Verschiedene Fragen zum Stichwort Wissenschaft

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Wozu Astronomie?
Gibt es zwei Kulturen, eine des Geistes und eine der Naturwissenschaft?
Spricht die Wissenschaft eine gesonderte Sprache?
Können Theorien erklärt werden?
Müssen Theorien veranschaulicht werden?
Beweisen Messungen die Theorie?
Ist ein Winkel von 10 Grad klein? Was heißt klein?
Ist die Entwicklung von Leben und Intelligenz ein Zufallstreffer?
Was ist Zufall?
Was geschieht mit Wirkung und Ursache in der Quantenphysik?
Sucht die Einheitliche Feldtheorie eine Weltformel für alle physikalischen Phänomene?
Warum sollte es eine letzte einheitliche Theorie, eine Weltformel geben?
Welche Theorien müsste man zu einer Weltformel verschmelzen? Weshalb ist das so schwierig?
Bestätigt der Urknall die Schöpfungsgeschichte?
Sind Wissenschaft und Religion verfeindete Lager?

 
Gibt es zwei Kulturen, eine des Geistes und eine der Naturwissenschaft?

Das kann ich nicht sehen. Es gibt eine Kultur des Geistes und eine des Ungeistes. Sie werden nicht durch die Sprache getrennt, sondern durch das Ziel.

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Spricht die Wissenschaft eine gesonderte Sprache?

Nein, es ist keine gesonderte Sprache. Die Besonderheit wissenschaftlichen Ausdrucks ist die Exaktheit, die in der Bestimmtheit der Begriffe liegt, nicht in der mathematischen Formel. Die Formel ist nur eine Stenografie. Auch bei der gewohnten Stenografie reden wir nicht von einer anderen Sprache.
    Eine Theorie arbeitet - so sie richtige logische Schlüsse erlauben will - mit unzweideutig definierten Begriffen. Der Inhalt der Begriffe kann also nicht identisch mit dem der Begriffe der Umgangssprache sein. Die genaue Abgrenzung und Bedeutung der Begriffe muss studiert werden, sie ist nicht offenkundig. Aber: Wissenschaft spricht in der gleichen Spache. Genauigkeit erfordert allerdings Ausführlichkeit, die am besten durch die Stenografie der Formeln zusammengefasst wird.
    Das schließt nicht aus, dass Wissenschaft auch dem Publikum nahegebracht werden muss, das keine Gelegenheit hat, ein Studium auf sich zu nehmen. Wissenschaft muss also auch in der Kurzform der Umgangssprache formuliert werden. Das wird mit mehr oder weniger Genauigkeit in der populären Literatur auch getan. Im allgemeinen ist sich der Leser dabei bewusst, dass die populäre Darstellung nur eine Verkürzung, eine Approximation des tatsächlichen Sachverhalts sein kann. Allerdings wird viel zu selten offen gesagt, dass populäre Darstellung nicht nur Approximation, sondern auch Deviation ist, und das nicht etwa aus Versehen, sondern notwendigerweise. Die Begriffe der Umgangssprache sind ja nicht nur quantitativ unschärfer als die der Wissenschaft, sondern auch qualitativ mehrdeutig. Von dieser Mehrdeutigkeit lebt nicht nur Satire und Aphoristik, sondern die Poesie überhaupt. In dieser Mehrdeutigkeit ist auch unsere Kreativität begründet. Sie hat also durchaus einen positiven Sinn und ist notwendig für unser Leben. Die qualitative Mehrdeutigkeit zerstört allerdings jede Möglichkeit logischer Deduktion, wenn sie nicht ständig kritisch ausgeschlossen wird. Das ist die Falle, in die man tappt, wenn man - ohne die Studium voraussetzende kritische Diskussion - logische Schlüsse großer Tragweite aus umgangssprachlichen Formulierungen ziehen will und Sätze und Begriffe der Umgangssprache beim Wort nimmt. Solche Fallen werden allerdings auch immer mal wieder mit Absicht aufgestellt.

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Sucht die Einheitliche Feldtheorie eine einzige Formel (die Weltformel) für alle physikalischen Phänomene?

Die Einheitliche Feldtheorie sucht keine spezielle Formel, sondern eine Struktur, die die in den Elementarteilchen gefundenen Regelmäßigkeiten, Ladungen, Ruhmassen, Kopplungen geschlossen erklärt. Eine schlichte Formel ist das sicher nicht.

 
Können Theorien erklärt werden?

Theorien werden nicht erklärt, sondern höchstens durch Beispiele belegt. Es sind die Messungen und Beobachtungen, die erklärt werden müssen. Die Erklärung heißt Theorie. Je schmaler das Fundament, je abstrakter die Theorie, desto mehr kann sie erklären.

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Müssen Theorien veranschaulicht werden?

Theorien verlieren ihre Stringenz, wenn sie veranschaulicht werden. Veranschaulichung heißt Darstellung im bekannten Erfahrungsbereich. Ein unbekannter Bereich, der Neues enthält, kann so aber nie treu im Bekannten dargestellt werden. Veranschaulichungen (Verständnis) enthalten also immer Hintertüren für Missverständnisse, die auch immer genutzt werden. Es gibt in diesem Sinne kein Verständnis, das nicht mit Missverständnissen bezahlt wird.

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Die Alltagserfahrung lehrt uns, dass es für jede Wirkung eine Ursache gibt. In der Welt der Quantenphysik ist das nicht so. Was passiert da?

Erstens lehrt die Alltagserfahrung ja nur, dass es zu jeder Katastrophe eine Entschuldigung (eventuell sogar mehrere) gibt. Zweitens ist ein Ereignis Wirkung nur dann, wenn es eine Ursache hat. Das Problem ist nur, dass die Quantentheorie ein mathematisches Modell benutzen muss, in dem eine Ursache gegenenfalls keine eindeutige Wirkung hat und so etwas ins Spiel kommt, was mathematisch als Zufall bezeichnet wird. Das ist etwas anderes als der Zufall der Umgangssprache, wo alles als Zufall bezeichnet wird, dessen Ursachen wir nicht kennen oder nicht beeinflussen können.

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Bestätigt der Urknall die Schöpfungsgeschichte?

Nein, er widerspricht ihr. Alle Schöpfungsgeschichten behandeln die Entstehung der Erde als ersten Akt. Wir wissen heute, dass die entscheidenden Entwicklungsprozesse im Universum mehrere Milliarden Jahre vor dieser Zeit stattgefunden haben. Die biblische Schöpfungsgeschichte behauptet darüber hinaus, ER habe nach der Schaffung von Himmel und Erde das Licht von der Finsternis geschieden (1.Mose 1, 4.). Wir wissen heute, dass sich Licht und Finsternis weit vor der Entstehung der Erde schieden. Wir nennen diesen Zeitpunkt Rekombination. Wir sehen von diesem Prozess heute noch eine Strahlung, den Mikrowellenhintergrund. Auch dieser Prozess hat selbst erst weit nach dem Urknall stattgefunden (300000 Jahre ist eine Größenordnung für die bereits verstrichene Zeit). Der Urknall ist nicht die Scheidung von Licht und Finsternis, sondern die Scheidung von Raum und Zeit, ein Prozess, dessen konsistente Formulierung noch aussteht, und der weit jenseits der Phantasie der Autoren der Schöpfungsgeschichte lag.
Dass alle Schöpfungsgeschichten die Scheidung von Himmel und Erde, die Scheidung von Licht und Finsternis, und die Scheidung von Land und Wasser enthalten, ist kein Wunder, sondern elementare Erfahrung: Himmel und Erde, Licht und Finsternis, Land und Wasser sind in gewissem Grade geschieden. Die Scheidungen werden aber nicht erklärt, Vater hat es eben getan. Ihre zeitliche Reihenfolge ist in den verschiedenen Schöpfungsgeschichten immer wieder anders, aber immer falsch. Die Schöpfungsgeschichten zitieren das Problem und geben eben keine Erklärung und erst recht keine Geschichte. Wie es richtig gewesen ist, dass es nicht Vater war, und dass der eigentliche Anfang die Scheidung von Raum und Zeit ist, konnte erst die unvoreingenommene und vom Aberglauben befreite Wissenschaft aufdecken.
Die Schöpfungsgeschichten sind bestenfalls Metaphern, eben Philologie und keine Beschreibung realer Geschichte.

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Sind Wissenschaft und Religion verfeindete Lager?

Wissenschaft kann nicht umhin, über die rationalen Gründe der Ethik, über die rationalen Gründe der friedfertigen wie der anmaßenden Formen menschlichen Zusammenlebens nachzudenken und entsprechende Aufklärung zu betreiben. Aufklärung verlangt, den Verstand einzuschalten und logische Schlüsse auch zu akzeptieren. Das macht eben den Unterschied zu den Überzeugungen aus, deren Behauptungen sich logisch oder der Erfahrung widersprechen. Feindschaft ist da nicht das richtige Wort. Etwas anderes ist es mit denen, die sich Wissenschaft und/oder Religion zu betrügerischen Zwecken auf die Fahne schreiben.

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Beweisen Messungen die Theorie?

Messungen können eine Theorie nicht beweisen, sondern nur stützen oder widerlegen (ihrer Anwendbarkeit widersprechen). Deshalb kann eine Theorie auch nicht aus Beobachtungen abgeleitet werden. Eine Theorie wird gefunden (in einigen Fällen kann man sagen: hinter dem Schleier der Vorurteile, der von den alltäglichen Erfahrungen gelegt wird), aber nicht abgeleitet. Es ist eine andere Frage, wie weit das Fundament einer Theorie reduziert werden kann.

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Ist die Entwicklung von Leben und Intelligenz ein Zufallstreffer?

Es gibt keine wirkliche Statistik der Universen, also auch keine sinnvolles Anrufen des Zufalls. Richtig ist, dass die Existenz kohlenstoffbasierten Lebens eine wichtige Beobachtung ist, die die Strukturkonstanten bereits erstaunlich gut bestimmt. Falsch ist, dass Leben nicht auch anders aussehen kann, dass unter anderen Kombinationen der Strukturkonstanten nicht auch andere chemische Elemente eine genügend komplexe Chemie erhalten. Offen ist auch, ob nicht doch fundamentale Gründe für die beobachteten Werte der Strukturkonstanten existieren und es schon deshalb keinen Zufall geben kann. Anzunehmen, die Naturkonstanten seien so, damit sich kohlenstoffbasiertes Leben entwickeln kann, das sich selbst für intelligent hält, ist schlicht anthropogener Größenwahn.

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Was ist Zufall?

Hat eine Ursache mehrere einander ausschließende Wirkungen, so ist der Eintritt einer speziellen Wirkung zufällig, wobei unter Umständen auch relative Wahrscheinlichkeiten bestimmt sein können. Ein zufälliges Ereignis ist also durch seine Ursachen nicht eindeutig bestimmt, auch wenn man diese vollständig kennte. Allerdings kann man statistische Modelle auch dann konstruieren, wenn nur die Ursachen komplex, variabel und unbekannt sind. Das bedeutet aber nur, dass beobachteten Häufigkeiten unterstellt wird, sie seien Ausdruck von Nichteindeutigkeit in der Ursachenkette. Auch wenn dies sicher zurückgewiesen kann, gibt es Anwendungen, die so erfolgreich sind, dass deren Problematik meist nicht thematisiert wird.

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Warum sollte es eine letzte einheitliche Theorie, eine Weltformel geben?

Existenz einer Weltformel heißt: die physikalischen Gesetze sind so beschaffen, dass es nur eine konsistente globale Lösung gibt, die dann auch die Strukturkonstanten bestimmen muss. Das ist eine Hoffnung, mehr nicht.

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Welche grundlegenden Theorien müsste man zu einer Weltformel verschmelzen? Weshalb ist das so schwierig?

Zumindest die beiden großen Theorien mit universellem Anspruch, die Theorie der Schwerkraft, und die Quantentheorie müssten aus gemeinsamer Wurzel verstanden werden. Das ist aus zwei Gründen schwierig. Einmal stammt die Erfahrung zur Schwerkraft aus der Physik großer Objekte und großer Entfernungen, die zur Quantentheorie aus der Physik extrem kleiner Objekte und Entfernungen. Zum anderen stützt sich die Erfahrung zur Quantentheorie auf ziemlich herkömmliche Geometrie von Raum und Zeit, während die Erfahrung zur Schwerkraft gerade zeigt, dass die Geometrie von Raum und Zeit in keiner Weise herkömmlich ist.

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Ist ein Winkel von 10 Grad klein? Was heißt klein?
Es gibt eine Reihe Adjektive, die Maße beschreiben (groß, klein, lang, kurz, schnell, langsam, leicht, schwer, viel, wenig, usw.) oder ein Maß implizieren (gut, schlecht, u.a.). Solche Attribute sind auf eine Vergleichsmaß angewiesen, sie sind relativ. Das Vergleichsmaß wird aber nur in seltenen Fällen genannt. Das kann zu erheblichen Missverständnissen führen. Es ist eben ein Unterschied, ob man in einer speziellen Lage mit einem praktischen Erfordernis, einer mehr oder weniger begründeten Erwartung oder Befürchtung oder einem anderen Gegenstand vergleicht. Der Scherz mit den drei Haaren auf dem Kopf und den drei Haaren in der Suppe bringt es besser zum Ausdruck, als man glauben möchte. Auch ein Winkel von 10 Grad kann klein sein, wenn man 100 Grad erwartet.

Was reine Zahlen angeht, so ist die Eins eine Art Trennung zwischen groß und klein: Während die Potenzen einer Zahl kleiner Eins gegen Null konvergieren, wachsen die Potenzen einer Zahl größer Eins unbeschränkt. Will man den Einfluss eines Fehlers ε < 1 untersuchen und erwartet eine Größenordnung O[ε], dann ist ein Beitrag von der Größenordnung O[ε2] eben klein.

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Wozu Astronomie?

Astronomie ist die am leichtesten zugängliche Gelegenheit, sich auf die Beschäftigung mit Wissenschaft und wissenschaftlichen Methoden einzulassen. Astronomie ist die am leichtesten zugängliche Wissenschaft. Sie ist auch die einzige Wissenschaft, bei der auch Amateure einen eigenständigen Beitrag liefern können, ob nun durch die Beobachtung von Meteorströmen, veränderlichen Sternen, verlorenen Satelliten oder anderem.
Wir brauchen Beschäftigung mit richtiger Wissenschaft und wissenschaftlichen Methoden nicht nur deshalb, weil wir uns für Arbeit und vielleicht auch Beruf vorbereiten und befähigen müssen: Wenn es nur darum ginge, könnte man Vieles aus dem Allgemeinwissen streichen. Nein, es geht darum, zu erkennen, wo und warum die Wahrheit gesprochen wird und wo nicht. Wie ein richtiger logischer Schluss aussieht, was Verständnis ist, und was eine wissenschaftliche Aussage ist, muss gerade in einer Zeit gelernt werden, wo eine betrügerische Inflation dieser Begriffe stattfindet.
Jeder kann die Sterne sehen und den Planetenlauf verfolgen, an manchen Orten einfacher, an anderen vielleicht unter schlechteren Bedingungen: Astronomie ist eben die am leichtesten zugängliche Wissenschaft. Die Astronomie war deshalb auch die erste der Wissenschaften. Alle wissenschaftliche Methode muss gelernt werden, und dass man dies kann, und dass jedermann dies kann, sehen wir heute wie zur Zeit der Anfänge unserer Kultur zuvörderst an den Sternen.
Die regelmäßige Veränderung des Himmelsanblicks bereits zeigt uns, dass es eine Ordnung gibt, die keine Willkür ist, dass es verlässliche Regeln gibt -- wir nennen sie Naturgesetze -- die uns verlässliche Prognosen gestatten, wenn auch hier nur auf begrenztem Raum. Wir können heute eben Sonnenfinsternisse für die nächsten tausend Jahre berechnen, nur ob die Menschheit nach der Heiligsprechung von Habgier und Unverschämtheit von diesen so lange am Leben gelassen wird, steht dahin. Am Himmel hat die Menschheit die Anfangsgründe der Mathematik gelernt. Wir können wissen, dass die Erde eine Kugel ist, auch wenn wir unser Leben lang zu Hause bleiben. Am Himmel hat die Menschheit die Anfangsgründe der Physik gelernt, auch einen bedeutenden Teil der Chemie, wenn auch nicht die Anfangsgründe. Und selbst wer sich für all das nicht erwärmen kann, wen Literatur und Theater mehr erfreuen, der weiß doch, dass Apollons Muse für Wissenschaft vor allem für die Astronomie zuständig war, Urania. Keine andere Wissenschaft wurde von Apollon in seinem Stellenplan berücksichtigt.
Das Gesetz der Schwerkraft, die Erklärung der Keplerschen Gesetze, hat zum ersten Mal gezeigt, dass Erde und Himmel denselben Naturgesetzen unterworfen sind. Heute beobachten wir Sterne und Galaxien in großen Maßstab, um an ihnen zu prüfen, wie weit wir auf die Anwendbarkeit unserer irdischen physikalischen und chemischen Kenntnissen setzen dürfen. Es ist offenkundig, dass wir theoretischen Vorstellungen auf der Erde vertrauen können, wenn sie es gestatten, den Aufbau und die Geschichte eines Sterns zu berechnen, und wenn diese Rechnung dann auch an allen nachprüfbaren Stellen zutrifft. Wir sehen, dass unsere theoretischen Vorstellungen sogar ausreichen, die Vorgeschichte des Universums zu rekonstruieren. Finden wir unsere Kenntnisse hingegen an einer Stelle unzureichend, ist es angebracht, ihnen zu misstrauen und sie rechtzeitig zu präzisieren.
In der Auseinandersetzung mit der Sterndeuterei zeigt uns die Astronomie aber auch, wie man die verführerischen Methoden der Lüge und des Betrugs aufdecken kann und warum man Lüge und Betrug ausgeliefert ist, wenn man nicht lernen will. Schließlich lernen wir nicht nur, um etwas aktiv tun zu können, sondern auch um die Fallen umgehen zu können, deren so viele aufgestellt sind, und deren die astrologischen noch die harmloseren sind.
Der heutige Nutzen der Astronomie baut darauf, dass Astronomie so eine eigenartige Synthese von Mathematik und Physik ist. Die Erklärung der Prozesse im Universums und der Geschichte der Himmelskörper der ultimative Test jeder Theorie. Für den Unterricht in der Schule ist diese integrierende Eigenschaft der Astronomie von besonderer Bedeutung, nicht nur im spezifischen Astronomieunterricht, sondern für Mathematik und Physik gleichermaßen: Die Abhängigkeit der Helligkeit von der Entfernung ist der Strahlensatz der Geometrie, die Expansion des Universums hängt mit dem Doppler-Effekt und dem Verkehrsradar zusammen, das Aufleuchten der Sterne mit Fallgesetz und Energiesatz, die Messung der Entfernung der Sonne und der nahen Sterne mit den Kongruenzsätzen der Dreiecke, die schwarzen Löcher mit den Fallgesetzen, die Energieerzeugung in den Sternen mit dem Massenwirkungsgesetz, die Berechnung der Sonnenuhr mit den trigonometrischen Funktionen, die Planetenbewegung mit den Kegelschnitten. Noch viele Details ließen sich anführen, auch wenn es beileibe nicht um Details geht. Die Schulen können die Sternwarte und das Planetarium auch zu einem Mittel machen, ihre Schüler zu motivieren, und eben nicht nur in einer Astronomiestunde, sondern speziell in den Fächern Physik und Mathematik, gerade weil die Astronomie so eine eigenartige Synthese von Mathematik und Physik ist. Der Blick durch ein Fernrohr, so wenig er allein schon Wissenschaft ist, vermittelt das Unendliche so unmittelbar, dass niemand sich diesem Eindruck entziehen kann.

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