Fünf Dinge, die wir von Richard Feynman lernen können. Teil 1

Es gibt Phasen im Physikstudium, in denen man in einem lokalen Minimum der Begeisterung stecken bleibt. Nichts geht. Man gähnt in der Vorlesung und stützt seinen Kopf. Eine höhere Macht zwingt mich, die Übungsaufgaben zu googeln, anstatt zu berechnen. Außerdem hat eine sehr boshafte Person meine Praktikumsanleitung geschrieben. Insgeheim hoffe ich, dass sie ihren Job verliert und nie wieder eine Praktikumsanleitung schreibt.

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In solchen Phasen schlage ich das interessanteste und witzigste Buch über einen Physiker von einem Physiker auf: Sie belieben wohl zu scherzen, Mr. Feynman* von Richard Feynman.

Im letzten Artikel schrieb ich über die sogenannte Feynman-Methode. Ob diese Methode tatsächlich von Richard Feynman stammt, weiß man nicht.

Glaube deswegen keinen BloggerInnen, die diese Methode zu erklären versuchen und das Gegenteil behaupten – sie haben ihre Hausaufgaben nicht gemacht.

Aber wenn die Methode nicht von Richard Feynman stammt, frage ich mich, wie er wohl gelernt hat?

Was waren seine Methoden und Prinzipien? Wie hat er seine Übungsaufgaben gelöst?

Wie ist er an physikalische Probleme herangegangen?

Und was können wir von ihm lernen?

Dabei visiere ich ganz praktisches Wissen an, das wir im Studium anwenden können.

Um diese Fragen zu beantworten, habe ich ein wenig recherchiert und gelesen.

Was ich daraus gelernt habe, ist unglaublich. Im Studium verfällt man nämlich leicht in Routine und vergisst, worauf es in der Physik wirklich ankommt. Lahme Vorlesungen und langwierige mathematische Nebenrechnungen betäuben die Neugierde. Es ist schon an sich schwierig, neugierig und motiviert und aktiv und wach zu bleiben, wenn die Mehrheit deiner Kommilitonen einschläft.

Liest man Richard Feynmans Bücher, will man aufstehen und aufschreien:

Es reicht! Ich will jetzt alles von Grund auf verstehen!

Im Folgenden versuche ich, seine Weisheit zu vermitteln und das Beste von Feynman herauszukristallisieren. (Am besten wäre es aber, du hörst auf, diesen Artikel zu lesen, gehst, nein rennst, in die Bibliothek und schnappst dir das oben erwähnte Buch.)

1) Worauf es ankommt…

Zuallererst habe ich mir die Frage gestellt, worauf es für Feynman wirklich ankommt: Woran denkt er als allererstes, wenn er etwas zu verstehen versucht?

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Richard Feynman erinnert sich an die Worte seines Vaters, als sie eines Sommers in den Catskill Mountains spazieren waren:

»Siehst du den Vogel dort?« Sagt er. Es ist eine Spencer-Grasmücke. (Ich wußte, daß er den wirklichen Namen nicht kannte.) »Auf italienisch heißt es Chutto Lapittida, auf portugiesisch Bom da Peida, auf chinesisch Chung-long-tah und auf japanisch Katano Tekeda. Selbst wenn du den Namen dieses Vogels in allen Sprachen der Welt kennst, weißt du nicht das Geringste über ihn. Du weißt nur etwas über die Menschen an den verschiedenen Orten und wie sie den Vogel nennen. Deshalb wollen wir lieber den Vogel selbst beobachten, um zu sehen was er macht – denn darauf kommt es an.«

(John und Mary Gribbin, Richard Feynman. Die Biographie eines Genies)

Es kommt also auf die Kenntnis einer Sache an, nicht auf ihren Namen. In der Tat, wie oft lassen wir uns von hochtrabenden Fachbegriffen einschüchtern. Da wären zum Beispiel adiabatisch (wärmedicht – System tauscht keine Wärme mit seiner Umgebung aus), invariant (unveränderlich), Kovarianz (wie ändern sich Vektoren oder Tensoren, wenn man die Basis ändert) und vielmehr.

Dazu gesellen sich natürlich andere Einschüchterungsversuche, wie beispielsweise die stillschweigende Unverständlichkeit, wenn jemand einen Vortrag über seine oder ihre Forschung hält. Da fühle ich mich zwölf Jahre zurückversetzt, als ich nach Deutschland kam: Nix verstehen.

Hochtrabende Worte und haarige Kugeln

Oft verschleiern diese hochtrabenden Worte den Sinn. Feynman ließ sich von ihnen nicht blenden und versuchte stets, den Sinn zu begreifen.

Das lässt sich anhand der folgenden Geschichte deutlich erkennen:

An der Graduate-School in Princeton teilten Mathematiker und Physiker einen gemeinsamen Aufenthaltsraum. Wie gewöhnlich hörten die Physiker den Lieblingssatz aller Mathematiker: „Ja, das ist trivial!“. Man hatte folglich das Gefühl, dass alle unbewiesenen Theoreme beinahe unlösbar, und alle bewiesenen Theoreme trivial seien. Also wettete Feynman mit den Mathematikern, dass sie ihm kein einziges Theorem nennen können, zu dem er nicht sagen kann, ob es zutrifft oder nicht.

Die Wette hat er gewonnen. Aber viel spannender ist seine Vorgehensweise:

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Ich folgte einem Schema, das ich noch heute benutze, wenn mir jemand etwas erklärt, das ich zu verstehen versuche: ich denke mir Beispiele aus. Die Mathematiker kamen zu mir mit einem tollen Theorem an, und sie sind ganz aufgeregt. Während sie mir die Bedingungen des Theorems nennen, konstruiere ich etwas, das alle Bedingungen erfüllt. Etwa so: Gegeben sei eine Menge [eine Kugel] – und die Menge sei disjunkt [zwei Kugeln]. Dann stelle ich mir vor, daß die Kugeln farbig werden, daß sie Haare bekommen oder sonstwas, während Mathematiker immer mehr Bedingungen stellen. Schließlich tragen sie das Theorem vor, und das ist dann irgendwas Dummes über die Kugel, was für mein haariges grünes Kugel-Ding nicht zutrifft, also sage ich: »Falsch!«

(Sie belieben wohl zu scherzen, Mr. Feynman* von Richard Feynman)

Interessanterweise habe ich am Studienanfang immer nach Beispielen gesucht, wenn ich etwas verstehen wollte. Obgleich ich das Meiste natürlich nicht verstand. Andererseits haben mir immer Beispiele seitens des Professors gefehlt.

Wenn wir zum Beispiel das Drehmoment oder die Lichtbrechung behandelt haben, wurden nur selten echte Beispiele im realen Leben genannt. Letztendlich habe ich dann verstanden, dass ich diese realen Beispiele selbst finden muss. In guten Büchern findet man sie immer. Außerdem gibt es sehr gute Youtube-Videos, die so ziemlich viele Dinge erklären und exzellente Beispiele geben.

Mit echten Beispielen meine ich Dinge, die ich dann selbst ausprobieren oder praktisch benennen kann. Etwa wie dieses LCD-Display, das ich mittlerweile zwei Stunden lang wie ein Pornosüchtiger anstarre.

Wir haben Flüssigkristalle (liquid crystals) in Soft Mater Physics behandelt und ich freue mich, dass wir die physikalischen Grundlagen mit sehr guten Beispielen wie dem LCD (Liquid Crystal Display) erklärt bekommen haben. Toll!

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Aber Richard Feynman gibt ein besseres Beispiel und regt sich gleichzeitig über ein schlechtes Physiklehrbuch auf:

Rrrrrrrrr-t – ich steckte meinen Finger hinein, schlug auf und fing an zu lesen: »Tribolumineszenz. Tribolumineszenz ist das Licht, das emittiert wird, wenn Kristalle zerkleinert werden…«
Ich sagte: »Und, ist das Wissenschaft? Nein! Man bekommt nur die Bedeutung eines Wortes durch andere Worte erklärt. Von der Natur – welche Kristalle Licht erzeugen, wenn man sie zerkleinert, warum sie Licht erzeugen – war überhaupt nicht die Rede. Ist auch nur ein Student nach Hause gegangen und hat es versucht? Unmöglich.
Wenn Sie aber statt dessen schreiben würden: Wenn man ein Stück Zucker nimmt und es im Dunkeln mit einer Zange zerdrückt, kann man einen bläulichen Blitz sehen. Dies ist auch bei einigen anderen Kristallen der Fall. Niemand weiß, warum das so ist. Das Phänomen wird als >Triboluminiszenz< bezeichnet! Dann wird jemand nach Hause gehen und es versuchen. Dann wird eine Erfahrung mit der Natur gemacht.« Ich verwendete dieses Beispiel, um ihnen etwas zu zeigen, aber ich hätte das Buch auch irgendwo anders aufschlagen können; es war überall so.

(Sie belieben wohl zu scherzen, Mr. Feynman* von Richard Feynman)

Früher war ich sehr vorsichtig mit Beispielen, wenn ich etwas zu verstehen versuchte. Denn sie könnten falsch sein. Oder sie könnten mich auf einen falschen Lösungsweg bringen. Aber genau so funktioniert die Physik.
Man denkt sich Beispiele oder Hypothesen aus und testet sie. Falls das Ergebnis falsch ist, war das Beispiel oder die Hypothese falsch. Versuch und Irrtum. Daran ist nichts verkehrt. Man korrigiert es oder findet ein neues Beispiel.

Das nächste Mal also, wenn du eine Übungsaufgabe lösen sollst, denke dir ein deutliches Beispiel aus – etwa wie die haarigen Kugeln von Feynman. Siehe, was falsch oder richtig ist, und ob du damit bei der Aufgabe weiterkommst. Vergiss auch nicht, den Bezug zur echten Welt herzustellen wie es Feynman mit Kristallen und Zucker gemacht hat.

2) Praktische Arbeit

Manche Menschen sind von Natur aus begabt. Ob in Physik oder in Musik. Man kann sie beneiden und ihnen alles Schlechte wünschen. Man kann ihre Begabung ins universale und gerechte Gleichgewicht bringen wollen, indem man so etwas sagt wie: „Ja, Einstein mag ja ein Genie in Physik sein, aber sonst war er eine absolute Niete.“ Oder man kann von ihnen lernen.

Man weiß sogar, wie lange man lernen soll.

Malcolm Gladwell, der Autor des Bestsellers Outliers: The Story of Success, behauptet in seinem Buch, dass man ganz einfach 10000 Stunden (1667 Tage oder ca. 5 Jahre, wenn man 6 Stunden täglich übt) korrekt zu üben braucht, um Expertin oder Experte auf Weltniveau zu werden.

Ich bin zwar nicht seiner Meinung, denn das klingt nach viel zu wenig für mich. Aber wie auch immer. Er meint ja auch 10000 Stunden an deliberate practice – reflektierter Praxis, bei der es, grob beschrieben, nicht um bloße Wiederholung geht, sondern um konzentrierte und reflektierte Übung mit einem ganz spezifischen Ziel. Dabei müssen die Aufgaben immer schwieriger werden.

Was hat das mit Physik und Richard Feynman zu tun?

Radios und andere elektrische Dinge

Nun, irgendwo muss auch er ja angefangen haben. Irgendwie muss er doch Dinge gelernt haben. Ich bezweifle, dass er mit der Erklärung der Quantenelektrodynamik geboren wurde.

Und stimmt das mit der reflektierten Praxis, wenn man schaut, was Feynman so gemacht hat?

Was hat er überhaupt gemacht?

Welche Bücher hat er gelesen?

In Sie belieben wohl zu scherzen, Mr. Feynman! erzählt Feynman, dass er als Junge Radios und andere elektrische Dinge repariert hat:

Der Hauptgrund dafür, daß die Leute mir Arbeit gaben, war die Depression. Sie hatten nicht genug Geld, um ihre Radios reparieren zu lassen, und dann hörten sie von diesem Jungen, der es für weniger Geld machte. Also kletterte ich auf Dächer, um Antennen und alles mögliche andere in Ordnung zu bringen. Die Aufträge wurden immer schwieriger, so daß ich dabei eine Menge lernte. Schließlich bekam ich sogar Aufträge wie den, ein Gleichstromgerät in ein Wechselstromgerät umzubauen. Es war ziemlich schwierig, das Brummen aus dem System herauszubringen, und ich kriegte das nicht ganz hin. Ich hätte mir das nicht zutrauen sollen, aber das wußte ich nicht.

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Er hätte sich das nicht zutrauen sollen. – Aber vielleicht ist genau das einer der Gründe, warum man in etwas besser wird: Man traut sich Dinge zu, die für einen zu groß oder zu schwierig sind. Am Ende muss man den Mist irgendwie doch hinkriegen und wird besser. So wie das Physikstudium…

Seine Aufträge wurden mit der Zeit immer schwieriger. Also lernte Feynman sehr viel daraus und wurde besser. – Wenigstens ein Kriterium der reflektierten Praxis ist damit erfüllt.

Damals waren die Schaltungen in den Radios ziemlich einfach: Hier ist der Kondensator, dort ist der Verstärker und der Widerstand. Wenn zum Beispiel etwas angebrannt roch, dann wusste Feynman, dass es ausgetauscht werden musste.

Schon in jungen Jahren absolvierte er also seinen eigenen Elektrotechnik-Kurs.

Bücher

Aber der Hang zur praktischen Arbeit äußerte sich auch in der Auswahl der Bücher, die er gelesen hat. So lernte er die Infinitesimalrechnung aus zwei Büchern der Mathematik für „Praktiker“: Calculus Made Easy von S.P. Thompson (New York 1910) und Calculus for the Practical Man von J.E. Thompson (New York 1931).

Sein Physiklehrer an der High School wusste, dass Feynman im Calculus for the Practical Man gelesen hat und gab ihm ein Buch, das ihn ein wenig herausfordern sollte: Advanced Calculus von Frederick S. Woods. Genau aus diesem Buch hat Feynman seine berühmt gewordenen Tricks zum Integrallösen gelernt. (Google nach „Feynman-Parameter“.)

Und auch später in seinem Leben wollte Feynman das Praktische an der Physik nicht vermeiden.

Zuerst studierte er Mathematik im Hauptfach: Das war zu theoretisch und er wusste nicht, was er damit nach dem Studium anfangen sollte. Also wechselte er für eine sehr kurze Zeit zu Elektrotechnik. Doch er hat überreagiert, denn Elektrotechnik war für ihn dann doch zu praktisch. Schließlich wechselte er zu Physik:

Sie gab ihm Gelegenheit zu praktischer Arbeit im Labor, die er so sehr mochte […], aber er konnte hier auch seinen abstrakteren Reflexionen über die Natur der Dinge freien Lauf lassen.

(John und Mary Gribbin, Richard Feynman. Die Biographie eines Genies)


Mich regen bestimmte Menschen auf. Und zwar die theoretischen Physiker, die denken, dass nur ihr Fachgebiet die Krone der Forschung sei. Alles Andere, vor allem die experimentelle Arbeit, sei einfach und nicht ihrer Mühe wert. Das ist kindisch. Richard Feynman war einer der brillantesten theoretischen Physiker überhaupt und liebte die praktische Arbeit im Labor.


Im nächsten Artikel wird es um drei weitere Dinge gehen, die wir von Richard Feynman lernen können!

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