Von der Unterschiedlichkeit wissenschaftlicher „Revolutionen“

Ich muss endlich meine Meinung zu den Thesen von Thomas Kuhn darlegen, die er in seinem Buch „Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen“ [1a] veröffentlicht hat. Ich habe dieses Buch in meinen jungen Jahren einmal gelesen und kopfschüttelnd weg gelegt, nicht wissend, welch eine Verbreitung dieses Buch bei Nichtphysikern gefunden hatte und wie viele ihr Bild von der Physik daraus beziehen. Mit den Jahren wurde mir dieses Bild, das ich in wichtigen Punkten als falsch empfunden habe, immer wieder in Vorträgen, Zeitungen oder Büchern vorgesetzt. Ich selbst habe es vermieden, dieses Buch in meinen einschlägigen Ausführungen zu zitieren, und gedacht, dass man einfach ein anderes Bild in die Welt setzen muss, in dem man aus der Sicht eines Physikers die Entwicklung der physikalischen Theorien nachzeichnet. Als aber immer wieder Kommentatoren meiner Blogartikel auf Kuhnsche Thesen verwiesen und mir vor kurzem sogar ein Kollege aus der Politologie erzählte, dass er das Buch auch im Rahmen seiner Ausbildung kennen gelernt hatte, sah ich ein, dass man als Physiker das Buch nicht ignorieren kann, dass ich verdeutlichen sollte, in welchen Punkten ich die Kuhnsche Sicht der Entwicklung der Physik für falsch halte.

Thomas Kuhn und der Begriff des Paradigmas

Kuhn hatte schon während seines Physikstudiums ein besonderes Interesse für Wissenschaftsgeschichte und Literatur gezeigt. Während seiner Promotion in Physik wurde diese Beschäftigung mit der Wissenschaftsgeschichte so stark und zeitigte für ihn zu so viel Erfolgserlebnisse, dass er danach eine Laufbahn als Wissenschaftshistoriker und Philosoph anstrebte. Besonders entscheidend dabei muss für ihn ein Erlebnis gewesen sein, von dem er dem Wissenschaftsjournalisten John Horgan wie auch dem Physik-Nobelpreisträger Steven Weinberg erzählt [2,3] hat: Während seiner Doktorarbeit im Jahre 1947 habe er die „Physik“ von Aristoteles studiert, sich zunächst gewundert, dass alles so „falsch“ sei. Dann aber, als ihm die andersartige Bedeutung der Grundbegriffe bei Aristoteles aufgegangen sei, habe er plötzlich die Sichtweise von Aristoteles als in sich schlüssig verstanden. Die Aristotelische Physik sei, „im Rahmen ihrer eigenen Voraussetzungen verstanden, einfach verschieden von der Newtonschen Physik, dieser aber nicht unterlegen“ [nach 2] .

Etwa fünfzehn Jahre später soll dieses Erlebnis für ihn zum Grundmotiv seines Buches „Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen“ geworden sein. Das Werk gewann schnell große Bekanntheit unter Philosophen und Soziologen. „Paradigma“ war der zentrale Begriff, mit dem Kuhn solche Vorstellungen, Bilder und Methoden zusammenfasste, die Wissenschaftler mehr oder weniger bewusst bei ihrer Arbeit akzeptieren und ihr zugrunde legen. Wann immer es um die Entwicklung von Wissenschaften ging, war nun bald die Rede von einem Paradigma. Dieses war eben bei Aristoteles ganz anders als bei Newton. Der Wechsel von der Aristotelischen zur Newtonschen Physik wurde für Kuhn das Grundmuster für alle Änderungen im Weltbild der Naturwissenschaften und somit zum Prototyp aller Paradigmenwechsel. Da der Begriff „Paradigma“ bald für alles herhalten musste, was in irgendeiner Form mit den Vorstellungen, Bildern und Methodenauswahl von Wissenschaftlern einer bestimmten Zeit in der Wissenschaftsgeschichte zu tun hatte, sah Kuhn dann auch viele Paradigmenwechsel in der Physik nach dem Muster „Aristoteles zu Newton“ ablaufen.

Ein wirklicher Paradigmawechsel

In der Tat ist der Wechsel von der Aristotelischen zur Newtonschen Physik ein höchst bedeutsamer Prozess in der Geschichte der Wissenschaft gewesen. Es war nicht nur ein Paradigmenwechsel sondern der Übergang von einer Naturphilosophie zur einer Naturwissenschaft. Dieser Wechsel wurde von Galilei angestoßen und zwei Generationen später schon wird die „neue Wissenschaft“, wie Galilei sie genannt hat, durch Newton zum ersten Höhepunkt geführt. Sie stützt sich auf das Experiment und – das ist das wirklich Revolutionäre – auf die Mathematik in der Formulierung ihrer Aussagen.

Bei Galilei denken viele gleich an seine Verteidigung des Kopernikanischen Weltbildes, die ihn in Konflikt mit der katholischen Kirche brachte. Diese war aber nur eine der Folgen seines neuen Denkens darüber, wie Wissen erlangt werden kann. Die Befreiung von einer Vormundschaft im Denken – sei es eine Vormundschaft durch die Kirche oder durch die Aristotelische Naturphilosophie – war auch nicht das spezifische seiner Revolution. Solche Vorboten der Aufklärung hatte es schon häufiger Anfang des 17. Jahrhunderts gegeben. Es war die Erfindung einer neuen Methode, Naturforschung zu betreiben, einer Methode, bei der durch Experimente die Natur „zu Wort“ kommen konnte und die Antwort in quantitativen Relationen, als in mathematische Gleichungen festgehalten wurde. Zwar hatten schon andere vor ihm den Nutzen von Experimenten eingesehen, aber Galilei demonstrierte bei seinen Fallexperimenten, dass sich das Verhalten der Natur in mathematische Gesetze fassen lässt.

Der Galileische Paradigmenwechsel war ein singulärer Prozess. Danach sah die Welt der Naturforschung ganz anders aus. Es gab nun die Naturphilosophie mit ihren Begriffen und qualitativen Vorstellungen und anderseits die Naturwissenschaften, in der quantitative, mathematisch formulierbare und damit exakt überprüfbare Aussagen eine vorherrschende Rolle spielten. Wir können uns heute keine weitere Wende eines solchen Kalibers vorstellen.

Die beiden Ebenen einer Theorie

Das heißt aber auch, dass alle Umbrüche in der Physik in der Zeit nach Galilei von anderer Art sind als jene vor der Einführung seiner „neuen Wissenschaft“. Ich habe in meinem Buch „Die Entdeckung des Unvorstellbaren“ [4] nach einer Darstellung der Entwicklung von Theorien dieser „neuen Wissenschaft“ festgehalten, dass man „an einer Theorie zwei Ebenen zu unterscheiden [hat], die formal mathematische einerseits und die begriffliche andererseits.“

In der Tat, mit der Mathematisierung ist eine neue Ebene in der Naturforschung entstanden. Alle Überlegungen zur weiteren Entwicklung unseres Wissens über die Natur müssen nun die Eigenart beider Ebenen berücksichtigen sowie das Wechselspiel zwischen ihnen. Wissenschaftstheorie kann sich somit erst mit der Entwicklung seit Galilei befassen. Eine Entwicklung der Naturforschung vor Galilei ist Teil einer Geschichte der Philosophie.

Kuhn sieht gar nicht diese Sonderstellung der Galileischen Wende. Für ihn ist dieser Umbruch geradezu ein Paradigma für einen Paradigmenwechsel (Weinberg), so dass er alle späteren Innovationen bei physikalischen Theorien über den selben Leisten schlägt. Dagegen nahm die Entwicklung unseres Wissens über die Natur nach Galilei einen ganz anderen Charakter an. Die mathematische Ebene wurde für die Entwürfe und Spekulationen zu einem Prüfstein, ja, sie diente auch sogar als Inspiration für neue Begriffsbildungen oder naturphilosophische Überlegungen (siehe auch mein Beitrag: Die Sprache der Physik). Eine neue Idee auf begrifflicher Ebene wurde dagegen in der Naturwissenschaft aber immer erst bedenkenswert, wenn sie in mathematische Form gekleidet werden konnte. Denken wir an die Idee, dass die Lichtgeschwindigkeit für jeden Beobachter, wie immer er sich auch gegen die Lichtquelle bewegt, den gleichen Wert besitzen könnte: Hätte Albert Einstein diese als Hypothese formuliert, ohne sie in eine Formel zu gießen und zu zeigen, welche Folgerungen sich daraus mathematisch ableiten lassen? Natürlich nicht, und auch heute werden z.B. Ansätze zur Vereinigung von Quantenphysik und Gravitation nur ernst genommen, wenn sie auf irgendwelchen Grundgleichungen oder Annahmen in mathematischer Sprache aufbauen.

Die Geschichte der Physik belehrt uns zudem, dass physikalische Theorien zu allererst auf der formalen, mathematischen Ebene ihre Überlebensfähigkeit beweisen müssen. Keiner zweifelt mehr daran, dass wir mit der Quantenmechanik einen großen Teil der Phänomene in der Atomphysik beschreiben und verlässlich quantitativ vorhersagen können. Über die philosophischen Implikationen dieser Theorie wird aber immer noch diskutiert. Die Theorien gewinnen ihre Identität und ihre Überzeugungskraft durch ihren Erfolg auf der formal mathematischen Ebene, nur auf dieser können sie auch experimentell geprüft werden.

Thomas Kuhns Thesen und die formal mathematische Ebene

Auf der formal mathematischen Ebene gibt es nun eine Konstanz in der Gültigkeit und Nützlichkeit der Grundgleichen bzw. Grundannahmen. Auch heute noch benutzen Physiker und Ingenieure die Newtonsche Mechanik, um Bewegungen aller Art zu beschreiben oder vorherzusagen. Auch heute noch analysiert man mit den Gleichungen der Maxwellschen Elektrodynamik alle elektrischen und magnetischen Phänomene sowie mit der Grundgleichung der Quantenmechanik die Quantenphänomene. Aus diesem Grund werden diese Theorien auch an den Hochschulen in aller Welt gelehrt.

Das alles wird Kuhn auch gewusst haben. Er scheint aber die mathematisch formale Ebene völlig zu unterschätzen; sie ist für ihn zu sehr nur eine Arena der „Normalen Wissenschaft“, nur eine Plattform, auf der einschlägige „Rätsel“ gelöst werden können. Er hat in der kurzen Episode seines Lebens als Physiker vielleicht zu wenig oder gar nicht erfahren, wie dieses „Rätsellösen“ den Gang der Forschung bestimmt hat und insbesondere auch die Bildung von neuen Begriffen. Ohne die Führung der formalen, mathematischen Ebene würde man ohne einen Kompass bzw. Leitstrahl auf der hohen See der Spekulationen treiben.

In dem Gespräch, dass John Horgan Anfang der 90er Jahre mit Thomas Kuhn führte [2], scheint dieser Einsicht zu zeigen. Er sagt: „Vielleicht habe ich die grandiosen Errungenschaften, die sich aus diesem Rätsellösen ergeben, stärker herausstellen sollen, doch meines Erachtens habe ich das getan“ und schon 1969, sieben Jahre nach der Veröffentlichung sagte er in einem Postscript [1c] zu seinem Buch, dass „the ability to set up and to solve puzzles presented by nature is, in case of value conflict, the dominant criterion for most members of a scientific group“ und er stellt dort selbst fest: „Later scientific theories are better than earlies ones for solving puzzles „.

Nehmen wir an, dass diese Einstellung Kuhn auch beim Schreiben seines Buches bewusst gewesen ist und dass es soweit keinen Dissens gibt zwischen ihm und der Gemeinde der Physiker gibt. Seine Aussagen, dass die Aristotelische Physik der Newtonschen nicht unterlegen sei und dass „die Spezielle Relativitätstheorie nur in der Erkenntnis akzeptiert werden könne, dass die von Newton falsch ist“ [1a, S. 136] können sich somit nur auf die begriffliche Ebene beziehen. 

Ob alle jene, die physikalische Theorien selbst nicht kennen, sich aber auf Kuhn berufen und deshalb die Newtonsche Theorie für falsch halten, dieses wissen? Ob sie überhaupt den Unterschied zwischen den Ebenen sehen?  Nimmt nicht jeder an, dass eine falsche Theorie in der Regel auch falsche Ergebnisse produziert? Andererseits habe ich noch nie gehört, dass jemand besorgt gefragt hat, ob man beim Brückenbau auch die Einsteinsche Mechanik berücksichtigt hat.

Sind denn diese Kuhnschen Thesen wenigstens auf der begrifflichen Ebene richtig ?

Von der Newtonschen zur Einsteinschen Theorie der Bewegung

Auf der begrifflichen Ebene beobachtet man durchaus, dass es im Laufe der Zeit immer einen Wandel gegeben hat. Ich habe entsprechende Beispiele in vielen Beiträgen meines Blogs beschrieben. Kuhn spricht bei einem solchen Wandel aber von unversöhnlichen Gegensätzen (später oft „Inkommensurabilität“ genannt) zwischen aufeinander folgenden Paradigmata. Schauen wir uns einmal genauer an , wie „unversöhnlich“ solch ein Gegensatz ist, und zwar an einem Beispiel, an dem er selbst solch einen Gegensatz demonstrieren will.

Es geht dabei um die Beziehung zwischen der Einsteinschen und Newtonschen Mechanik. Physiker sehen die Einsteinsche Theorie als eine Erweiterung der Newtonsche Theorie an, denn alle mathematisch formulierten Relationen der Einsteinschen Theorie gehen für kleine (d.h. gegenüber der Lichtgeschwindigkeit kleine) Geschwindigkeiten mit „kleinen Modifikationen“ wieder in die entsprechenden Beziehungen der Newtonschen Theorie über. Von der Einsteinschen Theorie aus gesehen ist die Newtonsche Theorie also eine Näherung, die für „kleine“ Geschwindigkeiten gültig ist. Oder anders herum ausgedrückt: Werden die Geschwindigkeiten so groß, dass sie nicht mehr im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit zu vernachlässigen sind, führt die Newtonsche Theorie zu falschen Ergebnissen und muss durch die Einsteinsche Mechanik ersetzt werden. Hier kommt der Begriff des Gültigkeitsbereichs ins Spiel. Jede unserer bekannten Theorien hat einen Gültigkeitsbereich. Bei zu großen Geschwindigkeiten verlassen wir den Gültigkeitsbereich der Newtonschen Mechanik. Die Einsteinsche Mechanik gilt dann weiterhin, ihr Gültigkeitsbereich enthält also den der Newtonschen Mechanik. Hier gilt also, was Kuhn auch zugestand: „Later scientific theories are better than earlies ones for solving puzzles „.

Aber es geht ja um die Unterschiede auf begrifflicher Ebene, und es sind „die kleinen Modifikationen“, die Kuhn anders interpretiert als die Physiker. Da dieser Unterschied die Quelle dafür ist, dass Kuhn die Newtonsche Physik als falsch betrachtet und dieses schiefe Bild der Physik in der Öffentlichkeit immer wieder auftaucht, soll hierauf näher eingegangen werden.

Energie und Masse eines Teilchens in der Einsteinschen und in der Newtonschen Mechanik

Die Relation, bei der die „kleine Modifikation“ besonders prominent ist, die der Energie eines Teilchens. In der Einsteinschen Theorie wird man zunächst zu einem Ausdruck für die Energie der Bewegung geführt, der ganz anders ist als der, den man aus der Newtonschen Mechanik kennt. Bei kleinen Geschwindigkeiten findet man, dass sich die Ausdrücke immer noch unterscheiden. Der wesentliche Unterschied besteht gerade in einem Ausdruck mc2, wobei m die Masse bezeichnet und c die Lichtgeschwindigkeit. Da aber solch ein konstanter Term nur den Energie-Nullpunkt verschiebt und dieser in der Newtonschen Mechanik nicht festgelegt ist, kann man diesen Term auch ignorieren und findet somit den Newtonschen Ausdruck für die Energie doch noch wieder. (Damit blendet man auch eine wesentliche Einsicht der Speziellen Relativitätstheorie aus, nämlich, dass die Ruheenergie eines Teilchens gerade gleich mc2 ist. Aber das soll hier der Übersicht wegen nicht interessieren. Siehe aber hierzu und zu folgender Diskussion meinen Beitrag „Was bedeutet eigentlich die Formel E = mc2?“).

Bei weiterer Analyse der relativistischen Beziehungen zwischen Bewegungsenergie und Masse erkennt man, dass die Bindung von zwei Teilchen zu einem System immer „Masse kostet“. Damit ist die Masse des gebundenen Systems immer kleiner als die Summe der einzelnen Massen. In der Newtonschen Physik ist dieser Effekt aber unbekannt, weil dort diese „Kosten“ unmessbar klein sind. Die Masse eines Systems von zwei Planeten darf also immer gleich der Summe der Massen der einzelnen Planeten gesetzt werden.

Dadurch, dass wir jetzt die Relativitätstheorie kennen und aufgrund ihrer Erfolge akzeptieren, haben wir aber eine andere Sicht auf die Masse gewonnen: Wir wissen nun, dass man im Prinzip Massen nicht einfach addieren darf, wenn man ein System von materiellen Objekten betrachtet, dass man das im Gültigkeitsbereich der Newtonschen Mechanik aber wohl darf. Das bedeutet aber lediglich, dass wir auf eine weitere Eigenschaft der Masse stoßen, wenn wir den Gültigkeitsbereich der Newtonschen Mechanik verlassen. Beim Übergang zu einer Theorie für Geschwindigkeiten, die nicht mehr klein gegenüber der Lichtgeschwindigkeit sind, müssen wir beim Begriff Masse dazulernen. 

Dagegen sieht Kuhn gewissermaßen einen ontologischen Unterschied zwischen dem Newtonschen und Einsteinschen Begriff der Masse. Es seien ganz verschiedene Begriffe. Nach Weinberg [3] wäre das so, als würde man ein Steak, das man isst, nicht mehr als das betrachten, was man gekauft hat, weil man nun feststellen muss, dass es unerwartet viele Sehnen enthält.

Dies also ist ein Kern der Diskrepanz zwischen Kuhn und den Physikern: Haben wir bei der Masse nur dazu gelernt, weil wir sie in einem neuen Terrain erlebt haben, oder hat man es nun mit einem ganz anderen Begriff zu tun? Ist der Newtonsche Massenbegriff falsch und damit auch die Newtonsche Theorie?

Man kann sich dieser Frage auch nähern, indem man sich einmal vorstellt, dass die Physiker in ihrer Ausbildung nur die Einsteinsche Theorie kennen lernen würden. Was würden sie dann tun, wenn sie häufig Bewegungen für solche Situationen zu berechnen hätten, in denen nur Geschwindigkeiten vorkommen, die sehr klein gegenüber der Lichtgeschwindigkeit sind? Nun, sie würden die Gleichungen der Einsteinschen Theorie an solche Situationen anpassen und so z.B. auf einen Ausdruck für die Energie eines Punktteilchens stoßen, der eine Summe ist aus mc2 und ½mv2, wobei v die Geschwindigkeit bezeichnen soll. Sie würden weiterhin feststellen, dass die Bindung zweier Körper zwar Masse kostet, diese aber unter den angenommenen Umständen völlig vernachlässigbar ist. Somit würden sie sagen, dass für den Fall kleiner Geschwindigkeiten Massen addiert werden dürfen und die Bewegungsenergie eines Teilchens bis auf den (von der Bewegung unabhängigen) additiven Term mc2 gleich ½mv2 ist. Sie hätten auf diese Weise eine Version der Einsteinschen Theorie für kleine Geschwindigkeiten konstruiert. Auf der Ebene der Gleichungen ist diese Version nun genau gleich der Newtonschen Theorie. Nach Kuhn wäre sie aber nicht mit der Newtonschen Theorie identisch, weil es sich um einen anderen Massenbegriff handele. Hier sieht man noch deutlicher, wie künstlich das Beharren darauf ist, dass die Masse in den beiden Theorien zwei gänzlich verschiedene Begriffe sind.

Was in diesem Sinne für die Masse gilt, kann auch über die Begriffe von Raum und Zeit gesagt werden. Durch die Spezielle Relativitätstheorie erkennen wir Eigenschaften wie die Zeitdilatation oder die Längenkontraktion, Eigenschaften, die uns bei kleinen Geschwindigkeiten verborgen bleiben und heute noch bei solchen Umständen in allen Betrachtungen „vergessen“ werden können.

Ich habe das hier so ausführlich diskutiert, damit man einmal sieht, aus welchen Gründen Kuhn zu der Aussage kommt, dass die „Spezielle Relativitätstheorie nur in der Erkenntnis akzeptiert werden, dass die von Newton falsch war“.

Die Ursache für die Diskrepanz und der damit einhergehenden Missverständnisse ist das Wörtchen „falsch“. Eine Theorie kann gar nicht „falsch“ werden, wenn sie denn erst einmal eine gewisse Akzeptanz erreicht hat. Ihr einmal beanspruchter Gültigkeitsbereich kann allerdings durch neue Einsichten und Beobachtungen so unheilbar „zerschossen“ werden, dass sie den Namen „Theorie“ nicht mehr verdient. In der Regel wird sie dann fallen gelassen und macht einer anderen Platz, deren Gültigkeitsbereich sich als stabiler erweist.

Unversöhnliche Gegensätze zwischen verschiedenen Theorien?

Natürlich hat sich unsere Sicht auf Begriffe wie Masse, Zeit und Raum durch die mit der Relativitätstheorie einhergehenden Erkenntnisse geändert. Wir wissen aber sehr gut, wann die neue Sicht relevant wird und wann die alte Sicht ausreicht. Wir können also ohne Probleme zwischen den beiden Paradigmata hin und her wechseln. Hier zeigt sich ein weiterer Punkt, an dem man sieht, wie stark Kuhn alle Umbrüche in der Physik auf den einen großen Paradigmawechsel, auf die Galilei-Wende, trimmen will. Bei dieser war es wirklich so, dass das, was „vorher Enten waren, nachher Kaninchen sind“ [1a, S. 151], und die alte Sicht ist in keiner Situation mehr gültig oder nützlich. Bei der durch die Relativitätstheorie herbei geführten Wende hat man nur gelernt, „dass Enten auch fliegen können“, wenn gewisse Umstände vorliegen.

Wie war das denn bei anderen Umbrüchen in der Physik? Gab es denn da „unversöhnliche Gegensätze“ und eine neue Sicht, die unser Denken so stark beeinflusste, dass man nun nicht mehr zwischen der alten und neuen Sicht hin und her wechseln kann? Am ehesten zu erwarten wäre so etwas bei einem Umbruch, bei dem man einsehen muss, dass es eine Substanz, von deren Existenz man bisher ausging, gar nicht geben muss. Typische und immer wieder diskutierte Beispiele solcher Substanzen sind der Äther und das Caloricium bzw. das Phlogiston. 

Nachdem Heinrich Hertz im Jahre 1886 den Nachweis der Existenz elektromagnetischer Wellen geliefert hatte und die Maxwellsche Elektrodynamik dadurch als Theorie für alle elektrischen und magnetischen Phänomene allgemein anerkannt worden war, hatte man zunächst immer noch die Vorstellung, dass sich die elektromagnetischen Wellen im Äther ausbreiten. Diese Vorstellung war um die Jahrhundertwende auch kein Hindernis für die Entwicklung von starken Sendern, mit denen man Funkverbindungen über den Ärmelkanal und sogar über den Atlantik zu Wege brachte. Als dann im Jahre 1905 Einstein mit seiner Speziellen Relativitätstheorie zeigte, dass die Annahme von der Existenz eines Äthers überflüssig war, verschwand diese Substanz aus dem Inventar der Physiker. Das führte zwar zu einer neuen Sicht: Das elektromagnetische Feld beschrieb nun nicht mehr Verzerrungen im Äther sondern wurde eine eigene physikalische Entität; die Wellen dieses Feldes breiteten sich nun eben im leeren Raum aus. Die Maxwellschen Gleichungen blieben davon unberührt und damit die formale Ebene dieser Theorie. Wir können uns zwar noch leicht in die alte Sichtweise hineindenken, sehen darin aber keinen Sinn mehr. Außerdem kämen erneut die Probleme der Äthertheorien auf uns zu.

Wieder etwas anders liegt der Fall beim Caloricum, das bei der Frage, was denn „Wärme“ ist, eine große Rolle spielte. Es gab früher die Vorstellung, dass eine Substanz für die Wärme verantwortlich ist: Je mehr Caloricum ein Körper enthielte, umso wärmer sollte er sein. In Konkurrenz dazu stand die Vorstellung, dass Wärme ein Ausdruck der unregelmäßigen Bewegung der Konstituenten der materiellen Körper sei. Diese beiden Theorien lebten einige Zeit nebeneinander und bewährten sich mehr oder weniger gut (siehe auch [4]), bis Mitte des 19. Jahrhunderts die Bewegungstheorie die Oberhand bekam. Die Substanztheorie verschwand und damit das Caloricum. Auch hier entstand natürlich eine neue Sicht. Aber hier könnte man die alte und die neue Sicht am ehesten unversöhnlich nennen, denn das „Wesen“ der Wärme wird in der Tat völlig anders erklärt. Aus einer Konkurrenz zweier Theorien bzw. Sichtweisen ging eine als Sieger hervor. Auf der formalen Ebene gibt es große Unterschiede.

Der Wandel auf begrifflicher Ebene kann also von ganz verschiedener Art sein; es ist nicht sinnvoll, die Umbrüche in der Physik in ein einheitliches Bild pressen zu wollen. Auch auf dieser Ebene von „falsch“ und „richtig“ zu reden, ist höchst problematisch. Vorstellungen und Bilder können mehr oder weniger angemessen, mehr oder weniger nützlich sein.

Fortschritt beim Wandel auf begrifflicher Ebene?

Das zeigt sich auch an den Vorstellungen, die sich im Laufe der Zeit für das Licht heraus gebildet haben. Ich habe im letzten Blogartikel davon berichtet. Bei Newton bestand das Licht aus einem Strom von kleinsten materiellen Körpern, nach Hertz aus elektromagnetischen Wellen und bei Einstein aus einem Strom von speziellen Quanten, den Photonen. Alle drei Bilder dienen uns noch heute, Gesetze für das Verhalten von Licht abzuleiten. Die Strahlenoptik liefert uns die Gesetze der Reflexion und Brechung, die Wellenoptik die der Beugung und die Quantenoptik die Erklärung des Photoeffekts. Wir verstehen, wann ein Photonenstrom als Welle gedeutet werden kann und wann das Verhalten einer Welle auch durch einen Strahl beschrieben werden kann.

Was ist denn das Licht nun „wirklich“? Soll man etwa behaupten, dass Licht „eigentlich“ ein Strom von Photonen ist, weil man die anderen Bilder, nämlich Wellen und Strahlen, für bestimmte Umstände daraus ableiten kann? Aber wenn vielleicht in hundert Jahren sich jemand einen bisher unbekannten Bereich der Natur erschließt und dann nur mit einer anderen, noch abstrakteren Vorstellung vom Licht die Ergebnisse seines Experimentes deuten kann?

Hier kommen wir zum Kern des Problems, das die Physiker mit den Thesen Kuhns haben. Im Postscript [1c] bekennt Kuhn im 6. Kapitel u.a. folgendes: „The notion of a match between the ontology of a theory and its ‚real‘ counterpart in nature now seems to me illusive in principle“, und ein wenig später heißt es dort im Hinblick auf die Entwicklung verschiedener Vorstellungen für ein und dieselbe Entität in der Natur: „But I can see in their succession no coherent direction of ontological development“. Er hat zwar am Schluss seines Buches von einer „Evolution von dem [weg], was wir wissen“ [1a, S. 224] gesprochen, aber er scheint dieses Argument auf die Dauer selbst nicht für überzeugend und konkret genug gehalten zu haben, sonst hätte er dieses sieben Jahre später im Postscript wieder aufgenommen.

Der erste der beiden zitierten Sätze scheint das auszudrücken, was ich auch am Ende meines letzten Blogartikels gesagt habe: “ Denn die ‚wirklich‘ fundamentalen Objekte der Natur werden uns aufgrund der Tatsache, dass auch die Erkenntnisfähigkeit der Menschen durch Evolution entstanden ist, für immer verborgen bleiben. Interessant, dass in beiden Sätzen das Gefühl der Vagheit durch Anführungsstriche – „real“ bzw. „wirklich“ – ausgedrückt wird. Bei Kuhn irritiert aber der Begriff „match“. Was erwartet er da? Hier wären wohl mehr als ein Paar Anführungsstriche nötig. Im zweiten dieser beiden Sätze wird aber der Dissens völlig offenbar. Ich habe im vorletzten Satz meines letzten Blogartikels geschrieben: „Der Wandel auf der Ebene der Begriffe und Vorstellungen führt zu einer ständigen Vertiefung und Klärung, wird aber wohl nie zu einer endgültigen Klarheit führen“.  Das ist ein scharfer Gegensatz zu „no coherent direction of ontological development“.

Es geht also darum, ob es einen Fortschritt auf der begrifflichen Ebene gibt. Auf der formal mathematischen Ebene gibt Kuhn einen solchen zu, auf der begrifflichen Ebene sieht er offensichtlich ein Hin und Her, keine Richtung. Man möchte meinen, dass seine Enttäuschung über die Nichtexistenz eines wie auch immer gearteten „match between the ontology of a theory and its ‚real‘ counterpart in nature “ so groß ist, dass er alle Beziehungen zwischen den Bildern bzw. Vorstellungen, die wir uns über die Entitäten der Natur machen und die von der formal mathematischen Ebene abgeleitet sind, nicht zur Kenntnis nimmt. Diese Beziehungen zeigen aber deutlich eine Richtung: Bei dem Übergang zur Relativitätstheorie haben wir bei den Begriffen Masse, Raum und Zeit dazu gelernt, bei der Quantenmechanik ebenso, indem wir z.B. erkannt haben, dass sich Realität (in einem bestimmten Sinne) erst in der Welt der mittleren Dimensionen ergibt. Die verschiedenen Vorstellungen über das Licht zeigen deutlich eine Richtung auf ein tieferes Verständnis hin. In einer zukünftig etablierten Quantengravitationstheorie wird man eine neue Sicht auf die Raumzeit gewinnen, aber die Begriffe der Einsteinschen Relativitätstheorien werden weiterhin ihren Wert für die Erklärung vieler Beobachtungen behalten. Unversöhnliche Gegensätze findet man höchstens in Situationen, in denen verschiedene Theorien noch auf gleichem Terrain um die Oberhand kämpfen (siehe Caloricum).

Horgan berichtet [2], Kuhn habe ihm gegenüber eingeräumt, dass „ein Großteil des Erfolges des Buches und ein Teil der Kritik daran auf dessen Vagheit zurückzuführen“ sei. Für Horgan ist es ein „literarisches Werk und als solches offen für vielfältige Auslegungen“. Das ist sicher richtig. Unübersehbar ist aber Kuhns Versuch der Gleichmacherei: Er will alle Arten von Wandel auf einen Nenner bringen, und aus seiner Einsicht, dass es irgendwie keinen „match between the ontology of a theory and its ‚real‘ counterpart in nature “ gibt, folgert er, dass alle unsere Begriffe mit diesen „counterparts“ im gleichen Maße nichts zu tun haben.

In eine sehr heterogene Geschichte will er eine einfache Struktur hinein bringen – und vergewaltigt sie dabei. Wenn ich bedenke, wie sehr wir als Physiker Strukturen und Einfachheit lieben, hoffe ich nur, dass dieser Hang von Thomas Kuhn nicht Folge seiner Physikausbildung war.

 

 

[1a] Thomas Kuhn: Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen, suhrkamp taschenbuch, 1967

[1b] Thomas Kuhn: The Structure of Scientific Revolution, The University of Chicago Press, 50th Anniversary Edition, 2012

[1c] Postscript – 1969, siehe [1b]

 [2] John Horgan: An den Grenzen des Wissens – Siegeszug und Dilemma der Naturwissenschaften, Fischer Taschenbuch, 2000

[3] Steven Weinberg: The Revolution that Didn‘t Happen, The New York Review of Books, 8. october, 1998, siehe auch  http://hps.elte.hu/~gk/Sokal/Sokal/Weinberg_Steven/rev.html

[4] Honerkamp, Josef: Die Entdeckung des Unvorstellbaren – Einblicke in die Physik und ihre Methode, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2010

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Josef Honerkamp war mehr als 30 Jahre als Professor für Theoretische Physik tätig, zunächst an der Universität Bonn, dann viele Jahre an der Universität Freiburg. Er hat er auf den Gebieten Quantenfeldtheorie, Statistische Mechanik und Stochastische Dynamische Systeme gearbeitet und ist Autor mehrerer Lehrbücher sowie des Sachbuchs: "Die Entdeckung des Unvorstellbaren". Nach seiner Emeritierung im Jahre 2006 möchte er sich noch mehr dem interdisziplinären Gespräch widmen. Er interessiert sich insbesondere für das jeweilige Selbstverständnis einer Wissenschaft, für ihre Methoden sowie für ihre grundsätzlichen Ausgangspunkte und Fragestellungen und kann berichten, zu welchen Ansichten ein Physiker angesichts der Entwicklung seines Faches gelangt. In seiner "Freizeit" versucht er, im klassischen Stil zu komponieren und seine Kompositionen auch mit Hilfe moderner Software zu produzieren. Insgesamt versteht er sich heute als Physiker und "wirklich freier Schriftsteller und Tonsetzer".

23 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. @Josef: Kuhn & Physik

    Lieber Josef,

    gestern habe ich (auf der Zugfahrt nach Jena) in der Süddeutschen einen sehr interessanten Artikel eines Physikers zu Kuhns Paradigmen und dem physikalischen Erkenntnisfortschritt gelesen, bei dem ich sofort an Dich denken musste. Dein Kollege vergleicht Kuhns Thesen dabei mit denen anderer Wissenschaftstheoretikers und kommt zu einem differenzierten Fazit.

    Leider hatte ich die SZ nur geliehen und kann den Artikel auch online nicht finden. Aber wenn Du eine Chance hast, noch an eine SZ von gestern zu kommen, wirf doch bitte einen Blick rein – der Text dürfte Dich interessieren.

    Dir wie immer Danke für den Post und weiterhin viel Freude beim Bloggen!

  2. @Michael Blume

    Lieber Michael,
    den Beitrag von Freeman Dyson habe ich wohl gelesen und hatte schon angefangen, einen Blogartikel darüber zu schreiben. Dann aber habe ich gemerkt, dass der Leser dabei nur etwas über meine Verärgerung über diesen platten Artikel lernt und nichts wichtigeres. Er konstruiert dabei eine Konkurrenz zwischen experimenteller und theoretischer Physik, und zwar in der Suche nach Anerkennung, und glaubt, dort heute ein „Kopf-an Kopf-Rennen“ um den Ruhm zu sehen. Dyson war für mich in meiner Jugend eine Ikone der Theoretischen Physik gewesen, und nun muss ich eine solche oberflächliche Argumentationen von ihm lesen, die nichts von seinem Scharfsinn und seiner Nachdenklichkeit verrät (Alter als Argument erkenne ich seit einiger Zeit nicht mehr an). Das am meisten Ärgerliche ist, dass er als Etikett für die Theorie Thomas Kuhn nimmt und für die Experimentalphysik einen Herrn Galison. Das sind/waren natürlich hoch respektable Leute, aber eben keine, die in der Theoretischen bzw. Experimental-Physik Bedeutendes geleistet haben. Der eine hat zwar große Beachtung erfahren, seine Thesen sind aber sehr umstritten (ich bin nicht der einzige, der das sagt). Der andere ist unbekannt und hat nur ein (sicherlich interessantes) Buch über die Werkzeuge der Teilchenphysik geschrieben. Nun von einem Kuhnschen bzw. Galison Programm zu reden oder gar von jeweils einer solchen Wissenschaft ist ja wohl ein Kategorienfehler – und das noch zu Diensten einer banalen Idee, bei der man eine Gruppenzugehörigkeit überbetont, um von einer Konkurrenz erzählen zu können – ein Thema was ja heute in die Zeit passt, besonders in den USA. Ich war sehr enttäuscht.
    Aber Dir vielen Dank, dass ich meinen Ärger doch noch los geworden bin. Es geht mir schon sehr viel besser. 🙂

  3. @Josef

    Gern geschehen! Und es ist ja auch wichtig zu sehen, dass auch unter Physikern Emotionen, Gruppendynamiken, Enttäuschungen etc. auftreten. Es lebe unsere Menschlichkeit, wir haben auch als Wissenschaftler keine andere… 😉

  4. Kuhnsche Phänomenlogie völlig falsch?

    Ich hab bei weitem nicht den historischen Überblick über die Geschichte der Physik und die Begründung von Kuhns Thesen wie sie, jedoch erscheint mir der Artikel etwas zu vernichtend. Aus dem einfachen Grund, dass die Phänomenologie die Kuhn zeichnet von Wissenschaftsgeschichte und -theorie doch sehr zutreffend scheint. Sollte Kuhn wie sie im Artikel schreiben so sehr aufgrund der Analyse theoretischer Entwicklungen im Bereich der Physik argumentiert haben, gebe ich ihnen Recht. Das Begriffs- und Bedeutungswandel von Observablen nicht unbedingt hinreichend für einen Paradigmenwechsel sind haben sie ja schön veranschaulicht in mehreren Artikeln hier.

    Jedoch scheint mir gerade der Übergang Newtonscher zur Einsteinscher Gravitationstheorie ein schlechtes Beispiel. Denn auch wenn sich erstere als Grenzfall der letzteren auf der Ebene des math. Formalismus ergibt, es war doch ein Paradigmenwechsel, dass Gravitation durch den Raum vermittelt wird und der geometrisch abstrakt gedachte Raum laut ART eine physikalische Entität ist/sein soll (modified newton dynamics)

    Ich denke auch dass man diese Paradigmenwechsel besser verifizieren kann, wenn man statt anhand der Entwicklung einzelner Theorien und ihrer Gültigkeitsgrenzen oder Erweiterungen eher einen Blick auf das Aufkommen und Abflauen von Denkschulen wirft. Denn die Abläufe die Kuhn beschreibt zielen doch eher auf das sozialpsychologische Massenverhalten von vielen Wissenschaftlern als auf Beiträge und Auswirkungen dieser von einzelenen Wissenschaftlern. Von daher würd ich sagen, dass er die Phänomenologie wiss. Revolutionen und Veränderung grösstenteils richtig beschreibt (was sicherlich trivialer ist) als dies historisch und sachlich richtig zu begründen.

    Man sieht doch v.a. in der Kosmologie und Teilchenphysik den dominanten Charakter dieser wenigen Denkschulen und damit Alternativtheorien die mittlerweile schon institutionalisierten Charakter haben (als junger Doktorand können sich doch gar nicht mehr zu Alternativlösungen zu Supersymmetrie, Dunkler Energie etc. forschen weil die momentanen Denkschulen dies nicht zulassen obgleich die CERN Ergebnisse für die Stringtheorie doch eher in eine Sackgasse deuten)

    Gerade in Wissenschaften ohne fundierte math. Abstraktion und Formalismus, z.B. Behaviourismus in der Psychologie, ist doch der starke Paradigmencharakter von Theorien und Perspektiven und die Herausbildung von Denkschulen über Dekaden hinweg ziemlich eindeutig?

    Interessant wäre ja mal eine Analyse inwieweit in der Mathematik, wo das meiste klar definiert ist und Begriffwandel nicht die Entwicklung vernebeln sollte, Paradigmen und Denkschulen aufkommen. Anekdotisch erinner ich mich nur an Ziegenproblem, vielleicht eher amüsant als belegend, aber selbst Doktoren und Professoren ihres Faches damals diffamierten im Unrecht und aus einem Überlegenheitsgefühl heraus die Aussagen von Marilyn Vos Savant.

    http://marilynvossavant.com/game-show-problem/

    Ich fürchte es gibt auch für Wissenschaftler ein Alter oder besser Zeitpunkt in ihrer Karriere, ab dem sie nur noch schwerlich bereit sind hinzuzulernen oder Fehler einzugestehen, hierfür gibt es gruppendynamische und kognitive Gründe. Und das scheint mir der Kristallisationspunkt vieler Paradigmen zu sein.

    Und diesen sozialpsychologischen und kognitiven Aspekt (selektive Wahrnehmung, versch. Biasformen, etc…) der Pardigmen und Denkschulenentstehung halt ich eigentlich für den interessanteren und wichtigen in der Wissenschaftstheorie. Die Kuhnschen Thesen anhand Entwicklung einzelner physik. Theorien zu falsifizieren scheint mir am Problem vorbei bzw. hat Kuhn selbst wohl die falschen Beweisgegenstände gewählt um seine Thesen zu belegen, wenn er sich so stark auf einzelne Theorien konzentriert hat und weniger diese sozialpsychologischen Aspekte miteinbezogen hat. Die Hirnforschung ist doch momentan ein gutes Beispiel wieviele versch. Denkschulen und Ansätze es geben kann einen in einem einzelnen Gebiet, ohne dass es bis auf letzte begründbar ist warum einzelne Wiss. einen bestimmten wählen, sie werden sozusagen hineinsozialisiert, der Poppersche krit. Rationalismus als Idealtypus für den Wissenschaftler ist eine Utopie. Die unterschiedlichen Ansätze der Hirnforscher sind in unterschiedlicher Methodik und Terminolgie begründet, verkürzt, wenn man nur einen Hammer hat und nur mit diesem umzugehen weiss, sie alles wie ein Nagel aus, wie fMRI in der Hirnforschung momentan zeigt. Da die Physik sich als Schlüsseldisziplin aber mit den nichtreduzierbaren Urdingen und -Kräften beschäftigt, sollten aber Paradigmenwechsel hier deutlicher werden als in anderen Wissenschaften, auch wenn nicht jede neue Theorie gleich ein Paradigmenwechsel ist, da es auch sehr selten ist, das Physiker einen komplett neuen math. Apparat entwickeln wie es Einstein oder Dirac tat für ein Problem (Differentialgeometrie oder Dirac-Formalismus in der QM) statt alten Formalismus abzuändern.

  5. Paradigmenwechsel + Inkommensurabilität

    Der Begriff Paradigmenwechsel macht auch in der Physik Sinn, bei der Inkommensuralität liegt Kuhn jedoch falsch.
    Inkommensuralität in der Physik würde ja bedeuten, dass neue Theorien, die ein neues Paradigma einläuten und eine neue Sicht öffnen, sich auf etwas beziehen, was keinen Gegenpart in der abgelösten Theorie hat. Newton’s Gravitationstheorie und Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie handeln aber beide von Masse, Raum und Zeit, sind also in der gleichen Realität verankert, auch wenn Masse, Raum und Zeit bei Einstein Qualitäten bekommen, die in Newton’s Theorie fehlten.

    Zwischen Aristotelischer Physik und der Physik nach Galilei besteht tatsächlich Inkommensurabilität, denn die Aristotelische Physik kennt noch keine Messungen und vor allem 🙁Zitat Wikipedia) „Es handelt sich nicht um eine mathematische Darlegung der Grundzüge der Natur in heutigem Sinne.“

    Allerdings scheint Kuhn in Bezug auf den Begriff Inkommensurabilität oft missverstanden worden zu sein, denn: „Bei Kuhn gibt es keine globale Inkommensurabilität aller Begriffe von inkommensurablen Theorien, sondern nur lokal begrenzte Inkommensurabilität einiger Begriffe.“

    Mit Paradigmenwechsel meine ich eine bestimmte Sicht auf die Welt, ein Weltbild – und grössere Theoriengebäude in der Physik schaffen neue Weltbilder.
    Quantenphysiker sprechen ja selbst davon, dass die Quantentheorie einerseits selbst eine neue Welt mir eigener Logik schafft und andererseits auch die äussere Realität in anderem Licht erscheinen lässt, wobei immer noch unklar ist, wie die äussere Realität aus der Quantenrealität hervorgeht.
    Stringtheoretiker wiederum sehen die Welt aus lauter Strings zusammengesetzt.

    Dieser hier beschriebene Paradigmenbegriff entspricht allerdings nicht dem Kuhn’schen Paradigmenbegriff, der im Paradigmenwechsel den Wandel grundlegender Rahmenbedingungen für einzelne wissenschaftliche Theorien, z. B. Voraussetzungen „in Bezug auf Begriffsbildung, Beobachtung und Apparaturen“, sieht
    Die Stringtheorie öffnet für mich ein neues Paradigma, allerdings ohne andere Voraussetzungen in Bezug auf Beobachtung und Apparaturen zu schaffen.

  6. @Michael Ruttor

    – Mir ging es in dem Artikel um das Thema Inkommensurabilität und Fortschritt und darum, dass die Paradigmenwechsel sehr unterschiedlicher Natur sind. Bei der Beschreibung der normalen Wissenschaft habe ich nicht viel auszusetzen. Sie interessieren sich offensichtlich mehr für das Verhalten von Wissenschaftlern während dieser Phase ab. In den üblichen Diskussionen stehen aber die Paradigmenwechsel und Aussagen wie „Nach Einstein ist Newtons Theorie falsch“ und „Es gibt eigentlich keinen Fortschritt“ im Vordergrund und da wollte ich etwas dagegen setzen.
    Einige Kleinigkeiten:
    – Es geht bei der Einstein/Newton Diskussion nicht um die ART sondern um die spezielle RT.
    – Was Sie Denkschulen nennen, sind einfach Forschungsrichtungen – bzw. Ansätze. Dass es da manchmal zu wenig eigenständige Denker und zu viele Lemminge gibt, konzediere ich Ihnen gerne. Andererseits gibt es auch so etwas wie eine heiße Spur.
    – Kuhn war Physiker von der Ausbildung her und hat sich in seinen Beispielen fast nur an der Physik orientiert. In anderen Fächern mag das alles anders aussehen und auch einiges (z.B. das allzu Menschlich) gleich sein. Das kann ich aber nicht beurteilen.
    – Ziegenproblem: Wenn es einige Physiker gibt, die nicht mit bedingten Wahrscheinlichkeiten umgehen können und sich bei diesem Problem unbedingt blamieren wollten, hat das nichts mit Paradigmen zu tun (siehe auch meinen Beitrag: Vorurteile und Vorwissen vom 15.1.2012).
    – Die Differentialgeometrie hat Einstein von den Mathematikern lernen müssen, Dirac hat nur eine neue, elegante Notation eingeführt.

  7. Paradigmenkenntnisnahme

    Martin Holzherr schrieb (16.12.2012, 14:05):
    > Inkommensura[bi]lität in der Physik würde ja bedeuten, dass neue Theorien, die ein neues Paradigma einläuten und eine neue Sicht öffnen, sich auf etwas beziehen, was keinen Gegenpart in der abgelösten Theorie hat.
    > Newton’s Gravitationstheorie und Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie handeln aber beide von […]

    Die RT ist doch vor allem eine Theorie zur Messung geometrischer (einschl. kinematischer) Beziehungen zwischen Beteiligten; ausgehend von Einsteins Paradigma zur Feststellung von „Gleichzeitigkeit“.

    Dazu gibt es in der Newtonschen Physik offenbar kein Gegenstück. Die betrachtet
    geometrisch-kinematische Beziehungen stattdessen wohl als „gegeben“ oder „offensichtlich“.

    Noch ein konkreteres Beispiel:
    Zum Wertebereich des entsprechenden Messoperators der RT gehört u.a. die Bewertung, dass bestimmte Beteiligte „zueinander starr aber nicht zueinander flach“ waren. (Und solche geometrischen Beziehungen spielen in anschließenden Betrachtungen zur Dynamik übrigens eine bedeutende Rolle). Auch dazu gibt es in der Newtonschen Physik offenbar kein Gegenstück.

  8. @Wrappler

    Dazu gibt es in der Newtonschen Physik offenbar kein Gegenstück.

    Damit haben Sie einen Aspekt aus Sicht des Schreibers dieser Zeilen korrekt beschrieben, es bleibt dennoch Geschmackssache eine Inkommensurabilität zu erkennen.

    Kuhn als literarisch wertvoll einzuordnen trifft es recht gut. Standardisierungen oder „Gleichmacherei“ dagegen bleiben idT Kuhn zugelastet in Erinnerung, möglicherweise auch einer Mode geschuldet.

    MFG
    Dr. W

  9. Beobachter im Nachgang

    Dr. Webbaer las (17. Dezember 2012, 16:41):
    > Die quantenmechanische Verschränkung wird oft mit einem klassischen Analogen beschrieben, bei dem sich in zwei Schachteln je eine Kugel befindet: In einer eine rote und in der anderen eine blaue. Wenn wir beim Schließen der Schachteln nicht dabei waren oder nicht genau aufgepasst haben, können wir erst sicher sein, in welcher Schachtel eine rote oder blaue Kugel ist, wenn wir mindestens eine Schachtel geöffnet haben.

    Wenn wir beim Schließen der Schachteln nicht dabei waren oder nicht genau aufgepasst haben, können wir erst sicher sein, ob in diesem betrachteten Versuch in einer Schachte eine rote und in der anderen Schachtel eine blaue Kugel lag, falls „wir“ (oder jemand, dessen
    Beurteilungsmethode nachvollziehbar ist) beide Schachteln geöffnet und deren Inhalte miteinander verglichen haben (bzw. hat).

    Das macht offenbar den Unterschied aus, zwischen quantenmechanischer Bewertung der Beziehung zwischen den beiden Schachteln und „einem klassischen Analogen„.

  10. @Frank Wappler

    Erlauben Sie mir, mich da einzumischen. Wo hat Dr. Webbaer das gelesen? Es gibt hier kein klassisches Analogon. Bei den Schachteln-Beispiel unterstellt man ja, dass es in ihnen Kugeln gibt, die eine bestimmte Farbe haben, nur dass man die Farbe jeweils nicht kennt. Genau das ist aber bei einem Quant nicht der Fall. Bei diesem wäre die Farbe unbestimmt, und erst wenn ich sie messe, erhalte ich eine bestimmte Antwort und weiß dann bei Verschränkung auch, was die Farbe der anderen Kugel ist. Das ist eben nicht klassisch – es ist etwas ganz Neues und es gibt kein Analogon.

  11. Schachtelprivileg

    Josef Honerkamp schrieb (18.12.2012, 21:23):
    > Wo hat Dr. Webbaer das [18.12.2012, 12:24 Zitierte] gelesen?

    Da, wo meine „Anfrage (betreffend Einreichung eines Kommentars) leider nicht bearbeitet werden kann“.

    > […] erst wenn ich sie [Farbe] messe, erhalte ich eine bestimmte Antwort

    Richtig: erst wenn man einen bestimmten Messoperator (hier z.B. einen zur Bewertung von „Farbe„) auf gegebene Beobachtungsdaten anwendet, erhält man einen (i.A. reellen oder
    Booleschen) Messwert.

    > und weiß dann bei Verschränkung auch, was die Farbe der anderen Kugel ist.

    Erst wenn auch die „Farbe“ der anderen Kugel nachvollziehbar/kommensurabel gemessen
    wurde, kann man aus dem Vergleich der beiden Resultate feststellen, ob und welche „Verschränkung“ im betreffenden Versuch vorlag.
    (Woher wüßte man denn sonst etwas darüber?.)

  12. @Wappler

    Wann ist denn eine Theorie, eine „bessere“ Theorie einer anderen Theorie überlegen, die Messergebnisse und die Prognostik betreffend? Wann genau liegt I.E. Inkommensurabilität vor?

    MFG
    Dr. W

  13. Ist denn schon Weihnachten?

    Dr. Webbaer schrieb (20.12.2012, 07:50):
    > Wann ist denn eine Theorie, eine „bessere“ Theorie einer anderen Theorie überlegen, die Messergebnisse und die Prognostik betreffend?

    Beurteilungen hinsichtlich der „Güte“ (d.h. Bewertung und Unterscheidung in „besser“ oder „schlechter“) betreffend Messergebnisse und Prognostik beziehen sich auf Modelle, nicht auf Theorien.

    Zum Beispiel:
    Das Modell „Mein Club („X´´) steigt niemals ab.“ mag sich (spätestens) am Ende dieser Saison als schlechter (falsifiziert) oder als besser (korroboriert) erweisen.

    Die Spielregeln bzw. Messoperatoren, aufgrund deren Anwendung die Messergebnisse ermittelt wurden (bzw. die bestimmten Erwartungswerten zugrundeliegen), an sich „besser“ oder „schlechter“ zu nennen, scheint absurd.

    Zum Beispiel:
    Es scheint absurd, die Fußball-Spielregeln (einschl. der gesamten darauf basierenden Fußball-Theorie) „besser“ oder „schlechter“ zu nennen, als die Tischtennis-Spielregeln (einschl. der gesamten darauf basierenden Tischtennis-Theorie).

    > Wann genau liegt I.E. Inkommensurabilität vor?

    Inkommensurabilität liegt sicherlich zwischen Messwerten vor, die durch Anwendung verschiedener Messoperatoren (auf jeweils gegebene Beobachtungsdaten) ermittelt wurden.

    Das gilt wohl um so mehr für Messoperatoren, die nicht zueinander kompatibel sind; mit denen sich aus einem bestimmten, gegebenen Satz von Beobachtungsdaten gar nicht je genau ein Messwert ermitteln lässt.

    Und das gilt wohl im Extrem für Ergebnisse, die ganz ohne Anwendung irgendeines nachvollziehbaren Messoperators (bzw. festgelegter Spielregeln) zustande kämen.

  14. @Wappler

    Die Frage bezog sich schon auf Theorien oder „Sichten auf Daten“, auch wenn irgendwo seitens des Erkenntnissubjekts mit Modellen hantiert wird.

    Inkommensurabilität liegt sicherlich zwischen Messwerten vor, die durch Anwendung verschiedener Messoperatoren (auf jeweils gegebene Beobachtungsdaten) ermittelt wurden.

    Bitte einmal genau erklären, was mit den ‚jeweils gegebenen Beobachtungsdaten‘, dem ‚Messoperator‘ und dem letztlichen ‚Messwert‘ genau gemeint ist.

    Der Schreiber dieser Zeilen hat den Verdacht, dass Sie – wie auch sonst – die Inkommensurabilität wahlfrei zuordnen.
    I. läge sozusagen potentiell immer vor, wenn die Sicht oder Abfrage auf Daten sich ändert.

    MFG
    Dr. W

  15. Fern jeglichen Verdachts/Hypothesierens

    Dr. Webbaer schrieb (21.12.2012, 11:41):
    > Bitte einmal genau erklären, was mit den ‚jeweils gegebenen Beobachtungsdaten‘, dem ‚Messoperator‘ und dem letztlichen ‚Messwert‘ genau gemeint ist.

    Für ein sicherlich bekanntes Beispiel betrachtet man fünf Beteiligte, „Alice“, „Bob“, „Ginger“, „Fred“ und „Spike“, wobei insbesondere Spike bestimmte (Signal-)Anzeigen darstellte, die von den anderen vier Beteiligten wahrgenommen und erkannt wurden.
    Diese Wahrnehmungen sollen (von den Beteiligten) in „Versuche“ gordnet worden sein, so dass ein Versuch dann „gültig“ ist, falls eine bestimmte Anzeige Spikes entweder nur von Alice oder nur von Bob, und die selbe Anzeige Spikes nur von Ginger oder nur von Fred wahrgenommen wurde.
    (Das beschreibt die gegebenen Beobachtungsdaten.)

    Auf diese Beobachtungsdaten lässt sich (nun, z.B.) der Messoperator

    ArcCos[
    (nAG + nBF – nAF – nGB) /
    (nAG + nBF + nAF + nGB)
    ]

    anwenden;
    wobei „nAG“ die Anzahl gültiger Versuche (im Rahmen einer hinreichenden Versuchsserie) bedeutet, in der (nur) Alice und Ginger (aber weder Bob noch Fred) Spikes Anzeige wahrnahmen.

    Die so definiert Messgröße nennt man „Korrelationswinkel (der Paare Alice/Bob und Ginger/Fred zueinander, hinsichtlich der Anzeige Spikes)“.

    Der Wertebereich dieser Messgröße sind die reellen Zahlen zwischen 0 und Pi,
    und ein Messwert dieser Messgröße ist demnach jeweils eine bestimmte Zahl aus diesem Wertebereich, die aus konkreten Beobachtungsdaten aus einer bestimmten Versuchsserie ermittelt wurde.

    Noch ein Beispiel für eine andere Messgröße, deren Messwerte inkommensurat zu Messwerten von „Korrelationswinkel“ sind, obwohl beide den gleichen Wertebereich haben:

    Falls Alice, Bob, Ginger und Fred während der betrachteten (hinreichenden) Versuchsserie zueinander ruhten, sind ihre Distanzverhältnisse untereinander feststellbar; „AB/GF“, „AG/GF“ usw. (Das sind ja an sich schon Messwerte; die dafür erforderlichen Beobachtungsdaten, und wie Distanzverhältnisse daraus zu ermitteln sind, wird im Rahmen der Relativitätstheorie behandelt.)

    Auf diese Distanzverhältnisse lässt sich (nun, z.B.) der Messoperator

    ArcCos[ 1/2 (
    AG/AB AG/GF + BF/AB BF/GF – AF/AB AF/GF – BG/AB BG/GF
    ) ]

    anwenden. Die so definiert Messgröße nennt man „geometrischen Winkel (der Paare Alice/Bob und Ginger/Fred zueinander)“.

  16. @Wappler

    Das eher wenige, was der Schreiber dieser Zeilen zu verstehen glaubt, ist dass in Ihrem Beispiel unterschiedliche (vielleicht sogar identische Sichten – der Standort unterscheidet sich aber jeweils) Sichten anwendende Beobachter ein und desselben Ereignisses oder ein und derselben Datenlage zu unterschiedlichen Messwerten kommen, weil die „Messoperatoren“ oder angelegten Sichten/Standorte sich unterscheiden.

    Hier war aber kein tieferes Eingehen auf messtheoretische Spezifika erbeten, sondern die Beschreibung des Konstrukts der Inkommensurabilität, und zwar am besten so, wie sie von Kuhn gemeint war.

    MFG
    Dr. W

  17. Warten auf’s Schwämmchen

    Dr. Webbaer schrieb (22.12.2012, 08:54):
    > Hier war aber kein tieferes Eingehen auf messtheoretische Spezifika erbeten, sondern die Beschreibung des Konstrukts der Inkommensurabilität, und zwar am besten so, wie sie von Kuhn gemeint war.

    Dann warten wir wohl am besten, bis jener „Kuhn“ hier antwortet.

    Mir liegt jedenfalls die Maxime

    what I cannot create

    I cannot understand

    näher.

    (Und selbst von der weiß man ja nicht genau, ob sie von Feynman selbst noch vor seinem Ableben auf seine Bürotafel gemalt worden ist, oder von einem anderen, einsichtsvolleren Physiker.)

  18. @Wappler

    Sie sind eigentlich noch nicht entlassen, auch wenn Ihr Hinweis auf die Geometrie gar nicht so schlecht ankam.

    MFG + auf jeden Fall schon einmal schöne Weihnachtstage!
    Dr. W

  19. Theorie über Wissenschaften…

    „Ich selbst habe es vermieden, dieses Buch in meinen einschlägigen Ausführungen zu zitieren, und gedacht, dass man einfach ein anderes Bild in die Welt setzen muss, in dem man aus der Sicht eines Physikers die Entwicklung der physikalischen Theorien nachzeichnet. Als aber immer wieder Kommentatoren meiner Blogartikel auf Kuhnsche Thesen verwiesen[…]“

    Falls das hier durch mich angeregt sein sollte: Ich habe lediglich Kuhn als Beispiel genannt, wie man die wissenschaftliche Entwicklung anders sehen könnte als Popper. Und meines Erachtens ist Kuhns Version da nicht wesentlich unwahrscheinlicher als die Poppers.

    Den Rest des Artikels werde ich mir erst mal durchlesen müssen. Nur so viel: Mir scheint die Meinung eines Physikers, wie Physik abläuft nicht zwangsläufig privilegiert gegenüber der Sicht eines Wissenschaftshistorikers, -theoretikers oder sonstigen Personen zu sein.
    Sie können allerdings beschreiben, WIE sie vorgegangen sind. Auch diese Beschreibung kann natürlich falsch sein, allerdings sollte es einem sehr skeptisch machen, wenn Wissenschaftstheoretiker dieser Beschreibung (oder dem, was in vielen Beschreibungen immer wieder auftaucht) stark widersprechen.

  20. In gebotener Kürze I

    „Während seiner Doktorarbeit im Jahre 1947 habe er die „Physik“ von Aristoteles studiert, sich zunächst gewundert, dass alles so „falsch“ sei. Dann aber, als ihm die andersartige Bedeutung der Grundbegriffe bei Aristoteles aufgegangen sei, habe er plötzlich die Sichtweise von Aristoteles als in sich schlüssig verstanden.“

    Das mag ein prägendes Ereignis gewesen sein, aber das erlebt, denke ich, jeder, der alte Texte ließt. Bedeutung von Begriffen und Konzepten ändert sich eben, besonders in der Zeit vor dem Buchdruck.

    „Der Wechsel von der Aristotelischen zur Newtonschen Physik wurde für Kuhn das Grundmuster für alle Änderungen im Weltbild der Naturwissenschaften und somit zum Prototyp aller Paradigmenwechsel.“

    Das ist ein guter Punkt. Natürlich ist keineswegs gesagt, dass alle wissenschaftlichen Revolutionen nach dem Muster der „kopernikanischen Wende“ ablaufen – aber das beweist erst recht nicht die Version, die z. B. die Kritischen Rationalisten von wissenschaftlichen Umbrüchen haben.
    Einfach die eine Version gegen die andere auszutauschen hieße einen blinden Glauben gegen einen anderen zu wechseln. Das Fazit müsste viel mehr sein, jeweils Einzelfallstudien zu betreiben und dann das Datenmaterial zu sichten. (Die Arbeit wird ja teilweise schon getan.)

    „Diese war aber nur eine der Folgen seines neuen Denkens darüber, wie Wissen erlangt werden kann.“

    Dem muss ich heftig widersprechen!
    Schon VOR Galilei und Kopernikus wurde die Physik von fähigen Männern weiterentwickelt.
    Die Impetus-Theorie und viele theoretische Arbeiten darüber, ob die Erde sich vielleicht doch dreht, die auf ihrer Basis entstanden, legen ein beredetes Zeugnis davon ab, dass die Naturwissenschaften vor Galilei ebensowenig von Naturphilosophie oder Bibel bevormundet wurden wie zu Galileischen Zeit.

    Nur als Hinweis: Auch Galilei hat geglaubt, dass seine Hypothesen mit der Bibel in Einklang zu bringen waren. Das hat er explizit geschrieben und auch in seienn Prozess wiederholt.
    Und ZWEITENS stand auch er unter den Einfluss einer Naturphilosophie. So gab weder er noch Kopernikus die Idee von Kreisbahnen als perfekte Form der Bewegung auf. Im Gegenteil, Galilei radikalisierte die Verehrung für Kreisbahnen sogar noch, indem er annahm, dass selbsten die Fallbewegung – nach Aristoteles eine gradlinige Bewegung zur Erde hin – in Wahrheit eine Form der Kreisbewegung war!
    Und das mittels des von ihn entwickelten Relativitätsprinzipes, dessen sich angeblich der alte Aristoteles auch schon bedient haben soll…

    „Der Galileische Paradigmenwechsel war ein singulärer Prozess. Danach sah die Welt der Naturforschung ganz anders aus.“

    Das ist, wie oben schon gesagt, grundsätzlich auch nur eine Behauptung.
    So könnte (!) man z. B. Charles Darwins Werk ebenfalls als so eine Zäsur auffassen oder einige Werke von Geologen.

    „Ohne die Führung der formalen, mathematischen Ebene würde man ohne einen Kompass bzw. Leitstrahl auf der hohen See der Spekulationen treiben.“

    Ich habe die Beobachtung gemacht, dass man auch hinter Mathematik haltlose Spekulation verbergen kann – und damit leider vor mathematisch unerfahrenen Menschen sogar als besonders seriös wirkt.
    Man muss ausserdem sehen, auf welchen Stand die Mathematik im Großen und Ganzen zu Aristoteles Zeiten war; wenn er der Mathematik nicht den heutigen Rang einräumt, dann hat er damit vielleicht nicht unrecht gehabt. Wie er auf die heutige Mathematik reagieren würde, können wir nicht wissen.
    Ebenso wenig können wir das für die Zukunft sagen!

  21. @Wegdenker

    „“ „Diese war aber nur eine der Folgen seines neuen Denkens darüber, wie Wissen erlangt werden kann.“ Dem muss ich heftig widersprechen! „“
    „Diese“ bezieht sich auf die Verteidigung des Kopernikanischen Weltbildes, und schrieb ich nicht auch: „Die Befreiung von einer Vormundschaft im Denken – sei es eine Vormundschaft durch die Kirche oder durch die Aristotelische Naturphilosophie – war auch nicht das spezifische seiner Revolution. Solche Vorboten der Aufklärung hatte es schon häufiger Anfang des 17. Jahrhunderts gegeben.“ Ich stimme also allem, was sie da sagen zu und sehe keinen Widerspruch zu meinen Aussagen. Ich verstehe Ihren Einwand also nicht.
    Mit fällt nur gerade auf, dass „Kirche“ und „Aristotelische Naturphilosophie“ zu verschiedenen Kategorien gehört.
    „Und das mittels des von ihn entwickelten Relativitätsprinzipes, dessen sich angeblich der alte Aristoteles auch schon bedient haben soll… “ Können Sie da etwas Genaueres sagen? Das wäre interessant.
    „Das ist, wie oben schon gesagt, grundsätzlich auch nur eine Behauptung.“ Klar, es ist eine Einschätzung, die aber begründet wird durch den einzigartigen Wechsel in der Methode. Darwins Werk bedeutet für mich übrigens auch eine Zäsur.
    „Ich habe die Beobachtung gemacht, dass man auch hinter Mathematik haltlose Spekulation verbergen kann – und damit leider vor mathematisch unerfahrenen Menschen sogar als besonders seriös wirkt.“ Ja, leider, z.B. Astrologen kennen diesen Trick ganz gut. Mathematik alleine tut es eben nicht in einer empirischen Wissenschaft, das Experiment ist auch nötig – siehe Galilei.

  22. @Josef Honerkamp

    „Ich stimme also allem, was sie da sagen zu und sehe keinen Widerspruch zu meinen Aussagen. Ich verstehe Ihren Einwand also nicht.
    Mit fällt nur gerade auf, dass „Kirche“ und „Aristotelische Naturphilosophie“ zu verschiedenen Kategorien gehört.“

    1. Ja natürlich gehören sie das. Die Kirche ist eine bestimmte soziale Institution, mit verschiedenen politischen, juristischen usw. Aspekten. Mit „aristotelische Naturphilosophie“ dagegen meint man entweder die Lehre, die uns aus den Schriften von Aristoteles gegeben ist – diese steht eigentlich seit Jahrtausenden fest und kann sich ja nicht mehr ändern, weswegen sie als veraltet gilt – oder die Lehrer der aristotelisch geprägten Scholastik; die (letztere) hat sich allerdings schon weiterentwickelt und hat z. B. das ptolemäische Weltmodell integriert und auch Neuerungen eingeführt, wo man der Meinung war, der Meister habe sich geirrt (siehe Impetustheorie!)
    2. Mein Einwand lautet, dass auch Galilei selbst unter Einfluss kirchlicher Lehren und der Naturphilosophie seiner Zeit stand, wie übrigens später Descartes und Newton auch.
    Das heißt, eine vollständige Emanzipation davon hat eben nicht stattgefunden.

    „Klar, es ist eine Einschätzung, die aber begründet wird durch den einzigartigen Wechsel in der Methode. Darwins Werk bedeutet für mich übrigens auch eine Zäsur.“

    Dass der Wechsel einzigartig ist, ist eben das, was zu beweisen war, darf also nicht vorausgesetzt werden.
    Wie das Beispiel Darwin zeigt hat es offenbar auch lange nach Galilei in den Naturwissenschaften, denn ich nenne auch die Biologie eine solche, noch Revolutionen gegeben.
    Eben deshalb kann es sein, dass es auch nach Galilei (oder Darwin) in den Naturwissenschaften „Revolutionen“ gegeben hat.

    „Mathematik alleine tut es eben nicht in einer empirischen Wissenschaft, das Experiment ist auch nötig – siehe Galilei.“

    Oft ist es einfach die Frage, wo man ansetzen muss. Manche Modelle der theoretischen Biologie scheinen mir z. B. die Dinge nicht deutlicher zu erklären als einfach die Biochemie der Zellen.

    „önnen Sie da etwas Genaueres sagen? Das wäre interessant.“

    Kann sein, dass ich mich hier falsch erinnere. Ich muss noch mal nachsehen.

  23. Zusatz

    Tatsache ist aber, dass schon vor Galilei und Kopernikus einige Scholastiker Gedankenexperimente mit einer sich drehenden Erde durchführten und sich dabei einer Form von Relativitätsprinzips bedient haben.
    Nur blieb es eben bei dem Gedankenexperiment, das als Kuriosa nicht weiterentwickelt wurde.

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