Denkanstöße – Weizsäcker und Philosophie für Physiker

"Ein Ingenieur, ein Physiker und ein Philosoph fahren mit der Eisenbahn. Aus dem Fenster sehen sie ein einsames schwarzes Schaf auf einer Wiese stehen. Sagt der Ingenieur: ‘Schau an, hier sind alle Schafe schwarz.’ Entgegnet der Physiker: ‘Na, sagen wir lieber: Hier gibt es mindestens ein schwarzes Schaf.’ Der Philosoph korrigiert: ‘…mindestens ein Schaf, das von mindestens einer Seite aus gesehen schwarz ist.’" Und in der Tat lassen sich Ingenieure und andere Vertreter der angewandten Wissenschaften, Physiker und andere naturwissenschaftliche Grundlagenforscher und Philosophen daran unterscheiden, bis hinunter zu welcher Ebene sie die Begriffe hinterfragen, mit denen sie operieren.

Die Vor- und Nachteile der verschiedenen Sichtweisen liegen auf der Hand. Für den Ingenieur ist wichtig, dass sich sein Wissen praktisch anwenden lässt. Würde er seine Arbeit solange zurückstellen, bis die begrifflichen Grundlagen in breiter Allgemeinheit geklärt sind, wäre die erste Brücke heute noch eine Baustelle. Umgekehrt ist eines der Erfolgsrezepte der Physik, sich nicht mit phänomenologischen Beschreibungen – etwa mit empirischen Gesetzen der Statik oder der Kraftübertragung durch Hebel – zufriedenzugeben, sondern systematisch zu versuchen, physikalische Vorgänge auf einfache Grundbegriffe zurückzuführen. Das heißt freilich nicht, dass es nicht doch der Physik zugrundeliegende Begriffe und Konzepte gäbe, die Physiker als Teil ihrer Arbeit nicht hinterfragen, etwa "Naturgesetz" oder "Ding". Wer dort weiterfragt, betritt den Grenzbereich zwischen Physik und Philosophie.

Für die Physik-Philosophie gilt das Gleiche wie für die Ingenieurs-Physik: Wer der darunterliegenden Ebene zuviel Zeit widmet, kommt nicht mehr zur eigentlichen Arbeit, und ist ab einem gewissen Punkt nicht mehr vornehmlich Physiker, sondern Philosoph. Prominentes Beispiel für solch eine Verschiebung ist Carl Friedrich von Weizsäcker, in der Physik durch seine grundlegenden Arbeiten zur Kernphysik bekannt (insbesondere das Tröpfchenmodell und die dazugehörige Bethe-Weizsäcker-Formel für die Bindungsenergie von Atomkernen; Anwendung auf die Kernphysik der Sterne: CNO-Zyklus bzw. Bethe-Weizsäcker-Zyklus). Im zweiten Weltkrieg war Weizsäcker dann an Projekten zur praktischen Anwendung der Kernphysik beteiligt, die das Ziel hatten, auf Basis der gefundenen Grundlagen Kernreaktoren und Kernwaffen zu entwickeln, eifrig gefördert vom Heereswaffenamt. Bei Weizsäckers zunehmender Hinwendung zur Philosophie – ab 1957 hatte er einen philosophischen Lehrstuhl an der Universität Hamburg inne – ging es aber nicht nur um Fragen der Verantwortung und Ethik des Naturwissenschaftlers, sondern auch um die Grundbegriffe, auf denen die Physik aufbaut.

Sicherlich kann man ein hervorragender und erfolgreicher Physiker sein, ohne sich näher mit dem Grenzgebiet zur Philosophie beschäftigt zu haben. Aber gerade bei theoretischen Physikern, so meine Erfahrung, trifft man nicht selten die Neigung an, in diesen Grenzbereich  hineinzuschnuppern und sich zu fragen, auf welcher Grundlage man da eigentlich arbeitet. Weizsäckers "Der begriffliche Aufbau der theoretischen Physik" ist ein schönes (fortgeschrittenes) Beispiel dafür. Das Buch ist aus einer 1948 in Göttingen gehaltenen Vorlesung hervorgegangen, die Weizsäcker selbst als "Experiment" beschreibt, und zwar auch als ein Experiment sich selbst gegenüber – als Versuch, ob die Gedanken zwischen Physik und Philosophie, die er dort präsentiert, bereits ein tragfähiges Ganzes bilden. Worum geht es? Genau um die nötigen Vorbereitungen dazu, die Grundlagen der theoretischen Physik zu hinterfragen: um eine Erkundung der physikalischen Fachbegriffe ebenso wie jener Begriffe, die unausgesprochen hinter der Physik-Praxis stehen. Dabei werden einige Klärungen dazu vorgenommen, wofür die Begriffe stehen und wofür nicht; im Hinblick auf eine tiefergehende Analyse schreibt Weizsäcker allerdings gegen Ende des Textes selbst: "Den behandelten Stoff philosophisch zu interpretieren, wäre eine Aufgabe für eine neue Vorlesung."

Das Entstehungsjahr 1948 lässt, hält man die Buchausgabe von 2004 in der Hand, natürlich stutzen, und das nicht nur, weil die Frage nach dem "bleibenden Wert" eines der Themen dieses Bücher-Bloggewitters ist. Seit 1948 ist in der theoretischen Physik ja nun wirklich einiges passiert: die Entwicklung der Quantenfeldtheorien, und aus ihnen heraus des heutigen Standardmodells der Elementarteilchenphysik. Neue konzeptuelle Bahnen für unser Verständnis der Quantentheorie: John Bell mit der nach ihm benannten Ungleichung, Hugh Everett mit der Viele-Welten-Interpretation, H. Dieter Zeh mit der Dekohärenz. Die Umsetzung von Gedankenexperimenten in tatsächliche Experimente etwa beim Quanten-Radierer, bei der Quantenteleportation oder beim Nachweis von Quanteneffekten bei immerhin so großen Objekten wie Fullerenen. Am anderen Ende der Größenskala die Entwicklungen der Kosmologie, von der Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung bis zu den Messungen des WMAP-Satelliten. Hier eine Verbindung zu schaffen, sieht die Buchausgabe offensichtlich nicht als ihre Aufgabe an. Zwar liefert das Vorwort des Herausgebers eine kurze Einordnung in das Gesamtwerk Weizsäckers, dann folgt aber schlicht der Originaltext, ohne jegliche Anmerkungen (und leider auch ohne Index).

Umso überraschender, dass man dem Text die Jahre, die er auf dem Buckel hat, in weiten Teilen so wenig anmerkt. Nun geht es im ersten Teil, "Elementare Gegebenheiten", tatsächlich um das Elementare, also zunächst einmal um Begriffe wie Zeit, Ding, das Allgemeine, Erfahrung, Sprache, Mathematik. Beim ersten Nachdenken über diese Begriffe kann man heute noch die gleichen Fragen stellen wie 1948, und insbesondere für den theoretischen Physiker, der nicht mehr möchte, als etwas über den Tellerrand hinauszuschnuppern, dürften die Gedankengänge, die Weizsäcker hier entwickelt, nach wie vor interessant sein. Mein einziges physikalisches Stirnrunzeln betraf eine Frage, die man, denke ich, auch 1948 schon besser beantworten konnte, als Weizsäcker es hier tut – dafür, der Gleichung F=ma (Kraft gleich Masse mal Beschleunigung) nicht die doppelte Bürde, Definition der Kraft und der Masse zu sein, aufzubürden, gibt es ja durchaus überzeugende Ansätze (ich habe eine Version vor einiger Zeit hier nacherzählt).

Anschließend behandelt Weizsäcker auf rund 140 Seiten die Teilgebiete der Physik sowie die Ränder, an denen sich das Fach mit anderen Wissenschaften überschneidet. Auch dieser Teil ist weitgehend grundlegend-zeitlos, was wiederum einerseits am Thema liegt, andererseits daran, dass Weizsäcker nicht der Versuchung erliegt, bei den weniger gut geklärten Fragen den unsicheren damaligen Status Quo wiederzugeben, sondern Mut zur Lücke zeigt.

Für mich bezog dieser Teil des Buches einen Großteil seines Charmes aus der gewählten Darstellungsebene. Populärwissenschaftliche Bücher konzentrieren sich ja üblicherweise auf attraktive Teilthemen (die Suche nach der Urkraft, Schwarze Löcher, kleinste Teilchen), während systematische Darstellungen dann gleich Lehrbücher sind, die den ganzen Formalismus und das nötige mathematische Werkzeug mitliefern müssen. Texte wie Weizsäckers Übersicht über die Physik samt Randgebieten (oder z.B. auch, mit anderer Schwerpunkt- und Zielsetzung, Penroses Road to Reality), die Systematik ohne ablenkenden Formalismus bieten und es erlauben, das Fachwissen einmal von höherer Warte aus zu betrachten, sind eine sehr nützliche Gattung für sich, leider mit vergleichsweise wenigen Vertretern. Inhaltlich hatte ich bei der Lektüre vereinzelt Bedenken (etwa beim Begriff der Kovarianz), aber was bleibt, ist der Eindruck: Schön, das einmal in dieser Form als Überblick aufgearbeitet zu sehen.

Allerdings machte sich dabei hier und dort dann doch die Zeit bemerkbar, die seit 1948 vergangen ist. An einigen Stellen – etwa bei experimentellen Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie – stört das kaum. Anderswo, etwa bei der Kosmologie, ist rückblickend deutlich: Da fehlt etwas, das auch die Grundbegriffe betrifft. Ähnlich ergeht es dem Leser bei der Quantentheorie: Sicher, die Kurzform der Kopenhagener Deutung ("Wir sind … gezwungen, an irgendeiner Stelle den Schnitt zwischen Beobachter und Objekt zu ziehen") findet man auch heute noch in Einführungsvorlesungen, in denen es nicht so sehr um die Interpretation der Quantentheorie geht als darum, den Hörern die Quantentheorie als Werkzeug nahezubringen. Doch wenn es um die Klärung von Grundbegriffen geht, ist zu diesem Thema (siehe oben) heute deutlich mehr zu sagen. Ähnlich beim Verhältnis der Physik zur Biologie: Mit der Entdeckung der DNA und den Fortschritten in der Molekularbiologie hat sich eben nicht nur die Wissenschaft verändert, sondern auch die Art und Weise, wie wir über ihre begrifflichen Grundlagen sprechen.

Das Buch schließt mit einem sehr kurzgefassten und eher skizzenartigen Abschnitt zu den möglichen philosophischen Deutungen, Inhalt der letzten Vorlesungsstunde. 

Was bleibt? Deutlich mehr, als ich vorab erwartet hätte. Über weite Teile hört man dem Text sein Alter nicht an – übrigens auch vom Sprachstil her nicht, was sich aus dem Unterschied zwischen einer mitgeschriebenen Vorlesung und einem direkt als Buch geschriebenen Text erklären dürfte; im letzteren Falle wäre der Text wohl deutlich förmlicher ausgefallen. Auch heute noch kann das Buch als anregender Lesestoff für Physiker dienen, die die Grundlagen dessen, was sie da tun, erkunden wollen. Wer weiter in die Tiefe gehen will, hat dazu ja z.B. in einigen weiteren Büchern dieses Blog-Gewitters Gelegenheit, etwa in Über die Natur der Dinge oder Was können wir wissen. Letzteres übrigens geschrieben von einem weiteren Physiker, der Philosoph wurde, Gerhard Vollmer – oder sollte man bei diesem Mischtypus besser sagen: ein Physiker, der von mindestens einer Seite aus gesehen Philosoph ist?

 

Weizsäcker, Carl Friedrich von: Der begriffliche Aufbau der theoretischen Physik. Hirzel: Stuttgart und Leipzig 2004

Markus Pössel hatte bereits während des Physikstudiums an der Universität Hamburg gemerkt: Die Herausforderung, physikalische Themen so aufzuarbeiten und darzustellen, dass sie auch für Nichtphysiker verständlich werden, war für ihn mindestens ebenso interessant wie die eigentliche Forschungsarbeit. Nach seiner Promotion am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam blieb er dem Institut als "Outreach scientist" erhalten, war während des Einsteinjahres 2005 an verschiedenen Ausstellungsprojekten beteiligt und schuf das Webportal Einstein Online. Ende 2007 wechselte er für ein Jahr zum World Science Festival in New York. Seit Anfang 2009 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, wo er das Haus der Astronomie leitet, ein Zentrum für astronomische Öffentlichkeits- und Bildungsarbeit. Pössel bloggt, ist Autor/Koautor mehrerer Bücher, und schreibt regelmäßig für die Zeitschrift Sterne und Weltraum.

Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Einsteins Kuh:

    Ob ausgerechnet das Buch so interessant ist, sei dahingestellt (ich halte Penrose’s für weitaus interessanter, würde Galilei’s Dialoge oder andere Klassiker vorziehen), Ihr Artikel liefert aber eine hübsche Gelegenheit, Einsteins Kuh (der Text auf dem Zettel dahinter gehört zu einem anderen Exponat) zu erwähnen: Einstein gab dieses Spielzeug aus seiner Kindheit einer Kollegin, als Hinweis, den Kontakt zur ‘kindlichen’ Unbefangenheit und Phantasie nicht zu verlieren. Die gab es dann diesem kleinen Privatmuseum.

  2. @T

    Danke für den Hinweis auf die Kuh, die mir bislang noch nicht bekannt war.

    Das Penrose-Buch und das hier besprochene Weizsäcker-Buch sind halt doch vom Ansatz her sehr unterschiedlich. Als Anregung zum Hinterfragen fand ich Weizsäcker nicht schlecht, aber Penrose ist, was den Physik-Gehalt angeht, natürlich eine Klasse für sich.

  3. physikalisches Stirnrunzeln F=m*a

    Vielen Dank Herr Pössel,für die Besprechung mit der Darstellung der Grenzprobleme von Physik und Philosophie!

    Ihr ‘physikalisches Stirnrunzeln’ zum Kraftproblem interessiert mich als alten CFW-Fan sehr.

    Ich würde dem noch gerne vertieft nachgehen in den 3 Hauptwerken von CFW (Die Einheit der Natur, Der Aufbau der Physik, Zeit und Wissen).Diese sind ja 20 – 40 Jahre jünger als das von Ihnen hier besprochene.

    Könnten Sie Ihre Kritik noch etwas ausführen ?

    MBD Michi Schaub

  4. @Michi Schaub

    Weizsäcker schreibt zu F=ma, es enthalte sowohl die Definition der Masse als auch die Definition der Kraft, und lässt sich über diese Doppelrolle noch weiter aus. Aus meiner Sicht kann man da noch schöner differenzieren – erst über Impulserhaltung die träge Masse definieren, dann über statische Situationen (z.B. Feder) die Kraft, und dann ist F=ma tatsächlich ein neuer allgemeiner Zusammenhang zwischen diesen Größen. Sie eben z.B das im Text verlinkte Einstein Online-Vertiefungsthema Träge und Schwere Masse.

  5. Die Gleichheit der schweren und der trägen Masse ist physikalisch durchaus nicht gegeben. Im Gegenteil, die physikalische Evidenz des Unterschiedes zwischen diesen beiden Massen lässt auf die physikalische Evidenz von Gravitationsladungen schließen, siehe
    http://www.atomsz.com

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