Jul 092014
 

 Naturwissenschaft auf dem philosophischen Prüfstand (4)

[Philosophie, Naturwissenschaft]

Das heutige naturwissenschaftliche Weltbild hat vielerlei Voraussetzungen und Implikationen. Dazu habe ich einiges bereits in den letzten drei Blogbeiträgen ausgeführt. Ich werde in diesem und den nächsten Beiträgen drei weitere Aspekte betrachten: die Objektivität im Experiment, die Organisation im Zufall, die Offenheit der Erfahrung, und möchte daraufhin  – vielleicht ein wenig zusammenfassend – Wissenschaft überhaupt als Sinnstiftung auf dem Hintergrund der Erfahrung kontingenter Zusammenhangslosigkeit verstehen.

Spannend nachzuvollziehen ist das geschichtliche Auftreten des Experiments bei dem Bemühen, die Dinge der Welt, insbesondere der Natur, besser zu verstehen. Galilei war der erste, der dies programmatisch tat, und er knüpfte damit in mancher Hinsicht an Archimedes an, den großen Techniker und Konstrukteur. Ganz anders war die klassische, griechisch-römische Behandlung der Natur verfahren. Ebenso wie den frühen Naturphilosophen ging es Aristoteles wesentlich um Beschreibung der Natur, gewonnen aus der Beobachtung und durch Begriffe und Kategorien geordnet. Dies blieb lange Zeit so. Noch in den Enzyklopädien des 17. Jahrhunderts zeigt sich die Freude am rein deskriptiven Auflisten all dessen, was es gibt und was man kennt. Zusammenhänge waren solche der gestifteten Ordnung (Taxonomien), weniger der Begründung oder gar der kausalen Verknüpfung. Das Experiment war etwas Neues; es stellte den Dingen der Natur gewissermaßen ‚Aufgaben‘. Ein natürliches Verhalten, ein Bewegungsablauf (das Pendel zum Beispiel), sollte nicht nur beschrieben, sondern aufgrund von klar definierten Rahmenbedingungen hergestellt werden. Diese Rahmen- oder Ausgangsbedingungen garantierten die Regelmäßigkeit dessen, was beim Experiment auftritt. Die stets gleiche und unter gegebenen Bedingungen jederzeit wiederholbare Regelmäßigkeit konnte dann als „Gesetz“ gefasst und mathematisch formuliert werden. Dass die Mathematik selber in der Geometrie die Anschauung von Regelmaß und Harmonie lieferte, kam erleichternd und erklärend hinzu. Das Wechselspiel der Regelmäßigkeit natürlicher Bewegungen (Planeten, Pendel usw.) und mathematisch abgebildeter Harmonie oder Symmetrie (Gleichungen) ließ zur Beobachtung und Beschreibung etwas Neues hinzu treten: die Erklärung. Das im Experiment erkundete Naturgesetz lieferte nun auch die logische wie sachliche Erklärung dafür, warum es sich in der Natur eben so und nicht anders verhielt. Wenn dieser Zusammenhang einmal erkannt war, konnte der naturgesetzliche Sachverhalt  auch zur berechnenden Voraussage (Planetenbewegung, Kalender) und zur technischen Reproduktion und „Anwendung“ genutzt werden. Der Schritt von der Beobachtung zur Erklärung (= kausalen Herleitung) eröffnete der technischen Handhabung und Nutzung der Naturkräfte allererst ihre vielfältigen Möglichkeiten. Zugleich bewies die technische Konstruktion die Richtigkeit der naturgesetzlich formulierten Regularität.

Archimedes-Schrauben CC by  John Firth

Archimedes-Schrauben CC by John Firth

Aber was war nun eigentlich das so entdeckte Naturgesetz? Was verstehen wir heute darunter ¹) ? Nach wie vor ist das Experiment entscheidend für die Formulierung eines Naturgesetzes, nach wie vor ist die Mathematik die ausgefeilte Sprache, in der ein Naturgesetz formuliert wird, und nach wie vor deutet eine das Experiment begleitende Theorie das so erhobene naturgesetzliche Verhalten in einer möglichst kohärenten Anschauung, einem Weltbild, Paradigma oder „Standardmodell“. Thomas S. Kuhn hat in seiner Arbeit über die wissenschaftlichen Revolutionen auf die jeweilige Konvention verwiesen, die ein Paradigma in der Gruppe der Wissenschaftler begründet und die ein Paradigmenwechsel über den Haufen werfen muss. Konvention ist aber eine soziale Kategorie dessen, was zu einer gegebenen Zeit unter gegebenen Umständen üblich und zu erwarten ist. Wie kann aber eine Konvention zur Formulierung von Naturgesetzen führen? Sie kann es genau dann, wenn es sich bei den sogenannten Naturgesetzen weniger um von einem Gott erlassene „Gesetze“ handelt als vielmehr um die übereinstimmenden Regeln und konkreten Bedingungen (wenn – dann) eines experimentellen Vollzugs. Nimmt man diese Verknüpfung von Experiment und Regularität ernst, dann ist ein daraus gewonnenes „Gesetz“ eine Verallgemeinerung, die aus einer Regieanweisung für einen Einzelfall (Experiment) abgeleitet wird. Die große Frage ist sogleich, was zu dieser Verallgemeinerung berechtigt, was also den experimentellen Einzelfall zu einer Instantiierung eines Allgemeinen, einer Universalie, macht. Hier zeigt sich eine weitere, sehr weit reichende und grundsätzliche Voraussetzung dessen, was „Naturgesetz“ genannt wird, nämlich die Annahme eines realen Allgemeinen, womöglich einer natürlichen Universalität und Ganzheit, deren konkrete Einzelfälle in den Experimenten „entdeckt“ werden können. Wenn man einen solchen naturalistischen Idealismus (!) bezweifelt, dann ist die Frage berechtigt, ob aus den Regularien einzelner Experimente, deren „reine“, also störungsfreie, abgeschottete Laborbedingungen die Reproduzierbarkeit garantieren, überhaupt auf Allgemeingültiges in naturgegebenen Zusammenhängen geschlossen werden darf. Es erhebt sich also das Grundproblem aller Induktion, dass sie nur Aussagen über Einzelfälle und Wahrscheinlichkeiten zulässt.

Als Regieanweisung für experimentelle Verfahren und daraus zu gewinnende Befunde geben die sogenannten Naturgesetze also viel weniger her, als im naturwissenschaftlichen Weltbild behauptet wird. Sie sind weniger „ehern“ als vielmehr konventionell, das heißt nach übereinstimmenden Verfahren erwartete Regularitäten, die jeweils dann verändert werden, wenn unerwartete Befunde (Planck) oder neue theoretische Modelle (Einstein) einen „besseren“ Zusammenhang der Regularitäten und ihrer Deutung stiften. Dabei wird auch klar, dass hinsichtlich der Naturgesetzlichkeiten die technische Machbarkeit, das experimentelle Arrangement und die weiter gehende technische Nutzung („Umsetzung“, „Anwendung“) aufs engste miteinander verknüpft sind. Man wird hier von einem Wechselverhältnis sprechen können, das die reproduzierbaren Regularitäten, mathematischen Formulierungen und technischen Konstruktionen verbindet und von einander abhängen lässt. Jedenfalls liegt hier ein konstruktivistisches Denk- und Weltmodell sehr viel näher als ein universalien-realistisches, das Naturgesetze objektiv als Tatsachen vorstellt. So gesehen steht das objektivistische naturwissenschaftliche Weltbild auf recht tönernen Füßen. Eine Weltanschauung lässt sich damit schon gar nicht begründen, es sei denn man hat sie bereits.

Eine weitere Einschränkung der Objektivität im Experiment geschieht durch den beteiligten Beobachter. Die Interaktion von Beobachter und Beobachtetem ist besonders in der Quantenphysik bei der Beschreibung von Superpositionen (siehe den Messprozess in der Quantenmechanik) prominent geworden. Hier ist die im Experiment erhobene Messgröße nicht unabhängig vom Beobachter, der misst; die Messung selber wird komplementärer Teil des Experiments. Was in der Quantenmechanik als Interaktion innerhalb eines physikalischen Systems, zu dem der Experimentator dazu gehört, beschrieben wird, gilt in abgewandelter Form aber für jedes Experiment. Die experimentelle Anordnung im Labor ist gewissermaßen die Frage des Experimentators an ein konkretes Naturverhalten, und zwar eine Frage, die eine bestimmte Antwort erwartet bzw. erwartbar macht, auf die hin eben das Experiment angelegt ist. Interessant sind dann die Fälle, in denen die Antwort gar nicht oder unerwartet erfolgt. Dennoch lässt das Experiment aufgrund seiner genau vorgegebenen Bedingungen nicht jedes mögliche Ergebnis zu („ergebnisoffen“), sondern nur diejenigen Ergebnisse, die im Rahmen der Laborbedingungen und der zugrunde liegenden Theorie des Experimentators überhaupt auftreten können. Im Idealfall ist das Labor ein physikalisch geschlossenes System, in dem nur bestimmte Wirkungen passieren und entsprechend gemessen werden können. Unter natürlichen Bedingungen kommen solche geschlossenen Systeme allerdings nicht vor. Es lässt sich daher fragen, inwiefern die auf diese experimentelle Weise gewonnenen Resultate überhaupt unter offenen, natürlichen Bedingungen allgemein gültig sein können, so dass daraus ein Gesetz abgeleitet werden kann. Darüber hinaus muss gefragt werden, inwieweit die Interpretation eines Experiments auch immer den Experimentator mit seinen Bedingungen und Fragestellungen berücksichtigt. Der Beobachter ist in jedem Experiment beteiligt, also Teil des Systems. Diese Verschränkung von beobachtendem Subjekt und beobachtetem Objekt (ohne diese Differenzierung hier noch weiter zu problematisieren) gilt für jedes Experiment und macht die darin gewonnenen Ergebnisse nur sehr begrenzt für Verallgemeinerungen zugänglich. Zusätzlich zum Problem der Induktion kommt hier die notwendige Beteiligung der experimentellen Interaktion, also der Wechselwirkung zwischen Beobachter und Beobachtetem, hinzu, die eine unmittelbare Verallgemeinerung und Objektivierung erschwert oder gar unmöglich macht.

Es wird jetzt vielleicht deutlich, dass die alltägliche Rede von Naturgesetzen, die eben „da draußen“ in der Natur gelten, äußerst problematisch ist. Auch der Begriff der Regularität, wie ich ihn gebraucht habe, müsste noch genauer erläutert werden. Er soll hier nur das gängige Vorverständnis beim Begriff „Naturgesetz“ vermeiden helfen. Allerdings scheint mir die Redeweise von Regularien oder Regularitäten aus einem bestimmten Grunde recht gut geeignet zu sein, um das zu beschreiben, was naturwissenschaftlich und experimentell überhaupt erkannt und verstanden werden soll: Regularitäten haben mit Mustern zu tun. Ich werde später darauf zurück kommen.

1.) vgl. dazu Michael Hampe, Eine kleine Geschichte des Naturgesetzbegriffs, 2007

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