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Die Physik hinter der Illusion

Zauberei und Magie haben die Menschen schon seit jeher fasziniert und in eine andere Welt mitgenommen – ganz besonders auch deshalb, weil die Gesetze der Physik anscheinend mühelos außer Kraft gesetzt werden können.

Ein Beitrag von Prof. Dr. Michael Schreckenberg

Geht man nach der gängigen Vorstellung von Magie, so bewegt sie sich genau in dem Raum, den die „strengen“ Naturwissenschaften der zwanglosen menschlichen Fantasie zur Entfaltung übrig gelassen haben. Hier kann sich praktisch jeder Mensch frei bewegen und anscheinend Dinge tun, die für unmöglich gehalten werden. Daraus resultiert dann das „magische Moment“, bei dem die Münder offen stehen und die Köpfe zu rauchen beginnen. Dabei geht es häufig nur um die Vortäuschung von übernatürlichen Kräften oder Fähigkeiten durch Manipulation und Geschicklichkeit. Die beobachtende Person vergleicht dabei ihre Erwartung zu einem Ergebnis einer Aktion mit dem tatsächlich eingetretenen und kommt zu dem falschen, aber beabsichtigten Schluss: Das geht doch gar nicht!

Magie der Physik

Schaut man sich einige physikalische Phänomene genauer an, so übersteigen auch sie schon das menschliche Vorstellungsvermögen. Dabei geht es nicht einmal um die ganz großen kosmischen Objekte wie schwarze Löcher oder die vierdimensionale (gekrümmte) Raum-Zeit. Auch im ganz Kleinen versagt unsere Vorstellungskraft bei dem Wechselspiel beispielsweise zwischen Welle und Teilchen. Bis heute hat man es trotz aller Anstrengungen nicht geschafft, eine zusammenhängende Theorie für die Physik im ganz Großen und ganz Kleinen zu entwickeln.

Aber selbst in unserer direkten Erfahrungswelt passieren Dinge, die sich unserer Vorstellungskraft weitgehend entziehen. Ein populäres Beispiel, das immer wieder gerne auch im Unterricht eingesetzt wird, ist der „fliegende Zug“. Dabei schwebt als Zug ein supraleitender „Container“, mit flüssigem Stickstoff zur Kühlung gefüllt (unter -180 Grad Celsius), über einer Magnetbahn. Der Effekt ist beeindruckend, er hebt aber keineswegs die Gesetze der Physik aus den Angeln – obwohl die Erklärung einiges an Vorstellungskraft erfordert.

Man kann die Physik aber auch als eine Art „Wahrsagerei“ mit einer sehr hohen Trefferquote ansehen. In der Tat helfen die physikalischen Gesetze im Grunde hauptsächlich dabei, bei Experimentieranordnungen oder einfach bei alltäglichen Geschehnissen (man denke an die vielen Ballsportarten) verlässliche und mehr oder weniger präzise Vorhersagen zu machen. Aber wissenschaftliche Fortschritte basieren häufig auf Experimenten, deren Ergebnisse überraschend und von der Erwartung abweichend sind. Das wirkt dann auch magisch. „Verstehen“ kann man die Gesetze selbst sowieso nicht. Ein gutes Beispiel dafür ist die Quantenmechanik, die mittlerweile über 100 Jahre existiert. Sie liefert lediglich Rechenvorschriften, aber keine befriedigende anschauliche Erklärung für die Hintergründe.

Wie die Magie entsteht

Das Zentrum der Zauberei ist eindeutig die Täuschung. Sie besteht aus einer bewussten und mit verschiedenen Mitteln konstruierten Irreführung der Zuschauer:innen. Man spricht dann auch häufig von Illusion. Bei den Täuschungen kann man zur besseren Orientierung zwischen drei Arten unterscheiden: den Sinnes-, den Wahrnehmungs- und den Denktäuschungen. Alle drei haben etwas mit Physik zu tun.

Elementare Sinnestäuschungen basieren beispielsweise auf der Trägheit des menschlichen Auges. So besteht zwischen dem Eintreffen von Licht auf der Netzhaut und der Wahrnehmung eine zeitliche Lücke (Latenz) von einer Zehntelsekunde. Um diesen Rückstand aufzuholen, versucht das Gehirn über diese Zeit in die Zukunft zu projizieren, um in der Realität anzukommen.

Bild der Hering-Täuschung, bei der von einem zentralen Punkt Strahlen in alle Richtungen ausgehen
Inmitten der dichten Strahlen wirken die beiden Parallelen in der Mitte „ausgebeult“ | © Mabit1

Im Alltag hilft das ungemein, beim Treppensteigen oder auch im Sport bei der Ballbewegung (Torhüter:innen hätten sonst noch schlechtere Karten!). Andererseits aber öffnet diese Zeitlücke Tür und Tor für Illusionen, und zwar genau dann, wenn die Realität nach der Zehntelsekunde nicht mit unserer Projektion übereinstimmt. Bei der Zauberei geschieht dies dynamisch durch die Geschwindigkeit einer Handlung, die im Detail nicht nachvollzogen werden kann.

Ein statisches Beispiel dafür ist die Hering-Täuschung, bei der von einem zentralen Punkt Strahlen in alle Richtungen ausgehen. Legt man nun zwei parallele Linien horizontal ober- und unterhalb des zentralen Punktes durch das Bild, so wirken diese in der Mitte „ausgebeult“. Das Gehirn impliziert mit den Strahlen eine Bewegung nach außen, die aber aufgrund der Statik des Bildes nicht stattfindet. Die Strahlen nehmen die Linien sozusagen ein wenig in ihre Richtung mit.

Eine Wahrnehmungstäuschung liegt vor, wenn die Zuschauer:innen von der eigentlichen Handlung so weit abgelenkt werden, dass sie davon nichts mitbekommen. Hier kommt es also auf die Performance der Magierin oder des Magiers an, das Verschwinden eines Gegenstandes durch eine Aktion an einer ganz anderen Stelle zu kaschieren.

Buchtipps

Jochen Zmeck: Handbuch der Magie, Henschelverlag 1990
Ehrhard Behrends: Der mathematische Zauberstab, Rowohlt Verlag 2015
Ehrhard Behrends: Der große mathematische Zauberstab, Rowohlt Verlag 2024
Al Seckel: Optische Illusionen, Tosa 2017

Das Gehirn hilft mit

Die Denktäuschung bedient sich der (altersbedingten) Bequemlichkeit unseres Gehirns, aufgrund unserer Erfahrung Dinge nur durch wenige Anfangsbeobachtungen selbst fortsetzen zu können. Eine äußerst hilfreiche Eigenschaft, beispielsweise im Straßenverkehr. Verschwindet ein Fahrzeug in Bewegung hinter einem Objekt, so denken wir die Fahrt fort und erwarten das Erscheinen am anderen Ende des Objektes. Die Erfahrung lehrt, dass dies der Normalfall ist, Ausnahmen bestätigen aber auch hier die Regel (angehalten, abgebogen etc.).

Gezeigt werden kann der Effekt beispielhaft, indem man hinter einer Pappe auf gegenüberliegenden Seiten in der Horizontalen zwei Stockenden herausragen lässt. Die meisten denken dann, es handele sich um einen einzigen durchgehenden Stab.

Oder man wirft mehrere Male einen Ball in die Luft und fängt ihn wieder auf, aber beim letzten Mal macht man nur die Armbewegung ohne Ballwurf, der Ball scheint dann in der Luft verschwunden zu sein. Viele Zaubertricks basieren auf dieser Art der „Vervollständigung“, die im normalen Alltag ja tatsächlich auch hilft. Bei Kindern funktionieren diese Tricks nur sehr bedingt, da ihr Gehirn noch offen ist für Überraschungen und diese Situationen nicht schon fest gespeichert hat.

Shepard-Tische: Zwei gleich große Tische, deren Oberfläche jedoch unterschiedlich groß wirken
Die Flächen der Shepard-Tische erscheinen deutlich unterschiedlich | © tables
Shepard-Tische: Legt man die unterschiedlich groß erscheinenden Flächen übereinander, sieht man, dass sie in Wahrheit gleich groß sind
Legt man sie jedoch übereinander, erkennt man, dass sie identisch sind | © tables

Im Übrigen zeigt sich dabei auch wieder, dass das Gehirn enorme Mengen an Energie verbraucht (ca. 20 Prozent der gesamten Körperenergie), was schnell zum Ausschalten bei Standardprozessen führt. Das geht sogar so weit, dass wir durch das Leben in einer „rechteckig“ gebauten Welt keinen Blick mehr für das „Runde“ haben. Die Coffer-Illusion zeigt diesen Effekt nachdrücklich. Am krassesten aber sind wohl die Shepard-Tische, die tatsächlich identische Flächen haben. Das kann man durch Nachmessen einfach überprüfen (aber nicht verstehen!). 

Die Coffer-Illusion

Dass viele Menschen den Blick für das „Runde“ verloren haben, zeigt die Coffer-Illusion auf eindrucksvolle Weise:

Das Spiel mit den physikalischen Gesetzen

Die Zauberei hat vielfältige Ausprägungen, die auf Fingerfertigkeit, mathematischen Zusammenhängen, psychologischer Manipulation, aber eben auch auf der Umgehung physikalischer Gesetze basieren. Da erscheinen, verschwinden oder wandern Gegenstände, durchdringen sich gegenseitig, werden kleiner oder größer, und am Ende ist das durchschnittene Seil wieder in einem Stück. Bei jedem dieser Tricks lassen sich sehr schön die Verletzungen der Gesetze behandeln. Das sind zum einen Erhaltungssätze, zum anderen die (Nicht-)Wirkung von Kräften. Am beliebtesten dabei ist wohl die Aufhebung der Schwerkraft durch schwebende Gegenstände oder sogar Menschen.

Entscheidend ist aber jeweils die Täuschung; auch sie (oder gerade sie) benutzt physikalische Hilfen wie Spiegel, Farbspiele, geschickte technische Konstruktionen oder Magnete, um nur einige zu nennen. Unzählige Videos gibt es zu Zaubertricks im Netz, wenige aber zur Analyse. Da bleibt dann viel Raum zur Diskussion. Aber im Hinterkopf sollte immer die Erkenntnis bleiben, dass auch genau dort die Täuschung ihren Ursprung hat.

Porträt des Autors Prof. Dr. Michael Schreckenberg

Prof. Dr. Michael Schreckenberg

studierte Theoretische Physik an der Universität zu Köln und hatte bis 2025 an der Universität Duisburg-Essen die erste und einzige Professur weltweit für Physik von Transport und Verkehr. Seit über 30 Jahren beschäftigt er sich mit der Analyse, Modellierung, Simulation und Optimierung von Verkehr in großen Netzwerken. 

Headerbild | © Freepik

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