Materie | springerprofessional.de

Springer Professional

nach oben

2013 | Buch

Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Materie

Erde, Wasser, Luft und Feuer

verfasst von: Dr. Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Dr. Claus Chr. Liebmann

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Über dieses Buch

Die Schöpfung ist nicht das Werk von einem Augenblicke. Die Schöpfung ist niemals vollendet.

Immanuel Kant – Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels

Wie nehmen wir unsere materielle Welt wahr? Woraus besteht die Erde unter unseren Füßen? Warum fühlt sich Holz warm an und Metall kalt? Warum zerbricht Glas und Metall nicht? Woher kommt der Sauerstoff in der Luft? Und was hat eine Leuchtstofflampe mit der Sonne gemeinsam?

Spannende Fragen, die uns im Alltag begegnen. Die drei Autoren dieses Buches gehen der Frage nach, welche Gesetze den Stoffen sowie den elementarsten Teilchen, die wir heute kennen, zugrunde liegen. Sie erklären die Prozesse, die wohl einst beim Urknall abgelaufen sind und nach denen bis heute in den heißen Herzen der Sterne die Elemente entstehen, aus denen wir und unsere Welt gemacht sind. Schließlich fragen sie, was das Leben ausmacht.

Dieses Bild-Lese-Buch spannt einen großen Bogen: von der Wahrnehmung unserer stofflichen Umgebung über die wissenschaftliche Interpretation zahlreicher alltäglicher Phänomene bis hin zu den uns ganz persönlich berührenden Fragen, wie derjenigen nach unserem eigenen Ursprung.

Dank der interdisziplinären Herangehensweise der Autoren, dank hunderter klarer Grafiken und ansprechender Fotografien, erschließt das Werk oft unerwartete Zusammenhänge.

Anzeige

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

KAPITEL 1. Mensch und Materie

Zusammenfassung

Materie ist um uns und in uns — wir selbst und das bekannte Universum bestehen aus Materie und Energie. Doch manchmal hindert uns gerade die Unmittelbarkeit und Allgegenwart der Materie daran, dieses Thema gebührend zu betrachten. Man sieht sozusagen „den Wald vor lauter Bäumen nicht“.

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 2. Wahrnehmung

Zusammenfassung

Wenn wir uns mit der Materie in der Welt befassen wollen, ist es angebracht, zunächst nach dem Wahrnehmungs- und Erkenntnisprozess selbst zu fragen, der uns Menschen Informationen über eben diese Materie liefert. Die Evolution hat uns mit Sinnen ausgestattet, die uns erlauben, für unser Überleben wichtige Eigenschaften der materiellen Welt mehr oder weniger direkt wahrzunehmen und darauf zu reagieren. Die Tatsache, dass wir Informationen aus der Umwelt zum Überleben brauchen, führte letzlich zur Entstehung unseres Gehirns. Erstaunlicherweise gestattet dies uns sogar ein Bewusstsein unserer selbst. Und wir können diese Welt nicht nur verwundert und staunend betrachten, sondern sie auch neugierig untersuchen. Diese Neugierde zeichnet Kinder und Wissenschaftler aus. Sie ermöglicht es uns vor allem, einen Teil der materiellen Welt wirklich zu verstehen, auch wenn wir letztlich nicht sagen können, wie groß dieser Teil eigentlich ist.

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 3. Historischer Überblick

Zusammenfassung

Materie ist kein Begriff der unmittelbaren Anschauung wie Fuß oder Tisch. Es ist ein abstrakter Begriff, der ein Konzept benennt, das wir Menschen über die Natur entwickelt haben. Es ist ein Konzept über den Aufbau der Welt.

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 4. Demokrits Erben

Zusammenfassung

Die Materie, aus der wir selbst bestehen, von der wir leben und die wir von unserer unmittelbaren Umgebung bis in den entferntesten Winkel des Weltraums vorfinden, besteht überraschenderweise aus einer durchaus überschaubaren Anzahl verschiedener Atomarten. Dies verstanden zu haben, ist vielleicht die wichtigste Einzelerkenntnis, die Wissenschaftler jemals errungen haben (▸ Kapitel 3). Stoffe aus gleichen Atomen nennen wir Elemente. Natürlich sind dies nicht mehr die Elemente der griechischen Antike, und auch die Atome haben ihre Unteilbarkeit längst eingebüßt. Ihre wichtigsten Bestandteile, Elektronen, Protonen und Neutronen, sind uns schon in Kapitel 3 begegnet.

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 5. Erde und Feststoffe

Zusammenfassung

„Erde“ nennen wir Menschen unseren Heimatplaneten, der nach der Planetenklassifikation ein „Gesteinsplanet“ ist. Das klassische „Element“ Erde steht auch als Metapher für die unerschöpfliche Vielfalt von Festkörpern, denen wir in der Natur begegnen und die wir gelernt haben, für unsere Zwecke zu verändern. Deshalb soll uns der Begriff „Erde“ als Symbol und Synonym für den festen Aggregatzustand schlechthin dienen. Ihre „begreifbaren“ Bausteine verbinden wir am ehesten mit Materie in ihrer festen Erscheinungsform. Auch sogenannte „synthetische“ Stoffe können wir in diese Metapher einschließen, denn die Unterscheidung zwischen natürlichen und künstlichen Stoffen ist selbst eine sehr künstliche Einteilung, da beide selbstverständlich aus den gleichen natürlichen Atomen bestehen. Fast alle Festkörper, mit denen wir es zu tun haben, entstammen direkt oder indirekt der Erdkruste. Unser erster Blick in diesem Kapitel richtet sich daher nach unten: auf die Welt auf der wir stehen.

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 6. Wasser

Zusammenfassung

„Wasser“ ist dieses Kapitel über Flüssigkeiten überschrieben. Wohl zu Recht, und nicht nur als Hommage an die vier klassischen Elemente. Ohne jeden Zweifel ist Wasser genau das, was jedem von uns zunächst in den Sinn kommt, wenn es um Flüssigkeiten geht. Im Vergleich zu allen anderen flüssigen Stoffen nimmt es in unserem Denken und Fühlen einen so prominenten Platz ein, dass alles andere als unbedeutende Ausnahme daher kommt. Nach kurzem Nachdenken fällt uns weiteres ein: Flüssigkeiten wie Blut und Milch oder andere Getränke — Tee, Kaffee, Limonaden, Säfte, Bier oder Wein. Bei fast allem aber handelt es sich doch vorwiegend um Wasser, dem einige gelöste Substanzen oder fein verteilte Beimengungen einen spezifischen Charakter verleihen. Wasser, wohin man auf der Erde auch schaut. Selbst Nebel und Wolken, die zu jeder Zeit mehr als die Hälfte der Erdoberfläche bedecken: kondensierte Tröpfchen von Wasser.

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 7. Luft

Zusammenfassung

Wir neigen dazu, Dinge wie Gase, die wir nicht wie Körper oder Flüssigkeiten direkt sehen oder fühlen können, weniger wichtig zu nehmen. Trotz ihrer Allgegenwart sind viele Gase unsichtbar, geruchlos und nicht ertastbar. Das gilt insbesondere für die Luft, die uns vollständig umgibt und uns in Form der Erdhülle, der „Atmosphäre“, nicht nur mit dem lebensnotwendigen Atemgas versorgt, sondern auch vor schädlichen Strahlen aus dem Kosmos schützt. Ohne feste und flüssige Stoffe aus Nahrungsmitteln können Menschen einen oder mehrere Tage auskommen, aber nur wenige Minuten ohne den für unsere Körperfunktionen lebenswichtigen Bestandteil der Atemluft. Deshalb stehen die Luft und ihre Hauptbestandteile Stickstoff und Sauerstoff im Fokus dieses Kapitels. Ferner werden exemplarisch auch andere gasförmige Substanzen angesprochen, mit denen wir häufig in Berührung kommen oder die für uns besonders wichtig sind. Hierzu gehören etwa der Wasserstoff, die Edelgase, Erdgas (Methan) und Kohlendioxid bis hin zu in der Luft vorhandenen Schadstoffen und Duftmolekülen. Grenzfälle wie die Aerosole haben wir bereits im Kapitel über das Wasser angesprochen.

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 8. Feuer

Zusammenfassung

Das Feuer brachte wohl den Unterschied. Es trennt den Menschen vom Tier. Seine Beherrschung ist wie kein anderes Ereignis in der Vorgeschichte ein Symbol — das Symbol für die Zähmung der Natur durch den Menschen und für den Beginn der menschlichen Zivilisation überhaupt. Noch heute spüren wir die Macht dieses “Elements”. Wie kaum etwas anderes, vermag uns die Begegnung mit allen Erscheinungsformen des Feuers in besondere Stimmungen zu versetzen. Der Schein einer einfachen Kerze, das Lodern und Knacken des Lagerfeuers, ein behaglicher offener Kamin im Winter, das Zucken von Blitzen oder das Glutmeer eines Sonnenuntergangs — niemand kann sich der Faszination dieses aktivsten der antiken „Elemente“ entziehen.

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 9. Form und Materie

Zusammenfassung

Die antiken griechischen Philosophen nahmen an, dass man zwischen der Form eines Objekts und der Materie, aus der es besteht, unterscheiden sollte: Ein Stück Bronze sei nicht dasselbe wie eine Bronzestatue. Aber ist die Form der Dinge nur Folge ihrer materiellen Zusammensetzung, oder sind Formen das Wesentliche und Materie lediglich der Baustoff? Falls Letzteres zutrifft, woraus besteht dann Form? Oder: Woher weiß eine Eichel, dass sie ein Baum werden soll und kein Stuhl?

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 10. Elementarteilchen

Zusammenfassung

Man beobachtet eine Lampe und weiß, dass darin ein elektrischer Strom fließt, denn man hat es in der Schule gelernt. Was da fließt sind Elektronen, die — wir gingen in Kapitel 4 ausführlich darauf ein — wesentliche Bestandteile von Atomen sind und insbesondere der „Kleister“, der chemische Bindungen zusammen hält. Wir haben auch schon erfahren, dass alle Atomkerne aus Protonen und Neutronen bestehen. Dies war etwa der Wissensstand der frühen 1960er Jahre, und er genügte durchaus, um sehr viele chemische Gegebenheiten vom Molekülbau bis hin zu Reaktivitäten auf einem befriedigenden Erklärungsniveau zu verstehen. Dieses Verstehen basierte im Wesentlichen noch auf der immensen Erklärungskraft der aus der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts stammenden klassischen Elektrodynamik JAMES CLERK MAXWELLS (Maxwell-Gleichungen) und der Quantenmechanik. RICHARD P. FEYNMAN, JULIAN SCHWINGER und SHIN’ICHIRO TOMONAGA gelang es in den 1940er Jahren, beide zur Quantenelektrodynamik (QED) zu kombinieren. Diese Theorie bildet den krönenden Abschluss des Verständnisses der Interaktion zwischen Photonen und elektrischen Punktladungen wie Elektronen.

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 11. Kosmologie

Zusammenfassung

Im Mittelteil dieses Buches haben wir uns hauptsächlich um solche Erscheinungen der Materie gekümmert, die uns mehr oder weniger direkt gegenübertreten. Um Dinge also, die wir körperlich berühren können oder die sich zumindest im Experiment manipulieren lassen. Doch wie schon die in Kapitel 3 angesprochenen Schöpfungsmythen zeigten, gaben sich die Menschen zu allen Zeiten nicht damit zufrieden. Sie haben nie aufgehört, die Wahrheiten hinter den räumlichen und zeitlichen Horizonten zu suchen, über das Hier und Jetzt hinaus zu denken. Wie ist die Materie in der Welt verteilt? Besteht der ganze Kosmos bis in den letzten Winkel aus den gleichen Stoffen, die wir von der Erde kennen? Wie lange gibt es sie schon? Wie ist die Erde einst entstanden? Endet unsere materielle Welt irgendwo? Und wie wird letztlich die fernste Zukuntf aller materiellen Existenz aussehen? Oder, einfach ausgedrückt, in materialistischer Form die alten zentralen Fragen: Woher kommen wir — was sind wir — wohin gehen wir?

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

KAPITEL 12. Lebendige Materie

Zusammenfassung

Auf den ersten Blick könnte es vielleicht überraschen, in diesem Buch ein getrenntes Kapitel über „Lebende Systeme“ zu finden. Denn die Zeiten, als Lebendiges für grundsätzlich verschieden von Unbelebtem erachtet wurde, sind in der Naturwissenschaft eigentlich seit Friedrich Wöhlers Harnstoffsynthese im Jahr 1828 vorbei. Die Idee der „Lebenskraft“, die nach früheren Annahmen alle Wesen und ihre Komponenten beseelte, ist mit jeder neuen Erkenntnis tiefer im Speicher der offensichtlich falschen und nur noch historisch interessanten Hypothesen verstaubt. Dass sie unter Ignoranz aller Forschungsergebnisse auch noch heute von manchen vertreten wird, entspringt wohl dem menschlichen Gefühl, dass bewusste und fühlende Lebewesen „besonders“ sind, abgehoben von einer „gefühl- und willenlosen“ Materie. In der Tat sind Lebewesen — verglichen mit anderen Formen der Materie — etwas Besonderes, wie wir noch sehen werden. Das Besondere ist jedoch nicht Folge einer expliziten Lebenskraft, sondern eine Folge der Selbstorganisation von Materie unter bestimmten Bedingungen.

Norbert Welsch, Jürgen Schwab, Claus Chr. Liebmann

Backmatter

Titel: Materie
verfasst von: Dr. Norbert Welsch
Jürgen Schwab
Dr. Claus Chr. Liebmann
Copyright-Jahr: 2013
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-8274-2265-1
Print ISBN: 978-3-8274-1888-3
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-8274-2265-1

Premium Partner

Marktübersichten

Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.

Zur Marktübersicht

Weitere Formate
Fachgebiete
Bücher
Zeitschriften
Themenseiten
Jetzt Einzelzugang starten
Zugang für Unternehmen
Referenzkunden
SLX-Digitalkonferenz: Zukunftswerkstatt 2024