Mittwoch, 3. August 2016

Physik zwischen Kritikern und Bewunderern ̶ Von Alexander Unzicker bis Natalie Knapp

Schon mehrmals habe ich mich mit dem Erscheinungsbild und dem Selbstverständnis der modernen Physik befasst. Ich berichtete sowohl über die Meinung von einigen prominenten Physikern (Rothman und andere) wie über die populistische Kritik eines Außenseiters (Unzickers Tiraden). Es wirkt gerade zu erfrischend zu sehen, dass die moderne Physik sehr inspirierend wirken kann für Autoren, die nicht aus der Physik stammen. Manchmal können Insider von Außenstehenden lernen.

Eines Krakeelers angekratzte Platte

Wenn ich jedes Buch einzeln bezahlen müsste, das mir im Rahmen meines Skoobe-Abos angeboten wird, würde ich viel weniger lesen. Jetzt kostet es mich nur die Zeit. Bei Alexander Unzickers zweitem Buch wollte ich nur hineinschnuppern. Dann las ich es doch vollends zu Ende. Es heißt: Auf dem Holzweg durchs Universum. Warum sich die Physik verlaufen hat. (Erschienen 2012, 253 Seiten).

Manche Fragen, die Unzicker stellt, stellen sich alle Physiker. Sie sind halt unbeantwortet. Vier Beispiele vorweg: Warum ist Gravitation so schwach? Können sich Naturkonstanten ändern? Woher kommt Masse? Warum kann das Elektron nicht kugelförmig sein? Bei Unzicker entsteht der Eindruck, dass er in der Physik eine Entwicklung vermutet, wie sie 1870 in der katholischen Kirche nach dem ersten vatikanischen Konzil eintrat. Es setzte sich die Meinung einer Mehrheit durch. Die unterlegene Minderheit zog sich zurück (oder löste sich von der Kirche). Das Ereignis, das die Physik spaltete, war die berühmte (fünfte) Solvay-Konferenz von 1927. Es setzten sich Niels Bohr, Max Born, Werner Heisenberg und andere durch, das so genannte Kopenhagener Modell. Die Fragen, die Albert Einstein, Erwin Schrödinger und Paul Dirac beschäftigten, wurden zur Seite geschoben. Einstein wollte keinen Zufall, Dirac spekulierte über große magnetische Monopole, Schrödinger sah nur Wellen, aber keine Partikel. Die Kopenhagener Gruppe sei Schuld daran, dass es heute kein einheitliches Bild der Physik gäbe. Ein Beispiel für diesen Irrweg sei die Stringtheorie.

Die Stringtheorie ist auf dem Weg zur Esoterik. Sie erinnert mehr ans Messen lesen als ans Messen. Auch die ‚Loop quantum gravity‘ eines Lee Smolin ist nicht besser.

Eine Aussage sei als Beispiel herausgegriffen. Richard Feynmans Quantenelektrodynamik (QED) würde heute als sehr erfolgreich angesehen. Sie gäbe aber keine Erklärungen, warum etwas geschehe, etwa warum elektromagnetische Felder aus einem Elektron-Positron-Paar spontan entstehen. Feynman habe diese Lücke in der Theorie der Elektrodynamik selbst zugegeben. Die Quantenfeldtheorie (QFT) sei wie die Stringtheorie. Sie sei nicht falsifizierbar. Als völlig offen sieht Unzicker die Frage: Wie wird eine Welle zum Teilchen?

Wer Quantenmechanik und Elektromagnetismus vereinigen will, muss beides besser verstanden haben als Feynman.

Seit den 1930er Jahren würde für jeden neuen Effekt ein neues Teilchen definiert bzw. gefordert. Kraft würde nur erklärt als ein Austausch von Teilchen. Heute umfasst der ‚Teilchenzoo‘ 70-80 Teilchen. Zuletzt kam das Higgs-Teilchen dazu. Diese ganze Richtung gefällt Unzicker nicht.

Der zweiter Hauptsatz der Thermodynamik gilt vor allem in der Physik. Es gibt immer mehr Teilchen und immer mehr Unordnung.

Unzickers zweites Gebiet ist die Astrophysik. Er habe das Gefühl etwas nicht verstanden zu haben, sobald von Dunkler Energie, Quarks, Schwarzen Löchern und Neutrinos geredet würde. Die Kosmische Inflation, die eine zentrale Rolle für die Erklärung der Entstehung des Kosmos spiele, sei ein Ereignis gewesen, das 10 hoch minus 35 Sekunden nach dem Urknall stattfand. Es sei daher völlig unbeobachtet gewesen.

Die Vorstellung, dass die Welt einfach sein muss, war einmal weit verbreitet. Sie ist es nicht mehr. …Eine Theorie ist umso besser, je weniger freie Variable sie benötigt (Ernst Mach)…Auf den Autobahnen der Wissenschaft wächst nicht viel Kreativität. In Big Science fehlen die Geistesblitze; es wird zuviel nachgeplappert.

Ernst Mach (1838-1916) wollte alle kosmischen Kräfte berücksichtigt haben, um den Begriff der Masse zu erklären. Was hat die Gravitationskonstante G mit der Masse im Universum zu tun? So fragt Unzicker. Die Dunkle Materie sei sehr seltsam definiert. Bei der Kollision von Galaxien kollidiere die Dunkle Masse nicht. Sie verklumpe im Zentrum der Galaxie. Die Dunkle Energie sei genau passend definiert, dass die Gravitation nicht zu stark wird. Das klinge nicht sehr überzeugend. Schon Einstein fragte sich, ob die Lichtgeschwindigkeit wirklich konstant sei. Der amerikanische Physiker Robert Dicke (1916-1997) hatte 1957 vorgeschlagen anzunehmen, dass Licht sich im gekrümmten Raum mit variabler Geschwindigkeit bewege. Alle Massen des Weltraums trügen zum Brechungsindex bei. Je mehr Masse im Raum, je langsamer wäre Licht. Was aus dieser Idee wurde, verrät Unzicker uns nicht.

Unzicker glaubt, dass viele physikalische Fragen überzeugendere Antworten fänden, wenn Experimente reproduziert werden könnten, oder, wo dies nicht geht, zumindest die Ergebnisse von Experimenten frei im Netz verfügbar seien. Das scheint nichts als Wunschdenken zu sein.

Nachdem ich das Buch gelesen hatte, wies mich mein Freund und Nachbar Hans Diel auf eine Rezension im Spektrum der Wissenschaft hin. Sie ist sehr kritisch und deckt sich weitgehend mit meiner Meinung. Der letzte Satz lautet:  [Ich] hoffe nur, dass die angekratzte Platte nicht ein drittes Mal aufgelegt wird. Nicht nur in der Physik, sondern auch in anderen Fachgebieten, wird die Auswahl von Forschungszielen dadurch beeinflusst, was gerade als Modethema gilt, wofür es öffentliches oder privates Geld gibt, und was im Hinblick auf eine akademische oder sonstige Karriere als erfolgversprechend angesehen wird. Daran wird Alexander Unzicker so schnell nichts ändern.

Einer Philosophin ultimative Hoffnung

Eigentlich wollte ich Unzickers zweites Buch hier gar nicht mehr erwähnen. Als ich einige Wochen später Natalie Knapps Buch las, drängte es sich auf quasi als Gegenstück. Knapp (*1970) hat in Freiburg Philosophie studiert. Sie war einige Zeit in der Kulturredaktion des SWR in Baden-Baden tätig, ehe sie nach Berlin zog. Das Buch heißt Der Quantensprung des Denkens. Was wir von der modernen Physik lernen können. (Erschienen 2011, 275 Seiten).

Es faszinierte mich zu sehen, wie jemand, der aus der Philosophie kommt, sich bemüht, eine Brücke zu bauen zwischen Philosophie einerseits und Physik andererseits, ja zwischen Geistes- und Naturwissenschaften. Auch das Thema hat mich schon öfters beschäftigt. Besonders an die Sicht von Manfred Eigen und Friedrich Dürrematt werde ich hier erinnert. Die Berührungspunkte von Philosophie und Biologie, die meinen Freund Peter Hiemann so sehr interessieren, sollen hier außen vorbleiben.

Seit es die Kopenhagener Interpretation der Quantenphysik gibt, ist für viele den Naturwissenschaften zuneigende Menschen eine Grenze überschritten worden – nicht nur für Alexander Unzicker. Für andere rücken Physiker und Philosophen endlich etwas zusammen – so sieht es Natalie Knapp. Die Quantentheorie vereinige die reale Welt mit der immateriellen, also der 'geistigen' Welt. Als Kronzeuge wird Werner Heisenberg bemüht. Seine Unschärfe-Relation reiße endgültig die Mauer herunter zwischen Physik und Geist, zwischen toter Materie und dem Lebendigen, zwischen vergangener materialistischer Erstarrung und dem modernen Heute. Das klingt mir alles reichlich euphorisch. Daher das Ganze nochmals im Detail.

Nicht alles, mit dem sich Physiker beschäftigen, setzt Materie voraus. Lange meinten auch Physiker Wellen benötigten Äther als Träger, da wo es weder Wasser noch Luft gibt. Sie haben sich davon gelöst. Es gibt immaterielle Felder, wie schon Michael Faraday erkannte. Elektromagnetische Wellen breiten sich auch im Vakuum aus. Sind sie deshalb Geist? Wohl doch kaum. Niels Bohrs Komplementaritätsprinzip verlangt, dass einzelne Teilchen sich angeblich frei entscheiden, ob sie lieber Welle oder Partikel sein wollen. Ihr Zustand reflektiert eine Wahrscheinlichkeit. Wenn sie nicht beobachtet sind, verhalten sie sich wie der Teil eines Systems. Beim Messen kollabiert die Welle der theoretischen Möglichkeiten. Es tritt ein ‚reales‘ Teilchen in Erscheinung. Ist das eine Form von freiem Willen? Verfügen Teilchen über einen  ̶  wie auch immer gearteten Willen?

Die Quantentheorie hat es Natalie Knapp angetan. Quanten heißen auch Photonen. Im Gegensatz zu Elektronen besitzen sie keine Masse, sind also keine Materie im engeren Sinne. Photonen erzeugen beim Doppelspaltexperiment Streifen. Diese verschwinden bei der Beobachtung. Durch die Quantentheorie würde der Materialismus endlich überwunden, meint Knapp. Alles sei nur Gewebe; alles sei mit allem verwoben. Das Atom stelle ja nur eine Ansammlung von Bewegungen im leeren Raum dar, ein Schwanken zwischen Existenz und Nicht-Existenz, ein energetisches Gewebe. Was ist es dann anders als unsere Gedankenwelt? Eine Brücke zwischen Materie und Geist würde sich auch in einem Zitat von Anton Zeilinger (*1945) andeuten: Materie ist Information. Es erschließt sich nur das, wonach wir fragen. Da schon Plato Ideen höher schätzte als Realität, seien auch wir nicht an den Materialismus gebunden. Die Idee einer Sache sei die Abstraktion ihrer Eigenschaften. Dieser Gedanke des Aristoteles erscheint plötzlich wie eine neue Offenbarung. Träume stellen rund ein Drittel unseres Lebens dar. Ob es daher nicht berechtigt sei, sie als Teil der Wirklichkeit anzusehen? Das Immaterielle bestimme unser Leben.

Sehr mutig, ja teilweise provokant ist, was Natalie Knapp zum Thema Denken sagt. Denken sei die Fähigkeit, Wahrnehmungen angemessen zu strukturieren. Um Neues zu denken, muss man rechnendes Denken aufgeben (ein Begriff von Martin Heidegger). Es sei denkendes Denken erforderlich. Damit sei geisteswissenschaftliches Denken gemeint. Man müsse bereit sein, den Raum des Nicht-Wissens zu betreten. Die reine Verarbeitung von Informationen sei eine kümmerliche Form des Denkens. Der Instinkt sei auch beim Denkens entscheidend. Ahnung und Intuition seien nicht zu vernachlässigen. Ein Schachmeister habe unbewusste Denkstrukturen entwickelt, die ihn Stellungen als Ganzes schnell bewerten lassen. Vom Unterbewussten würden mehr Daten verarbeitet als vom Bewusstsein, außerdem parallel. Es öffnen sich Türen, die rationalem Denken verschlossen sind

Einige gute Gedanken bringt Knapp beim Thema Sprache zum Ausdruck. Sie zitiert unter anderem Ludwig Wittgenstein mit dem Satz: Die Grenzen meiner Sprache sind die Grenzen meiner Welt. Begriffe seien am Anfang immer Metapher (oder Analogien). Die Sprache sei mehr als das, was sich als geschriebener Text vermitteln lässt. Das wusste ja Sokrates bereits. Gesprochene Sprache wird durch unsere Atemtechnik beeinflusst. Dass wir Menschen Schwierigkeiten haben, uns mehr als vier Dimensionen vorzustellen, läge auch daran, dass wir dafür (noch) keine Sprache haben.

Ein Nachtrag

Einige dieser Gedanken werden in einem späteren Buch derselben Autorin aufgegriffen und weiterentwickelt. Es ist das Buch: Kompass neues Denken. Wie wir uns in einer unübersichtlichen Welt orientieren können. (Erschienen 2013, 336 Seiten). Nur ein paar Highlights.

Ein Hermeneutischer Zirkel drückt sich laut Martin Heidegger darin aus, dass ein Text ohne Leser gar nichts bedeutet. Eine Dekonstruktion im Sinne Jacques Derridas tritt dann ein, wenn Überzeugungen der Vergangenheit verändert werden, um die Zukunft zu verstehen. Sie kämen heute hauptsächlich in den Geisteswissenschaften vor, noch zu wenig in den Naturwissenschaften. Hermann Hakens Selbstorganisation ließe Neues entstehen durch Beziehungen. Er nennt es Emergenz. Unser Gehirn emergiere aus den Nervenzellen. Diese haben nur zwei Zustände Feuern/Nicht-Feuern. Emergenz geschähe ohne Plan. Es entstehen komplexe Organismen. Das Internet bewirke eine virtuelle Evolution. Wir reagieren schneller auf Wissenslücken und knüpfen leicht neue Beziehungen. Es fänden mehr Rückkoppelungen statt. Beziehungen führten zum Denken und damit zum Sprechen. Schriftsteller pflegten das analoge Denken, das Denken in Analogien. Gene sind konservative Kräfte. Sie erhalten die erreichte Komplexität. Zellen ändern sich laufend und passen sich der Umwelt an.

Zusammenfassung und Bewertung

In jeder Wissenschaft gibt es offene Fragen. Sie sind kein Zeichen von Schwäche oder von Nachlässigkeit. Eine Wissenschaft erzielt ihre Fortschritte oft dadurch, dass zunächst unbewiesene Hypothesen oder Theorien formuliert werden. Karl Popper (1902-1994) hat es geradezu zum Lackmustest einer Wissenschaft erhoben, dass sie nur Theorien zulässt, die sich auch als falsch erweisen können, sollten die dafür benötigten Beweise und Indizien auftreten. Eine so verstandene Wissenschaft ist das Beste, was wir Menschen zurzeit haben.

Wenn wir zwischen zwei Theorien wählen müssen, von denen wir noch keine falsifizierenden Messungen oder Beobachtungen haben, dann kann es sinnvoll sein, derjenigen Theorie den Vorzug zu geben, die uns einfacher erscheint. Das ist das berühmte Rasiermesser des William von Ockham aus dem 14. Jahrhundert (engl. Occam’s rasor). Sehr oft erwiesen sich die einfachen Lösungen als nicht haltbar. So erging es auch René Descartes (1596-1650), der die Welt zwischen Materie und Geist aufteilte. Dass man Geist leugnete und alles zur Materie erklärte, war in gewissen Kreisen lange die vorherrschende Doktrin. Der Zusammenbruch des Kommunismus hat diese Weltanschauung desavouiert.

Geradezu naiv mutet es an, wie Natalie Knapp sich bemüht, gewisse Ergebnisse der Physik so zu interpretieren, als ob jetzt eine Inbesitznahme der Realität durch den immateriellen Geist erfolgt sei. Was wirklich nottut, ist eine bessere Differenzierung. Es müssen unter anderem klare Worte dafür gefunden werden, was die immateriellen Ausdrucksformen der Natur von dem unterscheidet, was der menschliche Geist an Gedanken oder Gefühlen formuliert. Dass unsere Gedanken und Gefühle ein Korrelat in der realen Welt haben, liegt zwar nahe, ist aber noch lange nicht bewiesen. Wie weit man heute noch bei sehr grundlegenden Begriffen, selbst innerhalb von Naturwissenschaft und Technik, auseinander liegt, zeigt der Begriff der Information. Es ist dies eine wiederkehrende Melodie dieses Autors und dieses Blogs.

Kommentare:

  1. Robert Ottohall aus Tübingen schrieb:

    Skoobe macht's möglich, man liest Bücher, die man wahrscheinlich nicht kaufen würde.

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  2. Peter Hiemann aus Grasse schrieb:

    Es existiert ein entscheidender Unterschied zwischen Theorien, die physikalische bzw. biologische Strukturen betreffen. Physikalische Strukturen werden mittels physikalischer Grundkräfte erklärt. Biologische Strukturen werden mittels biologischer Programme erklärt.

    Erwin Schrödinger hat auf diesen Unterschied schon 1943 hingewiesen, als er vermutete, dass lebendige Strukturen auf auf einem biologischen Code beruhen. Bei allen bekannten Arten von Lebewesen ist einem Triplett aufeinanderfolgender Basenpaare (genannt Codon) eine bestimmte Aminosäure zugeordnet: Die Zuordnungen Codons zu Aminosäuren wird heute als genetischer Code bezeichnet. Die Verwendung des Wortes 'Code' geht auf Erwin Schrödinger zurück, der die Begriffe „hereditary code-script“, „chromosome code“ und „miniature code“ in einer Vortragsreihe 1943 prägte. Der genaue Sitz oder Träger dieses Codes war zu diesem Zeitpunkt unbekannt. Schrödingers Büchlein „Was ist Leben?“ enthält viele andere interessante Überlegungen eines Physikers, der sich mit Fragen der Biologie auseinandersetzte.

    Mein Interesse gilt auch heute Physikern, die Arbeitshypothesen hinsichtlich dynamischer Phänomene 'lebendiger' Strukturen verfolgen. Ich erwarte nicht, dass Philosophen zu derartigen Überlegungen beitragen können.

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  3. Hans Diel aus Sindelfingen schrieb:

    Ich stimme Alexander Unzicker in drei wichtigen Punkten zu,

    (1) dass die Peer-Reviews bei den Zeitschriften und Konferenzen der Physik sehr fragwürdig sind. Es werden oft Beiträge mit zweifelhaften oder gar lächerlichen Argumenten zurückgewiesen. Beiträge, die gegen den Mainstream sind, haben nur geringe Chancen angenommen zu werden.

    (2) dass der "Physikbetrieb" an den Universitäten und Forschungsinstituten sich (fast?) ausschließlich auf Mainstream-Themen konzentriert. Themen, bei denen die mittelfristigen Erfolgsaussichten relativ gering sind, werden nicht adressiert.

    (3) dass Probleme und offene Fragen in den existierenden Theorien nicht ausreichend als solche benannt werden oder mit zweifelhaften Theorien, die nicht falsifizierbar sind, erklärt werden.

    Zu allen drei Punkten könnte ich Beispiele nennen. Trotzdem halte ich die in Unzickers beiden Büchern geäußerte Kritik für stark überzogen. Deshalb verstehe ich auch die geradezu vernichtende Rezension im 'Spektrum der Wissenschaft'.

    Zum Buch der Philosophin Natalie Knapp: Das was Sie daraus zitieren, scheint mir doch ziemlich abgehoben zu sein. Den Bezug zur Quantenphysik sehe ich nur noch sehr entfernt. Ich habe eine zwiespältige Erfahrung mit Physikphilosophen (und ihren Büchern). Auf der einen Seite kenne ich welche (wie z.B. Tim Maudlin), die schwierige Physikthehmen sehr sauber und logisch strukturiert erklären und analysieren können und logische Widersprüche in den Theorien identifizieren. Wenn dagegen die Philosophen anfangen, Physiktheorien noch weiter zu abstrahieren oder zu extrapolieren, dann ist nach meiner Erfahrung das Ergebnis meistens sehr fragwürdig. Das Buch von Natalie Knapp scheint in die zweite Richtung zu gehen.

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