Projekt Unendlichkeit

(der Unendlichkeit auf der Spur)

Bild Bild

   
 

Vgl. auch

Bild Vorwort
Bild Zuordnung zu den Rahmenrichtlinien
Bild Leitgedanken
Bild erste Schritte


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"Infinite Justice": anfänglicher, nach Protesten in "Enduring Freedom"
abgeänderter Name für die amerikanische Operation gegen den Terrorismus

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"Im täglichen Leben tritt uns der Begriff der Unendlichkeit nur selten oder gar nicht entgegen."
(Rudolf Kippenhahn)

"Ohne Unendlichkeit gäbe es keine Mathematik [...]. Aber das bedeutet nicht, dass die Unendlichkeit existiert. Die Unendlichkeit ist bloß ein Konstrukt, ein Konstrukt des Menschen."
(John Marie Coetzee)

"Wo faß ich dich, unendliche Natur?"
(Johann Wolfgang von Goethe)

"Alles geben die Götter, die unendlichen,
 Ihren Lieblingen ganz,
 Alle Freuden, die unendlichen,
 Alle Schmerzen, die unendlichen, ganz."
(Johann Wolfgang von Goethe)

"Zwei Dinge sind unendlich, das Universum und die menschliche Dummheit, aber bei dem Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher."
(Albert Einstein)

"Das Unendliche!
Keine andere Frage hat je den menschlichen Geist so tief bewegt."
(David Hilbert)

"Astronomen sind riesige Zahlen gewöhnt. Sie versuchen gern, blutigen Laien mit irgendwelchen Alltagsbeispielen zu verdeutlichen, was es wirklich bedeutet, dass es Milliarden und Abermilliarden von Sternen gibt. Wenn gerade einmal die Staatsverschuldung >astronomische< Summen annimmt, tauchen plötzlich im Wirtschaftsteil der Zeitungen sogar Zahlen auf, die noch größer sind als die Zahl der Sterne der Milchstraße oder der Galaxien im Universum? Merkwürdigerweise findet man aber wirklich große Zahlen [...] nicht in der Astronomie, sondern in ganz anderen Bereichen der Natur. Die großen Zahlen der Astronomie entstehen durch bloßes Aufsummieren: Wir zählen Sterne, Planeten, Atome oder Photonen in einem großen Volumen. Will man wirklich große Zahlen, muss man einen hochkomplexen Bereich aufsuchen, wo Zahlen nicht aufsummiert, sondern aufmultipliziert oder gar potenziert werden: die Biologie.
Im 17. Jahrhundert hat der englische Physiker Robert Hooke die »Zahl der Gedanken, die der Mensch fassen und speichern kann« berechnet. Er kam bei einer Rate von einem Gedanken je Sekunde auf 3 155 760 000. So überschaubar diese Zahl auch scheinen mag: Ein Leben würde nicht ausreichen, bis zu ihr zu zählen. Heute weiß man, dass sie die Möglichkeiten bei weitem unterschätzt. Unser Gehirn enthält etwa 10 Milliarden Neuronen. Von jedem gehen so genannte Axonen aus, die es mit etwa 1000 anderen Neuronen vernetzen. Diese Netzverbindungen spielen bei der Entstehung von Gedanken und für das Gedächtnis eine Rolle, wobei die genauen Abläufe noch immer eines der bestgehüteten Geheimnisse der Natur sind. Nach Mike Holderness  kann man die Anzahl der möglichen Gedanken abschätzen, indem man die Zahl aller neuralen Verbindungsmöglichkeiten zählt. Das Gehirn kann bekanntlich mehrere Aufgaben gleichzeitig bearbeiten, deshalb können wir es uns als Ansammlung von vielleicht 1000 >Modulen< mit je 107 Neuronen vorstellen. Wenn von jedem Neuron 1000 verschiedene Verbindungen zu den 107 Neuronen im gleichen Modul ausgehen, ist die Zahl der möglichen Verbindungswege in einem Modul 107 x 107 x 107 x .... (und das tausendmal), also 107000. Bei einer Gesamtzahl von 107 Neuronen kommen wir auf 107000, 107-mal mit sich selbst multipliziert, also 1070 000 000 000. Wenn jedes der 1000 Module unabhängig von den anderen arbeiten kann, trägt es 1070 000 000 000 mögliche Verdrahtungen zu einer Gesamtzahl bei, die 1070000000000000 [eine 1 mit siebzig Billiarden Nullen!] beträgt und >Holderness-Zahl< genannt wird."
(John D. Barrow in Bild  )
 

 

"»Jesus«, sagte [Don Camillo], »wenn ich jetzt zu zählen beginne... eins, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben... und eine Million Jahre fortfahre zu zählen, werde ich dann jemals zum Ende kommen?«
»Nein«, erwiderte Christus. »Wenn du so tust, bist du wie jener Mensch, der einen großen Kreis auf der Erde zog, ihn abzugehen begann und sprach: 'Ich will sehen, wann ich zu Ende komme.' Du würdest nie an ein solches kommen.«
Don Camillo ging schon im Geiste jenen großen Kreis und verspürte den Schauer, der jeden erfaßt, welcher versucht, einen Augenblick aus dem Fenster zu blicken, das in die Unendlichkeit schaut. »Und doch«, bestand Don Camillo, »ich behaupte, daß auch die Zahlen ihr Ende haben müssen. Nur Gott ist ewig und unendlich, und wenn die Zahlen kein Ende hätten, wären sie ewig und unendlich wie Gott.«
»Don Camillo, was hast du eigentlich mit den Zahlen?«"
 

 

"Ich glaube nicht daran dass der Bau des Menschlichen Schädels schuld ist, dass der Mensch dass Unendliche nicht fassen kann das könnte er gewiss auch, wenn man nicht nur den kleinen Mann in seinen jungen Tagen, wo er das Begreifen lernt nicht so grausam an dir Erde, oder gar an ein Nest, in die engen 4 Wïäde einsperren würde, sondern ihn ein bissel spazieren liesse in's Weltall hinaus."
(Mileva Einstein geb. Marić )

Vorwort

Die Unterrichtseinheit zum Thema "Unendlichkeit" kann hier nur angedacht und müsste auf die Dauer mit vielen Überlegungen zu Details aufgefüllt werden.

Deshalb auch hier erst nur einige ungedeckte Schecks:

Die hier angedachte Unterrichtseinheit zeigt die Mathematik exemplarisch

Vor allem bricht die vorliegende Unterrichtseinheit radikal die Fächergrenzen nieder, die bisher auch und gerade in den Köpfen der SchülerInnen bestehen (dort erzeugt wurden):

"Bitte kommen Sie uns in Mathematik nicht mit dem freien Fall, also Physik, die wir doch gerade abgewählt haben."
"Bitte verschonen Sie uns im Deutschunterricht

Bei all dem soll und muss natürlich der Schwerpunkt auf der Mathematik liegen.


Zuordnung zu den Rahmenrichtlinien

Die hier angedachte Unterrichtseinheit "Unendlichkeit"

  1. in fachlicher Hinsicht:

"Idee der Zahl

Der Oberstufenunterricht kann vor allem davon profitieren, dass es vielgliedrige Ketten gibt, die vom naiven Umgang mit der Zahl, wie er im Alltag vorherrscht, zu axiomatischen Begründungen der natürlichen und reellen Zahlen, zur Betrachtung von Grenzwerten und Grenwertsätzen und und zu Sätzen der Zahlentheorie führen.
[...]
Der Umgang mit sehr großen und sehr kleinen Zahlen, die Unendlichkeit, die Grenzprozesse des Differenzenquotienten und das uneigentliche Integral, aber auch die Auseinandersetzungen mit Iterationen bieten Möglichkeiten, den Schülerinnen und Schülern die Reichweite der Idee der Zahl zu verdeutlichen."

"Idee des funktionalen Zusammenhangs

Mit Mitteln der Differentialrechnung werden Änderungen analysiert und die charakteristischen Merkmale von Funktionen ermittelt. In der Integralrechnung werden die Wirkungen fortgesetzter Änderungen untersucht."

(zitiert nach den Rahmenrichtlinien [RRL] NRW)

Man könnte sogar sagen:

die hier angedachte Unterrichtseinheit nimmt das "Herz" der Oberstufenanalysis, nämlich eben die Unendlichkeit, überhaupt erst wirklich ernst bzw. stellt es endlich gebührend in aller Überdeutlichkeit heraus.

  1. in methodischer Hinsicht

(wobei darauf verwiesen sei, dass

Ich spare mir hier die detaillierte Zuordnung der angedachten Unterrichtseinheit "Unendlichkeit" zu einzelnen Methoden, sondern erlaube mir

(in der Hoffnung, dass die Füllung unten von selbst klar wird),

nur arg pauschale einige Schlagworte aus den RRL zu nennen:

 

Das Thema "Unendlichkeit" soll weit mehr als ein Halbjahr einnehmen!
(Für die vielfältigen Ausflüge braucht man viel Zeit - und sollte sie den SchülerInnen auch ENDLICH mal lassen.)

Leitgedanken

(Mir scheint, solche durchaus erst Mal umgangssprachlich-lebensweltlichen Ober- und Grundbegriffe sollten viel deutlicher betont und regelrecht zum langfristigen Forschungsprogramm gemacht werden, also z.B. auch "funktionale Zusammenhänge" [statt "Funktionen"] oder Bild "Wahrscheinlichkeit/Zufall" [statt abstrakt "Stochastik" bzw. "beschreibende/beurteilende Statistik"].)

Damit nicht schon hier Missverständnisse entstehen: natürlich ist die Fachsystematik auch wichtig, aber sie steht bei der hier angedachten Unterrichtseinheit eben nicht am Anfang, sondern ergibt sich erst langsam bzw. wird sukzessive wünschenswert.
Dabei ist dennoch klar: wenn man den Themenschwerpunkt so sehr wie hier verschiebt, wird man fachsystematisch weniger schaffen, aber "weniger ist mehr", d.h. mit dem offenen Oberthema "Unendlichkeit" wird darauf vertraut, dass die SchülerInnen letztlich tiefer in die Unendlichkeitsproblematik und damit das, was Mathematik u.a. eigentlich "ist", aber auch in die Differential- und Integralrechnung einsteigen.

"Neben der Ablehnung irrationaler Zahlen hegte Kronecker einen tiefen Hass gegen alles, was auch nur von fern an den Begriff des Unendlichen erinnerte."
(zitiert nach: Amir D. Aczel: Die Natur der Unendlichkeit; Mathematik, Kabbala und das Geheimnis des Aleph)

(Vgl. auch, dass viele Menschen

  • noch mit der Vorstellung leben können, dass das Universum aus einem Urknall [Big Bang] entstanden und wieder in einem [Big Crunch] enden wird - was immerhin die Hoffnung auf eine kosmische "Wiedergeburt" birgt [ein pulsierende Universum, das sich immer wieder neu erschafft;

  • aber sich gegen neueste Erkenntnisse wehren, dass das Universum vielleicht ein räumlich und zeitlich unendlich auseinander fliegen wird, wobei durch Entropie nichts als ein homogener "Brei" übrig bleibt [der "kosmische Wärmetod"].)

Dieses Beängstigende wird (vielleicht insbesondere für Jugendliche?) im Begriff der unendlichen Langeweile spürbar.

Hier sei nur exemplarisch daran erinnert, dass

"[...] sich [wie Jahrtausende vorher Pythagoras] hartnäckig [bemühte], eine neue Arithmetik zu entwerfen, die die Beziehung zwischen dem Göttlichen und den Zahlen ergründete. Als wollte er den Geist des ewigen Vaters rekonstruieren, machte er sich die alte thomistische Idee über den Zusammenhang der Einzelteile zunutze, um die Grundlagen für eine neue Mengenlehre [insbesondere unendlicher Mengen] zu schaffen."
(zitiert nach: Jorge Volpi: Das Klingsor-Paradox)

... womit immerhin schon Brücken zur Theologie, Malerei und Physik geschlagen sind, ohne die das historische "Projekt Unendlichkeit" (das mühsame Ringen um den Begriff) völlig unverständlich bleiben würde.


erste Schritte

Nach einer Beschäftigung mit dem alltäglichen Verständnis des Begriffs "unendlich" sollen als erster, sehr anschaulicher Einstieg zwei  Artikel aus dem GEO-Magazin 1/2002 dienen:

Das Magazin

Bild Spektrum der Wissenschaft Spezial 1/2001: Das Unendliche

soll dann als eigentliches Standard- und Ausgangswerk des Unterrichts dienen (also nicht ein typisches Schul-Mathematikbuch), d.h. in Klassenstärke angeschafft werden.

Die Kaptelüberschriften (womit schon das weite Spektrum angedeutet wird):

Für die Anschaffung dieses Magazins gibt es mehrere Gründe: es

Dieses Magazin soll nun also als "Basislager" für davon ausgehende "Gebirgstouren" genutzt werden:

Hier soll also etwas weit über die Mathematik hinaus Exemplarisches versucht werden:

"Texterschließung" nicht nur nach den ebenso wichtigen wie doch arg ausgeleierten (und erfolglosen?) Standardverfahren
  • Hauptthesen,
  • Aufbau,
  • Verbindungen
  • ...,

sondern durch Erarbeitung der Hintergründe.

Denn das ist ja allermeist das Problem: dass SchülerInnen zwar durchaus die Textoberfläche verstehen, ihnen aber alles abstrakt und leblos bleibt, nämlich in keinen (auch lebensweltlichen) Zusammenhängen steht.

Hier sei nur kurz angedeutet, was mit "Hintergründen" gemeint ist:

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Spektrum der Wissenschaften Spezial 2/2005: Unendlich (plus eins)
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David Forster Wallace: Georg Cantor; Der Jahrhundertmathematiker und die Entdeckung des Unendlichen; Piper


Paolo Zellini: Eine kurze Geschichte der Unendlichkeit; C.H. Beck

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Christoph Drösser: Wie groß ist unendlich? Knobelgeschichten und Dankspiele aus dem Zahlenuniversum; rororo

für Kinder und Jugendliche? - na, umso besser!

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Detlef B. Linke: Das Gehirn - Schlüssel zur Unendlichkeit; Der Geist ist mehr als unser Hirn; Herder

aus zwei Gründen sehr zu empfehlen:

  1. , weil da - ohne alle Esoterik! - einem billig mechanistischen bzw. biochemischen Verständnis des Gehirns widersprochen wird, das derzeit so en vogue ist;
  2. wegen Linkes These, dass ein umfassenderes Verständnis des Gehirns überhaupt durch seine Fähigkeit deutlich wird, das Unendliche zu denken.
     

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Rudolf Taschner: Das Unendliche; Mathematiker ringen um einen Begriff; Springer

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Rudolf Taschner: Musil, Gödel und das Unendliche; Picus Verlag

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Robert und Ellen Kaplan: Das Unendliche denken; Eine Verführung zur Mathematik; Econ

 

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Amir D. Aczel: Die Natur der Unendlichkeit; Mathematik, Kabbala und das Geheimnis des Aleph; rororo
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Harro Heuser: Unendlichkeiten; Nachrichten aus dem Grand Canyon des Geistes; Teubner

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Michael Guillen: Brücken ins Unendliche; Die menschliche Seite der Mathematik; Ullstein

[nicht mehr im Buchhandel erhältlich]

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Charles Seife: Zwilling der Unendlichkeit; Eine Biographie der Zahl Null; Berlin Verlag

[womit dann nebenbei natürlich auch das unendlich Kleine Thema ist - und die Aporie der Null und der Unendlichkeit; eine Aporie, die durchaus angegangen statt klammheimlich beseitigt werden sollte]

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John H. Conway, Richard K. Guy: Zahlenzauber; Von natürlichen, imaginären und anderen Zahlen; Birkhäuser

darin: Kapitel 10 Unendlich große und unendlich kleine Zahlen

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Herbert Meschkowski [Hrsg.]: Das Problem des Unendlichen; Mathematische und philosophische Texte von Bolzano, Guberlet, Cantor, Dedekind; dtv

[nicht mehr im Buchhandel erhältlich]

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R. Peter: Das Spiel mit der Unendlichkeit; Verlag Harri Deutsch
Bild Eli Maor: Infinity and Beyond; Princeton University Press

[dieses Standardwerk zur Kulturgeschichte der Unendlichkeit ist leider noch nicht auf Deutsch erschienen]

 

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mathematiklehren 112, Juni 2002; Themenheft "unendlich"

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John D. Barrow: Einmal Unendlichkeit und zurück; Was wir über das Zeitlose und Endlose wissen; Campus

Bild Rudolf Kippenhahn: Eins, zwei, drei ... unendlich; Eine Reise an die Grenzen der Mathematik; Piper

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Literaturverzeichnis zum Thema "Unendlichkeit"

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Das unendlich Große in der Mathematik
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Ernst Peter Fischer: Schrödingers Katze auf dem Mandelbrotbaum; Durch die Hintertür zur Wissenschaft; Pantheon

darin S. 147 ff: "Umgang mit dem Unendlichen"


Spektrum der Wissenschaft, 3-09
Bild Textauszug

sowie geeigneter Internetlinks
(was Online-Recherchemöglichkeiten in der Mediothek impliziert):

Bild "Was ist Unendlichkeit?"
Bild Jörg Rudolf: Fächerverbindendes Projekt Unendlichkeit (Mathe/Religion/Philosophie)
dort auch massenhaft weiterführende Links:
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Raphael Busch: Die Unendlichkeit und ihre Hierarchie in der  Schul-Mathematik

Am Ende sollte unbedingt ein äußerlich sichtbares bzw. anfassbares Erfolgserlebnis stehen.

Zum methodischen Vorgehen siehe Bild "Selbstlernen radikal".


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(David Hilbert; vgl.  Bild Rudolf Sponsel: Materialien zur Kontroverse um "das" Unendliche)


PS: Am Ende der Unendlichkeit
Eine Expedition von Martin Oelbermann
Uraufführung

Drei Abenteurer begeben sich auf eine gefährliche Reise in das Labyrinth der Unendlichkeit. Sie verlieren sich dabei in schwarzen Löchern, bleiben in den Fangnetzen mathematischer Beweise stecken, träumen sich in die Welt antiker Paradoxien und beamen sich in die Gehirne von Hawking, Gauß und Gödel. Sie fahnden nach dem heiligen Gral der Mathematik – dem verborgenen Muster im Rhythmus der Primzahlen (es lockt eine Prämie von 1.000.000 Dollar) – und verheddern sich in den vibrierenden Fäden der Stringtheorie. In dieser Welt ohne Rand ist der einzige Halt in den kaleidoskopischen Klängen einer Band zu finden, die die Große Vereinheitlichende Melodie probt.
Der Versuch, die Unendlichkeit zu fassen, treibt die Denker seit Urzeiten in den Wahnsinn. Jetzt, da sich das Universum immer schneller ausdehnt, es aber trotzdem immer schwieriger wird, einen Parkplatz zu finden, kämpfen Mathematik, Musik, Theologie, Physik und Philosophie eifersüchtig um neue Erkenntnisse. Zeit für ein Theaterstück zum Thema; so laßt uns denn einen Apfelkuchen backen.
(zitiert nach Bild )