8 Theorien als Strukturen I - Moodle 2

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Thomson entwarf in Gedanken einen Kreisprozess, bei dem Wasser von 0° C
Warme entzogen wurde, wodurch es in Eis von 0° C uberging. Es schien so, als
ware eine solche Maschine in der Lage, dem Wasser Warme zu entziehen und
diese vollstandig in Expansionsarbeit umzuwandeln, was einem Perpetuum mobile
zweiter Art entsprache, das der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ausschlieBt.
Thomson stellte fest, dass dieser inakzeptable Schluss gegenstandslos ist, wenn
angenommen wird, dass der Gefrierpunkt mit ansteigendem Druck sinkt.
Der Aspekt dieses Falls, der hier betont werden soil, ist, dass Thomson seine
Vorhersagen in Unkenntnis der Details kausaler Prozesse auf molekularer Ebene
machte. Ein charakteristisches Merkmal und eine der Hauptstarken der Thermodynamik
ist, dass sie sich unabhangig von den Details der zugrundeliegenden kausalen
Prozesse auf der makroskopischen Ebene anwenden lassen. Genau dieses
Merkmal verhindert, dass die thermodynamischen Gesetze als kausal bezeichnet
werden konnen.
Die Probleme der kausalen Sichtweise horen hier nicht auf. Das Verhalten
eines mechanischen Systems kann verstanden und vorhergesagt werden, indem die
Krafte, die auf jede Komponente des Systems einwirken, spezifiziert und die
newtonschen Gesetze genutzt werden, um die Entwicklung des Systems zu verfolgen.
Im Rahmen dieses Ansatzes konnen die newtonschen Gesetze als kausale
Gesetze interpretiert werden, die die Disposition von Objekten beschreiben, spezifische
Krafte auszutiben oder auf sie zu reagieren. Das ist jedoch nicht die einzige
Moglichkeit des Umgangs mit mechanischen Systemen. Die mechanischen Gesetze
konnen auch in einer Form formuliert werden, welche die Energie statt der
Kraft zur primaren GroBe macht. In der hamiltonschen und lagrangeschen Formulierung
der Mechanik, wo dieser Ansatz zugrundegelegt ist, ist lediglich nach
Ausdrucken fur die potenzielle und die kinetische Energie eines Systems gefragt,
die unabhangig von der speziellen Wahl des Koordinatensystems sind, in dem
man die Teilchen beschreibt. Die Weiterentwicklung eines Systems kann dann
vollstandig vorausgesagt werden, wenn diese Ausdriicke in die hamiltonsche oder
lagrangesche Bewegungsgleichung eingesetzt werden, was ohne die detaillierte
Kenntnis der beteiligten kausalen Prozesse moglich ist.
James Clerk Maxwell (1965, S.783f), der versuchte seiner elektromagnetischen
Theorie eine Lagrange entsprechende Form zu geben, illustriert diesen
Punkt auf charakteristische Weise. Stellen wir uns einen Glockenturm mit einer
komplizierten, durch an den Glocken befestigte Seile betriebene Maschinerie vor,
die in den weiter unten befmdlichen Raum der Person reichen, die die Glocken
bedient. Nehmen wir daruber hinaus an, dass die Anzahl der Seile der Anzahl der
Freiheitsgrade des Systems entspricht. Das Potenzial und die kinetische Energie
des Systems, das eine Funktion der Position und Geschwindigkeit der Seile ist,
kann durch Experimente mit den Seilen festgestellt werden. Haben wir diese
Funktionen gefunden, konnen wir sie in die lagrangesche Formel des Systems
einsetzen. Ausgehend von der Position und der Beweglichkeit der Seile zu einem
beliebigen Zeitpunkt ist es dann moglich, die Position und Beweglichkeit der Seile
zu einem anderen Zeitpunkt zu erhalten. Wir benotigen dazu kein Wissen tiber die
Details der Kausalitaten dessen, was auf dem Glockenturm passiert. Die lagrangesche
Formel stellt kein kausales Gesetz dar.