006
    „Was Einstein noch nicht sehen konnte — Modernste Computertechnologie macht Relativitätstheorie anschaulich“
    Prof. Dr. Hanns Ruder, Universität Tübingen
  • 5. HST am 27. November 2006
    „Reise zum Urknall - Warum die Physiker überzeugt sind, dass die Welt einen Anfang hatte"
    Prof. Dr. Fritz Bosch
    Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI), Darmstadt
  • 6. HST am 11. Juni 2007
    „Kann man die Quantenwelt sehen?“
    Prof. Dr. Claus Zimmermann, Universität Tübingen
  • 7. HST am 18. August 2008
    „Die Physik des Star Trek-Universums“
    Prof. Dr. Hanns Ruder, Universität Tübingen
  • 10. HST am 7. Dezember 2009
    „Das Large Hadron Collider Projekt: Vorstoß zum Beginn des Universums"
    Prof. Dr. Siegfried Bethke, Max-Planck-Institut für Physik, München
  • 14. HST am 7. November 2011
    „Heißer Urknall und kalte Hintergrundstrahlung — Astronomen entschlüsseln den Bauplan der Welt“
    Prof. Dr. Wolfram Winnenburg, Universität Siegen
  • 15. HST am 10. Dezember 2012
    Weihnachtsvorlesung: „Der Stern von Bethlehem — Vision oder Realität"
    Prof. Dr. Wolfram Winnenburg, Universität Siegen
  • 17. HST am 10. März 2014
    „Asteroiden – Gefahr aus dem All“
    Prof. Dr. Andreas Burkert, LMU München
  • 19. HST am 16. November 2015
    „Rosetta – Wie wir auf einem Kometen landeten"
    Dr. Paolo Ferri, ESA Darmstadt
  • 21. HST am 14. November 2016
    „Mathematische Experimente“
    Prof. Dr. Albrecht Beutelspacher, Universität Gießen und Mathematikum Gießen
  • 24. HST am 22. Oktober 2018
    „Vom Urknall bis zu der Frage nach Leben im All“
    Prof. Dr. Andreas Burkert, LMU München

Organisation: Dr. Dietmar Herdt (alle Hochschultage) und Dr. Hanne Grünsteudel (ab 19. HST)

Naturwissenschaftliche bzw. -philosophische Symposien:
  • 4. Nell-Breuning-Symposium am 2./3.12. 2005
    „Nanotechnologie, Gentechnik, Hirnforschung – Machbarkeit und Verantwortung“
  • 5. Nell-Breuning-Symposium am 31.10/ 1. 11.2008
    „Global Warming. Wie verhindern wir die Klimakatastrophe – Welche Verantwortung haben wir?“
  • 7. Nell-Breuning-Symposium am 10./11.10.2014
    „Kosmos und Mensch – Weltbilder im 21. Jahrhundert“

Organisation: Prof. Dr. Philipp Wolf, Dr. Dietmar Herdt

Ach ja, bevor ich es vergesse: Die großartigen Formeln unserer Modernen Physik beschränken sich auf den sichtbaren „baryonischen“ Teil des Universums, der einen Anteil von nur mikrigen 5% ausmacht. Die restlichen 95% des Universums entfallen auf das, was Physiker kryptisch mit „Dunkler Materie“ und „Dunkler Energie“ bezeichnen. Die erste Metapher steht für den Zusammenhalt innerhalb einer Galaxie (zusätzliche Gravitation nach Innen), die zweite für das beschleunigte Auseinanderdriften der Galaxien („Antigravitation“).

Danach erscheint der Sternenhimmel wie ein beleuchteter Weihnachtsbaum, von dem wir nur die Lichter sehen können. Der eigentliche Baum ist dunkel und bleibt verborgen. Auch hier gab und gibt es unterschiedliche - und darunter sehr abenteuerlich anmutende - theoretische Ansätze, die bisher alle am fehlenden experimentellen Nachweis gescheitert sind. Die Physiker warten weltweit mit wachsender Ungeduld auf verwertbare Hinweise und Entdeckungen für eine „Neue Physik“, mit der sich auch der Rahmen für die oben beschriebene Weltformel nochmals erweitern würde.

Nachdem sich die oben aufgeführten Hochschultage mit der Modernen Physik, also mit lediglich 5% unseres Universums beschäftigt haben, öffnen sich für die restlichen 95% und die „Neue Physik“ weite(re) Räume, die meine Nachfolger*innen mit künftigen Hochschultagen gestalten können. Und dann ist da noch die Sache mit den Paralleluniversen. Nach Berechnungen des bekanntesten Rollstuhlfahrers könnte unser Universum nur eine kosmische Blase in einem Multiversum mit 10 hoch 500 einzelnen Universen sein, das ist eine Zahl mit 500 Nullen! Wie einfach war dagegen doch der Glaube an die göttliche Sechstagewoche in der Genesis…

Mit der Gelassenheit des Alters lasse ich die weitere Entwicklung in einer der hinteren Reihen auf mich wirken - mit dem Nachklang aus „Hart am kosmischen Wind“:

Geh du mit denen, die weit kamen und die der Wind immer weiter treibt,
auch wenn hier von deinem Namen nicht viel bleibt.
Du bist stärker, wenn du weißt, was deine kleine Welt
im Innersten für dich zusammenhält.
(Universal Train)


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