Goethe und Schelling begannen ihre Zusammenarbeit mit intensiven optischen Experimenten. Schelling lernte von Goethe, dass sich viele Farbphänomene bipolar anordnen lassen und dass eine optische Symmetrie bzw. Dualität zwischen weißem Licht und schwarzem Schatten besteht. Goethe lernte von Schelling, dass man das Prinzip der Bipolarität als forschungsleitende Idee verstehen kann (als eine regulative Idee in Kants Sinn). In der optischen Forschung kommt man mit dieser Idee wesentlich weiter, als gemeinhin angenommen wird; ihr Potential ist bis heute nicht ausgeschöpft. Sie ist (...) u.a. deshalb in der Versenkung verschwunden, weil ihre Verfechter mit ihr unseriös über die Stränge schlugen – außerhalb der Optik. Wenn sich das hätte vermeiden lassen, wäre Goethes Farbenlehre von Physikern möglicherweise weniger feindselig aufgenommen worden. Pech für Goethe. (shrink)

Goethes Protest gegen Newtons Theorie des Lichts und der Farben ist besser, als man gemeinhin denkt. Man kann diesem Protest in den wichtigsten Elementen folgen, ohne Newton in der physikalischen Sache unrecht zu geben. Laut meiner Interpretation hat Goethe in Newtons wissenschaftsphilosophischer Selbsteinschätzung eine entscheidende Schwäche aufgedeckt: Newton glaubte, mithilfe prismatischer Experimente beweisen zu können, dass das Licht der Sonne aus Lichtstrahlen verschiedener Farben zusammengesetzt sei. Goethe zeigt, dass dieser Übergang vom Beobachtbaren zur Theorie problematischer ist, als Newton wahrhaben wollte. (...) Wenn Goethe darauf beharrt, dass uns der Übergang zur Theorie nicht von den Phänomenen aufgezwungen wird, dann kommt dadurch unser eigener, freier und kreativer Beitrag zur Theorie-Bildung ans Tageslicht. Und diese Einsicht Goethes gewinnt eine überraschende Schärfe, weil Goethe plausibel machen kann, dass sich alle entscheidenden prismatischen Experimente Newtons aus der geometrischen Optik ebenso gut mit einer alternativen Theorie vereinbaren lassen. Wenn ich recht sehe, war Goethe der erste Wissenschaftsphilosoph, der mindestens eine empirisch äquivalente Alternative zu einer wohletablierten physikalischen Theorie gesehen und daraus weitreichende wissenschaftstheoretische Schlüsse gezogen hat: Damit war Goethe seiner Zeit um ein gutes Jahrhundert voraus. (shrink)

Spätestens seit es in der Kunst außer Mode kam, das Wort Schönheit einzusetzen, begannen die Physiker, ihre Arbeitsergebnisse schön zu nennen. Sie sagen z.B.: Wenn eine Theorie schön ist, so spricht das für die Wahrheit der Theorie. Und sie streben nach schönen Experimenten. Was ist damit gemeint? Definieren lässt sich dieser Begriff genauso wenig wie für Kunstwerke. Daher erläutere ich ihn anhand optischer Experimente Newtons, Goethes und aus neuerer Zeit. Man kann z.B. zeigen, dass die Weißsynthese des Desaguliers schöner ist (...) als Newtons Weißsynthese und dass den vielfältigen Farbsynthesen des Wiener Malers und Farbexperimentators Ingo Nussbaumer noch höherer ästhetischer Wert zukommt. Aus alledem ergibt sich eine tentative Liste von Kriterien (die sich freilich nicht in einen idiotensicheren Bewertungs-Algorithmus einspeisen lassen, sondern Urteilskraft verlangen): Sauberkeit, Einfachheit, intellektuelle Klarheit und Symmetrie sind Merkmale schöner Experimente – und diese Merkmale sind z.B. auch bei der ästhetischen Beurteilung mancher (wenn auch nicht aller) Musikstücke relevant. Daher liegt es nahe zu vermuten, dass sich unsere ästhetische Urteilskraft – in so verschiedenen Bereichen wie Optik und Musik – verwandter begrifflicher Werkzeuge bedient. (shrink)

In the second volume of the "Handbuch der physiologischen Optik", published in 1860, Helmholtz sets out a three-receptor theory of color vision using coterminal response curves, and shows that this theory can unify most phenomena of color mixing known at the time. Maxwell had publicized the same theory five years earlier, but Helmholtz barely acknowledges this fact in the "Handbuch". Some historians have argued that this is because Helmholtz independently discovered the theory around the same time as Maxwell. This (...) paper argues that this hypothesis is implausible. By writing what he did in the "Handbuch", Helmholtz influenced the field's perception of its own history. As a result, Helmholtz has received more recognition for his contributions to the field of color mixing than was his due, and Maxwell less. (shrink)

Photons deliver their energy and momentum to a point on a material target. It is commonplace to attribute this to particle impact. But since the in-flight photon also has a wave nature, we are stuck with the paradox of wave-particle duality. It is argued here that the photon’s wave nature is indisputable, but its particle nature is open to question. Photons deliver energy. The problem with invoking impact as a means of delivery is that energy becomes a payload which in (...) turn requires a particle. This assumes that energy is always a payload and there is but one mode of energy delivery; surely two unsupported assumptions. It should be possible to explain photon termination without invoking particle impact. One approach offered here is to question the assumption that the photon is a unitary object. Perhaps the photon has two linked-but-distinct identities: one supporting wave behavior and the other supporting discrete behavior. It is the latter that might imitate particle impact. (shrink)

The photon is typically regarded as a unitary object that is both particle-discrete and wave-continuous. This is a paradoxical position and we live with it by making dualism a fundamental feature of radiation. It is argued here that the photon is not unitary; rather it has two identities, one supporting discrete behavior and the other supporting continuous (wave) behavior. There is photon kinetic energy that is always discrete/localized on arrival; it never splits (on half-silvered mirrors) or diffracts (in pinholes or (...) slits). Then there is the photon’s probability wavefront that is continuous and diffractable. Acknowledging that the photon has two identities explains the photon’s dual nature. And wave-particle duality is central to quantum mechanics. Understanding it leads to new insights into the photon’s constant velocity and its entanglement with another photon. (shrink)