Zeit des Menschen

Ein Essay über Komplementarität

Günter Hiller

• Verlag: Books on Demand
• Jahr: 2020
• ISBN drucken: 9783750436299
• eBook-ISBN: 9783751992350
• Auflage: 3
• Thema: Philosophie
• Thema: Geschichte & Theorie der Philosophie

Alles Verstehen beginnt mit der Zeit.Die einfachste Vorstellung der Zeit ist ein irreversibler eindimensionaler Zeitpfeil. Diese Vorstellung stößt bereits an ihre Grenzen, wenn Gleichzeitigkeit ins Spiel kommt. Gleichzeitigkeit erfordert unterschiedliche Orte, ist ohne Raumdimensionen undenkbar.Eine weitere Bedingung für Zeit ist eine endliche Informationsgeschwindigkeit. Wäre diese unendlich, wären alle Informationen gleichzeitig überall, Zeit und Raum wären gar nicht definiert. Eine endliche Informationsgeschwindigkeit verknüpft Raum und Zeit miteinander. Raum und Zeit sind demnach keine voneinander unabhängigen Parameter.Raum und Zeit sind nur dann unabhängig voneinander, wenn man beliebige, variable Informationsgeschwindigkeiten zulässt. Diese Unabhängigkeit geht allerdings verloren, wenn man kosmische Entfernungen in Lichtjahren angibt, dann sind Raum und Zeit über die Lichtgeschwindigkeit gekoppelt.Welchen Sinn macht dann die Aussage, dass der Kosmos mit der Zeit expandiert? Das ist keine Frage der Physik, sondern der Logik. Gleichzeitige Ereignisse lassen sich nur auf einen eindimensionalen Zeitpfeil projizieren, wenn diese auch gleichzeitig beobachtet werden können. Die Präzision der Beobachtung nimmt allerdings mit zunehmender Entfernung ab, sie verschwimmt, genauso wie die Vergangenheit.Alles Verstehen endet mit der Zeit.

Teil I Wissenschaft

Einleitung

Der Untertitel ist bereits ein Hinweis darauf, dass Komplementarität eine intrinsische Eigenschaft unserer Welt zu sein scheint. Dieser Essay widerspricht in einigen Punkten herkömmlichen und überlieferten Denkmodellen und macht nur Sinn zu lesen, wenn man bereit ist, traditionelle Dogmen zu hinterfragen. Das beginnt bereits dabei, althergebrachte Begriffsdefinitionen neu zu gestalten. Viele Begriffe werden heute disziplinübergreifend verwendet, aber teilweise mit abenteuerlichen Bedeutungsinterpretationen.

Der Begriff Komplementarität stammt von dem amerikanischen Philosophen und Psychologen William James (1842 - 1910), dem Begründer der Pragmatismus genannten empirischen Richtung der Philosophie. Bereits in den Jahren 1884 - 1890 benutzte James den Begriff komplementär zur Bezeichnung von 'relations of mutual exclusion' bei schizophrenen Prozessen, also von Beziehungen, die sich gegenseitig ausschließen.

Carl Friedrich von Weizsäcker definiert Komplementarität in der Wissenschaft: "Die Komplementarität besteht darin, dass sie nicht beide benutzt werden können, gleichwohl beide benutzt werden müssen." Niels Bohr erklärte etwas für komplementär, wenn das eine nicht durch das andere erklärt oder beschrieben werden kann, sich aber beide ergänzen. Diese einfache Formulierung führte mich zu einer sehr fundamentalen Komplementarität, der des Wahrnehmbaren und nicht Wahrnehmbaren.

Das Wahrnehmbare lässt sich natürlich nicht durch das nicht Wahrnehmbare beschreiben, aber dasselbe gilt auch uneingeschränkt anders herum. Das nicht Wahrnehmbare bezeichnet das, was wir nicht wissen und für unser Unwissen gilt eine ganz konkrete Wahrheit: Wir wissen nicht, was wir nicht wissen! Wir sind immer auf Annahmen angewiesen, die wir nicht beweisen können. Diese Feststellung mag banal erscheinen, ist aber bereits ein erster Schritt der Erkenntnis:

1. Wir wissen nicht, was wir nicht wissen.

Entscheidend bei diesen Überlegungen ist das nicht Wahrnehmbare. Egal, wie sehr sich unsere Wahrnehmung verändert oder verbessert, es ändert keinen Deut daran, dass wir das zwar veränderte, aber noch immer nicht Wahrnehmbare nicht besser oder genauer beschreiben können! Wir können es anders beschreiben, weil sich unsere Wahrnehmung verändert hat, aber wir sind der Lösung des Rätsels keinen Schritt näher. Das mag frustrierend klingen und manchen zu einem Wunschdenken verleiten, aber jeder ernsthafte Wissenschaftler folgt der alten Weisheit: Der Weg ist das Ziel. Auf diesem Weg sieht man soviel Neues, dass man eigentlich gar nicht ankommen möchte.

Dieser Weg beruht auf diversen Annahmen, aber es ist wesentlich für unsere Erkenntnis, dass Annahmen bestätigt, aber niemals bewiesen werden können, sie können nur verifiziert oder falsifiziert werden. Wir müssen in erster Instanz etwas annehmen, an etwas glauben, damit wir es im nächsten Schritt anzweifeln können und genau dieses Wechselspiel von glauben und zweifeln beflügelt unseren Verstand (G. Hiller: Zum Zweifeln geboren - zum Glauben verdammt). Eine unzureichende Annahme führt immer zu einem Paradox. Ein Paradox ist keine spaßige Laune der Natur, sondern ein Hinweis auf eine unzutreffende oder unzureichende Annahme. Das führt bereits zu einer zweiten sehr wesentlichen Erkenntnis:

2. Annahmen können nicht bewiesen werden.

Trotzdem verleitet das menschliche Wesen anscheinend zum Dogmatismus. Unsicherheit bereitet Menschen Unwohlsein und so haben Religionen seit Jahrtausenden mit einer Mischung aus vorgetäuschter Gewissheit, Versprechen und Moralvorschriften, ihren Dogmen, versucht, Menschen zu beeinflussen und zu manipulieren. Der Wunsch nach Erklärungen des Unbekannten überstrahlt oft die Einsicht, dass eine vollständige Erkenntnis unmöglich ist. Wenn eine Annahme lange Zeit nicht widerlegt werden kann, dürfen wir an die Richtigkeit dieser Annahme glauben und im weiteren Verlauf wird aus diesem Glauben eine Überzeugung, ein Dogma.

Davor ist auch Wissenschaft nicht gefeit, nur heißen die Dogmen in der Wissenschaft Erfahrungssätze. Wenn ein Erfahrungssatz nicht mehr in Frage gestellt wird oder in Frage gestellt werden darf, ist er nichts anderes als ein Dogma. Interessanterweise sind Erfahrungssätze für bestimmte Zeiträume sehr vorteilhaft. Annahmen, die für lange Zeit nicht widerlegt werden können, entwickeln sich zu Glaubenssätzen und schließlich zu Überzeugungen und genau dann wird es kritisch. Ein Wissenschaftler darf nur vom Zweifeln überzeugt sein, nicht vom Glauben.

Selbst wenn eine Annahme tausend hervorragende Bestätigungen hervorbringt, reicht ein einziges Paradox, um diese Annahme zu verwerfen. Das klingt hart, ist aber die einzige Möglichkeit voranzukommen. An dieser Stelle muss man deutlich zwischen einem Paradox und einer Abweichung unterscheiden. Abweichungen lassen sich meistens korrigieren, ein Paradox dagegen basiert auf einem fundamentalen Gedankenfehler. Wenn sich Abweichungen allerdings nicht vollständig korrigieren lassen, muss man den Grund dafür ermitteln und das kann auch dazu führen, dass die Grundprinzipien überprüft werden müssen.

Auf diese Problematik stieß ich bei der Betrachtung der Energie. Können wir Energie überhaupt wahrnehmen und messen oder nehmen wir nur Sekundäreffekte der Energie war? Etwas ähnliches erleben wir bei der Gravitation. Was wir wahrnehmen und mit dem Gravitationsgesetz beschreiben, sind die Anziehungen riesiger Massen, aber wir wissen gar nichts darüber, was auf der Ebene der Gravis, den Basiselementen der Gravitation, vor sich geht. Die Tatsache, dass wir Sterne noch in Milliarden Lichtjahren Entfernung leuchten sehen, täuscht auch darüber hinweg, dass der Elektromagnetismus nur eine vergleichsweise geringe Reichweite besitzt. Unsere Wahrnehmung täuscht uns über gegebene Tatsachen.

Die Physik basiert auf der Annahme, dass physikalische Gesetze und Konstanten unveränderlich sind, aber bis vor 200 Jahren war die sehr langsame biologische Evolution auch nicht erkennbar, weil unsere Wahrnehmung dazu nicht ausreichte. Eine physikalische Evolution, die um Größenordnungen langsamer ist als die biologische Evolution ist dann natürlich noch viel schwerer wahrnehmbar. Aber lässt sich eine physikalische Evolution mit physikalischen Messmethoden, die an diese Evolution gebunden sind, überhaupt nachweisen?

Da eine Längenmessung in der Physik sehr problematisch ist und das Urmeter in Paris durch viele Umweltbedingungen beeinflusst ist, hat man den Meter neu festgesetzt: Ein Meter ist definiert als die Länge der Strecke, die das Licht im Vakuum während der Dauer von 1/299 792 458 Sekunde zurücklegt. Damit sind aber Dauer und Länge keine voneinander unabhängigen Parameter mehr! Das tangiert natürlich nicht unser tägliches Leben, wo wir weiterhin mit Bandmaß und Stoppuhr hantieren, aber wie beeinflusst das die Kosmologie?

Energieerhaltung

Wie uns unsere Erfahrungen täuschen können, möchte ich an einem Beispiel erläutern, dem Erfahrungssatz der Energieerhaltung, der bei seiner Einführung geradezu genial war, aber dessen Genialität sich im Laufe der Zeit relativierte.

Um die Genialität der Energieerhaltung zu verstehen, muss man einige Jahrhunderte zurückgehen, als Physik noch im Wesentlichen auf Mechanik beruhte. Bei der Beobachtung eines Pendels zeigte sich, dass das Pendel zwischen zwei Umkehrpunkten hin- und herpendelte, an den Umkehrpunkten die Geschwindigkeit Null hatte und genau dazwischen eine maximale Geschwindigkeit. Da sich die Masse des Pendels nicht ändert, erkennt man sofort, dass die Geschwindigkeit von der Auslenkung abhängt.

Wenn man einmal von minimalen Reibungsverlusten absieht, erreicht das Pendel bei jeder Schwingung die gleiche Auslenkung. Es war ein Geniestreich einiger Physiker, dem Pendel in jeder Position einen Rechenwert zuzuordnen, der in jeder Position gleich war und dieser Rechenwert wurde als Energie bezeichnet. Besonders markant waren natürlich die beiden Umkehrpunkte, an denen die Geschwindigkeit Null war und die Energie an diesen Punkten wurde als Lageenergie oder potentielle Energie (E_pot) bezeichnet, die andere Komponente als Bewegungsenergie oder kinetische Energie (E_kin). So konnte man die Schwingung des Pendels durch eine ganz einfache Rechenvorschrift beschreiben: E_ges = E_pot + E_kin = const., wobei E_ges die Gesamtenergie des Systems Pendel angibt.

Aber auch die Reibungsverluste des Pendels in Luft lassen sich in dieses Konzept integrieren. Reibung regt die Luftmoleküle zu mehr Bewegung an und eine Zunahme dieser Braunschen Molekularbewegung lässt sich als leichte Temperaturzunahme oder als Zunahme der Wärmeenergie des Labors verstehen. Somit muss die Gesamtenergie nur noch mit einer Wärmeenergie vervollständigt werden und schon bleibt die Gesamtenergie des Systems weiterhin erhalten, nur ist das System jetzt nicht mehr das Pendel allein, sondern das ganze Labor. Das System Pendel gibt Energie langsam an sein Umfeld, an seine Umgebung ab.

Es ist also unschwer zu erkennen, dass Energieerhaltung von der richtigen Wahl des Systems abhängig ist und genauso wird es inzwischen von Physikern definiert: Energieerhaltung gilt in einem energetisch abgeschlossenen System, oder etwas allgemeiner für ein System, dessen Energiebilanz mit seinem Umfeld ausgeglichen ist. Das ist aber kein Erfahrungssatz, sondern eine Tautologie. Es wäre erst ein Erfahrungssatz, wenn man immer ein energetisch neutrales System finden könnte.

Aber genau diese Annahme geht schon bei unserer Erde schief. Unsere Biosphäre beruht letztlich auf Sonnenenergie. Die Erde absorbiert Energie von der Sonne und strahlt einen Teil dieser Energie wieder ins Weltall ab. Auf Grund der Erdrotation und einer ungleichmäßigen Sonnenaktivität variieren beide im Laufe eines Tages und wegen der elliptischen Erdumlaufbahn auch im Laufe eines Jahres. Schon unsere Erde lässt sich also nicht als System mit einer ausgeglichenen Energiebilanz betrachten und schon gar nicht lässt sich Energieerhaltung einfordern.

Genau aus diesem Grund lässt sich klassische Physik mit dem Dogma der Energieerhaltung nicht auf die Biosphäre anwenden, diese lässt sich nur mit evolutionären Prozessen erklären. Wir können nicht einmal erklären, was genau mit der abgestrahlten Energie passiert, sie verschwindet irgendwie in den Weiten des Alls. Es ist daher schon sehr verwunderlich, dass Kosmologen dennoch Energieerhaltung für das gesamte Universum einfordern oder zumindest eine Unveränderlichkeit der Naturgesetze.

Zum einen wissen wir überhaupt nicht, was das Universum ist, zum anderen wissen wir auch nicht, was Energie ist. Warum? Wir können Universum ohne weiteres als das Ganze, als Alles definieren und uns selbst als Teil dieses Ganzen, des Universums. Dann fehlt uns natürlich der unmögliche, aber notwendige Außenblick, ohne den unsere Vorstellung oder Erkenntnis des Universums immer unvollständig sein wird. Hier greift bereits der erste Schritt zur Erkenntnis: Wir wissen nicht, was wir nicht wissen. Und wie steht es mit der Energie?

Ich habe bereits darauf hingewiesen, dass Energie ein reiner Rechenwert ist. Energie ist keine empirisch messbare Größe, Energie ist ein virtueller Wert, der in der Physik unter gegebenen Umständen für Rechenvorschriften verwendet werden kann. Energie ist ein virtueller Rechenwert, nicht mehr und nicht weniger. Energie ist eine geniale Erfindung der Physik und wenn man Energieerhaltung als ein Dogma der Physik erachten möchte, dann muss man aber auch den Anwendungsbereich dieser Physik auf diejenigen Systeme beschränken, für die Energieerhaltung vorbehaltlos angewendet werden darf.

Wenn Energieerhaltung nicht eindeutig gewährleistet ist, kann man nur auf einen evolutionären Ansatz zurückgreifen. Natürlich lassen sich immer wieder energetisch neutrale Systeme finden, aber man darf diese nicht ungerechtfertigt verallgemeinern. Ein bekanntes Paradoxon lautet:

Der Kreter Epimenides sagt: Alle Kreter sind Lügner.

Dieses Paradoxon ergibt sich einzig und allein aus einer ungerechtfertigten Verallgemeinerung: Alle Kreter! Andere Erklärungen mögen originell sein, aber nicht zielführend. An dieser Stelle greift der zweite Schritt der Erkenntnis: Annahmen können nicht bewiesen werden. Verallgemeinerungen sind wie Extrapolationen im Grundsatz extreme Vereinfachungen, und wie schon Einstein bemerkte, bieten einfache Lösungen Vorteile, dürfen aber nicht zu einfach sein, dann können sie grundlegende Charakteristiken verschleiern.

Nach meinem Wissen basiert die Vorstellung eines expandierenden Universums zunächst auf Energieerhaltung. Bestimmte Spektrallinien repräsentieren im weitesten Sinn Übergänge zwischen unterschiedlichen Energieniveaus in Atomen und wenn diese als unveränderlich angenommen werden, müssen auch die zugehörigen Energieniveaus unveränderlich sein. Alles andere wäre inkonsequent.

Die gemessene Rotverschiebung und die Annahme unveränderlicher Spektrallinien führt zu der weiteren Annahme, dass dafür nur der Doppler-Effekt als Erklärung herhalten kann und die daraus resultierende Expansion des Kosmos. Aber welche Expansion? Wir haben gerade gesehen, dass die Physik Raum (Länge) und Zeit (Dauer) miteinander verknüpft hat und wir wissen auch, dass infolge der Lichtgeschwindigkeit Signale von weiter entfernten Galaxien älter sind als die von näheren. Somit hat sich unser Kosmos in der Zeit entwickelt. Und nun?

Energieerhaltung ist keine Erfahrung, sondern eine vereinfachende Rechenvorschrift und somit völlig ungeeignet für ein unbekanntes Universum oder einen unbekannten Kosmos. Ein Großteil des Universums ist für uns nicht wahrnehmbar und es macht daher Sinn, unsere Wahrnehmung genauer zu betrachten und zu analysieren und die Grenzen unserer Wahrnehmung auszuloten.

Wahrnehmung

Was wir als Wahrnehmung bezeichnen, ist im Grunde eine komplexe Datenverarbeitung in unserem Gehirn. Menschliche Wahrnehmung beruht im Prinzip auf einer Weiterleitung von Informationen von unseren Sinnen an unser Gehirn. Neben den fünf äußeren Sinnen (Sehen, Hören, Riechen, Tasten und Schmecken) zählt die Wissenschaft heute noch einige innere Sinne (Gleichgewicht etc.) hinzu. Die Anzahl variiert je nach Autor und Quelle. Alle Sinneseindrücke werden zumeist über Nervenstränge an die Synapsen des Gehirns geleitet und werden dort als Bild in unserem Kopf zusammengesetzt.

Das Wahrnehmbare und das nicht Wahrnehmbare sind komplementär mit all den Vor- und Nachteilen, die die Komplementarität bietet. Einen besonderen Aspekt der Wahrnehmung verdanken wir der Quantenphysik. Anscheinend können wir nur Dinge wahrnehmen, die einen Quantencharakter haben, Ereignisse in der Zeit oder Strukturen im Raum. Jedenfalls nehmen wir deren Grenzen war, als eine Veränderung, als Information.

Begründet wurde die Quantenphysik von Max Planck, der bei seiner Suche nach einer mathematischen Beschreibung der Strahlung eines schwarzen Körpers eine Hilfsgröße h einführen musste, die nur in ganzzahligen Vielfachen vorkommen durfte. Da diese Hilfsgröße h die Dimension einer Wirkung hat, wird sie als Planck-Konstante oder Planck'sches Wirkungsquantum bezeichnet. Die von Planck entwickelte Formel lautet: E = h ⋅ f, wobei E die Energie und f die Frequenz der Strahlung darstellt. Da h gequantelt ist, schloss Einstein aus dieser Gleichung, dass auch die Energie gequantelt sein müsste, es folglich Energiequanten geben sollte. Nach Einstein waren diese Energiequanten für den photoelektrischen Effekt verantwortlich, wofür Einstein den Nobelpreis für Physik des Jahres 1921 verliehen wurde, der aber erst im November 1922 vergeben wurde.

Bei genauerer Betrachtung der Planck'schen Formel erkennt man aber, dass nicht nur die Wirkung gequantelt ist (h), sondern auch die Frequenz f oder deren Kehrwert, di...

Inhaltsverzeichnis

• Vorwort
• Inhaltsverzeichnis
• Motto
• Teil I: Wissenschaft
• Teil II: Gesellschaft
• Literatur
• Über den Autor
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