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Grundzüge einer Phänomenologie der Polarisation. Entwicklung einer phänomenologischen Beschreibung der Polarisation als Grundlage für Curricula zur Polarisation in Schule und Hochschule

Phänomenologie in der Naturwissenschaft, Bd. 3

Johannes Grebe-Ellis

ISBN 978-3-8325-1113-5
310 Seiten, Erscheinungsjahr: 2005
Preis: 40.50 €
In der vorliegenden Arbeit wird eine Phänomenologie der Polarisation im Kontext der phänomenologischen Optik und als Grundlage für entsprechende Curricula in Schule und Hochschule entwickelt. Phänomenologische Optik zeichnet sich im engeren Sinne durch einen systematisch-explorativen Stil des Experimentierens und den konsequenten Verzicht auf unbeobachtbare bzw. prinzipiell hypothetische Größen aus. Sie wird insofern auch als «hypothesen-» bzw. «modellfreie Optik» oder «Optik der Bilder» bezeichnet. Nahezu alle klassischen Bereiche der Optik sind inzwischen phänomenologisch erschlossen. Der Versuch, auch die Polarisation vom Sehen ausgehend und ohne den Rekurs auf quasimechanische Modelle zu entwickeln, ist bisher nicht unternommen worden. Er wird hiermit vorgelegt.

Im ersten Teil der Arbeit, Phänomenologie als Methode, werden erkenntnistheoretische und experimentiermethodische Gesichtspunkte der phänomenologischen Optik herausgearbeitet und gegen den metaphysischen Realismus der modellgestützten Beschreibung abgegrenzt. Es wird aufgezeigt, welche didaktischen Probleme mit konzeptionellen Aspekten der klassischen Physik im Bereich der Optik verbunden sind und worin die didaktische Aktualität des phänomenologischen Ansatzes gesehen werden kann.

Unter Berücksichtigung der maßgeblichen phänomenologischen Studien zur Polarisation wird im zweiten Teil, Erscheinungslehre der Polarisation, ein Komplex von kommentierten, genetisch aufgebauten Beobachtungsreihen vorgestellt, der aus rund 140 Paragraphen besteht. Den Ausgangspunkt bildet das menschliche Polarisationssehen: Unter Berücksichtigung des Haidinger-Büschels werden systematisch die Bedingungen untersucht, unter denen Polarisation als Eigenschaft von Ansichten in verschiedenen Kontexten auftritt.

Auf der Grundlage von Versuchsreihen zur optischen Transformation wird eine modellfreie bzw. operationale Charakterisierung von Polarisationszuständen als Bildzuständen gegeben. Eine zentrale Rolle spielen dabei so genannte Prüfbeobachtungen, die den Bedingungszusammenhang der maßgeblichen Observablen erschließen. Elliptische und zirkulare Zustände unterscheiden sich demnach von linearen durch charakteristische Abweichungen vom Malus-Gesetz. Es wird gezeigt, wie durch Skalarproduktbildung zwischen den maßgeblichen Raumachsen der optischen Operatoren Polarisator, Transformator und Analysator eine Helligkeitsfunktion abgeleitet werden kann, welche diese Abweichungen als Funktion des Transformators beschreibt und die für verschwindende Transformatordicke in das Malus-Gesetz übergeht. Die einfarbige Bildhelligkeit als Funktion der Transformatordicke und des Analysatorwinkels liefert in beiden Variablen zyklische Verläufe. Die resultierende zweidimensionale Mannigfaltigkeit von linearen, elliptischen und zirkularen Bildzuständen weist Strukturmerkmale auf, die eine geometrische Zustandsdarstellung auf der Oberfläche einer Kugel nahe legen. Dieser Zustandsglobus wird im Rahmen eines Ausblicks auf die bekannte mathematische Beschreibung von Polarisationszuständen und Zustandstransformationen durch Stokes-Parameter und Mueller-Matrizen zu der Zustandsdarstellung nach Poincare in Beziehung gesetzt.

Die Arbeit wendet sich an Lehrer, Physikdidaktiker und Physiker; sie möchte dazu beitragen, den phänomenologischen Ansatz in der Physikdidaktik stärker zu verankern und sowohl fachlich als auch didaktisch zu motivieren.

Johannes Grebe-Ellis, geboren 1967, Ausbildung zum Tischler. Studium der Physik und Philosophie in Tübingen. Gastlehrer für Mathematik und Physik an verschiedenen Waldorfschulen und Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Pädagogischen Forschungsstelle Kassel. Seit 2000 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin im Fachbereich Didaktik der Physik; 2005 Promotion.

Keywords:
  • Polarisation
  • Phänomenologie
  • Modellfreie Optik
  • Hypothesenfreie Naturwissenschaft

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