Materie

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Dieser Artikel behandelt den allgemeinen Begriff, für speziellere Bedeutungen siehe Materie (Physik) und Materie (Philosophie)

Materie (von lateinisch materia = Stoff, Thema, Bauholz, Ursache, griechische Entsprechung hylê = Stoff, Holz, Wald) ist eine Bezeichnung für den Grundstoff, aus dem alle Dinge der Welt bestehen, unabhängig von ihrer Erscheinungsform. Die Näherbestimmung dieses sehr allgemeinen Begriffs prägte die Naturbetrachtung in Physik und verschiedenen Disziplinen der Philosophie seit ihren Ursprüngen und ist bis heute Gegenstand von Erklärungsversuchen. In der Naturphilosophie wurde und wird diskutiert, ob den Eigenschaften der Materie ein Substrat entspricht, das ontologisch als Objekt oder Eigenschaft auffassbar ist und von anderen ontologischen Begriffen abgrenzbar ist, etwa von Geist, Form oder Idee.[1]

In der Alltagssprache wird der Ausdruck "Materie" oft synonym mit "Material" oder "Substanz" benutzt, außerdem im Sinne von "Thema oder Gegenstand einer Untersuchung, einer Wissenschaftsrichtung oder eines Unterrichtsfachs" („eine komplizierte Materie“). In der Didaktik wird in diesem Zusammenhang auch von Lehrstoff gesprochen.

Ausbildung des Materiebegriffs[Bearbeiten]

Schon die Vorsokratiker waren auf der Suche nach einem Urstoff (arché), der allen anderen Dingen zugrunde liegt. Dazu dienten Gegenstände der sinnlichen Erfahrung, die aufgrund bestimmter Eigenschaften (weite Verbreitung, Wandlungsfähigkeit) dazu geeignet erschienen. Für Thales war dieser Urstoff das Wasser, für Anaximenes die Luft, für Heraklit das Feuer. Empedokles entwickelte eine Vier-Elemente-Lehre, die den genannten Stoffen noch die Erde hinzu fügte.

Es stellte sich deshalb außerdem die Frage, in welchem Verhältnis der Urstoff zu den anderen Dingen steht. Für Thales, Anaximenes und Heraklit entstand alles aus der Umwandlung der jeweiligen Urmaterie. Dies stand allerdings im Gegensatz zur Lehre des Parmenides, der die Unveränderlichkeit der Dinge als oberstes Prinzip ansah. Empedokles Vier-Elemente-Lehre stellt dabei einen Mittelweg da, der die Elemente selbst als unveränderlich ansieht, die sinnlich wahrnehmbaren Objekte jedoch als eine Mischung der Urstoffe. Veränderung ist demnach möglich, indem sich die Mischungsverhältnisse der Urstoffe ändern. Anaxagoras begründete eine ähnliche Mischungslehre, allerdings mit einer unendlichen Anzahl von Grundstoffen anstatt der vier Elemente.

Der Materiebegriff wurde auch abstrahiert von den Dingen der Sinneserfahrung entwickelt. Für Anaximander etwa war die Grundsubstanz alles Gewordenen das Apeiron, ein unbestimmter Grundstoff, der unbegrenzt vorhanden und teilbar ist. Demokrit und sein Lehrer Leukipp begründeten den bis in die Neuzeit sehr einflussreichen Atombegriff. Anders als ihre Vorgänger (Anaxagoras, Anaximander) sahen sie die Materie nicht als unbegrenzt teilbar an, sondern als bestehend aus kleinsten Einheiten, den Atomen. Diese ergeben, in verschiedener Weise angeordnet, alle anderen Dinge, einschließlich der Sinneswahrnehmungen und der Seele.

Platon und Aristoteles prägten mit ihrer Chora bzw. Hyle abstrakte Begriffe der Materie, die nicht unabhängig existiert. Zusammen mit der Idee bzw. Form ergeben diese Urstoffe die Grundlage der sinnlich wahrnehmbaren Dinge.

Außerhalb Europas entwickelten sich ähnliche Begriffe der Urmaterie, wie etwa die indischen Prakriti oder der chinesische Hun Dun. Der Daoismus entwickelte ebenfalls ein Modell der Elemente (Fünf-Elemente-Lehre).

Materie als Gegenstück zur Idee bzw. Form[Bearbeiten]

Hauptartikel: Timaios und Hylemorphismus

Platon entwickelt in seinem Dialog Timaios eine Vorstellung der Welt, in welcher der Demiurg, ein gütiger Schöpfergott, in die ungeordnete Materie, die Chora, eingreift, um daraus den Kosmos und alle Dinge zu formen. Der Demiurg orientiert sich dabei an der Ideenwelt und bildet alles Physische als Nachbildung der ewigen Ideen. Diese Beziehung zwischen den Dingen und den Ideen kommt z. B. in Platons Höhlengleichnis zum Ausdruck, in dem die scheinbar realen sinnlich wahrnehmbaren Dinge als bloße Schatten der Ideen, des wahren Seienden (ousia) begriffen werden. Aus der Chora entstehen durch das Eingreifen des Demiurgen die Elemente, Wasser, Luft, Feuer sowie der Äther. Diese fünf Elemente haben die geometrische Form der fünf platonischen Körper und bilden die Grundlage für alle anderen Körper. Durch ihre geometrische Bestimmung wird es möglich, mathematische Beziehungen zwischen den Elementen und für ihre Kombination aufzustellen. Diese Vorstellung greift einigen späteren naturwissenschaftlichen Konzepten der Materie (Kristallographie, Symmetrien, Stereochemie) vor.

Aristoteles entwickelte eine ähnliche Zweiteilung zwischen dem Allgemeinen, der Form und dem, was geformt wird, der Materie (hylé). Aus geformter Materie entsteht Wirklichkeit (entelecheia), Materie ist in diesem Sinne die Möglichkeit (dynamis), geformt zu werden (siehe Akt und Potenz). Aristoteles beschreibt die Materie auch als logischen Prädikator ("x ist Materie für y"), der einen hierarchischen Aufbau der Dinge vom Einfachen zum Komplexen ermöglicht. Dazu führte er die materia prima als ungeformten Urstoff ein, der durch Formung die materia secunda bildet. Diese materia secunda kann dann wiederum als materia prima für ein Ding komplexerer Form sein und so fort. Dieses Prinzip findet sich bei den Alchemisten wieder, die die Umwandlung von Materie in höheren Formen anstrebten, aber auch im modernen Weltbild der Physik.

Materie als Gegenstück zum Geist[Bearbeiten]

Im Alltagsleben und in den meisten naturwissenschaftlichen Betrachtungen wird die Existenz der Materie nicht infrage gestellt, da sie beständig zu Sinneserfahrungen führt, sowohl unmittelbar als auch in Untersuchungen und Experimenten mithilfe technischer Hilfsmittel. Allerdings setzt eine solche Argumentation für die Existenz der Materie die Prämisse voraus, dass alles existiert, was in irgendeiner Form von uns Menschen beobachtet werden kann. Sowohl die Gültigkeit als auch die Notwendigkeit dieser Prämisse wurden in Zweifel gezogen. Außerdem wirft diese Betrachtung die Frage auf, in welchem Verhältnis der Betrachter selbst zur Materie steht, etwa ob er in gewisser Weise unabhängig von ihr existiert oder nicht. Dies führt auf den Begriff des Geistes, auf die Frage seiner Existenz und auf das Leib-Seele-Problem. Diese Fragen sind sehr grundlegend und die Antworten darauf begründen vollkommen unterschiedliche philosophische Schulen, die auch die naturwissenschaftlichen Begrifflichkeiten beeinflusst haben. Zu diesen Schulen gehören Dualisten, die Geist und Materie beide als existent, aber nach ihrer Auffassung voneinander zu unterscheiden seien, und Monisten, die entweder nur die Materie oder nur den Geist als das Primäre und wahrhaft Existierende ansehen.

Anhänger des Materialismus setzen die Existenz der Materie voraus und sehen alles andere als ihre Erscheinungsformen, insbesondere auch die Sinneserfahrungen und den Geist. Demokrit wird als früher Anhänger dieser Richtung gesehen, im 18. Jahrhundert sind als bedeutende Vertreter La Mettrie und d’Holbach zu nennen. Diese Denkrichtung wurde im 19. Jahrhundert auch von Naturwissenschaftlern wie Carl Vogt oder Jakob Moleschott vorangetrieben. Laplace etwa entwickelte ein streng deterministisches Weltbild, in dem jegliche weitere Entwicklung exakt vorausberechenbar wäre, wenn man den Zustand der Welt zu einem bestimmten Zeitpunkt kennen würde (Laplacescher Dämon). Spezielle Formen des Materialismus, der dialektische und historische Materialismus finden sich bei Marx und Engels, die den Materiebegriff auf u. a. die Lebensverhältnisse ausdehnten.

Im Gegensatz dazu steht der Idealismus, der dem Geist eine primäre Existenz einräumt. Hierbei wird unterschieden, ob es sich um ein allgemeines geistiges Prinzip handelt (objektiver Idealismus) oder das konkrete Bewusstsein des Menschen (subjektiver Idealismus). Prägend für den subjektiven Idealismus ist Berkeleys Satz: „Esse est percipi“ (Existieren ist Wahrgenommenwerden). Verwandt mit dieser Denkrichtung sind auch die Strömungen des Konstruktivismus.

Im Dualismus schließlich werden sowohl Geist als auch Materie als unabhängig voneinander existierend anerkannt. Descartes löste auf diese Weise das Leib-Seele-Problem, indem er annahm, dass beide aufeinander einwirken können. Leibniz ging noch einen Schritt weiter und lehnte eine Interaktion zwischen Geist und Körper ab. Karl Popper und John Eccles gelten als moderne Vertreter des Dualismus.

Materiebegriff in der Physik[Bearbeiten]

Hauptartikel: Materie (Physik)

In der Physik hat die Materie den Stellenwert eines Grundbegriffs. Der Begriff besitzt aber im Gegensatz zu physikalischen Objekten wie Feldern oder physikalischen Größen wie Masse und Energie keine allgemein akzeptierte Definition. Als empirische Wissenschaft sieht die Physik die Existenz der Materie durch Beobachtungen als belegt an. Ihr Arbeitsprogramm hinsichtlich der Materie besteht darin, die Eigenschaften und den Aufbau der Materie sowie ihre Bewegung im Raum mithilfe von Experimenten genau zu untersuchen und diese mithilfe von in sich konsistenten Theorien zu beschreiben und zu erklären. Im Rahmen der Kosmologie beschäftigt sie sich auch mit der Frage nach der Entstehung der Materie.

In der klassischen Physik werden alle Objekte, die Masse besitzen als Materie bezeichnet. Die Eigenschaft der Masse bedeutet, dass Kräfte wirken müssen, um die Geschwindigkeit oder Richtung der Bewegung eines Körpers zu ändern (träge Masse), ebenso wie die Wechselwirkung durch die Gravitationskraft mit der sich Materie gegenseitig anzieht (schwere Masse). Durch diese Eigenschaften lässt sich die Materie klassisch gegenüber anderen physikalischen Objekten wie Kraftfeldern oder elektromagnetischen Wellen abgrenzen.

In der modernen Physik erweist sich eine solche Trennung als schwieriger. Mit der Relativitätstheorie wurde klar, dass zwischen Energie und Masse eine enge Wechselbeziehung besteht, die von Einstein gefundene Masse-Energie-Äquivalenz. So ist die Ruhemasse eines Systems aus vielen Teilchen nicht die Summe der Ruhemassen aller einzelnen Teilchen. Vielmehr tragen alle Formen von Energie, also auch kinetische Energie oder die Wechselwirkung der Teilchen untereinander zur Gesamtenergie und damit zur Gesamtmasse des Systems bei. Beispielsweise tragen elektromagnetische Strahlung (Licht) und Felder zur Gesamtmasse bei, auch wenn ein einzelnes Photon keine Ruhemasse besitzt.

Schematische Darstellung des Atoms (nicht maßstäblich, sonst wäre der Pfeil ca. 50 m lang).

Materie wird daher häufig durch ihren Aufbau definiert. Die Atomtheorie Demokrits und die hierarchische Materieauffassung von Aristoteles erweisen sich hier als sehr erfolgreich. Demnach besteht Materie aus kleinen Einheiten, den Atomen, die durch chemische Bindungskräfte zu größeren Einheiten, den Molekülen, und schließlich zu makroskopischer Materie zusammengefügt werden. Allerdings sind die Atome – entgegen der ursprünglichen Wortbedeutung – selbst nicht unteilbar, sondern ihrerseits aufgebaut aus den Elektronen in der Atomhülle und Protonen und Neutronen im wesentlich kleineren Atomkern. Die Anordnung dieser Bestandteile folgt Regeln, die in der Atom- und Kernphysik beschrieben werden. Dadurch kommt eine endliche Anzahl verschiedener Typen von Atomen zustande, die in Anlehnung an die klassische Lehre Empedokles’ Elemente genannt werden. Schließlich sind auch die Kernbausteine Protonen und Neutronen wiederum aus Einzelbausteinen, den Quarks, zusammengesetzt.

Solche atomare Materie kommt in verschiedenen Aggregatzuständen vor. Die Zustände fest, flüssig, gasförmig und Plasma weisen dabei Parallelen zu den klassischen Elementen der Antike, Erde, Wasser, Luft und Feuer auf. Die Erklärung und Beschreibung der verschiedenen Aggregatzustände und der Übergänge zwischen diesen ist ein Gegenstand der Thermodynamik und der Statistischen Physik.

Elementarteilchen des Standardmodells

Eine weitergehende Möglichkeit zur Definition von Materie bietet das Standardmodell der Teilchenphysik. Demnach lassen sich alle Elementarteilchen in zwei Gruppen gliedern, die sich durch ihren Spin unterscheiden. Teilchen mit ganzzahligem Spin, zum Beispiel das Photon, werden Bosonen genannt und dienen als Austauschteilchen zur Beschreibung von Wechselwirkungen. Teilchen mit halbzahligem Spin werden Fermionen genannt. Zu den Fermionen zählen neben den Quarks, aus denen Protonen und Neutronen bestehen, auch Leptonen wie Elektronen und Neutrinos. Eine weit verbreitete Definition ist daher, Materie als alle Dinge zu definieren, die aus Fermionen aufgebaut sind.

Die verschiedenen Eigenschaften der Materie kommen zum einen durch die unterschiedlichen Elemente zustande, aus denen sie bestehen, und zum anderen durch die Art ihrer Anordnung. Auf allen beschriebenen Ebenen folgen die Anordnung von Materieteilchen Gesetzen der Symmetrie. Ein Beispiel dafür sind die Strukturen in Kristallen, die aus sich räumlich wiederholenden geometrischen Strukturen bestehen. Ähnliche Ideen hatte schon Platon hinsichtlich des Aufbaus der Materie aus den platonischen Körpern aufgestellt.

Materie- bzw. Energie-Anteil des heutigen Universums (oben) und 380.000 Jahre nach dem Urknall (unten).[2]

In der Kosmologie gibt es Grund zur Annahme, dass es noch eine weitere Form von Materie gibt, die Dunkle Materie. Der Hypothese nach existiert sogar etwa zehn mal mehr Dunkle Materie als die übliche, die zur Abgrenzung auch Baryonische Materie genannt wird. Dunkle Materie zeichnet sich nur durch ihre Masse aus, ist aber nicht direkt sichtbar, da sie keine elektromagnetische Strahlung emittiert oder absorbiert.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Vgl. zur Interpretationsbedürftigkeit physikalischer Modelle hinsichtlich eines Materiebegriffs z. B. Hans-Dieter Mutschler: Naturphilosophie. Kohlhammer, Stuttgart 2002, S. 108–115 und ders.: Materie. In: Naturphilosophische Grundbegriffe. [Version 1.0]. Zu Interpretationsproblemen der Relativitätstheorie bezüglich des Masse- und Materiebegriffs vgl. den entsprechenden Abschnitt im Artikel Materie (Philosophie).
  2. Beobachtungen der WMAP-Mission u.a. Nach den Daten des PLANCK-Weltraumteleskops (ESA, 21. März 2013) ergeben sich im Vergleich zu WMAP leicht korrigierte Werte: Sichtbare Materie: 4,9 %, Dunkelmaterie: 26,8 %, Dunkle Energie: 68,3 %, Alter des Weltalls: 13,82 Milliarden Jahre, esa.int: Planck reveals an almost perfect Universe, abgerufen am 9. Okt. 2013

Literatur[Bearbeiten]

  • Eisler, Rudolf 1904: Wörterbuch der philosophischen Begriffe. 2 Bde. Historisch-quellenmäßig bearb. v. Rudolf Eisler. 2., völlig neu bearb. Aufl. Berlin.
  • Göpel, Wolfgang/Ziegler, Christiane 1991: Struktur der Materie: Grundlagen, Mikroskopie und Spektroskopie. Stuttgart, Teubner.
  • Gräfen, Hubert 1991: Lexikon Werkstofftechnik. Düsseldorf VDI-Verlag.
  • Hund, Friedrich 1978: Geschichte der physikalischen Begriffe. Mannheim, B.I. Wissenschaftsverlag.
  • Jammer, Max 1964: Der Begriff der Masse in der Physik. Darmstadt, Wissenschaftliche Buchgesellschaft.
  • Mainzer, Klaus 1996: Materie: von der Urmaterie zum Leben. Beck, München, ISBN 3406403344
  • Mutschler, Hans-Dieter 2002: Naturphilosophie. Stuttgart, Kohlhammer.
  • Russell, Bertrand 1992: The analysis of matter. London, Routledge.
  • Schermaier, Martin Josef 1992: Materia: Beiträge zur Frage der Naturphilosophie im klassischen römischen Recht. Böhlau, Wien.

Weblinks[Bearbeiten]