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Die Physik ist die Wissenschaft von der Natur oder der Naturerscheinungen. Sie untersucht eine Vielfalt an Phänomenen, wie etwa die Entstehung und Bewegungen der Sterne und Planeten, die Struktur der kleinsten Bauteilen unseres Universums oder das Wirken der verschiedenen Kräfte, wie zum Beispiel Schwerkraft oder Magnetismus. Die Physik galt einst als eine brotlose Kunst, doch beginnend mit der naturwissenschaftlichen Revolution hat die Physik massgeblich an Relevanz gewonnen. Viele technischen Errungenschaften der Moderne verdanken wir der Physik und unser Alltagsleben wird mittlerweile von technischen Produkten bestimmt, die es ohne der Erfolge der Physik nicht geben würde. Doch die Forschung in der Physik ist noch nicht am Ende und einige fundamentalen Fragen sind noch offen. Neben praktischen Problemen gibt es in der Physik auch theoretische Probleme und manche dieser Probleme fallen nicht nur in das Forschungsgebiet der Physik, sondern auch in das Gebiet der Philosophie. Im Folgenden werden ein paar (aber längst nicht alle) Themen der Philosophie der Physik vorgestellt.
Metaphysische und theologische Annahmen in der Geschichte der Physik
Johannes Kepler (1517 - 1630) ging davon aus, dass Gott die Welt so geschaffen hat, dass sie nach harmonischen Prinzipien funktioniert. Er versuchte mit Kugeln und sogenannten platonischen Körpern (Würfel, Tetraeder, Oktaeder, etc.) die Planetenbewegungen des Sonnensystems zu rekonstruieren, die nach Keplers Überzeugung ebenfalls einem harmonischen Prinzip folgen. Doch Kepler stellte fest, dass sich die Planeten nicht in der Form eines Kreises um die Sonne drehten, sondern in der Form einer Ellipse. Es verwunderte Kepler, dass die Planeten sich nicht auf einer "perfekten", nämlich kreisförmigen Bahn bewegen, sondern auf einer "unperfekten", ellipsenförmigen Bahn. Kepler vermutete anschliessend, dass es eine Kraft geben muss, die dafür sorgt, dass die Planeten nicht in einer perfekten Bahn fahren. Anhand von Keplers Überlegungen kann man sehen, wie metaphysische und theologische Annahmen eine Rolle in seiner Theoriebildung gespielt haben.
Die Rolle der Metaphysik wird auch in einer Debatte zwischen Descartes und Leibniz sichtbar. Gottfried Leibniz (1646-1716) kritisierte die von René Descartes‘ (1596-1650) aufgestellte Physik. Descartes stellte sogenannte Stossregeln auf, die das Verhalten zweier Körper bei einem Stoss beschreiben. Obwohl Leibniz wusste, dass manche dieser Stossregeln nicht mit der Erfahrung übereinstimmten (wie zum Beispiel die Aussage von Descartes, dass ein leichter Körper niemals in der Lage ist, einen schweren Körper mit einem Stoss in Bewegung zu versetzen), wählte Leibniz einen anderen Weg der Kritik: Leibniz argumentierte, dass Descartes‘ Physik das von ihm genannte Kontinuitätsprinzip verletzt. Das Kontinuitätsprinzip besagt, dass Prozesse in der Natur kontinuierlich sind und dass die Natur keine Sprünge macht. Die Details der Argumentation beiseitegelassen, interessant ist hier, dass Leibniz eine metaphysische These heranzieht, um Descartes Physik anzugreifen, und nicht nur auf empirische Unstimmigkeiten verweist.
Wie man sehen kann, haben metaphysische und theologische Annahmen eine Rolle in der Theoriebildung der Physiker gespielt. Die Frage ist nun, ob die heutige Physik frei von metaphysischen oder theologischen Annahmen ist? Falls nicht, welche metaphysischen oder theologischen Annahmen spielen heute eine Rolle in der Physik? Und falls doch, wie konnte die Physik die Metaphysik eliminieren?
Symmetrie in der Physik heute
Kepler dachte, dass die von Gott erschaffene Welt nach harmonischen Prinzipien funktioniert und das heisst mitunter, dass die Welt idealerweise symmetrisch aufgebaut ist. Obwohl religiöse oder theologische Erklärungen in der Physik nicht mehr sehr populär sind, scheinen Überlegungen zur Symmetrie doch noch eine Rolle zu spielen. Zum Beispiel gibt es die Theorie der "Supergravitation", die, aus Überlegungen der Symmetrie, annimmt, dass sämtliche Teile, wie Quarks, Leptonen oder Bosonen etc., jeweils ein "Partnerteilchen" haben müssen. Allerdings gibt es für diese Partnerteilchen bisher keine empirische Beweise. Hieraus ergeben sich eine Reihe philosophischer Fragen: Warum ist die Symmetrie wichtig für die Physik? Ist die Symmetrie ein nützliches oder heuristisches Hilfsmittel, um weitere Theorien aufzustellen? Oder ist die Symmetrie wichtig, weil unsere Welt oder Universum selber in einer Weise symmetrisch "aufgebaut" ist? Oder ist die Symmetrie ein metaphysischer Überrest aus vergangenen Zeiten, dem man eher kritisch begegnet sollte?
Von was reden die Physiker?
Hin und wieder fragen wir uns, warum es uns, die Erde oder das Universum überhaupt gibt. Wie ist alles zustande gekommen? Die Physik scheint uns hier eine Antwort zu geben: Das Universum entstand durch den Urknall. Doch diese Antwort ist nur für eine kurze Dauer befriedigend, denn es dauert nicht lange, bis man sich fragt, wie denn der Urknall entstanden ist. Kurzerhand scheint es zwei Optionen zu geben: Entweder etwas ist aus dem Nichts entstanden oder es hat schon immer irgendetwas gegeben. Doch beide Optionen scheinen irgendwie unbefriedigend zu sein. Die erste Option scheint unmöglich zu sein und die zweite Option gleicht einer intellektuellen Bankrotterklärung. Ein Rätsel, das nicht zu lösen ist?
In seinem Buch "Ein Universum aus Nichts... und warum trotzdem etwas ist" schreibt der Physiker Lawrence Krauss, dass die Physik nun eine Antwort auf dieses Rätsel gefunden hat: Das Universum ist aus dem Nichts entstanden! Doch nicht alle waren von Krauss‘ Argumentation überzeugt. Eine Kritik lautet, dass das, was Krauss als "Nichts" bezeichnet, nicht das Nichts gemeint ist, sondern bereits schon ein etwas. Krauss habe höchstens gezeigt, wie etwas zu etwas anderem werden kann, aber nicht, wie etwas aus dem Nichts entstehen kann. Ein analoges Beispiel ist vielleicht hilfreich: Stellen Sie sich vor, ich behaupte, dass ich mit Hilfe von Magie Steine durch die Luft bewegen kann. Sie glauben mir nicht und wollen einen Beweis sehen. Daraufhin rufe ich meine Frau, die "Magie" heisst und sie trägt einen Stein von A nach B. Während sie gedacht haben, dass ich mit "Magie" Zauberkräfte meine, habe ich mit "Magie" etwas ganz anderes gemeint, nämlich meine Frau.
Ob es Krauss gelungen ist, zu zeigen, wie das Universum aus dem Nichts entstanden ist oder nicht, sei hier einmal dahingestellt. Dennoch ist es philosophisch interessant zu sehen, wie Physiker Begriffe und Konzepte an- und verwenden. Wenn Physiker vom Nichts reden, reden sie dann vom gleichen Nichts, wie wir es im Alltag tun? Oder reden sie von etwas komplett anderem? In vielen Fällen ist es offensichtlich, dass Physiker alltagsübliche Wörter für theoretische Konzepte verwenden. Wenn Physiker von farbigen Quarks reden, dann meinen sie nicht bunte Milchprodukte, sondern Elementarteilchen mit physikalischen Eigenschaften. Doch in manchen Fällen ist es wiederum nicht einfach. Wie sieht es zum Beispiel mit der Zeit aus? Manchmal hört man von Physikern die Aussage, dass die Zeit eine Illusion sei, dass es die Zeit in Wirklichkeit gar nicht gäbe oder dass die Zeit die vierte Dimension sei. Hier werden Aussagen über die Zeit gemacht, die nicht leicht verständlich sind. Während wir keine Mühe haben, zu verstehen, wie die Erscheinung von Wasser in der Wüste eine Illusion sein kann, ist es nicht sonderlich klar, in welchem Sinn die Zeit eine Illusion sein kann. Philosophisch interessant wird es hier, abzuklären, inwiefern die Resultate der Physik unsere Weltbilder oder Alltagsvorstellungen verändern oder verändern sollten und wie wir physikalische Theorien interpretieren sollten. Auch erkenntnistheoretisch wird es spannend: Angenommen, die Zeit und andere Phänomene sind nur physikalische Illusionen. Sollten wir dann alle vielleicht ein Physik-Studium machen, damit wir in der Lage sind, die trügerische Welt, der wir tagtäglich begegnen, entlarven zu können?
Solche Fragen und mehr beschäftigen Philosophen der Physik.
Literatur zum Weiterlesen: Philosophie der Physik von Norman Sieroka