Allgemeine Grundlagen der Mechanik

Wenn wir aufgrund unserer Lebenserfahrung überzeugt sind, daß eine prognostische Naturwissenschaft möglich ist, gehen wir davon aus, daß wir es mit einem Reich zu tun haben, in dem nicht Willkür sondern Notwendigkeit herrscht, in dem also nichts ohne Ursache geschieht. Ein solches Naturverständnis ist ein kausales.

Was etwas verändert nennen wir eine "Kraft". Und was tun (unbelebte) Dinge, auf die keine Kraft einwirkt? Richtig: Sie bleiben von sich aus wie sie sind! Diejenige Annahme, die in einem kausalen Verständnis nichts weiter voraussetzt, lautet demnach:

"Jede Sache bleibt - soviel an ihr liegt - in ihrem Zustand."

Das heißt nicht, daß sie ihren Zustand von sich aus hat sondern nur, daß sie ihn akausal von sich aus erhält! Sehr ähnlich hatte die Immanenz des Erhalts schon René Descartes (1596-1650) formuliert, der diesen Sach-Verhalt "Das Erste Naturgesetz" nannte. Ich nenne ihn, den Grund-Satz des Erhalts, weil er nicht weiter abgeleitet werden kann. Sinngemäß gleich heißt es in Newtons Principia in Definition III: "Die der Materie eingepflanzte Kraft ist die Fähigkeit Widerstand zu leisten, durch die jeder Körper von sich aus in seinem Zustand der Ruhe oder in dem der gleichförmig-geradlinigen Bewegung verharrt."

Und was tun Dinge, auf die eine Kraft einwirkt? Richtig: Sie versuchen wiederum von sich aus ihren Zustand zu erhalten, den wir dadurch als Trägheit bzw. Kraft erfahren.

Kausalität gründet also auf dem Akausalen, das keiner externen Ursache bedarf.

Ohne Akausalität keine Kausalität. Wem alles eine Folge äußerer Umstände ist übersieht: Der sog. äußere Umstand, also die einwirkende Kraft, entsteht auch nur als Folge einer Sache, die ihren Zustand von sich aus erhalten will und die dadurch zur (Mit-)Ursache, also Kraft wird. Gesetze sind der Natur nicht von außen auferlegt sondern

1 Grund-Satz des Erhalts

• 1.1 Jede Sache erhält sich von sich aus in ihrem Zustand.
• 1.1.1 Erhalt ist nicht ableitbar. Erhaltungssätze sind daher oberste Sätze.
• 1.2 Erhalt zeigt sich in zeitlicher Betrachtung als Dauer einer Sache.

• 2.1 Das mit dem Beobachten verbundene Relativieren von Verhalten, läßt den Beobachter eine jede Sache entweder als "bewegt" oder "nicht bewegt" (ruhend) erscheinen.
• 2.2 Eine beharrende bzw. frei fallende Sache erscheint in einem ebenfalls beharrenden bzw. frei mitfallenden Bezugssystem als im Zustand der Ruhe oder der gleichförmig-geradlinigen Bewegung. (Definition der Kräftefreiheit)

(Beharrung/Erhalt ist eine Realität, Bewegung und Ruhe (Null-Bewegung) sind relationistische Wertungen des Beobachters und somit Relativitäten. Hätten Bewegung und Ruhe ebenfalls einen Realitätsstatus, dann hätte Newton in seinem 1. Axiom nicht ohne inneren Widerspruch schreiben können: "Jeder Körper verharrt in seinem Zustand der Ruhe oder(!) der ... Bewegung", weil Körper nicht zugleich verharrend und bewegt sein können. Doch für sich verharren sie, für den Beobachter sind sie bewegt (oder nicht) - ein Hinweis, endlich die Illusion aufzugeben, daß es beobachterneutrale Beobachtungen gibt. )

Die Wirksamkeit einer Sache ist durch das bestimmt, was sie von sich aus ist. Daher ist es für ihr adäquates Verständnis entscheidend, mit Hilfe des Realprinzips ihren eigenen Zustand zu erkennen, unabhängig von den Relationen, die ein Beobachter herstellt.

3 Erhalt als Voraussetzung von Kausalität und Kraft

• 3.1 Der Selbsterhalt bedingt, daß jede Zustandsänderung einer Sache einer Ursache bedarf.
• 3.1.1 Die Zustandsänderung (Beschleunigung) und ihre Richtung verstehen wir als Folge einer Kraft, der sie proportional ist. (Definition der Kraft)
• 3.1.2 Stärke und Richtung einer Kraft wird an der Zustandsänderung in Bezug auf ein System und mit Hilfe von Maßstäben erkannt, auf die die zu untersuchende Kraft nicht einwirkt.¹⁾
• 3.2 Quelle von Trägheit bzw. Kraft einer Sache ist ihr Bestreben, sich in ihrem Zustand zu erhalten.

(Aber: Jede Sache ist zwar von sich aus, jedoch nicht für sich träge oder kraftvoll, sondern immer nur für eine andere Sache: "Diese Kraft tritt nur während der Einwirkung ... auf" (Newton, Def. IV). Kraft ist eine operationale Hilfsgröße, mit der wir die Folgen des Erhalts im Fall der Wechselwirkung bestimmen. Es gilt daher: "Diese Kraft ist immer dem jeweiligen Körper proportional und unterscheidet sich von der Trägheit der Materie nur durch die Art der Betrachtung." (Newton)

¹⁾Newton drückte die Notwendigkeit gleichbleibender Meßbedingungen für eine messende Wissenschaft damit aus, daß er Raum und Zeit "absolut" nannte, d. h.: unabhängig von den zu untersuchenden Kräften. Nur vom Meßvorgang unabhängige, gleichbleibende und überall geltende Maßstäbe sichern die Reproduzierbarkeit von Technik und Wissenschaft. Diese Sicherung ist Aufgabe der Meßgrößen und ihre Einheiten definierenden Metrologie. Ohne ihre Definitionen und ohne vom Gegenstand und dem Vorgang des Messens unabhängige Einheiten kann es kein sinnvolles Tun geben, das man "messen" nennen könnte.

4 Gesetz der Wechselwirkung

• 4.1 Wie 3.2 zeigt, ist Kraft etwas Sekundäres, das nur bei der Wechselwirkung aufscheint. Es gibt daher nichts, was für sich selber schon eine Kraft ist.
• 4.1.1 Die Existenz einer Sache kann daher nur insoweit als Trägheit oder Kraft aufscheinen, soweit ihr eine andere Sache entgegenwirkt. Daher sind die Einwirkungen zweier Sachen aufeinander immer gleich und einander entgegengewendet. (Ursprung der Kraft)
• 4.2 Sachen bringen sich mit ihrer Masse und ihren aufeinander gerichteten Verhalten als Impulse in ein Wechselwirkungsgeschehen ein.
• 4.2.1 Das Ergebnis ist den beteiligten Impulsen proportional.

(Newton formulierte sein 3. Axiom zuerst monokausal: "Der Einwirkung ist die Rückwirkung immer entgegengesetzt und gleich", obwohl es in der Sache eine objektive Unterscheidung nach Ein- und Rückwirkung nicht geben kann, und sofort anschließend richtig, nämlich wechselwirkend: "oder: die Einwirkung zweier Körper aufeinander sind immer gleich und wenden sich jeweils in die Gegenrichtung.")

5 Grund-Satz der Ganzheit

• 5.1 Jede Sache ist untrennbarer Teil des Ganzen.
• 5.2 Ihre Untrennbarkeit gibt sie in Form einer Schwere verursachenden Zentripetalkraft zu erkennen.

(Auch bei der Zentripetalkraft gilt, daß wir sie nur insofern als "Kraft" bezeichnen können, als sie auf andere Sachen einwirkt. Wo Sachen und somit Wirkungen fehlen, sprechen wir deshalb vom Kraftfeld einer Sache, als der Beschreibung der ihr zugehörigen potentiellen Beschleunigungsfähigkeit, die wir durch Probekörper erfahren. Eine Sache wirkt weder vermittelt noch unvermittelt in die Ferne, sondern sie ist nur der phänomenale Mittelpunkt ihres ständig existenten, sich räumlich verteilenden Potentials. Newton, Def. VIII lautet daher: "Die beschleunigende Kraft soll auf den Ort des Körpers zurückgeführt werden als eine Wirkfähigkeit, die vom Mittelpunkt über die einzelnen Orte in der Umgebung verteilt ist." Die oft zu hörende Behauptung, Newton hätte an Fernwirkungen geglaubt, demaskiert nur ein eigenes irrtümliches Gravitationsverständnis, das die träge Masse als Ursache der zentripetalen Wirkfähigkeit ansieht, während sie Newton lediglich als ihrem Mittelpunkt zugehörig behandelt hatte.)

6 Ursprung und Gesetz der Gravitation

• 6.1 Die Zentripetalkraft ist eine der beiden mechanischen Formen der Wechselwirkung einer Sache. Beide sind proportional ihrer Masse, als Maß der Trägheit einer Sache.
• 6.2 Die Zentripetalkraft geht vom einzelnen Quantum aus und verteilt sich gleichmäßig im Raum, d. h. in jedem Radius ist Menge der Zentripetalkraft einer Punktsache immer die gleiche.¹⁾
• 6.3 Das von der Zentripetalkraft ausgelöste "Fallen" hängt nicht von den fallenden Sachen ab, weshalb alles fällt.²⁾

(Trägheit ist der örtlich-passive, die Zentripetalkraft der universal-aktive Aspekt einer Sache. Zu jeder Sache gehören mithin zweierlei Wirkweisen, die quantitativ durch das gleiche Maß bestimmt werden. Die "träge Masse" ist nicht die Sache selbst sondern das Maß des Trägheitswiderstands einer Sache. Die "schwere Masse" ist das Maß der Sache unter der Einwirkung des Schwerefelds fremder Sachen. Träger des Merkmals "Masse" ist die Materie, sei sie kondensiert oder strahlend. Die berühmte Gleichung E = mc² stellt dabei eine Relation zwischen der Trägheit kondensierter und strahlender Materie her, wie die Umkehrung m_E = E/c² zeigt - Einsteins ursprüngliche Formulierung, die zeigen sollte, daß auch Energie träge ist. Die populistische Deutung von E = mc² als ein Maß für die Umwandlung von Masse in Energie, die durch die Atombomben "bewiesen" wäre, was ein altes alchimistisches Denken verrät, ist nicht haltbar, auf was schon Heisenberg hingewiesen hatte, doch gibt sie einen Hinweis auf die in der kondensierten Materie enthaltene Potenz. Bei der Kernspaltung wird lediglich Bindeenergie frei. Einstein sprach daher vorsichtig auch nur von der "Äquivalenz" von Masse und Energie, dabei eine bei ihm so beliebte wenig konkrete Vokabel benutzend. Ob die von ihm angegebene Relation zutrifft, ist dem Autor nicht bekannt.)

¹⁾Auf die gleichmäßige Verteilung der Schwerkraft im Raum ist infolge des Grund-Satzes des Erhalts (hier des Produkts aus Raumvolumen und Schwerkraft) zu schließen. Newtons Gravitationsformel ist nur für 2 Punktmassen/Quanten korrekt! Da die Wirkung der Zentripetalkraft potentiell abnimmt, ergibt die lineare Verlagerung der das Feld bestimmenden Massen in das geometrische Zentrum eines ausgedehnten materiereichen Körpers wie der Sonne für seine Nähe zu niedrige Impulswerte. (Das Schwerkraftzentrum für Sachen auf und in der Nähe der Oberfläche wird eher auf halben Weg zwischen Oberfläche und geometrischen Zentrum liegen.) Newton hatte zwar gesehen, daß "die Schwere zur Sonne hin ... sich aus den Schwerewirkungen zu den einzelnen Teilchen der Sonne hin zusammensetzt", ihre Zentripetalkraft jedoch trotzdem aus ihrem Zentrum heraus berechnet, weil er 1. keine bessere Gleichung hatte und 2. der Ansatz zur Berechnung der weit entfernten Planetenbahnen ausreichend genau ist. Ich denke, die sich dadurch ergebende Impulsdifferenz für nahe Probekörper und Licht könnte das sein, was Einstein als Wirkung einer "Raumkrümmung" in der Nähe großer Massen interpretierte, wozu jedoch keine Notwendigkeit besteht. Die Verwendung einer ausreichend genauen Gleichung für eine räumlich verteilte Materie genügt. Indem Newton, Hypothesen vermeidend, die Gravitation rein geometrisch beschrieb, ist die Verbindung von Gravitation und Raum aber nichts Neues. Dabei müssen wir uns immer bewußt sein, daß "Kraft", als Analogie zur Muskelkraft, wie auch "Feld" und "Raum" nur metaphorische Beschreibungen sind, die lediglich dem menschlichen Verständnis dienen. Einstein dagegen, der keinen Nerv für die Rolle des Beobachters hatte, versuchte ständig durch Sprachspiele mentale Größen mit materiellen Eigenschaften in Verbindung zu bringen. Daher auch seine ihm wichtige Rede von der "Raumkrümmung".
²⁾Die Wechselwirkung ist trotzdem gegeben, weil die fallende Sache ihrerseits durch ihr Gravitationsfeld auf die beschleunigenden Sachen einwirkt. Würden auch Felder sich wechselweise beeinflussen, könnten sich, bei ausreichender Nähe relevanter Massen, durch die Verwerfung von Feldern zusätzliche Effekte ergeben. Vielleicht gibt es also doch so etwas, was mit einer "Krümmung des Raumes" verständlich gemacht werden könnte oder mit seiner "Verdrehung", die sich in Perihelbewegungen sonnennaher Planeten niederschlägt? Dies nur als Denkanstoß, wie es mir in der Wissenschaft vor allem darum geht, Begriffe zu klären und durch vertiefte Gesichtspunkte Denkanstöße zu geben.

Was als "Naturgesetz" gilt, ist die Darstellung des in Grund-Sätzen erfaßten Soseins der Natur in den Kategorien wissenschaftlichen Denkens, die einen geistigen Umgang mit ihr erlauben.
(Kategorien gehören immer zum Menschen, nicht zu den Sachen!)

Klassische und Quantenmechanik
Die Grund-Sätze der Mechanik sind die Meßlatte des Physikers und gelten für alle Forschungsbereiche der Mechanik. Eine von überflüssigen, widersprüchlichen bzw. in sie hineininterpretierten Annahmen befreite Mechanik klassischer Art kann daher keine grundsätzlichen Differenzen zur Quantenmechanik haben, wie auch Heisenberg immer wieder betonte, auch wenn sich die Methoden makro- und mikrokosmischer Forschung maßstabbedingt notwendig unterscheiden. Erst als Heisenberg im Frühjahr 1925 in einer einsamen Nacht auf Helgoland festgestellt hatte, daß seine Energiematrix dem Erhaltungssatz der Energie genügt, hatte er "das Gefühl, durch die Oberfläche der atomaren Erscheinungen hindurch auf einen tief darunter liegenden Grund von merkwürdiger innerer Schönheit zu schauen ..." So sehr wir heute sicher sein können, daß der Grund-Satz des Erhalts auch in der Quantenmechanik gilt, so sehr ist die Berücksichtigung des Grund-Satzes der Ganzheit anzumahnen, was man das Problem der Quantengravitation nennt. Da die Gravitation als komplementäre Kraft zu den Quanten selber gehört, ist sie jedoch kein grund-sätzliches sondern nur ein historisches Problem. Es hat viel damit zu tun, daß aus Respekt vor Einsteins berühmtem Namen von ihm geprägte Annahmen und Vorstellungen erhalten werden sollen. Es wäre aber bestimmt mehr im Sinne Einsteins, statt um Namen, sich nur um die Einheit der Physik zu bekümmern.

Klassische und relativistische Mechanik  - neu Dez. 2010
Während die klassische Mechanik Newtons, vom Grund-Satz des Erhalts ausgehend, auf die daraus abgeleiteten Axiomen gründet, geht Einstein in seiner berühmten Arbeit von 1905 "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" von 2 "Vermutungen" aus, die ihm als "Voraus-Setzung" dienten. Die erste "Vermutung", die er zugleich "für erwiesen" hielt (!) war, "daß dem Begriffe der absoluten Ruhe nicht nur in der Mechanik, sondern auch in der Elektrodynamik keine Eigenschaften der Erscheinungen entsprechen, sondern daß vielmehr für alle Koordinatensysteme, für welche die mechanischen Gleichungen gelten, auch die gleichen elektrodynamischen und optischen Gesetze gelten" was er "Prinzip der Relativität" nannte, das auch als die Gleichberechtigung aller gleichförmig-geradlinig-bewegten Bezugssysteme bekannt und insofern eine Konsequenz von Newtons 1. Axiom ist, für das es keinen Unterschied "ruhender" und "bewegter" Körper (und Systeme) gibt. Dieser "Vermutung" fügte er die "nur scheinbar unverträgliche Voraussetzung" hinzu, "daß sich das Licht im leeren Raum stets mit einer bestimmten, vom Bewegungszustand des emittierenden Körpers unabhängigen Geschwindigkeit V fortpflanze," was eine Sachvermutung ist. Seine Mechanik gründet also auf 2 widersprüchlichen Voraussetzungen, was ihm durchaus bewusst war, die er aber als "nur scheinbar unverträglich" bezeichnete, eine Unverträglichkeit, die er hoffte, auflösen zu können. Zu was diese 2 tatsächlich unverträglichen Voraussetzungen führen, ist im Text (I/B15) "Haben wir Einsteins "Prinzip der Relativität" schon wirklich verstanden?" nachzulesen, denn wo alle geradlinig-gleichförmig-bewegten Bezugssysteme gleichberechtigt sind, kann es auch keine relativistischen Systeme geben, deren Maße und Abmessungen (aber nur in der Bewegungsrichtung!) von Geschwindigkeiten zu anderen Systemen abhängen, weshalb die ganze Theorie schon nach ihrer 1. Voraussetzung gegenstandslos ist, ganz abgesehen davon, dass Beziehungen (Relationen) immer nur für den Beobachter existieren, der sie dank seiner mentalen Fähigkeiten zu seinem Verständnis herstellt.
      Die unbelebte Natur dagegen bezieht sich nicht - sie ist! Nur vor Ort anwesende reale Kräfte können etwas bewirken. Daher können nur sie Gegenstand der Physik sein. Bezugs- und Koordinatensysteme sind vom Beobachter erdachte und benutzte Hilfsmittel, auch wenn er sie gedanklich mit realen Körpern verbindet. Einsteins Theorie dient daher nur der Koordinierung dieser Hilfsmittel, hat also nichts mit den Gegenständen der Physik zu tun. Indem er die Bewegtheit eines solchen Systems mit Hilfe der Lorentztransformationen kleinrechnet bzw. bei c sogar verschwinden lässt, rechnet er den Augenschein ihrer Bewegtheit (die Größe v) weg und ist dann wieder bei Newtons 1. Axiom, für das es keinen Unterschied zwischen Bewegtheit und Ruhe gibt, weil Körper objektiv von sich aus nur in ihrem Zustand verharren. Für sich verharren sie, für den Beobachter sind sie bewegt oder nicht - ein dringender Hinweis, endlich die Illusion aufzugeben, daß es beobachterneutrale Beobachtungen gibt, wie Einstein unbeirrbar glaubte, der in seiner Selbstblindheit auch keinen Unterschied zwischen geistigen Hilfsmitteln und realen Gegenständen sah und machte, was noch immer für große Verwirrung sorgt, ist man doch selber ratlos, kann nicht zwischen dem Maß und dem zu Messenden unterscheiden.