Jun 192014
 

Naturwissenschaft und Naturgesetz – das Modell einer wissenschaftlichen Grundproblematik

[Philosophie, Naturwissenschaft]

Wissenschaft ist geschichtlich geworden. Nach den Jahrhunderten von (verstandesmäßiger) Finsternis, Unkenntnis und Aberglauben sei in der Neuzeit endlich der Schleier von den Dingen genommen, und das Licht der Vernunft („enlightenment“) mache endlich Natur und Mensch erkennbar, wie sie „wirklich“ sind. Diese vereinfachte, aber im Grunde allgegenwärtige Meinung ist eine selbstrechtfertigende Konstruktion, ein moderner Mythos. Der Prozess der Wissenschaft selber, die Anerkennung bestimmter Kategorien, Methoden und Überzeugungen, ist eine geschichtliche Gegebenheit. Sie entstand und verändert sich wie alles, was dem Wandel der Geschichte unterworfen ist. Was heute als Höhepunkt menschlicher Erkenntnis gefeiert wird, kann morgen überholt oder dem Vergessen übergeben sein. Daran ändert auch das „allwissende“ Internet nichts.

Erkenntnis als Wissenschaft sucht nach Gesetzen. In den Naturwissenschaften sind Gesetze dann formuliert, wenn es mathematische Gleichungen bzw. Berechnungen (Algorithmen) gibt, die einen bestimmten Zusammenhang von Dingen oder Zuständen beschreiben und das Verhalten natürlicher Erscheinungen zuverlässig vorher sagen können. So kann aufgrund des Gravitationsgesetzes (Newton, Einstein) das Verhalten von Körpern berechnet, das heißt ihr Bewegungsverlauf zutreffend beschrieben und voraus gesagt werden. Auch die Wissenschaften des Humanen und Sozialen suchen möglichst exakte Gesetze, die das Verhalten des Menschen (Psychologie, Pädagogik) oder einer Gruppe von Menschen (Ethologie, Soziologie, Ökonomie) zutreffend beschreiben und vorher sagen können.

Die zuverlässige Beschreibung und Fähigkeit zur Vorhersage durch wissenschaftliche Aussagen und Gesetze machen es möglich, die Welt der Natur und der Gesellschaft durch technische Erfindungen zu beeinflussen und zu gestalten. Insofern ist Technik im umfassenden Sinn (als technisches Instrument ebenso wie als Verfahren, Fähigkeit, gesteuerter Veränderungsprozess) von der Wissenschaft, speziell von der Naturwissenschaft, ihren Gesetzen und Algorithmen abhängig. Wissenschaft und Technik bedingen einander wechselseitig und gehören zusammen zum modernen Weltbild.

Gerade die viel gesuchten Gesetzmäßigkeiten scheinen die Gewissheit zu garantieren, Wirklichkeit „richtig“ darzustellen. Der technische Erfolg bestätigt diese Zuverlässigkeit immer wieder aufs Neue. Wirklich ist, was seiner Struktur nach als gesetzmäßig erkannt und dessen Verhalten berechnet werden kann. Im Labor wird natürliches Verhalten unter genau vorgegebenen Ausgangsbedingungen simuliert. Nur in solchen Experimenten können Gesetze aufgestellt und verifiziert werden. Wo es kein Experiment gibt und Laborbedingungen nicht herstellbar sind (Kosmos, teilweise Organismen), können Gesetze nur annähernd formuliert und vermutet werden. Das ist der Grund dafür, dass zum Beispiel in der Elementarteilchenphysik Unsummen für riesige Apparaturen (Beschleuniger wie den LHC am CERN) aufgewandt werden, die den Kosmos gleichsam ins Labor bringen sollen.

Am Naturgesetz muss also einiges dran sein, wenn alle Anstrengung darauf verwandt wird, – wie man so schön sagt – der Natur ihre letzten Geheimnisse zu entlocken. In dieser Redeweise kommt das Bewusstsein zum Ausdruck, wissenschaftliche Erkenntnis und Methodik könnten die Natur durchschauen, indem ihre Gesetzmäßigkeiten aufgedeckt, enthüllt werden. Sie waren offenbar immer schon da, und wenn irgendetwas als „ehern“ gilt, dann ein Naturgesetz. Leider ist das in Wahrheit überhaupt nicht der Fall.

Kunstformen der Natur

Ernst Haeckel, Kunstformen der Natur, Ascidiacea, 1904 (Wikimedia)

Schon der Begriff „Naturgesetz“ ist äußerst problematisch. Gesetze werden gegeben, erlassen, aufgestellt – wer hat das in der „Natur“ getan? Gesetze regeln etwas und ahnden Übertretung – wer „regelt“ die Natur und bestraft Missachtung ihrer Gesetze? Oder ist der Begriff nur metaphorisch gemeint? Das lässt sein normaler Gebrauch aber kaum erkennen. Naturgesetze gelten – ganz ohne Basta. Aber vielleicht sind ja Naturgesetze nur Regularien, nach denen die Natur eben verläuft. Aber das macht alles nur schlimmer, weil dann unverständlich wird, wie weit genau die Regeln der Natur gelten, ob Natur auch anders kann, und warum es in der Natur eben doch, wenn wir experimentieren und messen, wirklich sehr, sehr genau zugeht. Mathematisch genau. Natur ist das Buch, dessen Sprache die Mathematik ist, hat (zumindest auch) Galilei gesagt. Wer oder was zwingt die Natur, womöglich dann auch soziale Zusammenhänge, in die mathematischen Formeln und zahlenmäßigen Relationen? Warum trifft der mathematische „Grundsatz“ der Gleichung offenbar die natürliche Wirklichkeit so genau?

Dazu gäbe es viel zu sagen und viel zu fragen, was die Selbstverständlichkeit, mit der wir von der Zuverlässigkeit wissenschaftlicher Methodik ausgehen, ins Wanken bringen könnte. Nur in zwei Richtungen einige Bemerkungen. Das Naturgesetz ist selber ein geschichtlich gewordener Begriff. Die altgriechische Kultur und Wissenschaft kannte das Gegenüber von Nomos (Gesetz) und Chaos (Zufälliges). Gesetze waren das, was eine menschliche Sozialität regelte, was das Verhalten Einzelner zu einer Gemeinschaft, der Polis, verband. Gerade Aristoteles, der große Philosoph der primären Natur und der Nach-Natur (Metaphysik) kannte in diesem Zusammenhang nicht den Begriff Gesetz, sondern allenfalls Taxis, Ordnung. In der Biologie kommt dieser Begriff heute noch als Taxonomie vor und macht damit deutlich, dass es dabei um eine vom menschlichen Beobachter gestiftete Ordnung geht: Ordnungsprinzipien in der Liste des Lebendigen, Tieren wie Pflanzen. Wesensmäßig entscheidend war für Aristoteles die Form, die der Substanz ihre konkrete Dinglichkeit verleiht. Erst im ausgehenden Mittelalter, genauer mit Francis Bacon, begann man, statt von den substantiellen Formen vielmehr von den Gesetzen zu sprechen, die das Schwere, die Wärme, das Licht usw. ausmachen. Kepler und Leibniz versuchten, damit die entdeckten Harmonien der Natur zu beschreiben, und die Taxis, die natürliche Ordnung, schien nun etwas der Natur durchgehend Inhärentes, Gesetzmäßiges zu sein.

Aber ist es auch etwas der Natur Immanentes? Und wenn ja, wer hat es dann in die Natur hinein gebracht? Für Kepler, Newton, Descartes und fast alle Philosophen und Wissenschaftler bis weit ins 19. Jahrhundert hinein war es Gott. Ohne den Gottesgedanken (Theismus) schien man gerade auch in der Naturwissenschaft nicht auszukommen. Zuletzt brauchte man ihn noch als Verursacher dessen, was dann wie ein Uhrwerk in der Natur gesetzmäßig abläuft (Deismus). Zumindest macht es unter der Voraussetzung des Wirkens Gottes (als „Schöpfer“) wenigstens Sinn, von Naturgesetzen zu sprachen. Gott ist dann genau derjenige, der als Gesetzgeber, als wahre Wirklichkeit hinter der vordergründigen Wirklichkeit der Natur, zum Vorschein kommt. Darauf hat insbesondere Albert Einstein immer wieder hingewiesen. Sein oft zitierter Satz „Gott würfelt nicht“ war sehr viel mehr als ein Bonmot. Die moderne, methodisch atheistische Wissenschaft („etsi Deus non daretur“) spricht statt von Schöpfung, Schöpfer oder Erstbeweger lieber von Kausalität, Zufall und Selbstorganisation der Materie. Die Naturgesetze sind dann genau die Gesetzmäßigkeiten der Selbstorganisation, die Zufall und Chaos einschließen. Dabei wird allerdings leicht übersehen, dass man damit das Problem nur verschiebt, denn was soll das „Selbst“ in Selbstorganisation denn sein? Oder endet die Frage bei dem brutum factum, dass die Natur immanent eben so ist, basta? Ein Basta des Immanentismus als Naturgesetz? Und was bedeutet dann die zeitliche Veränderung sogar von Naturkonstanten, wie man vermutet?

Der zweite Fragenkreis betrifft den alten und keineswegs gelösten Streit zwischen Realismus und Nominalismus, anders und moderner formuliert zwischen objektivem Naturalismus und Konstruktivismus. Die alltagssprachliche Redeweise geht von einer natürlichen Objektivität aus, der gemäß wir die Gesetze der Natur „entdecken“. Sie liegen also in der Natur verborgen, sind ihr nicht nur immanent, sondern eignen ihr wie, ja eben wie früher die Form den Substanzen. Naturgesetze sind „da“. Meist geht diese Auffassung Hand in Hand mit der Auffassung, auch die Welt der Mathematik, der Zahlen und geometrischen Körper, sei etwas objektiv Gegebenes, „draußen“ Vorhandenes. Eigentlich ist dies Idealismus pur, versteckt im harten Naturalismus. Diese Ansicht ist allerdings nicht zuletzt durch Immanuel Kant fraglich geworden. Kant ist Gott samt die objektiven Ideen dadurch los geworden, dass er sie als Regularien des Verstandes definiert hat. Eigentlich ist es erst der Verstand des Menschen, der die gesamte Welt als erkennbare Welt schafft. Raum und Zeit sind nicht „da draußen“, sondern „reine Formen der Anschauung“. Außerhalb des Verstandes gibt es für Kant nur die strukturlose Empfindung der Sinne in der reinen Anschauung. „Anschauungen ohne Begriffe sind blind“, schreibt Kant, d.h. erst der Verstand bringt mit seinen Kategorien und Begriffen Sinn und Struktur in die Welt, die dadurch allererst erkennbar wird. Allerdings gilt für Kant auch das Umgekehrte: „Begriffe ohne Anschauung sind leer“, will sagen das reine, idealistische Denken ist ein Trugbild, sofern es immer schon (a priori) von der Sinneserfahrung ausgeht. Auf den Begriff der Gesetze in der Natur angewandt, wären diese also Verfahren und Regeln des Verstandes, um die Welt überhaupt erst erkennbar zu machen. Zugespitzt gesagt müsste es heißen: Wir schaffen Naturgesetze, wir entdecken sie nicht. Wir schaffen die Mathematik, wir definieren die Zahlen und Verknüpfungsregeln, wir entdecken sie nicht. Zumindest was die Philosophie der Mathematik angeht, sticht man mit solchen Aussagen in ein Wespennest divergierender Auffassungen.

Die Fragen ließen sich noch erweitern. Kann man überhaupt von Laborergebnissen auf die Verhältnisse „draußen“ in der Natur schließen? Gelten Gesetze dann nur unter klar definierten Ausgangs- bzw. Rahmenbedingungen, die allerdings normalerweise nie so vorkommen? Was würde es bedeuten, wenn  auch die Naturgesetze, also die natürlichen Strukturen, die solche Gesetze mathematisch beschreiben, selber geschichtlich sind, also einer Veränderung in der Zeit unterliegen? Deuten sich nicht geringe Abweichungen der sogenannten Naturkonstanten (an sich schon ein Rätsel, weil nicht weiter ableitbar) im Verlauf der beobachtbaren Zeit des Kosmos an? Damit ist noch nicht einmal die geschichtliche Bedingtheit bestimmter Theorien und Modelle gemeint, die sowieso jeweils dem „Stand der Wissenschaft“ angepasst werden müssen. Wissenschaft lebt von und mit der Veränderung. Was Wunder, wenn nicht auch die Kategorien und Modelle der Wissenschaften selber, also ihre Grundlagen und Grundannahmen, dem geschichtlichen Wandel unterworfen sind. Auch Newton hätte einen ihn korrigierenden Einstein kaum vermutet. Die modernen Chemiker und Biologen wehren sich in der Grundlagenforschung vehement gegen die in der Physik aufgestellten zeitlich reversiblen Symmetrien. Ilya Prigogine und Manfred Eigen haben gezeigt, wie stark der Faktor Zeit, also der nicht-reversible Pfeil, die Abläufe in der Natur, insbesondere der Thermodynamik offener Systeme bestimmt. Merkwürdig, dass ein Großteil der modernen Philosophie, wenn sie die Zusammenarbeit mit der Naturwissenschaft sucht, ausschließlich den Physikalismus im Visier hat. Das ist offenbar viel zu kurz geschlossen.

Insofern ist der Begriff Naturgesetz*) eigentlich sehr gut geeignet, oft verdeckte oder ignorierte Problematiken und unausgesprochene Voraussetzungen sichtbar zu machen. Natur und Gesetz – wie geht das zusammen? Eine wirklich spannende Frage! **)

*) Eine gute Darstellung der Begriffs- und Problemgeschichte bietet der Zürcher Philosoph und Wissenschaftshistoriker Michael Hampe, Eine kleine Geschichte des Naturgesetzbegriffs, Suhrkamp, 2007.

**) Gerade finde ich im FAZ.NET einen Beitrag vom 16.06.2014, der ausgezeichnet zum Thema passt: Sibylle Anderl, Der gestirnte Himmel über uns.

Jun 092014
 
Der Anfang der Naturwissenschaft

Über Wirklichkeit, Weltanschauung und andere Möglichkeiten [Philosophie] Naturwissenschaft ist Wissenschaft schlechthin. So stellt es sich für uns heute dar. Im Englischen wird dieser Anspruch durch den exklusiven Begriff „science“ ausgedrückt. Dem entspricht das weithin geteilte Selbstverständnis, der Mensch habe mit der Naturwissenschaft ein zuverlässiges, allgemein gültiges Instrument zur Erfassung, Beschreibung und Erklärung der Wirklichkeit gewonnen. Was immer „wirklich“ zu sein beansprucht, muss sich am naturwissenschaftlichen Anspruch messen lassen. Gelingt dies, kann es als Tatsache anerkannt werden. Die klassischen Werkzeuge der Naturwissenschaft sind Theorie und Experiment. Die Theorie muss in einer exakten Sprache verfasst sein, die allgemein gültig, d.h. regelgeleitet und für jedermann rational nachprüfbar ist. Diese Sprache ist die Mathematik. Im Experiment werden postulierte Zusammenhänge oder Wirkungen in einer bestimmten, genau dokumentierten Versuchsanordnung verifiziert. Auch hier gilt das Prinzip der Allgemeingültigkeit, dass unter den gegebenen Ausgangsbedingungen dieselben Ergebnisse an jedem Ort zu jeder Zeit erzielt werden können. Ein Verhalten von Dingen, das nicht im Labor […]