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Was ist eigentlich eine Kraft? - Die Geschichte der physikalischen Kraft | Fakten zum Einschlafen - Das Universum · Fakten zum Einschlafen – Das Universum

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Willkommen bei Fakten zum Einschlafen. Das Universum.
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Die meisten von uns glauben genau zu wissen,
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was eine Kraft ist, ein Drücken oder ein Ziehen,
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das Dinge in Bewegung setzt. Doch dieser vertraute
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Alltagssinn ist unvollständig. Über drei Jahrhunderte
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hat die Physik den Begriff der Kraft immer präziser
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gefasst. und dabei seine Bedeutung spürbar verhängt.
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Was als muskuläre Anstrengung oder mechanischer
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Stoß begann, wurde zu einer mathematischen Beziehung,
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zu einer Feldeigenschaft und schließlich zu einem
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statistischen Effekt im Quantenfeld. Diese Episode
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verfolgt diesen Wandel von Isaac Newtons äußerer
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Einwirkung über Michael Faradays Feldlinien bis
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hin zu Albert Einsteins gegründeter Raumzeit
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und den Eichbosonen des Standardmodells. Dabei
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wird deutlich, warum die Schwerkraft im modernen
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Verständnis gar keine Kraft im klassischen Sinne
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ist und wie der Begriff der Wechselwirkung den
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der Kraft als fundamentale Größe abgelöst hat.
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Bei der Arbeit an dieser Episode kehrte ich immer
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wieder zu einer einfachen Frage zurück, warum
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wird ein Begriff nicht geheimnisvoller, sondern
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enger, je genauer wir hinsehen. Mich fasziniert
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dieser Kontrast zwischen unserer unmittelbaren
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körperlichen Erfahrung und der abstrakten Beschreibung
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der Grundlagenphysik. Es beruhigt mich, dass
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unsere alltägliche Vorstellung von Kraft nicht
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falsch ist, sondern lediglich einen sehr bestimmten
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und begrenzten Gültigkeitsbereich hat. Die meisten
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von uns glauben zu wissen, was eine Kraft ist.
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Schließlich spüren wir sie in unseren Muskeln.
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Wir zeichnen sie in der Schule mit Pfeilen. Wir
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sprechen von ihr so selbstverständlich wie von
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der Schwerkraft oder einem Stoß. Aber das Wort
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ist durch drei Jahrhunderte immer strengerer
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Definitionen gewandert. Was ist für Newton, für
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Faraday? für Einstein und für einen Teilchen
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Physiker von heute bedeutete, ist keineswegs
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dasselbe. Tatsächlich ist der Begriff, je genauer
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wir hingesehen haben, desto enger geworden. Was
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wir beiläufig eine Kraft nennen, wird heute bestenfalls
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als nützliche Näherung mit sehr bestimmten Grenzen
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verstanden. Schlimmstenfalls gilt sie als nicht
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ganz wirklich in der Weise, wie wir es uns vorgestellt
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haben. Was ist eine Kraft? Wohin? Die meisten
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von uns tragen eine Antwort auf diese Frage aus
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der Kindheit mit sich. Eine Kraft ist ein Drücken
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oder ein Ziehen. Sie ist es, was Dinge in Bewegung
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setzt oder anhält oder ihre Richtung ändern lässt.
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Wir spüren sie in unseren eigenen Muskeln, wenn
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wir etwas Schweres heben. Wir sehen sie, wenn
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eine Billardkugel eine andere trifft und sie
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über den Tisch rollen lässt. Dieses Verständnis
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fühlt sich ausreichend an, weil es in unmittelbarer
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Erfahrung gründet. Wir sind Handelnde in einer
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Welt der Gegenstände. Wir begreifen intuitiv
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die Vorstellung, dass ein Ding auf ein anderes
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einwirkt. Aber stellen Sie sich ein Kind vor,
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das auf einer Personenwaage steht und mit einer
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Hand gegen eine Wand drückt. Der Zeiger bewegt
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sich. Da ist eine Zahl. Das Kind spürt den Widerstand
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in seinem Arm. Es spürt die Festigkeit des Bodens
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unter seinen Füßen. Dann tritt es von der Wand
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weg und der Zeiger kehrt zurück. Der Druck gegen
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die Wand hat die Waage nie berührt. Und doch
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hat sich etwas verändert. Der Boden drückte stärker
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zurück, während das Kind drückte. Dies ist der
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Beginn eines anderen Verständnisses. Kraft ist
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nicht ein einsamer Stoß. Sie ist eine Beziehung,
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eine Wechselwirkung, die immer paarweise auftritt
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und immer zwei Dinge zugleich betrifft. Der Begriff
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ist durch drei Jahrhunderte der Verfeinerung
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gewandert. Auf jeder Stufe wurde etwas geklärt
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und etwas ging verloren. Was als Beschreibung
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muskulärer Anstrengung begann, wurde zu einer
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mathematischen Beziehung. Dann wurde es zu einer
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Feldeigenschaft. Dann wurde es zu einem emergenten
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statistischen Effekt. Der Begriff wurde nicht
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geheimnisvoller. Er wurde genauer. Und indem
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er das tat, wurde er enger. Was wir heute unter
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Kraft verstehen, ist im Alltagssinn nicht falsch.
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Es ist auf eine sehr bestimmte Weise unvollständig.
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An diesem Abend werden wir verfolgen, wie diese
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Unvollständigkeit erkannt und wie die Definition
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enger gefasst wurde. Wir werden keine Mathematik
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betreiben. Wir werden einer Idee dabei zusehen,
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wie sie präzise wird. Eine Zeit lang schien die
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Newton'sche Definition auszureichen. Im Jahr
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1647 veröffentlichte Isaac Newton ein Werk, das
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unsere Beschreibung der Bewegung veränderte.
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Er definierte Kraft als eine äußere Einwirkung,
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die den Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen
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Bewegung eines Körpers verändert. Genauer gesagt
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legte er fest, dass die Kraft auf einen Gegenstand
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gleich der Rate ist, mit der sich sein Impuls
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ändert. Bei konstanter Masse wird daraus die
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vertraute Beziehung zwischen Kraft, Masse und
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Beschleunigung. Diese Definition war in ihrem
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Zusammenhang radikal. Vor Newton stammte das
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vorherrschende Verständnis von Aristoteles. Dieser
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hielt Kraft für das, was Dinge gegen ihre natürlichen
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Tendenzen in Bewegung hielt. Ein Karren brauchte
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ein Pferd, weil Bewegung einen fortwährenden
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Beweger erforderte. Descartes schlug ein mechanisches
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Universum aus Wirbeln und Stößen vor. In diesem
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Universum erfolgte jede Wirkung durch direkten
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Kontakt. Newton brach mit beiden. Er behandelte
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Kraft als eine mathematisch definierbare Größe,
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nicht als metaphysische Ursache. Er weigerte
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sich bekanntlich, über den Mechanismus hinter
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der Schwerkraft zu spekulieren. Er wollte keine
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Hypothesen erdichten. Was zählte war, dass die
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Mathematik funktionierte. Und sie funktionierte
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auf spektakuläre Weise. Das Newton'sche Gerüst
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vereinte zum ersten Mal die Bewegung auf der
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Erde und am Himmel. Dasselbe Gesetz, das einen
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fallenden Apfel beschrieb. beschrieb den Mond
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auf seiner Bahn um die Erde. Das Abstandsquadratgesetz
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der Gravitation sagte die Planetenbewegungen
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mit außerordentlicher Genauigkeit voraus. Kraft
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war in diesem Gerüst grundlegend. Sie war eine
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Vektorgröße mit Richtung und Betrag. Sie war
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die Ursache der Beschleunigung, verschieden von
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der Beschleunigung selbst. Doch selbst Newton
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erkannte ein Problem. Die Schwerkraft wirkte
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über gewaltige Entfernungen leeren Arms. Die
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Sonne beeinflusste die Erde ohne jeden sichtbaren
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Mechanismus. Es gab keine Zahnräder, keine Stangen,
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keine Wirbel. Diese Fernwirkung beunruhigte Newton.
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Sie entsetzte viele seiner Zeitgenossen. Sie
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schienen okkulte Qualitäten in die Naturphilosophie
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zurückzubringen. Newtons Antwort war bezeichnend.
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Er ließ die Mathematik stehen und gab seine Unkenntnis
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über den Mechanismus zu. Der Begriff war als
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Werkzeug mächtig, auch wenn er ontologisch rätselhaft
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blieb. Die Vereinfachung, die folgte, verdeckte
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dieses Rätsel. Als die newtonsche Mechanik in
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Bildung und Ingenieurwesen einzog, wurde der
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Begriff für den breiteren Gebrauch destilliert.
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Kraft wurde zu einem Drücken oder Ziehen. Sie
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wurde als Pfeil dargestellt, der an einem Punkt
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angreift. Diese Vereinfachung war pädagogisch
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wirkungsvoll. Sie machte den Begriff greifbar.
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Schüler konnten Kräfte in Diagramma einzeichnen.
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Sie konnten sie als Vektoren addieren. Sie konnten
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Aufgaben über schiefe Ebenen und Flaschenzüge
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lösen. Aber die Vereinfachung hatte ihren Preis.
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Sie begünstigte eine substanzartige Sicht der
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Kraft, als wäre sie ein Ding, das von einem Gegenstand
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zum anderen wandert. Der Vektorpfeil, so nützlich
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für die Berechnung, legte nahe, dass Kraft eine
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örtlich begrenzte Größe mit eigenständiger Existenz
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sei. Das verdeckte den Beziehungscharakter von
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Newtons ursprünglicher Definition. Das zweite
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Gesetz war keine Aussage über ein Ding namens
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Kraft. Es war eine Beziehung zwischen messbaren
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Größen. Kraft wurde durch ihre Wirkungen definiert,
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nicht als verborgene Ursache entdeckt. Das Anthropomorphemodell
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konnte auch die Fernwirkung nicht erklären. Wo
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war das Drücken oder Ziehen bei der Anziehung
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durch Schwerkraft? Welcher Muskel? Oder welche
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Feder verband Erde und Mond? Die Vereinfachung
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funktionierte für Kontaktkräfte. Sie erzeugte
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aber begriffliche Verwirrung, wenn sie auf Schwerkraft,
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Elektromagnetismus und spätere Phänomene ausgedehnt
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wurde. Eine klassische Mehrdeutigkeit erwuchs
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aus dieser Verwirrung, die Zentrifugalkraft.
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Ein Mensch auf einem rotierenden Karussell fühlt
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sich nach außen gefleudert. Das fühlt sich wie
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eine echte Kraft an. Doch in der newtonschen
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Mechanik drückt kein äußerer Akteur nach außen.
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Die Empfindung entsteht aus der Trägheit. Sie
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entsteht aus der Neigung, in gerader Linie weiterzulaufen,
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während sich die Plattform darunter gründ. Der
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Druck nach außen ist keine Wechselwirkung mit
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einem anderen Körper. Er ist ein Artefakt der
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Beschreibung von Bewegung aus einer rotierenden,
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nicht -inertialen Perspektive. Die Kraft ist
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scheinbar. Nicht in dem Sinne, dass sie für die
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Person, die sie spürt, eingebildet wäre. Sondern
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in dem Sinne, dass sie keiner physikalischen
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Wechselwirkung entspricht. Diese Mehrdeutigkeit
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besteht im allgemeinen Verständnis fort. Das
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Drückziehmodell unterscheidet nicht zwischen
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echten Kräften und Trägheitseffekten. Nach und
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nach erkannten die Physiker eine Grenze darin,
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Kraft als Grundlegen zu behandeln. Im 18. und
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19. Jahrhundert entwickelte sich ein anderer
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Zugang zur Mechanik. Lagrange und Hamilton formulierten
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die Bewegungsgesetze in Begriffen der Energiestadt
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der Kraft neu. In diesem Gerüst beginnt man mit
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einer einzigen skalaren Größe. Das ist die Differenz
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zwischen kinetischer und potenzieller Energie.
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Aus ihr leidet man alle Bewegung aus einem Prinzip
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der kleinsten Wirkung ab. Der Begriff der Kraft
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verschwindet nicht völlig. Aber er wird zweiter
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nicht. Er wird daraus abgeleitet, wie sich die
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potenzielle Energie mit dem Ort verändert. Er
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wird nicht als primäre Ursache behandelt. Das
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war mehr als eine mathematische Umordnung. Es
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bedeutete eine Verschiebung dessen, was als grundlegend
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galt. In der Newton'schen Mechanik ist die Kraft
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das erklärende Grundelement. In der lakrangischen
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Mechanik hat die Energie diese Rolle. Die Kraft
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auf einen Gegenstand wird zu einer Folge tieferer
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struktureller Eigenschaften des Systems. Das
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machte Newton nicht ungültig. Aber es zeigte,
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dass seine Formulierung nicht die einzig mögliche
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Grundlage war. Kraft war eine Art, physikalisches
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Wissen zu ordnen. Sie war nicht unbedingt die
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tiefste. Der Feldbegriff brachte eine tiefgreifende
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Verfeinerung. In den 1890er Jahren begann Michael
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Fahady über Kräfte auf eine neue Weise nachzudenken.
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Er stellte sich Kraftlinien vor, die sich durch
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den Arm ausbreiten und von Magneten und elektrischen
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Ladungen ausgehen. Diese Linien waren nicht bloß
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Rechenhöfen. Fahady glaubte, dass sie etwas Reales
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darstellten. Sie stellten einen Zustand des Raumes
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selbst dar. Er belegte diese Überzeugung mit
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einem einfachen Experiment. Eisenfallspäne, verstreut
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auf Papier über einem Stabmagneten, richteten
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sich entlang unsichtbarer Kurven aus. Jedes winzige
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Fragment folgte der Struktur des Feldes und zeichnete
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sie in sichtbarer Form nach. Die Späne zeigten
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nicht in geraden Linien auf die Magnetpole. Sie
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folgten glatten Bögen, die von einem Pol zum
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anderen liefen. Sie offenbarten, dass der Einfluss
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des Magneten den gesamten Raum zwischen und um
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ihn herum durchdrang. Das war keine Fernwirkung.
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Das war eine lokale Struktur. Es war ein Zustand
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des Raumes selbst, sichtbar gemacht. Als James
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Clerk Maxwell diese Anschauung in den 1860er
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Jahren mathematisch formalisierte, wurde das
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Feld zu einer physikalischen Größe mit eigenen
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Eigenschaften. Das elektromagnetische Feld trug
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Energie und Impuls. Es breitete Störungen mit
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endlicher Geschwindigkeit aus, der Lichtgeschwindigkeit.
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Ein geladenes Teilchen beeinflusste ein anderes
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nicht augenblicklich über den leeren Raum hinweg.
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Stattdessen veränderte es das Feld in seiner
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Umgebung. Diese Veränderung breitete sich nach
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außen aus. Das zweite Teilchen reagierte auf
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das lokale Feld an seinem eigenen Ort. Die Fernwirkung
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wurde durch lokale Wirkung über ein Medium ersetzt.
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Das veränderte den Begriff der Kraft grundlegend.
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Eine Kraft war nicht länger eine direkte Wechselwirkung
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zwischen zwei getrennten Gegenständen. Sie war
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eine lokale Wechselwirkung zwischen einem Gegenstand
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und dem Feld an seiner Position. Das Feld wurde
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zum Vermittler. Es wurde zu dem Mechanismus,
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den Newton zu hypothetisieren sich geweigert
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hatte. Der ontologische Status der Kraft verschob
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sich erneut. Sie war nun eine Erscheinungsform
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der Feldstruktur. Sie war kein eigenständiger,
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kausaler Akteur. Der Feldbegriff löste auch eine
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hartnäckige Mehrdeutigkeit über die Wirklichkeit
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von Kräften. Felder konnten nachgewiesen werden.
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Ihre Energie konnte gemessen werden. Ihr Impuls
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konnte verfolgt werden. Sie erfüllten Erhaltungssätze
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lokal, nicht nur global. Eine Kraft war das,
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was ein Feld mit einem Teilchen an einem Punkt
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tat. Das war präzise in einer Weise, wie es die
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Fernwirkung nie gewesen war. Mit der Entwicklung
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des Formalismus stand auch der klassische Feldbegriff
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vor seiner eigenen Verfeinerung. Das 20. Jahrhundert
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brachte zwei Umwälzungen. die die Definition
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weiter verengten. Die spezielle und die allgemeine
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Relativitätstheorie veränderten das newtonsche
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Gerüst für hohe Geschwindigkeiten und starke
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Gravitationsfelder. Die allgemeine Relativitätstheorie
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von Einstein 1915 vollendet, definierte die Schwerkraft
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vollständig neu. In dieser Theorie erfährt ein
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frei fallender Körper keine Kraft. Er folgt dem
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geradeistmöglichen weg. einer Geodäte durch die
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gekrümmte Raumzeit. Die Krümmung wird durch Masse
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und Energie verursacht. Um zu sehen, was das
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bedeutet, stellen Sie sich ein Gitter aus geraden
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Linien vor, gezeichnet auf eine gespannte Gummimembran.
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Es sieht aus wie straff gehaltenes Millimeterpapier.
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Legen Sie eine schwere Kugel in die Mitte. Die
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Membran senkt sich. Die Linien krümmen sich um
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die Vertiefung. Stellen Sie sich nun eine Ameise
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vor, die auf dieser Fläche läuft und einer der
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Gitterlinien folgt. Die Ameise läuft geradeaus.
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Sie wendet nie. Und doch krümmt sich ihr Weg
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zu der schweren Kugel hin. Das ist es, was die
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Raumzeit mit einem freifallenden Körper tut.
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Der Körper folgt dem geradestmöglichen Weg durch
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einen Raum, der selbst gekrümmt ist. Was wir
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die Kraft der Schwerkraft nennen. Was wir auf
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der Erdoberfläche stehend spüren, ist in diesem
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Gerüst überhaupt keine Schwerkraft. Es ist die
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Normalkraft des Bodens, die uns daran hindert,
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unserem natürlichen geodätischen Weg zu folgen.
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Die Schwerkraft selbst ist Geometrie, nicht Kraft.
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Das war eine radikale Keinsklärung. Der newtonsche
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Begriff der Gravitationskraft blieb als näherunggültig.
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Er war genau für schwache Felder und niedrige
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Geschwindigkeiten. Aber er war begrenzt. Er galt
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nicht in der Nähe massereicher Sterne, nicht
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in starken Gravitationsfeldern, nicht in der
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Präzisionskosmologie. Der Begriff der Kraft als
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grundlegende Beschreibung der Schwerkraft wurde
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für diesen Bereich verworfen. Die Quantenrevolution
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brachte eine noch tiefere Neuinterpretation.
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In den 1940er Jahren entwickelten die Physiker
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die Quantenelektrodynamik. Das ist die Quantentheorie
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der elektromagnetischen Wechselwirkung. In diesem
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Gerüst ist das, was wir die elektromagnetische
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Kraft nennen, kein Feld, das auf eine Ladung
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drückt. Sie ist das statistische Ergebnis unzähliger
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Austausche virtueller Photonen zwischen geladenen
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Teilchen. Das Photon ist der Kraftträger. Es
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ist das Eichboson des Elektromagnetismus. Die
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Wechselwirkung ist diskret. Sie ist probabilistisch.
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Sie wird von Quantenamplituden bestimmt. Um das
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sichtbar zu machen, stellen Sie sich zwei Eisläufer
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auf einer reibungsfreien Fläche vor, die sich
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einen Ball hin und her zuwerfen. Jeder Wurf erzeugt
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einen Rückstoß. Jeder Fang erzeugt einen weiteren.
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Die Läufer treiben auseinander oder aufeinander
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zu, je nach Richtung der Würfe. Der Ball ist
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nicht die Kraft. Die angesammelte Wirkung vieler
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Austausche ist das, was wir als Anziehung oder
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Abstoßung erleben. Das ist eine klassische Analogie
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für einen Quantenprozess. Teilchen tauschen virtuelle
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Photonen aus. Die Photonen tragen Impuls zwischen
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ihnen. Die Kraft entsteht aus der Statistik unzähliger
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solcher Ereignisse. Das war nicht bloß ein neuer
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mathematischer Formalismus. Es war eine Veränderung
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der Ontologie. Das klassische Feld, kontinuierlich
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und deterministisch, wurde durch ein Quantenfeld
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ersetzt, operatorwertig und probabilistisch.
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Der Begriff der Kraft als kontinuierlicher Einfluss
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verschwand aus der grundlegenden Beschreibung.
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Was blieb, waren Wechselwirkungstherme in einer
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Lagrange -Funktion. Es blieben Wahrscheinlichkeiten
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für Emission und Absorption. Es blieben Streuquerschnitte,
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messbar in Teilchenbeschleunigern. Der Erfolg
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dieses Zugangs war überwältigend. Die Quantenelektrodynamik
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sagte die Lampverschiebung voraus, eine winzige
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Energiedifferenz im Wasserstoff. Sie sagte auch
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das anormale magnetische Moment des Elektrons
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voraus, mit einer in der Physik beispiellosen
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Präzision. Diese Vorhersagen bestätigten, dass
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die Quantenfeldbeschreibung nicht nur mit der
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Beobachtung vereinbar war. Sie ging tiefer als
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die klassische. Mit der Zeit verendete sich die
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Definition weiter. Das Gerüst, das zum Standardmodell
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der Teilchenphysik wurde, erweiterte das Eichbosonbild
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auf die starke und die schwache Wechselwirkung.
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Gluonen vermitteln die starke Kraft zwischen
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Quarks. W - und C -Bosonen vermitteln die schwache
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Kraft, die für den radioaktiven Zerfall verantwortlich
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ist. In jedem Fall ist die grundlegende Beschreibung
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kein Kraftgesetz. Sie ist ein Wechselwirkungsterm
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in einer Quantenfeldtheorie. Die klassische Kraft
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entsteht nur in geeigneten Grenzfällen. Sie entsteht,
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wenn viele Teilchen beteiligt sind. Sie entsteht,
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wenn Quanteneffekte sich herausmitteln. Sie entsteht,
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wenn die Energien niedrig genug sind, dass die
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diskrete Natur des Austauschs verborgen bleibt.
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Der Begriff Kraft selbst wurde in der Grundlagenphysik
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verdächtig. Die Physiker sprachen lieber von
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Wechselwirkungen. Eine Kraft war eine emergente,
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großmaßstäbliche Beschreibung von etwas Grundlegenderem.
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Sie war nicht falsch, aber sie war nicht basal.
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Die Hierarchie der Erklärung hatte sich umgekehrt.
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Newton machte die Kraft grundlegend und leitete
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die Bewegung ab. Die moderne Physik macht die
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Wechselwirkungen grundlegend und leitet die Kraft
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als Näherung ab. Schließlich bildete sich eine
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klarere Struktur heraus für das, was der Begriff
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heute bedeutet. In der zeitgenössischen Physik
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ist Kraft ein präzise definierter, emergenter
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Begriff. In der klassischen Mechanik und im Ingenieurwesen
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bleibt er operational und wesentlich. Ein Kraftsensor
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-Mistverformung kalibriert gegen Normale. Er
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erzeugt einen Zahlenwert, der in Newtons Gesetze
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eingeht. Das funktioniert. Es funktioniert für
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Brücken und Motoren und Raumfahrzeuge. Das newtonsche
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Gerüst ist nicht falsch. Es ist begrenzt. Die
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Grenzen sind bestimmt. Der newtonsche Kraftbegriff
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gilt für makroskopische Systeme. Er gilt bei
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Geschwindigkeiten weit unter der Lichtgeschwindigkeit.
23:18
Er gilt in schwachen Gravitationsfeldern, wo
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Quanteneffekte vernachlässigbar sind. Er gilt,
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wenn wir Gegenstände als Punktmassen oder starre
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Körper behandeln können. Er gilt, wenn wir die
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innere Struktur der Materie ignorieren können.
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Er gilt, wenn die diskrete Natur der fundamentalen
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Wechselwirkungen unsichtbar ist. Außerhalb dieser
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Grenzen versagt der Begriff oder wird irreführend.
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In starken Gravitationsfeldern brauchen wir die
23:50
allgemeine Relativitätstheorie. Bei Teilchenkollisionen
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mit hoher Geschwindigkeit brauchen wir die Quantenfeldtheorie.
23:58
In der Kosmologie brauchen wir eine Theorie,
24:01
die diese Gerüste vereint. Und die besitzen wir
24:05
noch nicht. Was von früheren Definitionen verworfen
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wurde, ist erheblich. Die Vorstellung von Kraft
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als substanzartiger Größe als Drücken oder Ziehen,
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das zwischen Gegenständen wandert, hat in der
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Grundlagenphysik keinen Platz. Die Vorstellung
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augenblicklicher Fernwirkung wurde von der Feldtheorie
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verworfen und von der Relativitätstheorie als
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unmöglich bestätigt. Die Behandlung der Kraft
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als metaphysische Ursache, als primitiver Erklärungsbegriff,
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wurde durch energiebasierte und feldbasierte
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Formulierungen ersetzt. In diesen Formulierungen
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ist Kraft abgeleitet. Was überlebt hat, ist ebenso
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bedeutsam. Die newtonsche Beziehung zwischen
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Kraft und Impulsänderung überlebt als emergentes
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Gesetz, gütig in seinem Bereich. Die Vektornatur
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der Kraft, ihre Richtungseigenschaft, überlebt
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in klassischen Anwendungen. Das Prinzip der lokalen
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Wirkung, von der Feldtheorie eingeführt, bleibt
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zentral. Die Forderung, dass Wechselwirkungen
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Erhaltungssätze respektieren, eingebaut in das
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Lagranggerücht, ist grundlegender als je zuvor.
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Die gegenwärtigen begrifflichen Grenzen sind
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klar markiert. Die Schwerkraft bleibt das ungelöste
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Problem. Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt
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sie geometrisch. Die Quantenfeldtheorie beschreibt
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andere Wechselwirkungen durch Teilchenaustausch.
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Versuche, die Schwerkraft zu quantisieren, sie
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mit einem Graviton zu beschreiben, stoßen auf
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mathematische Schwierigkeiten. Die Theorie ist
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nicht renommierbar. Sie bricht bei hohen Energien
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zusammen. Ob die Schwerkraft letztlich als eine
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Kraft in irgendeinem Quantengerüst verstanden
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werden wird, ist unbekannt. Ob sie als Emergent
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aus einer tieferen, nicht kraftartigen Struktur
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hervorgehen wird, ist unbekannt. Ob die geometrische
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Beschreibung sich als primär erweisen wird, ist
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unbekannt. Weitere offene Fragen bestehen fort.
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Ob alle Kräfte bei hohen Energien zu einer einzigen
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Wechselwirkung verschmelzen, wie es große vereinheitlichte
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Theorien vorschlagen, bleibt experimentell unentschieden.
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Der Higgs -Mechanismus, der Teilchen durch Wechselwirkung
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mit dem Higgs -Feld Masse verleiht, verwischt
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die Grenze zwischen kraftartigen und nicht kraftartigen
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Wechselwirkungen. Ob alle fundamentalen Kräfte
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emergente Phänomene sein könnten, wie es manche
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Analogien aus der Physik der kondensierten Materie
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nahelegen, ist spekulativ, aber aktive Forschung.
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Der Begriff der Kraft auf der Planck -Skala Wo
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Quantengravitationseffekte dominieren, hat keine
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klare Definition. Die Begriffe von Raum, Zeit
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und Kausalität selbst werden dort unsicher. Was
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von unserem verfeinerten Begriff in diesem Bereich
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überlebt, ist unbekannt. Kehren wir dorthin zurück,
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wo wir begonnen haben. Eine Kraft ist in der
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Alltagssprache immer noch ein Drücken oder ein
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Ziehen. Das ist nicht falsch. Es ist unvollständig.
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Von Newtons äußerem Akteur zu Laghanges abgeleiteter
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Größe. Von Faradays, sichtbaren Feldlinien zu
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Einsteins gegründeter Geometrie. Vom Photonenaustausch
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der Quantenelektrodynamik zu den Archibusonen
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des Standardmodells. Jeder Schritt hat die Definition
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enger gefasst. Der Begriff ist durch aufeinanderfolgende
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Stufen verfeinert worden. Jede Stufe erkannte
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die Grenzen des vorherigen Verständnisses und
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verengte die Bedeutung. Was als breite, intuitive
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Beschreibung begann, wurde zu einem präzisen
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Werkzeug mit bekannten Grenzen. Was gängige Vereinfachungen
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übersehen, ist diese Verengung. Sie behandeln
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Kraft als primitiven, universellen, selbstverständlichen
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Begriff. Sie erkennen ihren Gütigkeitsbereich
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nicht. Sie unterscheiden nicht zwischen echten
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Kräften und Trägheitseffekten. Sie unterscheiden
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nicht zwischen fundamentalen Wechselwirkungen
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und emergenten Beschreibungen. Sie unterscheiden
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nicht zwischen Geometrie und Dynamik. Die Grenzen
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des Begriffs sind heute gut markiert. Kraft ist
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eine emergente Beschreibung der Wirkung von Wechselwirkungen
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auf den Impuls. Sie ist gültig in klassischen,
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nicht relativistischen, schwachfälligen, makroskopischen
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Bereichen. Sie ist keine Substanz, keine Flüssigkeit,
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keine metaphysische Ursache. Sie ist in der Teilchenphysik
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und in der Starkfeldgravitation nicht fundamental.
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Sie ist ein präzises und nützliches Werkzeug
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innerhalb ihres angemessenen Bereichs. Was ungewiss
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bleibt, ist nicht, ob Kraft im Alltagssinn existiert.
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Das tut sie operational und messbar. Was ungewiss
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bleibt, ist, ob die tieferen Strukturen, die
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heute Wechselwirkungen genannt werden, sich selbst
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als emergent aus etwas noch Grundlegenderem erweisen
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werden. Es ist ungewiss, ob der Begriff der Wechselwirkung
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überleben oder nicht. oder durch ein bislang
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unvorstellbares Gerüst ersetzt werden wird. Der
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Begriff wurde mit der Zeit nicht großartiger.
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Er wurde enger und genauer. Was einst lose beschrieben
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wurde, bekam Grenzen. Was ungewiss bleibt, liegt
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nicht in der Existenz der Kraft. Es liegt darin,
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ob unsere gegenwärtigen tiefsten Begriffe selbst
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endgültig oder vorläufig sind. Perzision ist
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leiser als Spekulation.