Debatten zur Kulturgeschichte der Physik

Von Demokrit zu Dürrenmatt

Otto Sager

• Verlag: Books on Demand
• Jahr: 2018
• ISBN drucken: 9783752850512
• eBook-ISBN: 9783746021249
• Auflage: 2
• Thema: Politics & International Relations
• Thema: Political Freedom

Der Fortschritt in der Physik erfolgte meist erst nach heftigen Auseinandersetzungen und Diskussionen. Auch wenn sich dann eine Auffassung als Lehrmeinung durchsetzte und die Gegner langsam ausstarben, so starben die Ideen nur selten. In 32 Debatten wird dieser Aspekt der Physikgeschichte aufgezeigt.

Teil 1: Physik als Teilgebiet der
Philosophie

Einleitung

Die heutige theoretische Physik steht weitgehend in der Tradition der griechischen Philosophie. So basiert die Theorie der Elementarteilchen auf Symmetrieüberlegungen, welche in mathematischer Sprache formuliert werden. In der Antike waren die Pythagoreer der Meinung, der gesamten Weltordnung lägen Zahlenordnungen zugrunde. In seinem Werk ‚Timaios‘ sagte Platon, dass die physikalischen Körper aus den vier Elementen Feuer, Wasser, Erde und Luft aufgebaut seien. Diesen seien jedoch geometrische Objekten zugeordnet, die durch einfache Zahlenverhältnisse gegeben sind. „Damit leitet Platon eine spezifische Tradition in der Physik ein, die bis in die Gegenwart andauert und in der versucht wird, die gesamte Physik in der einen oder anderen Form auf Geometrie zu reduzieren.“ (N. Sieroka) Nebst den Philosophen hatte Euklid, der um 300 v.Chr. in Alexandria lebte, einen gewaltigen Einfluss auf das abstrakte Denken. Seine axiomatische Methode wurde zum Vorbild für die gesamte spätere Mathematik.

C.F. von Weizsäcker, der von der theoretischen Physik herkam und später Professor für Philosophie wurde, ging mit seinen Überlegungen zum Verständnis der Quantenphysik auch auf die alten Griechen zurück. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der heutigen Physik und den Theorien der Philosophen liegt darin, dass physikalische Theorien durch Experimente überprüft werden müssen. Erst dadurch werden sie ‚richtig‘ oder ‚falsch‘. Die Philosophen der Antike – von den ‚Vorsokratikern‘ bis zu den Philosophen in Rom – suchten dagegen durch reines Nachdenken nach einer Erklärung der Naturphänomene. Ihre Ansichten konnte man akzeptieren oder verwerfen; man konnte und wollte sie jedoch nicht überprüfen. So entstanden verschiedene philosophische Schulen und physikalische Theorien, die über Jahrhunderte nebeneinander existierten.

Im Mittelalter beherrschten die Aussagen von Aristoteles die naturwissenschaftlichen Vorstellungen der Menschen. Sie passten auch gut in das biblische Weltverständnis eines Thomas von Aquin. Das Mittelalter war nicht nur ‚dunkel‘ und eine Zeit des Stillstandes. Durch Gründung der Universitäten in verschiedenen Landesgegenden entstand eine gelehrte Oberschicht. Nebst den philosophischen Fächern lernte man Logik, Rhetorik und Dialektik. Dabei mussten die Schüler ihre Thesen in Debatten verteidigen, bevor sie einen Titel wie Magister oder Doktor bekamen. Für diese Art der Bildungseinrichtungen gab es kein Vorbild in der Antike. Eine weitere positive Entwicklung im Mittelalter ist das Entstehen der Zünfte, in denen sich die Handwerker in den Städten zusammenschlossen. Sie waren die Träger des technischen Fortschritts und es gelang ihnen, neue Geräte zur Erleichterung ihrer Arbeit zu entwickeln. Theorie und Praxis konnten sich damit soweit entwickeln, dass im 17. Jahrhundert eine wissenschaftliche Revolution stattfand, wobei die Physik sich als eigenständige Disziplin neben der Philosophie etablieren konnte.

Die Demokrit-Zenon von Kition – Debatte

Atome oder Kontinuum?

Zum Thema

Demokrit von Abdera und Zenon von Kition versuchten die Naturvorgänge rational zu erfassen, um darauf ein logisch konsistentes Bild der Natur zu konstruieren. Ihr Ansatz ging von der Ratio aus: Durch Nachdenken – und weniger durch Beobachtung oder gar Experimente – sollte so eine stimmige Erklärung gefunden werden. Dies ist die Denkweise aller griechischen Philosophen, auch wenn sie sich zu physikalischen Problemen äusserten. Beide entwarfen eine physikalische Theorie, die bis heute immer wieder in gewandelter Form das physikalische Denken beeinflusst. Dazu folgender Ausschnitt aus dem Buch ‚Der Weg der Physik‘ von S. Sambursky: „Der Prozess der Theoriebildung begann an einem Thema von zentraler Bedeutung für die gesamte Naturwissenschaft, nämlich durch die Ausarbeitung zweier gegensätzlicher physikalischer Systeme, der Atomistik und der Kontinuumslehre…………Bei beiden Systemen geht es um das Wesen der Materie und die Art und Weise physikalischer Wirkungen. Während die Atomlehre von Leukipp, Demokrit und Epikur auf der Partikelvorstellung aufbaut und mit den Konzepten von Stoss, Anordnung und Form assoziiert war, stand im Mittelpunkt der Kontinuumslehre der Stoiker die Vorstellung vom alldurchdringenden Pneuma, dem wissenschaftlichen Analogon des allgegenwärtigen Gottes, verbunden mit dem Begriff der Spannung und dem Prinzip der Superposition von Zuständen. Die beiden miteinander rivalisierenden Systeme waren die Vorläufer der jahrhundertelangen Antithese der Begriffe von Korpuskel und Feld.“

Porträts

Demokrit wurde in Abdera in Thrakien um 460 v. Chr. geboren und verstarb anfangs des vierten Jahrhunderts vor Christus. Man zählt ihn zu den Vorsokratikern. Er reiste viel und hatte Kenntnisse über den ganzen Umfang des damaligen Wissens. Seine philosophische Lehre sollte bewirken, dass die Seele eine heitere Stimmung erlange und frei von Furcht, Angst und Hoffnung sei. Er bezeichnete dies als ‚Euthymia‘ (Wohlgemut) und sie ergibt sich aus der Erkenntnis des Wesens aller Dinge, die aus Atomen aufgebaut sind. Zudem gilt das richtige Mass als Wegweiser: „Wenn einer das Mass überschreitet, wird das Erfreulichste zum Unerfreulichen!“ „Wenn du nicht nach vielem begehrst, wird dir das Wenige viel erscheinen. Denn bescheidenes Begehren macht die Armut gleich stark wie der Reichtum!“ Demokrits Philosophie ist im Grunde materialistisch. Und der Materialismus hat auch heute noch viele Anhänger.

Zenon von Kition wurde um 333 v. Chr. in Kition auf Zypern geboren und starb um 262 v.Chr. Er kam nach Athen und gründete dort seine philosophische Schule, die Stoa. Der Name stammt von der Säulenhalle beim Markt, wo sich Zenon mit seinen Schülern traf. Seine philosophische Lehre basiert auf der ganzheitlichen Welterfassung, aus der sich ein in allen Naturerscheinungen ein universell wirkendes Prinzip ergibt. Dies wirkt sowohl im Kosmos als auch in allen Individuen. Der Mensch sollte seinen Platz in diesem Ordnungssystem finden, sollte tugendhaft leben und nicht seinen Begierden nachgeben. Den Wechselfällen des Lebens sollte er mit ‚stoischer‘ Ruhe begegnen. Durch Kontrolle der Affekte und Indifferenz gegenüber Schmerz und Lust kann er die ‚Apatheia‘ und die Weisheit erlangen. Die Philosophie der Stoiker war in Rom Wegweiser für Leute wie Cicero (106-43 v. Chr.), Seneca (4 v. Chr.-65 n. Chr.) und für den Kaiser Marc Aurel (121-180). Cicero prägte den Begriff ‚Humanismus‘, der für eine Weltanschauung steht, die den einzelnen Menschen in den Mittelpunkt rückt. Auch heute noch sind die Werte des Humanismus für viele Menschen zentral.

Das physikalische Weltbild

Demokrit nahm weder eine Kraft oder einen Geist an, der in die Naturprozesse eingreift. Das Einzige, was es gibt, sind die Atome und der leere Raum. Die Atome unterscheiden sich durch Form und Grösse. Die Atome bewegen sich im Raum, stossen aneinander, wodurch sämtliche Erscheinungen in der Welt hervorgebracht werden. Es gibt keine Mischung der Substanzen, sondern nur die Verbindung und Trennung der Atome. Es gibt keine ‚Absicht‘; aber alles, was passiert hat eine natürliche Ursache, die in den Dingen liegt. Er stimmte auch Heraklit zu, dass alles in der Natur fliesst, das heisst, einem ständigen Wandel unterworfen ist. Ewig und unveränderlich sind einzig die Atome.

Zenon und die Stoiker waren Monisten; für sie gibt es keinen Gegensatz zwischen ‚Geist‘ und ‚Stoff‘. Es gibt auch keinen Zufall; alles ergibt sich notwendigerweise aus den Naturgesetzen. Diese Kausalität ist bestimmend für ihr Weltbild. Aus einem Urfeuer – dem Aither – entstand alles Seiende. Aller ‚Stoff‘ ist durch die göttliche Vernunft – dem ‚Logos‘ – beseelt. Der Logos steht sowohl für Sprache als auch für Vernunft. Dabei ergeben sich klare Regeln für das Argumentieren, wobei der Dialektik (These – Antithese – Synthese) eine zentrale Rolle zukommt. Als ‚wahr‘ wird nur anerkannt, was aufgrund dieser Argumentation einleuchtet. Mark Aurel hat die Weltsicht der Stoiker wie folgt beschrieben: „Alles ist wie durch ein heiliges Band miteinander verflochten. Nahezu nichts ist sich fremd. Alles Geschaffene ist einander beigeordnet und zielt auf die Harmonie der Welt. Ein alles durchdringender Körperstoff bewirkt ein Gesetz, eine Vernunft und eine Wahrheit.“

Nachwirkungen in der Physik

Demokrits Atomtheorie trat über Jahrhunderte in den Hintergrund. Dominierend war die Lehre des Aristoteles, der die vier Elementen Feuer, Wasser, Luft und Erde als zentral ansah. Newton interpretierte dann das Licht als Strom von Korpuskeln und später in der Thermodynamik wurde die Vorstellung von Atomen wieder zentral. Seit dem Beginn des Zwanzigsten Jahrhunderts wird die Existenz von Atomen allgemein akzeptiert. Sie wurde durch den Nachweis von Elektronen, Protonen und Neutronen weiter verfestigt. Demokrits Atomlehre müsste eigentlich der Chemie zugeordnet werden. Dabei kennen wir gemäss dem Periodensystem eine grosse Zahl verschiedener Atome, die chemisch nicht weiter zerlegt werden können. Diese Atome gehen Verbindungen ein, wobei neue Substanzen entstehen. Wenn man die Verbindungen wieder auflöst, dann bleibt nichts als die Atome.

Zenon und die Stoiker mussten bis ins neunzehnte Jahrhundert warten, bis ihre Ideen in der Thermodynamik in neuerer Form aufgenommen wurden. Energie und Entropie spielten dabei eine zentrale Rolle, wobei in einem geschlossenen System die Energie erhalten bleibt und die Entropie zunimmt. Die physikalische Chemie arbeitet mit Potenzialen, wenn sie chemische Reaktionen quantitativ erfassen will. Der wichtigste Vertreter dieser Sichtweise war Wilhelm Ostwald, der sie in einer grossen Debatte gegen Ludwig Boltzmann vertrat, welcher die Zustandsgrössen der Gase – Temperatur, Druck, Entropie – mit der Bewegung von Atomen oder Molekülen begründete. Grosse Bedeutung erlangten die Feldideen in der Elektrodynamik. Faraday führte den Begriff der Kraftfelder ein und Maxwell zeigte, dass sich die elektromagnetische Strahlung mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet. Dazu brauchte man ein Medium, den Äther, dessen Name dem Aither der Stoa entliehen war. Später wurde aufgrund von Experimenten die Ätherhypothese aufgegeben. Dafür hat jetzt das Vakuum ähnliche Eigenschaften wie der Äther. Laughlin meint dazu: „Die moderne, jeden Tag bestätigte Vorstellung des Raumvakuums ist die eines relativistischen Äthers. Wir nennen ihn nur nicht so, weil dies tabu ist.“ In neuester Zeit verfolgt Hans Widmer ähnliche Ziele wie die Stoa. In seinem Modell des konsequenten Humanismus stehen philosophische Fragen im Zentrum: Wie kann die Gesellschaft zweckmässig organisiert werden, sodass sich Menschen individuell entfalten können und ihr Glück finden? – Sein Modell umfasst verschiedene Stufen und es will nicht nur die materielle Welt erklären. Dazu gehören auch das Denken und das lebensförderliche Handeln. Basis der Überlegungen ist seine deduktive Physik. Dazu führt er wie die Stoiker neben Raum und Zeit das Kontinuum als a priori – Element ein. Damit sollen alle physikalischen Gesetze und Phänomene abgeleitet oder beschrieben werden. Das Modell des konsequenten Humanismus ist ein anthropozentrisches System. Es erklärt die Physik anders, macht aber keine zusätzlichen Vorhersagen, die experimentell überprüfbar wären. Es wird sich deshalb – wie alle philosophisch begründeten Systeme – kaum in der nüchternen Welt der Physik durchsetzen können.

Literaturhinweise:

Laughlin R.B. Abschied von der Weltformel. München 2007: Piper. Mason St., Geschichte der Naturwissenschaft. Bassum 1997: Verlag für Geschichte der Naturwissenschaft.

Sambursky S. Der Weg der Physik: Texte von Anaximander bis Pauli 1975: Zürich: Artemis.

Sieroka N., Philosophie der Physik. München 2014: Beck.

Widmer H., Das Modell des konsequenten Humanismus. Zürich 2013: rüffer & rub.

Die Aristoteles-Archimedes – Debatte

Philosophie oder Physik?

Zum Thema

Zwei Städte prägten im Altertum das Denken über naturwissenschaftliche Themen: Athen und Alexandria. In Athen entstanden die grossen philosophischen Schulen: Platons Akademie und die Peripatetiker des Aristoteles. Platon (428-348 v.Chr.) war der Schüler von Sokrates (469-399 v.Chr.), der selbst nichts Schriftliches verfasst hat. Aristoteles (384-322 v. Chr.) war wohl der Philosoph, der die meisten Spuren bis hinein in die Neuzeit hinter...

Inhaltsverzeichnis

• Zu diesem Buch
• Natur oder Kultur?
• Inhaltsverzeichnis
• Motto
• Vorwort
• Teil 1: Physik als Teilgebiet der Philosophie
• Teil 2: Debatten auf dem Weg zur klassischen Physik
• Teil 3: Debatten zur Physik des 20. Jahrhunderts
• Teil 4: Physik als Basis für andere Fachgebiete
• Teil 5: Physik und Gesellschaft
• Glossar
• Zeittafeln
• Personenverzeichnis
• Über den Autor
• Impressum