Inhalt

Title Page

Impressum

Zum Geleit

In eigener Sache

P r o l o g oder was ich vorausschicken muss

Die Vorstellungen vom großen Ganzen

Sagen wird man …

Weltbilder sind Zeitbilder oder Nichts ist endgülti

Die eigentliche Entdeckung der neuen Welt

Die Welt wurde entgöttert – aber auch entwundert

Die Vorstellungen vom ganz Kleinen

Ein Jegliches braucht seine Zeit

Ein Schritt vorwärts – aber schnell wieder zurück

Der Griff zum Strohhalm oder der Revolutionär wider Willen

Wie wusste Mendelejew, was noch niemand wissen konnte

Gott’ Bohr erlaubt den Elektronen, streng Verbotenes zu tun

Das Ding mit den zwei Gesichtern

Der Magier mit dem Heuschnupfen

Erwin kann mit seinem PSI, rechnen wie sonst niemand nie

Ein Ding oder kein Ding – das ist die Frage

Die Quantenkatze

Viele Welten oder viel Unsinn?

Bohr kontra Einstein – Sieg nach Punkten oder Fehlurteil?

Das Teilchen, das auf einer Welle reitet

Ervin kann mit seinem Psi, hantieren wie selbst Erwin nie

Unverhofft kommt oft

Alles Quarks - oder was?

Der Teilchenzoo ist tot – es lebe der Teilchenzoo

Die Erfindung einer Erklärung, die eine Erklärung erfindet

Alles super mit Susy

Die Physik am dünnen Faden

Strings – Hoffnungsträger oder nur ‚Rettungsanker’?

Die Vorstellungen vom ganz Schnellen

Alles ist relativ – relativ überraschend

Alles ist relativ – relativ kurz oder relativ lang

Alles ist relativ – relativ verwirrend

Alles ist relativ – relativ auslegbar

Manches ist relativ gleich – wenn es nicht gleichförmig ist

Einstein wird relativ nur Zweiter, aber absolut Sieger

Das relativistisch gebogene Licht und die relativ ‚gebogenen’ Zahlen

Einstein bewegt den Merkur, sich relativistisch zu bewegen

Das Relative der allgemeinen Relativität

Zwei relativ große Theorien – ein absolut großer Widerspruch

L i t e r a t u r n a c h w e i s

Übersicht

Zum Geleit

Das Universum ist wie es ist!

Aber ist es auch so, wie wir es uns vorstellen?

Oder ist es gerade so, weil wir es uns so vorstellen?

Sind wir der Wahrheit über das, was außer uns ist, nahe?

Oder sind unsere Vorstellungen nur schöne und bequeme Illusionen?

Sind wir dabei, die Natur des Universums zu ergründen

– oder hält es uns zum Narren?

Wir wissen viel über die Natur.

Was aber wissen wir nicht?

Wir wissen es nicht!

Und – wie endgültig ist das, was wir wissen; oder wie ungewiss ist es?

Albert Einstein: "Unser Wissen erscheint im Vergleich zu dem der Physiker des neunzehnten Jahrhunderts beträchtlich erweitert und vertieft, doch gilt für unsere Zweifel und Schwierigkeiten das gleiche."

Ja, so ist es, und so ist es wohl erst recht, wenn wir aus der Perspektive des 21. Jahrhunderts mit Hochachtung, Ehrfurcht und doch auch kritischer Distanz auf das naturwissenschaftliche Wissen des zwanzigsten Jahrhunderts zurückblicken. Allen wissenschaftlichen Siegesmeldungen zum Trotz – wir wissen viel, wir haben manches verstanden, aber wir haben noch immer viele Gründe für Fragen und Zweifel.

In eigener Sache

Der moderne Buchhandel, ob papierfixiert oder elektronisch variabel, bietet ein beachtliches Arsenal an Texten, die uns nahezubringen versuchen, wie sich die Physiker die Welt vorstellen. Und wie es sich gehört, bemühen sich die Autoren, möglichst aktuell zu sein, also die neuesten Erkenntnisse und Beobachtungen, Modelle und Theorien darzustellen. Wir sollen auf dem Laufenden sein, soweit das in der schnelllebigen Zeit, die auch die Wissenschaften erfasst hat, einigermaßen möglich ist. Das ist anerkennenswert.

Wir sollen wohl auch über die Natur staunen und von den Leistungen der Physiker beeindruckt sein. Das ist gut so.

Häufig ist wohl auch gemeint, wir mit dem nur so genannten gesunden Menschenverstand sollten in Ehrfurcht erstarren und gläubig zu ihnen, den Physikern, aufblicken. Das ist überflüssig.

Wünschenswert wäre, etwas mehr und Deutlicheres über die Lücken und Irrtümer, das Unbeantwortete und Unerklärte, das Unsichere und nur Vermutete zu lesen, an Stelle der Selbstbeweihräucherungen und der Lobpreisungen der gewaltigen Fortschritte in der Naturerkenntnis.

Die gegenwärtigen Schriften zum Weltbild der Physik drehen sich im Wesentlichen um Stringtheorie, Schleifenquantengravitation, Dunkle Energie und Dunkle Materie, Beschleunigte Expansion, Higgsteilchen und Higgsfelder, Wurmlöcher, Paralleluniversen und andere Denkmodelle der modernen Physik. Das wird uns häufig beschrieben, als handele es sich dabei um etwas Mystisches, Geheimnisvolles, das für das Verständnis eines Nichtwissenschaftlers denkbar ungeeignet ist. Die moderne Physik scheint etwas zu sein, was sich dem gesunden Menschenverstand völlig entzieht, außerhalb jeder erlebbaren Realität existiert und nur auserwählten Menschen zugänglich ist.

Selbstverständlich, wer zur Kenntnis nehmen möchte, welche Standpunkte und Denkrichtungen das gegenwärtige Weltbild der Physik prägen, muss möglichst viel über diese Fragestellungen und Antworten wissen. Und wenn sich die neuen Modelle der Physik in Regionen weit weg von unserem alltäglichen Erleben bewegen und ohne höhere Mathematik nicht zu haben sind, dann ist es eben zunächst so; kann aber so nicht bleiben.

Wie bei so vielen Entwicklungen in der menschlichen Gesellschaft sollte man sich, so denke ich, auch in den Naturwissenschaften, und besonders in der Physik, immer mal wieder etwas Zeit nehmen und innehalten. Stetig voranzuschreiten, alles Neue als wichtigen Schritt zu feiern, immer wieder nach noch Neuerem zu suchen, das ist legitim und bringt voran, keine Frage. Aber es lohnt auch, immer mal wieder zurückzublicken, auf die zurückgelegte Wegstrecke zu schauen, sich zu fragen, wo wir mit unserem Weltbild eigentlich herkommen und wie wir hierher geraten sind. Mit anderen Worten: Es kann auch im Ringen um Verständnis der gegenwärtigen physikalischen Theorien nicht schaden, sich mal wieder zu erinnern, wie dieses moderne Weltbild der Physik eigentlich wurde. Auf welchen Wegen sind die Physiker da gewandelt, wie kam es zu diesem heute vorherrschendem Denken, ist da eine durchgehende Linie zu erkennen, auf der sich das Eine aus dem Anderen ergab, das Nachfolgende die notwendige Konsequenz des Vorangegangenen war oder taumelten die Denker nur von einer Vermutung in die nächste?

Aus diesen Gründen habe ich die drei Texte Weltbilder sind Zeitbilder verfasst. Ich will darin zurück- aber auch drauf-blicken, wenigstens in den wichtigsten Etappen – eine vollständige Darstellung würde dicke Bände füllen – die Geschichte des heutigen Weltbildes der Physik umreißen. Klar schöpfe ich dabei – und wo immer es mir angebracht schien, berufe ich mich auch ausdrücklich darauf – aus den in zurückliegenden Zeiten von Wissenschaftlern propagierten Erkenntnissen und Vorstellungen.

Ich denke, es kann der Physik und den Physikern nicht schaden, angesichts der verwirrenden Vielzahl der Modelle und Theorien, der unzähligen Einzelheiten und der unüberschaubaren Datenfülle, unsere Blicke mal wieder, und sei es auch nur für kurze Momente der Nachdenklichkeit und Bescheidenheit, vom reduktionistischen Einzelnen zu lösen und auf das Ganze zu blicken.

Ich will damit auch zeigen, dass die Weltbilder der Physiker immer Bilder zu ihrer Zeit, also Zeitenbilder sind. Sie veränderten sich, führten immer tiefer hinein in die Tiefen der Materie, immer weiter hinaus in die Weiten des Universums und immer höher in die Höhere Mathematik. Ob sich damit das Bild, das wir uns von unserer Welt machen, auch immer mehr und besser der Realität angenähert hat, wissen wir nicht.

Zu jeder Zeit waren die Denker überzeugt, wenigstens auf dem richtigen Weg zu sein, manche wähnten sich sogar schon so gut wie am Ende des Weges. Die Natur belehrte sie stets eines Besseren. Es gehört nicht viel Weitblick dazu, genau das auch von den gegenwärtigen Überzeugungen zu erwarten, so festgefügt und unbezweifelbar sie uns auch entgegentreten.

Wir werden sehen.

P r o l o g oder was ich vorausschicken muss

Na gut, das ist alles andere denn ein guter Einstieg in eine Lektüre. Aber der Leser sei schon jetzt gewarnt und um Verständnis gebeten. Das in den drei Teilen der Weltbilder sind Zeitbilder Dargestellte beschäftigt sich hauptsächlich mit dem ganz Großen und dem ganz Kleinen, dem Unvorhersehbaren und dem Unberechenbaren, überhaupt mit den Extremen dessen, was wir uns als unsere Welt vorstellen, mit der Struktur und Daseinsweise des Universums in den kosmischen Dimensionen wie in den Dimensionen der möglichen elementaren Bausteine der Materie.

Aber mal ganz unter uns: Das Universum in seiner Ausdehnung, die Galaxien in ihrer Größe, die Distanzen der Sterne zueinander, ihre Temperatur und Energieabstrahlung, den interplanetaren und oder gar interstellaren oder intergalaktischen Raum – die kosmischen Dimensionen überhaupt können wir uns nicht wirklich vorstellen. Oder ist Ihnen die Zahl 10000000000000000000000 anschaulich. Können wir diese wahrscheinliche Gesamtzahl der Sterne überhaupt in erfassbare Worte kleiden? Oder ist Ihnen die Zahl 10 Trilliarden wirklich fasslich? Möglicherweise bewegt sich die Verschuldung der Staatswesen schon in einer solchen Größenordnung. Das wäre aber noch unanschaulicher, vor allem unfassbarer.

Und können Sie sich eine Kugel mit dem Durchmesser 0,0000000000001 cm oder ein präzises Zeitintervall von

0,00000000000000000000000000000000000000001 Sekunden vorstellen? Das müssten Sie aber, wenn Sie sich die Geschehnisse in atomaren Dimensionen wirklich veranschaulichen wollten.

Und wie steht es um die Geschwindigkeit von 299.792,458 km pro s, mit der sich das Licht durch das Vakuum bewegt. Können Sie sich diese im Vergleich etwa mit der Ihres Autos wirklich vorstellen. Immerhin legt Ihr PKW, wenn Sie 130 km/h schnell sind, pro Sekunde 36 m zurück. Das klingt ganz ansehnlich. Für die Entfernung, die das Licht in einer einzigen Sekunde zurücklegt, würde die Mehrzahl der PKW-Besitzer in Anbetracht der durchschnittlich jährlichen Fahrleistung jedoch lange 15 Jahre oder 473.000.000 Sekunden benötigen.

Würden Sie täglich 8 Stunden ununterbrochen und mit gleich bleibender Fahrt ohne Stau, Baustellen und andere Verkehrsteilnehmer mit Ihren 130 km/h schnellen PKW unterwegs sein können, was auch nicht eben fassbar ist, würden Sie für die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt – das ist eine häufig gebrauchte Dimension, in der die Astronomen harmlos klingende Entfernungen angeben – 8,3 Millionen Jahre benötigen. Sie würden dabei also ganz schön alt aussehen. Und erst der Kraftstoffverbrauch – unvorstellbar. Und was das bei den heutigen Preisen kosten würde! Haben wir überhaupt noch soviel Erdöl? Nein – die Dimensionen des Größten und des Kleinsten sind für uns nicht wirklich vorstellbar und nicht erfahrbar. Aber wir können ihre Gegebenheiten und Geschehnisse denken, auch wenn sie kräftig über unser Vorstellungsvermögen hinausgehen. Wenn der Mensch etwas als ein wirklich Herausragendes seines Menschseins bezeichnen kann, dann ist das seine Fähigkeit, Dinge zu denken, die ihm sinnlich nicht mehr erfahrbar sind und die er sich auch nicht gegenständlich vorzustellen vermag.

Unser Denkvermögen als ein unser Vorstellungsvermögen Übertreffendes anzusehen, bietet allerdings auch keinen Anlass für besonderen Optimismus, da wir doch nahezu täglich erleben, dass menschliche Handlungspraxis sowohl Denk- wie auch Vorstellungsvermögen weit übertrifft, da Menschen Dinge tun, die an sich unvorstellbar, vor allem unfassbar sind.

Die Gegenstände der folgenden Darlegungen sind allein schon in den Maßstäben weit weg von uns und unserem Hiersein. Und – was vielleicht als erschwerend empfunden werden kann – es sind die Vorstellungen, die sich die Wissenschaftler erarbeitet haben und die sie uns in Form von meist sehr schwerverständlichen Theorien, abstrakten Formeln und unter Berufung auf mit den Theorien übereinstimmende, mehr oder weniger glaubhafte, durch uns im Allgemeinen nicht nachvollziehbare Beobachtungsfakten soweit nahe gebracht haben, dass wir im Allgemeinen überzeugt sind, über ein wissenschaftlich fundiertes, logisch unanfechtbares und durch viele Tatsachen hinreichend gesichertes Weltbild zu verfügen.

Die Aussagen dessen, was wir als unser allgemeines wissenschaftliches Weltbild ansehen, sind jedoch in extremer Distanz zu all den Fragen und Problemen, denen wir im Alltag unseres Lebens begegnen und die eigentlich unser Leben ausmachen und bestimmen.

Wir müssen, wenn wir die uns Regierenden wählen – oder auch nicht –, nichts über die Unbestimmtheitsrelation der Quantenphysik wissen, um uns – wie immer gefühlt falsch – zu entscheiden. Den Naturfreund beruhigt alle Kenntnis über die Expansion des Universums nicht, wenn er sich über die Expansion der urbanen Strukturen, Verkehrs-Trassen und Flughäfen auf Kosten der Wiesen und Wälder ärgern muss. Das sich auseinander lebende Ehepaar braucht nichts zu wissen über den Symmetriebruch der Grundkräfte, möglichst viel aber darüber, wie sie einander wieder zu Harmonie finden können. Unsere Kinder brauchen nicht das Wissen um die 2,7 Grad Kelvin kalte Hintergrundstrahlung, sondern die Wärme und Geborgenheit intakter Familien und Gesellschaften. Dem Steuerzahler wird die steigende Steuerbelastung auch nicht verständlicher, wenn er verstanden hat, was unter einem endlichen, aber grenzenlosen Universum zu verstehen ist. Der Arbeitslose braucht vieles, aber gewiss ziemlich zuletzt Kenntnisse über den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und dem daraus resultierenden permanenten Anwachsen der Unordnung; Hartz IV reicht ihm schon. Einem Politiker wird die nächste Wahl noch immer sehr viel wichtiger sein als die Frage, was es denn mit der verzögerten Wahlentscheidung bei den Doppelspaltexperimenten mit Photonen auf sich hat. Und was nutzen dem Autofahrer die Endlichkeit der Geschwindigkeit des Lichtes und ihr Charakter als Grenzgeschwindigkeit, wenn ihn die Staatsgewalt wegen Überschreitung einer ganz irdischen Geschwindigkeitsgrenze dran kriegt.

Offensichtlich brauchen wir, um uns im Leben zurechtzufinden, um unseren Lebensunterhalt verdienen zu können, um zu unseren Mitmenschen Beziehungen aufzubauen, um mit Gesetzen und gesellschaftlichen Regeln nicht in Konflikt zu geraten und um unseren Platz in der Gesellschaft zu finden und auszufüllen, kein Weltbild, das uns auf die Fragen nach der Beschaffenheit des Universums im Großen und der Materie im Kleinen Antworten gibt. Wir kommen in unserem alltäglichen Leben auch ohne Kenntnisse über die kosmischen Geschehnisse und atomaren Strukturen ganz gut zurecht – oder auch nicht, selbst wenn wir umfangreich und fundiert über solche verfügen.

Und wir sollten nicht übersehen, dass der überwiegende Teil der Menschheit sich mit solcherart Fragen überhaupt nicht befassen kann, weil die Sicherung von Nahrung, Kleidung, Wohnung, Gesundheit, überhaupt des nackten Überlebens ganz anderes fordert. Es wird der Mutter, die hilflos zuschauen muss wie ihr Kind verhungert, keine Hilfe sein, sollte sich herausstellen, dass die Neutrinos nun doch Masse besitzen. Dem Kind, das entsetzt und verständnislos vor seinen kollateral getöteten Eltern kauert, wird es kein Trost sein, zu erfahren, dass auch das Chaos wunderschöne Strukturen der Ordnung schaffen kann. Und dem Obdachlosen bringt es im bitterkalten Winter weder Wärme noch menschliche Nähe, wenn die Wissenschaft herausfinden sollte, dass die dem Universum möglicherweise doch fehlende Masse zwar aus dunkler, aber nicht aus kalter Materie besteht.

Die Problemstellungen, mit denen wir uns im Folgenden befassen wollen, sind fern von solcherart Weltgeschehen; man kann auch sagen, sie sind lebensfremd. Auch der Weg des Fortschritts, den die Menschheit trotz allem im Verlauf ihrer Existenz gegangen ist, scheint nicht so sehr vom allgemeinen physikalischen Weltbild abhängig gewesen zu sein.

Der aufrechte Gang hatte seine Ursache bestimmt nicht darin, dass der Mensch seinen Blick auf die Sterne richten wollte, möglicherweise aber damit zu tun, dass es ihm Vorteile brachte, in aufrechter Haltung durch die Steppe zu gehen. Pfeil und Bogen waren nicht geeignet, kosmische Entfernungen zurückzulegen, aber bestens zum Beute machen. Das Rad wurde nicht erfunden als Folge der Vorstellung von einer eingerollten 4. Dimension, sondern in der Erfahrung, dass es sich gut zum Bau von Fortbewegungsmitteln eignete. Die Vorstellung vom Urknall stand nicht Pate bei der Erfindung des Verbrennungsmotors, das Fernrohr wurde nicht durch die Entdeckung der Periodenverdopplung, der Computer nicht durch das Theorem der Unentscheidbarkeit und die moderne Medizintechnik ist nicht das Ergebnis einer Theorie für Alles.

Nein, für die Entwicklung und Potenzierung der geistigen Fähig- und körperlichen Fertigkeiten des Menschen, wie sie sich für seine irdische Existenz als notwendig und zweckmäßig, freilich vielfach auch als bedrohlich und gefährlich erwiesen, sind seine Vorstellungen vom Universum und der Materie nicht unbedingt zwingende Voraussetzung.

Aber die Dampfmaschine wurde nicht ohne die Kenntnisse der Mechanik, das Auto nicht ohne das Wissen der Chemie und Metallurgie. Und mit der Quantenmechanik kam die Lasertechnik, das Fernsehen, die Computertechnik, die modernen Kommunikationsmittel überhaupt. Vielleicht, so kann man unterstellen, gäbe es das Überwiegende dessen, was wir als technischen Fortschritt ansehen, auch ohne die Kenntnisse vom Geschehen im Universum und über das Atom. Möglicherweise hätte ein kluger Kopf wie Manfred von Ardenne die Fernsehröhre auch ohne Schrödingers Wellengleichung erfunden. Ein Denker wie Ziolkowski wäre vielleicht auch mit der Vorstellung der Erde als Mittelpunkt des Universums auf das Rückstoßprinzip gekommen. Konrad Zuse benötigte wahrscheinlich für die Konstruktion des ersten Computers keine Kenntnisse über Längenkontraktion und Zeitdilatation oder über die Krümmung des Raumzeit-Kontinuums. Und wieder einem anderen Hirn wäre möglicherweise die Konstruktion eines Lasers entsprungen, ohne dass es dafür irgendetwas über den Torus-Attraktor hätten wissen müssen. Das Gerät, das gegenwärtig in den Industrieländern der Inbegriff des Fortschritts geworden ist, das Handy, hätte man gewiss auch ohne fraktale Geometrie entwickeln können.

Das können wir alles annehmen. Umso mehr, da uns niemand diesbezüglich anderes beweisen wird. Aber historisch hat es sich wenigstens in den letzten fünfhundert Jahren anders vollzogen. Im Verlauf der Geschichte gingen die Entwicklungen des Weltbildes und die Klärung von Grundfragen in aller Regel den technischen Entwicklungen voraus. Auch wenn der einzelne Erfinder oder das Konstrukteursteam im Konkreten vielleicht gar nicht auf Grundlagenwissen unmittelbar zurückgriff, irgendwie stand das Bild von der Welt als Ganzem immer als Basiswissen Pate, wenn der Mensch den nächsten Schritt über den Tellerrand hinaus machte.

Und: Ist es vorstellbar, dass ein Mensch, der am Computer Vorgänge, für die die Natur Jahrhunderte braucht, in Sekunden simulieren und exakt zu berechnen vermag, der schnelle Fluggeräte zu konstruieren und zu bauen vermag, der schon auf dem Mond stand, der kranke menschliche Organe durch gesunde ersetzen kann, der mit einigem Erfolg bis in die Anfänge des Universums und in die Tiefen der Atome blicken und denken kann, der sich sogar auf den beschwerlichen Weg gemacht hat, seinen eigenen Bauplan und sein Denken zu durchschauen, dass dieser gleiche Mensch, der so vieles geschaffen hat und so umfangreiche Kenntnisse und Fertigkeiten besitzt, daran glauben könnte, die Erde ruhe auf einem unendlichen Turm riesiger Schildkröten und die Sterne seien Lichter, die die Götter für den Menschen angezündet hätten? (Huch, was für ein Satz!) Ist es vorstellbar, dass der gleiche Mensch, der mit den von ihm erfundenen Maschinen, Apparaten und Aggregaten seine ihm von der Natur gegebenen Möglichkeiten um ein Vielfaches übertrifft, glauben könnte, alle Dinge bestünden aus den Urstoffen Wasser, Erde, Feuer und Luft und der Mensch sei, weil sich die Götter auf ganz menschliche Art paarten? Ist es vorstellbar, dass der gleiche Mensch, der mit seinen Teleskopen bis an den Rand des Universum schaut, die Erde als Scheibe wähnt, und irgendwo da draußen den Schöpfer all dieser Dinge vermutet?

Bezogen auf die Menschheit ist es nur schwerlich vorstellbar, obwohl es rein sachlich auch kein Widerspruch wäre. Trotzdem ist dieser Zusammenhang zwar nicht unmittelbar vordergründig und in jeder Einzelheit nachweisbar, aber ebenso sicher und unbestreitbar: Je fundierter, differenzierter, logisch-glaubwürdiger, naturgetreuer und beweisbarer die Vorstellungen des Menschen über die Beschaffenheit des Universums und der Materie wurden, um so mehr erweiterten sich seine Möglichkeiten und Fertigkeiten, um so höher wurde das Niveau der vom Menschen geschaffenen und verwendeten Technik und Technologie, um so entwickelter sein gesamtes geistiges Vermögen – und umgekehrt. Je mehr und konsequenter sich der Mensch von den mythologischen Vorstellungen entfernte und sich dem realen Geschehen zuwandte, umso mehr gelang es ihm, von der hilflosen Erduldung zur durchschauenden Gestaltung seines Schicksals überzugehen. Letzteres freilich mit einigem Misserfolg.

Es gehört einfach zum menschlichen Dasein und zur Bewusstheit seiner eigenen Existenz, dass der Mensch Fragen stellt, dass er wissen will, wie die Welt beschaffen ist, in der er lebt, woher die Dinge kommen, wohin sie sich entwickeln und welche Rolle ihm selbst darin zukommt. Das ist nicht das Privileg unserer Zeit, die Generationen in den Zeiten vor uns entwickelten dieses Streben ebenso, wenn sie auch andere Wege des Denkens gingen. Ohne seinen allgemeinen Wissensdurst, ohne sein geistiges Voranschreiten, ohne Phantasie und Neugier wäre der Mensch nicht. Das dem Menschen eigene Streben nach Wissen und Erkenntnis setzt sich keine Grenze, es ist nicht nur auf die irdischen Dinge bezogen. Die Sterne sieht er über sich funkeln seit es ihn gibt, die Idee der Atome gibt es seit Hunderten Jahren. Es ist daher nur zu natürlich, dass der Mensch genau wissen will, welchen Platz sein heimatlicher Planet im kosmischen Ensemble einnimmt und wie die Dinge, aus denen alles besteht, beschaffen sind.

Alle diese Überlegungen und Forschungen des Menschen, dieses Streben nach Einsicht und Übersicht, nach Wissen und Verstehen sind Teil seiner Selbstfindung. Wenn wir uns mit den Sternen und Galaxien, mit Urknall und Expansion, mit Rotverschiebung und 3-K-Strahlung, mit Unschärferelation und Welle-Teilchen-Dualität, mit Quarks und Strings, mit Spinwerten und Farbladungen, mit Bifurkationen und Selbstähnlichkeiten, mit gebrochenen Dimensionen und Nichtlokalitäten befassen – das alles und einiges mehr habe ich vor, in den drei Teilen der Kurzen Geschichten über einen langen Weg zu behandeln –, so hat das zunächst nichts mit dem Alltag unseres Lebens, viel aber mit geistigem Weitblick, mit intellektueller Reife, mit Bewusstwerdung, mit der Menschwerdung des Menschen zu tun. Unsere Vorstellungen von der Welt sind Ausdruck unseres geistigen Horizonts und eine Voraussetzung dafür, dass unser Bild von der Welt auch ein Bild von Welt, also von geistiger Größe ist. Indem wir uns auf den Weg zum Verständnis der Dinge des Universums machen, gehen wir den beschwerlichen Weg zu uns selbst. Wir begreifen uns selbst und unser Hiersein in dem Maße und in der Art, wie wir die Welt und ihr Sein verstehen. Das muss auch eine Verpflichtung für Naturwissenschaft, ein Maßstab für Physik sein. Und irgendwann ist auch zu fragen, in welchem Maße gerade die moderne Physik diesem Anspruch gerecht wird.

In der Art unserer Fragestellungen an das Universum und der uns möglichen Antworten ist aber auch erahnbar, dass unserer Erkenntnisfähigkeit Grenzen gesetzt sind, unser Wissen endlich ist und keine unserer Aussagen zu den Dingen und Vorgängen im Universum in Anspruch nehmen kann, endgültig und sicher zu sein. Fragen führen zu Antworten, jedenfalls manchmal. Antworten auf Fragen aber führen immer zu neuen Fragen. Und die naturwissenschaftlichen Antworten sind nicht die alleingültigen Antworten auf die Fragen des Lebens. Große Teile der Menschheit leben nach Grundsätzen und Lebensmaximen, die nicht auf dem Boden der Naturwissenschaft gewachsen sind und die doch auch Vorstellungen von der Beschaffenheit der Welt, Basis für Handeln, Moral und Verantwortung sein können. Nicht immer können wir solches als fehlgeleitetes Denken abtun, als Ausgeburt des Bösen bösartig abqualifizieren oder einfach als Unsinn verspotten.

Auch unserem vielgepriesenen naturwissenschaftlichen Wissen mangelt es ohnehin prinzipiell und immer an Gewissheit. Ich werde im Folgenden deshalb Denkmodelle und Interpretationen, wie sie uns die Physik bietet, auch mal kritisch hinterfragen, Zweifel äußern, auf Widersprüche, alternative Aussagen oder Unbeantwortetes – auch ohne Ansehen der Person oder der gefeierten Theorie – aufmerksam machen. In diesen drei E-Books werde ich das noch mit Zurückhaltung tun. Das ausführlicher und konsequenter zu tätigen, habe ich mir für andere Texte vorbehalten. Trotzdem sei der Leser, der möglicherweise die Erkenntnisse und Lehren der Wissenschaft als unumstößlich bewiesen ansieht, von vornherein gewarnt. Gläubigkeit ist nicht immer ehrenwert und Wissenschaftshörigkeit ist fehl am Platz.

Um Verständnis muss ich den Leser bezüglich einiger Passagen bitten, in denen ich mich auf mathematische Formalismen beziehe. Das lässt sich nicht immer vermeiden, vor allem deshalb nicht, weil die Mathematik die Sprache der Physik ist und nach Auffassung der Physiker sogar die Sprache der Natur sein soll. Da mir die Abneigung vieler Menschen gegen die Mathematik durchaus bewusst ist, habe ich die mathematischen Passagen hier noch sehr sparsam gehalten. Es ist mitunter unumgänglich, die Mathematik zu bemühen, um Aussagen glaubhaft begründen zu können, Argumenten sachliche Überzeugungskraft zu verleihen, Überlegungen überhaupt darstellen zu können. Gleichungen und Zahlenwerte haben ihre eigene, d.h. eine nur ihnen eigene Beweiskraft. Verbale Aussagen kann man jederzeit in Frage stellen, sachlich anzweifeln, verdrehen oder mindestens missverstehen. Zahlen und Gleichungen kann man nachrechnen, sie sind nachvollziehbar, jederzeit nachprüfbar. Sie haben bezüglich bestimmter Aussagen eine um vieles höhere Beweiskraft als jede noch so wohlüberlegte und klug formulierte verbale Darlegung. Aber auslegbar sind sie freilich auch, wie wir noch hinreichend sehen werden. Man kann nicht nur Unsinn reden oder schreiben, man kann auch solchen – und durchaus fehlerlos – rechnen.

Deshalb kann ich Ihnen Formeln und Zahlen nicht ganz ersparen. In den die Weltbilder-Texten erfolgt das noch sparsam, in anderen meiner Texte geht es mathematisch viel wilder zu. Lassen Sie sich durch Formeln nicht schrecken. Sie sehen häufig schlimmer aus als sie es tatsächlich sind.

Ich verwende aus Gründen der Übersichtlichkeit die so genannte wissenschaftliche Notation. 2 * 10-3 steht für die Zahl 0,002 und für die Zahl 299.792,45 verwende ich 2,9979245 * 105. Ich hoffe nur, dass bei den Umwandlungsprozessen, die sich für E-Books der verschiedenen Formate notwendig machen, diese Schreibweise erhalten bleibt. Würde da plötzlich 2 * 10-3 stehen, ist nicht etwa die Zahl 17 gemeint, sondern nur eine Ungenauigkeit bei der Umwandlung eingetreten. Selbst in lektorierten Büchern großer Verlage fand ich schon seltsame Angaben, wie beispielsweise die Zahl 1022 für die Gesamtanzahl aller Sterne im Universum. Das Zeichen * ist bei mir ein Multiplikationszeichen, das bin ich von der Computerprogrammierung her so gewöhnt. Ein schnell zu übersehendes unscheinbares Zeichen ist das Wurzelzeichen √. Leider habe ich keine bessere Darstellung in den Schreibprogrammen gefunden. Ich hätte natürlich für die Quadratwurzel auch hoch ½ schreiben können. Aber das würde wohl kaum zur Übersichtlichkeit beitragen.

Eigentlich ist die allgemeine Abneigung gegen die Mathematik schon seltsam. Ohne Mathematik gäbe es kein TV und kein Handy, keinen Kühlschrank und keinen Geldautomaten, wäre unser Alltag unvorstellbar anders, als uns das bewusst ist und als es sich beschreiben lässt.

Wenn ich Sie, verehrter Leser, trotzdem nicht für die mathematischen Ausdrucksmittel erwärmen kann, sollten wir die Verabredung treffen, dass Sie die betreffenden Darlegungen überfliegen und die sich daraus ergebenen verbalen Schlussfolgerungen als gegeben und bewiesen hinnehmen.

Das erspart Ihnen Zeit und mir hoffentlich Ärger mit Ihnen.

Die Vorstellungen vom großen Ganzen

Sagen wird man …

Wir wollen wissen, wie das Universum und die Materie entstanden sind, wie sie sich entwickeln, wohin ihre Reise führt. Wir machen uns Vorstellungen darüber und stellen Fragen. Wir stellen Fragen an die Natur. Wir stellen Fragen, indem wir die Dinge der Natur beobachten oder in Experimenten herauszufinden suchen, wie sie sich verhalten, wie sie miteinander verwoben sind, was sie sind und warum sie so sind. Auch unsere Theorien sind in ihrer eigentlichen Bedeutung nur Fragen an die Natur und Vermutungen, obwohl sie meist so verkündet werden, als würden uns überwältigend-geniale Offenbarungen zuteil. Wir können nur Fragen stellen und darauf hoffen, dass sie geeignet sind für die Antworten des Universums, die uns weiterbringen. Und hoffen müssen wir auch, die Antworten des Universums zu verstehen. Auch das ist eine Ungewissheit, die unser Denken und Tun stets begleitet.

Die Fragen, die der Mensch dem Universum gestellt hat, und seine Interpretationen der Antworten unterlagen jedoch in allen Epochen einem strengen Regime. Alle einzelnen Theorien und Ansichten, Fakten und Erkenntnisse verallgemeinernd, gelangt man zu einigen wenigen Grundansichten, die das Fundament und den Rahmen aller zeitgemäßen Theorien und Herangehensweisen bildeten, die für den Charakter und die Struktur des jeweiligen Weltbildes entscheidend waren oder sind.

Man nennt solche Grundansichten auch Paradigmen. Ein Paradigma ist sozusagen eine herrschende Lehrmeinung, ein Denkrahmen, in dem sich die einzelnen Theorien und Vorstellungen zu bewegen haben, wenn sie sich nicht vernichtender Kritik oder vollständiger Ignoranz aussetzen wollen.

Gut 200 Jahre herrschte ein Paradigma, das uns allen durchaus geläufig und so tief in uns ist, dass es uns kaum mehr bewusst wird. Es ist dies das materialistisch-mechanistische Paradigma, das durch die so genannte klassische Physik, durch Kopernikus, Kepler, Galilei, Descartes und Newton vor allem begründet und von vielen klugen Köpfen und genialen Forschern tausendfach bestätigt und erweitert wurde. Es sind das die Denk- und Interpretationsweisen, die mit unseren irdischen Erfahrungen bestens übereinstimmen, sie uns nachvollziehbar erklären, uns logisch erscheinen und uns in unserem Alltagsleben begleiten. Man bezeichnet dieses Paradigma heute als die klassische Physik.

Aber nun auch schon vor über einhundert Jahren sind einige Ideen und Beschreibungen der Natur aufgetaucht, die so gar nicht in dieses bewährte klassische Paradigma passten. Das vorangegangene Jahrhundert musste sich schon zu seinem Beginn, widerwillig zwar, aber unaufhaltsam mit neuen Denkweisen anfreunden. Wir alle haben von der Relativitätstheorie, von Quanten- und Teilchenphysik, der modernen Kosmologie und in den letzten Jahren auch von der modernen Chaosforschung vieles gehört, wenig gelesen, wohl noch weniger verstanden – aber fast alles geglaubt. Für nicht wenige Wissenschaftler sind das die vier Säulen des modernen physikalischen Weltbildes. (Die Chaostheorie, besser die Theorie vom deterministischen Chaos wird allerdings nicht von allen Wissenschaftlern als dazugehörig akzeptiert.) Sie scheinen inzwischen recht umfassend ausgearbeitet, haben in der Praxis – in der wissenschaftlichen, wie in der technisch-technologischen – längst ihre Bestätigung gefunden, die moderne Wissenschaft baut auf sie auf, operiert unablässig mit ihnen und ist damit erfolgreich.

Und doch scheint es andererseits so zu sein, dass daraus keineswegs schon ein umfassendes und allmächtiges Paradigma der Wissenschaft geworden ist. Eigentlich haben wir die klassisch-mechanistischen Denkweisen noch gar nicht abgelegt, so richtig konnten wir uns mit den Eckpfeilern des wissenschaftlichen Denkens unserer Zeit noch nicht anfreunden. Das mag auch daran liegen, dass Theorien, die einander widersprechen, kaum ein sicheres Fundament eines einheitlichen Paradigmas sein können. Diese Widersprüchlichkeit nehmen wir Nichtwissenschaftler zwar wenig wahr, denn die uns zugänglichen Erläuterungen der Theorien durch die Wissenschaftler machen nur höchst selten auf die Widersprüche zwischen den Theorien aufmerksam. Mehr fällt uns die Unanschaulichkeit ihrer Aussagen, die Kompliziertheit ihrer Inhalte, die Abstraktheit ihrer Darstellungen ins Auge, die uns selbst in den vereinfachenden Erläuterungen populär-wissenschaftlicher Schriften in Vielem so unwirklich vorkommen, dass wir nicht selten geneigt sind, sie als Spinnereien abzutun.

Es ist nicht zu übersehen, Quanten- und Teilchenphysik, Relativitätstheorie, Kosmologie und Chaostheorie konfrontieren uns mit Aussagen, die besonders fern unserem Alltagserleben, oft völlig wider unserem Verständnis von Logik sind. Quantenmechanik ist uns begrifflich nicht neu, aber wenn wir wissenschaftliche Abhandlungen darüber lesen, kommt sie uns doch recht seltsam und unglaubwürdig vor. Relativität von Raum und Zeit sind uns nicht unbekannt, aber die damit verbundenen Denkweisen gehören keineswegs zu unserem alltäglichen Repertoire. Der Anblick von Sternen ist uns sozusagen ‚allabendlich’, aber mit den Angaben der Wissenschaftler über die in ihnen herrschenden Temperaturen, über die Entfernungen zwischen ihnen und ihre Funktionsweisen wissen wir nicht wirklich etwas anzufangen. Und vom Chaos haben wir gewöhnlich ganz andere Vorstellungen, als die gleichnamige Theorie meint. Wir können vielleicht diese Denkweisen nicht oder noch nicht richtig verstehen, weil sie unkonventionell sind, mit den herkömmlichen Denkgewohnheiten brechen und uns Ungewohntes, unseren Alltagserfahrungen widersprechendes Herangehen abfordern. Wir Irdischen empfinden sie stark ‚überirdisch’, denn sie stehen in ihren wesentlichen Aussagen gegen das, was wir als irdische Alltagsphysik sinnlich erfahren.

Zudem lassen uns Wissenschaftler häufig ziemlich ungefragt auch wissen, dass die modernen Theorien der Naturwissenschaften nun mal nicht für den gewöhnlichen Menschenverstand geeignet sind. Das ist kaum ermunternd.

Und noch etwas kommt hinzu. Die aktuelle Wissenschaft kommt uns zwar im Allgemeinen so daher, als wäre alles so gut wie geklärt, als wäre mit den modernen Interpretationsweisen, mit dem umfangreichen mathematischen Formelwerk und vor allem mit der Formulierung und Begründung einer Reihe von Naturgesetzen die Natur im Wesentlichen durchschaut, entschlüsselt und berechenbar gemacht. Aber mit nur wenig Mühe kann man schnell feststellen, dass dem keineswegs so ist. Es existiert eine Fülle offener Fragen, es gibt Ungereimtheiten in den wissenschaftlichen Aussagen, es sind Antworten gegeben, bei denen wir nicht einmal wissen, ob ihnen auch berechtigte Fragen vorausgingen.

Es sind so komplizierte Theorien geschaffen worden, dass man mitunter geneigt ist zu bezweifeln, ob ihre Schöpfer sie überhaupt verstanden haben. Das ist natürlich eine Unterstellung, für die ich mich gleich mal entschuldige. Aber ganz aus der Luft gegriffen ist sie auch nicht. In der Beschäftigung mit wissenschaftlichen Theorien und Interpretationen kann man mitunter den Zweifeln nicht entgehen, ob das von der Wissenschaft auch wirklich ernst gemeint ist, oder ob man uns nur ‚auf die Schippe nimmt’. Und auch nicht so selten erkennt man, wenn man es denn will, unter der wortreich-wohlformulierten dünnen Oberfläche mancher Theorie die unglaubwürdige Konstruktion, die gequälte Beweisführung, die aus der Beweisnot geborene Konstruktion.

So können wir als ‚Normal-Bürger’ noch nicht mit Bestimmtheit sagen, ob die unkonventionellen wissenschaftlichen Denkweisen des zu Ende gegangenen Jahrhunderts tatsächlich die gesicherten Eckpfeiler des neuen Paradigma sind, oder nur ein Ansatz vielleicht, die mehr oder weniger gültige Andeutung der neuen Denkrichtung und eventuell auch schon mehr, oder aber doch noch die Verfeinerung und Vervollständigung des alten Paradigma, bestenfalls mit dem Charakter eines Übergangs.

Wie sehr die derzeitige Wissenschaft in der Beurteilung ihrer eigenen Leistungen auseinandergeht, sollen an dieser Stelle zunächst zwei Autoritäten-Zitate zeigen. Das erste Zitat stammt von dem renommierten Wissenschaftsjournalisten John Horgan:

“Wenn man an die Wissenschaft glaubt, dann muss man sich mit der Möglichkeit – ja sogar Wahrscheinlichkeit – abfinden, dass das große Zeitalter der wissenschaftlichen Entdeckungen vorüber ist. Mit Wissenschaft meine ich nicht die angewandte Wissenschaft, sondern die Wissenschaft in ihrer reinsten und höchsten Form, das dem Menschen von Natur aus innewohnende Streben, das Weltall und seinen eigenen Platz darin zu verstehen. Weitere Forschungen werden möglicherweise zu keinen bedeutenden Entdeckungen oder Umwälzungen mehr führen, sondern nur noch ‘sinkende Grenzerträge’ abwerfen.”

(John Horgan; An den Grenzen des Wissens; Fischer Taschenbuch Verlag GmbH; 2000; S. 17)

Die folgenden Worte sind dagegen einer Publikation des Wissenschaftlers Ervin Laszlo entnommen:

”Die Wissenschaft steht an der Schwelle einer weiteren Revolution. ... Wir haben heute einen Punkt erreicht, wo sich genügend Anomalien und Rätsel in Bezug auf die verschiedenen Grundannahmen des geltenden naturwissenschaftlichen Wissens angesammelt haben, ... dass einige der grundlegenden Elemente unseres Wissens in Zweifel gezogen werden ... Die Zeit ist reif, die Rätsel und Anomalien aus einer neuen Perspektive zu betrachten.”

(Ervin Laszlo; Kosmische Kreativität; Insel Verlag; 1997; S. 30/31)

So grundsätzlich verschieden wird mitunter, freilich nicht allgemein, die Situation der Naturwissenschaft schon von Wissenschaftlern betrachtet und bewertet. Wenn Meinungen so weit auseinander gehen, stellen sich Fragen. Wie sind wir zu unserem modernen wissenschaftlichen Bild von der Welt gelangt? Wo stehen wir eigentlich in unserem Wissen über die Natur? Was ist sicher, was nicht? Was sind seine Grundpfeiler? Können wir uns verlässlich an sie anlehnen?

Im Folgenden werde ich mich mit diesen Fragen beschäftigen, mich auf Hypothesen und Theorien und historische Zusammenhänge berufen, auch mal Zweifel an der Gültigkeit und Richtigkeit bestimmter Aussagen der Wissenschaft anmelden bzw. auf alternative Ansichten verweisen. Es ist dies eine Gedanken-Reise, eine Reise in Regionen, die recht fern unseres alltäglichen Lebens sind, eine Reise durch vergangenes und gegenwärtiges Denken mit einem zaghaften Ausblick auf vielleicht schon zukünftige Denkarten. Es ist trotzdem eine nur kurze Reise in dem Sinne, dass ich nur wenige Stationen einfüge und vieles unerwähnt lasse. Das deshalb, da es nicht möglich ist, alles wissenschaftliche Mühen in einen Text von einigen hundert Seiten ausführlich zu behandeln. Ich möchte mich ohnehin hier auf die Physik, die selbsterklärte Grundlagenwissenschaft, die gefühlte Wissenschaft aller Wissenschaften, beschränken. Und es scheint ja auch sehr modern zu sein, kurze Geschichten über die Naturwissenschaft und das Universum zu verfassen. Da weiß ich mich in guter Gesellschaft mit namhaften Autoren.

Ich möchte Sie, verehrter Leser, auf diese an sich rasante Reise mitnehmen. Folgen Sie mir bitte, ohne Scheu vor der Kompliziertheit der Physik und ohne die Befürchtung, ihr gesunder Menschenverstand wäre dafür nicht geeignet. Die Physiker schaffen die Kompliziertheit und sie reden uns die Mängel des gesunden Menschenverstandes ein. Es ist an der Zeit, hinter diese Schutzschilde der Physiker zu schauen und „von oben herab“ zu beurteilen, was für uns eine akzeptable Weltsicht sein könnte, und was wir erst einmal zurückweisen sollten, damit sie, die Forscher weiter daran arbeiten.

Weltbilder sind Zeitbilder oder Nichts ist endgültig

Zu allen Zeiten haben die Menschen Überlegungen angestellt, wie denn die Welt ‚im Großen’, über die individuellen Gegebenheiten weit hinaus, beschaffen sein könnte. Die Vorstellung des Menschen über die Welt als Ganzes, über den Charakter und die Struktur des Universums war zu verschiedenen Zeiten recht verschieden. Es würde uns hier zu weit vom Thema wegführen, wollten wir die komplette historische Entwicklung dieses Weltbildes in aller Ausführlichkeit erörtern. Dazu gibt es im Einzelnen leicht zugängliche Veröffentlichungen.

Und doch ist die historische Herkunft unseres Bildes von der Welt unbedingt interessant und kann deshalb nicht ganz ausgelassen werden. Als Kompromiss will ich daher hier die wichtigsten Etappen des Urspungs in einem ‚Schnelldurchlauf’ wenigstens anreißen.

Zunächst und über eine lange Zeit war das Bild, das sich die Menschheit von der Welt machte, geprägt durch Glaube und Mythologie.

Vor ca. 4000 Jahren betrachteten die Sumerer die Welt als eine flache Scheibe, die mit der Erde identisch war, über die die Götter ein Gewölbe mit den Körpern der Sonne, des Mondes, der Planeten und der Fixsterne errichtet hatten.

Die Welt der Sumerer war geschaffen von den Göttern und wurde von diesen in Gang gehalten und kontrolliert.

Die alten Ägypter hielten ihr Land für das Zentrum der Welt (also lange schon bevor die US-Amerikaner sich in diesem wähnten), in der die Himmelsgöttin Nut täglich aufs Neue den Schöpfungsakt vollbrachte. Darunter agierten der Luftgott Shu und der Erdgott Geb.

Bei den Babyloniern gab es eine noch größere Anzahl von Göttern, deren Wirken sich mit solch irdischen Dingen wie Süß- und Salzwasser und Schlamm verband, aus deren Verbindung neue Göttergeschlechter hervorgingen und Himmel und Erde geschaffen wurden. Dabei ging es recht brutal zu, denn nach der Überlieferung waren die Babylonier der Ansicht, der göttliche König Marduk habe die Urmutter Tiamat kurzerhand getötet und in zwei Teile gespalten, aus denen Himmel und Erde entstanden.

Bei den Chinesen waren die Götter dagegen erstaunlich systematisch vorgehende Pragmatiker, die Naturgesetze festlegten und Baustoffe wie Feuer, Erde, Luft, Wasser und Äther erfanden, aus denen sie das Universum errichteten.

Die griechische Mythologie schließlich sah zu Beginn der Welt vier Urgötter, die sich ganz menschlich paarten, zahlreiche Götter und Göttinnen hervorbrachten und schließlich auch das Menschengeschlecht.

In der Distanz einiger tausend Jahre kann Dieser oder Jener unter uns Heutigen die Bemühungen unserer Urahnen mit naserümpfender Verwunderung als entsetzlich weltfremd mehr ver- als beurteilen. Und doch wäre es falsch, frühe Kulturen ausschließlich als in Mystik und Religion befangen anzusehen.

Es ist ja nicht so, dass sich Babylonier oder Ägypter, Chinesen oder Inder, Griechen oder Römer ausschließlich in mystischen Vorstellungen ergingen. Schon in den frühen Zeiten der Entwicklung der menschlichen Zivilisation verfügten die fortgeschrittenen Völker in vielen Bereichen über umfangreiches Wissen von den Dingen und Vorgängen in der Natur und beherrschten viele verschiedene Methoden, damit umzugehen. Die geistigen Eliten der antiken Völker, vornehmlich Priester, beobachteten auch die Bewegungen der Sonne, des Mondes und der Planeten, entdeckten bestimmte Regelmäßigkeiten und konnten bereits recht exakte astronomische Voraussagen machen.

Bereits vor 4000 Jahren besaßen die Mesopotamier und wenig später die Chinesen recht genaue astronomische Beobachtungsdaten. Von den alten Kulturen Mittelamerikas ist uns inzwischen gut bekannt, über welch reife Kenntnisse der Astronomie sie verfügten.

Die Kenntnisse über die Eigenschaften der Stoffe oder über gewisse Zusammenhänge der Mechanik z.B. waren schon erstaunlich weit entwickelt. In einigen Dingen geben uns Fertigkeiten und Fähigkeiten von damals noch heute Rätsel auf, weil wir – trotz unserer Hochrüstung mit vervielfachtem Wissen und ausgeklügelter Technik – nicht nachzuvollziehen vermögen, was die Damaligen offensichtlich gut beherrschten. Die Pyramiden-Bauten sollen hier nur als Beispiel genannt werden. Fertigteilhäuser können wir ‚mit links’ bauen, aber am Bau einer Pyramide mit den damals vermutlich zur Verfügung stehenden Technologien scheitern wir heute sehr linkisch, wie entsprechende Versuche gezeigt haben.

Noch in unseren Tagen wird jenen frühen Kenntnissen über den Lauf der Gestirne und den Umgang mit Stoffen und Materialien, wie auch den Fertigkeiten im Umgang mit Material und Daten mitunter außerirdische Herkunft angedichtet, so unvorstellbar ist uns noch heute der Besitz konkreter Kenntnisse dieser Qualität zu einer Zeit, da religiöse Vorstellungen und überhaupt alles Mystische das Denken und die Vorstellungen der Menschen dominierten.

Wir müssen jedoch berücksichtigen, wenn in jenen alten Kulturen von den kosmischen Dingen, vom Lauf der Gestirne, vom großen Weltgeschehen die Rede war, dann wurde nicht von ewigen Naturgesetzen gesprochen, die Sternbilder und Planetenumläufe wurden nicht als nach solchen Gesetzen funktionierender Mechanismus verstanden, sondern als Gottesgeschehen, als von übernatürlichen Mächten in Gang gesetztes und kontrolliertes Geschehen. Gemäß dem herrschenden Weltbild führten solche Kenntnisse lange Zeit lediglich zu astrologisch-religiösen Deutungen. Sie wurden meist als Geheimnisse, als von den Göttern den besonders gottesnahen Priestern zum Wohle der Herrschenden großmütig überlassenes Wissen behandelt.

Aber schon vor etwa 2600 Jahren gab es erste Versuche, sich von der Vorstellung zu lösen, die Dinge und Geschehnisse in der Welt würden vollständig durch Götter beherrscht und von deren Launen, Willen und Geneigtheiten abhängig sein. Es tauchten da Fragen recht ketzerischen Charakters auf, obwohl sie damals keineswegs als Ketzertum angesehen wurden.

Wie kommt es, dass die Natur so auffällig vielfältig eingerichtet ist? Warum verändert sie sich? Wer oder was steuert die Veränderung? Woraus besteht die Welt?

Da waren plötzlich Menschen, die nach Ursachen und Zusammenhängen fragten und mit den Antworten die Erscheinungen der Welt auf rationale Weise zu erklären versuchten. Inspiriert und auch „handfest“ beeinflusst durch das Wissen der Eliten der arabischen Welt entstand die Naturphilosophie des antiken Griechenlands, die unser heutiges Wissen stark und nachhaltig beeinflusste. Es war das antike Griechenland mit seinen Philosophen, das jene Grundlagen des Denkens legte, an denen wir uns in der westlichen Welt noch heute prinzipiell orientieren, auch wenn uns das häufig nicht bewusst ist. Und es war ganz wesentlich die islamische Welt, die die griechische Philosophie bewahrte, weiter entwickelte und der westlichen Welt vermittelte. Davon will die westliche Welt heute erst recht nichts mehr wissen.

Mindestens aus der Mathematik ist uns der Name des Thales von Milet (624-548 v. Chr.) bekannt. Obwohl sein Lehrsatz über die Winkel im Halbkreis wahrscheinlich bereits lange vor ihm den Ägyptern gut bekannt war, hat sein Name für uns noch immer einen guten mathematischen Klang. Zu seiner Zeit wurde er von seinen Mitbürgern mit nahezu göttlicher Verehrung bedacht. Das vor allem deshalb, weil er die Sonnenfinsternis des 28. Mai 585 v. Chr. vorausgesagt hatte. Wenn ein Mensch von einem Ereignis, das ohne jeden (damaligen) Zweifel von den Göttern bestimmt wird, im Voraus genaue Kenntnis hat, dann konnte er nur mit den Göttern im engen Bunde sein.

Als Philosoph, der er eigentlich war, stellte Thales aber eine Frage, die auf etwas ganz Ungöttliches zielte: Gibt es in einer sich ständig verändernden Natur etwas Unveränderliches? Ist die Vielfalt der materiellen Erscheinungen auf eine nicht veränderbare Grundsubstanz reduzierbar? Thales gelangte zu dem Schluss, Wasser müsse die Grundlage alles Bestehenden sein. Wasser, oder besser die Feuchtigkeit, war schon immer existent und würde nie vergehen, aus ihm habe sich alles Stoffliche gebildet. Das war schon eine gewaltige, nichtmythologische Denkleistung. Zum vielleicht ersten Mal war hier versucht worden, eine Erklärung für die unüberschaubare Vielfalt und Komplexität der Natur in der Einfachheit ihrer Grundstruktur zu geben. Wenn man so will, war das schon die Geburtsstunde jener Methode, die bis in unsere Tage hinein die Grundmethode wissenschaftlichen Forschens und Denkens geblieben ist. Im Allgemeinen wird zwar Demokrit als Vater des Reduktionismus angesehen, aber Thales hat offenkundig schon den Versuch unternommen, die Vielfalt auf die Einfachheit zu reduzieren. Es zeigt, dass bereits in einer Welt, in der das Denken der Menschen nahezu vollständig von Göttern, Mythen und Dämonen beherrscht war, der Mensch versuchte, die Natur der Natur zu verstehen. Vordem hatte die Frage nach der möglichen Existenz einer Grundsubstanz niemanden interessiert. Auch nach Thales von Milet blieb die Fragestellung lange Zeit exklusive Angelegenheit einer kleinen Anzahl von Gebildeten.

Ein Zeitgenosse und Schüler des Thales, Anaximander (610-546 v. Chr.), bezweifelte, dass Wasser die Grundsubstanz sein könne. Schließlich, so erkannte er pfiffig, würde Wasser durch Feuer vernichtet. Überhaupt wären irdische Substanzen ungeeignet, da sie veränderbar, ja vernichtbar sind. Für Anaximander sollte die Grundsubstanz etwas absolut Unangreifbares sein. Er gab dieser Grundsubstanz eine neuartige Bezeichnung - apeiron -, was sich mit das ‘Unbestimmte’, ‘Unbegrenzte’ übersetzen lässt.

Aus dieser Substanz der Unendlichkeit, die niemals verloren gehen kann, sei die zunächst feuchte Erde entstanden, die durch die sie umgebende feurige Sphäre getrocknet wurde, wobei die Meere übrig blieben. Abgetrennte Teile der feurigen Sphäre bildeten die Gestirne. Das Leben entstand nach Anaximander zunächst im Wasser und siedelte erst später auf das Festland über.

Dies ist die erste komplexe, nichtmythologische Weltvorstellung, die wir zwar heute belächeln mögen, die aber trotzdem als eine Vorstellung mit wissenschaftlichen Charakter angesehen werden kann und die streng genommen von unseren heutigen Vorstellungen auch gar nicht allzu weit entfernt ist.

Anaximenes (545 v. Chr.) erkannte bereits Sonnen- und Mondfinsternisse als physikalische Erscheinungen und vermutete die Existenz einer Vielzahl, auch nicht beobachtbarer Himmelskörper. Ihm war der mysteriöse Grundstoff apeiron zu unbestimmt. Luft dagegen schien ihm gut geeignet, durch Verdichtung oder Verdünnung alles Konkrete hervorbringen zu können, ohne selbst vergänglich zu sein.

Anaxagoras (500 v. Chr.) entwickelte eine stimmige Theorie der Sonnen- und Mondfinsternisse und vermutete die Sonne und die Sterne als glühende Steine von gewaltiger Größe.

Rund einhundert Jahre später sprach Empedokles (490-435 v. Chr.) von den vier Grundsubstanzen Erde, Wasser, Feuer und Luft und den zwei Grundkräften Liebe und Hass. Nach seinen für jene Zeit ungewöhnlichen Vorstellungen würden sich alle Veränderungen in der Natur dadurch vollziehen, dass sich die vier Grundstoffe in unterschiedlichen Verhältnissen miteinander mischen und wieder voneinander trennen. Auch darüber kann man heute mitleidig lächeln, besonders über die Vorstellung, Liebe und Hass könnten das Naturgeschehen verändern. Wenn man allerdings Liebe mit Anziehung und Hass mit Abstoßung übersetzt, sieht die Sache plötzlich viel wissenschaftlicher aus. Jedenfalls propagiert Empedokles bereits einen wesentlichen Grundgedanken unserer heutigen Weltsicht, nämlich, dass verschiedene Substanzen über Kräfte aufeinander einwirken. Dass Empedokles also zwischen Stoff und so etwas wie Kraft unterschied, war ein großer Denkfortschritt, der freilich noch lange ohne Konsequenzen blieb. Empedokles machte sich sogar bereits Gedanken über die Evolution des Lebens. Er gelangte zu der Vorstellung, dass sich das Leben in einem langen Prozess, in dem nur die lebensfähigsten Formen dauerhaft überleben konnten, von niederen zu höheren Formen entwickelte. Darwin kam erst einige hundert Jahre später auf diese Idee.

Leider hatte Empedokles einige Zeit bei den Pythagoreern (denen ich in einem anderen Zusammenhang noch einige Sätze widmen werde) zugebracht. Das reichte ihm offensichtlich, um sich später für göttlich zu halten und entsprechende Verehrung zu beanspruchen. Er soll seinen eigenen Tod so inszeniert haben, dass die Welt es als sein Einswerden mit den Göttern verstehen sollte. Sein Sprung in den Krater des Ätna war wenig göttlich, nur tödlich.

Heraklit von Ephesos (550 - 480 v. Chr.) soll den seinerzeit noch wenig, dafür später um so heftiger gefährlich-ketzerischen Gedanken formuliert haben, die Welt sei von keinem Gott und keinem Menschen erschaffen worden, sondern sei ein “ewig lebendiges Feuer, nach Maßen erglimmend und nach Maßen erlöschend." (Heraklit; Fragmente) Seine Philosophie war ein dynamisches Weltbild, eine ewige Bewegung, das berühmte „panta rhei“ – alles fließt.

Ganz Erstaunliches für seine Zeit verkündete Demokrit aus Abdera (460-371 v. Chr.). Alle Dinge hätten zunächst allein die Eigenschaft des Räumlichen und der Bewegung und setzen sich aus einfachen Raumeinheiten, den unteilbaren Atomen zusammen. Es gäbe überhaupt nur die unendliche Leere und die Atome. Alle Atome bestünden aus demselben Stoff, unterschieden sich aber in Größe, Form und Lage im leeren Raum. Ihre Zusammenballungen führen schließlich zur Entstehung der sichtbaren Dinge und der Welten, in denen nichts dem Zufall überlassen bleibt, sondern sich alles deterministisch aus Vorausgegangenem ableitet. Demokrit wurde vor ca. 2460 Jahren geboren!

Einer der entschiedensten Gegner der atomistischen Ideen war Aristokles, der uns wohl unter seinem Spitznamen Platon (427-347 v. Chr.) besser geläufig ist. Auch er hatte die Pythagoreer kennen gelernt, war aber auch ein Schüler von Sokrates gewesen, bis er in Athen eine Akademie gründete, die 916 Jahre lang existierte, einige Berühmtheit erlangte und erst von Kaiser Justinian als ‚heidnische Einrichtung’ geschlossen wurde.

Für Platon war die Idee das Grundlegende. Alle Dinge erscheinen uns als Abbilder von Ideen. Die Ideen sind absolut perfekt, aber nicht direkt beobachtbar. Man kann sich ihnen jedoch durch die Vernunft nähern. Die Vernunft ist der einzige Weg, die hinter den materiellen Erscheinungen stehenden reinen Ideen als das Wesen der Welt zu entdecken. Die Beobachtung der materiellen Dinge führt lediglich zu verfälschenden Ansichten. Nur die Vernunft kann dem Menschen das Wesen der Welt näher bringen.

Mit meinen Vorstellungen von Vernunft hatte es Platon jedoch nicht so sehr. Er war gegen jede Form von Demokratie und vertrat die Auffassung, es sei völlig in Ordnung, für seine politischen Auffassungen zu lügen, zu stehlen; auch Sklaven zu züchten und zu züchtigen. Versteht sich fast von selbst, dass er extrem rassistisch eingestellt war. Platon war das, was wir heute verachten oder, wenn es uns verkleidet in markige Phrasen, beschönigt durch Täuschungen, penetriert durch bombastische Berieselung und unantastbar durch Macht daherkommt, bejubeln.

Es wäre aber ungerecht und falsch, Platon darauf zu reduzieren. Seine Überlegungen zur Dialektik, zum Verhältnis von Denken und Sein, vom Einzelnen und Allgemeinen, zur Rolle der Erziehung und der Wissenschaft hatten große Bedeutung für die Entwicklung wissenschaftlichen Denkens weit über seine Zeit hinaus.

Wir sehen, die alten Philosophen waren auch schon recht widersprüchliche Gesellen, haben nicht nur manche der späteren Triumphe des Geistes vorweg genommen, sondern auch seine Entartungen. Die Dinge wiederholen sich, manchmal in tragischen Überspitzungen mit Folgen, mitunter als Groteske, die häufig noch schlimmere Folgen hat.

Vor rund 2300 Jahren lebte Aristoteles (384-322 v. Chr.), der wohl universellste und deshalb auch lange unantastbare Gelehrte der Antike. Als Schüler Platons, späterer Erzieher Alexanders des Großen und schließlich Gründer einer philosophischen Schule in Athen wurde Aristoteles einer der einflussreichsten Denker des Altertums, dessen Ideen mehr als 2000 Jahre lang eine weitreichende Dominanz ausübten und bis in unsere Zeit hinein ihre Wirkungen haben. Aristoteles hatte Platons Glauben an die Rolle der Ideen modifiziert. Für ihn steckt die Idee unmittelbar in jedem materiellen Gegenstand. Das Objekt ist kein billiges und verfälschendes Abbild der reinen Idee, sondern es ist die Realisierung der Idee. Jedes Ding hat einen bestimmten Zweck, alles in der Natur ist zielgerichtet entstanden. Nicht der Zufall ließ die Natur so werden, wie sie ist, sondern die Ausrichtung auf ein bestimmtes Ziel hin bestimmte das Werden aller Dinge. Die Macht, eine solche Zweckbestimmung zu verfolgen, konnte nur einem göttlichen Schöpfer obliegen, das Ziel aller Zweckbestimmung ausschließlich der Mensch sein. Aristoteles verwarf die Ideen Demokrits und berief sich auf die vier Grundstoffe Feuer, Wasser, Luft und Erde sowie auf eine mysteriöse, vielleicht als Weltäther zu definierende Substanz, quinta essentia – fünfter Stoff. Dieser feiert, wie noch erläutert werden wird, in unseren Zeiten fröhliche Wiederkehr.

Zu Gute halten kann man Aristoteles und seinen Gefolgsleuten, dass sie sich nicht auf das reine Denken, wie Platon, beschränkten, sondern bereits recht umfangreiche Beobachtungen der Natur vornahmen. Aristoteles soll die größte botanische und zoologische Sammlung seiner Zeit geschaffen haben. Es gelang ihm allerdings nicht, die Beobachtungen zu verallgemeinern und im Sinne von Naturgesetzen zu interpretieren. Stattdessen formulierte er z.B. ein Bewegungsgesetz, nach dem die Fallgeschwindigkeit eines Gegenstandes proportional von seinem Gewicht abhängt. Erst rund 2000 Jahre später bewies Galilei durch einfache Experimente, dass ein solches Gesetz nicht existiert.

Aristoteles überlieferte uns zahlreiche Kenntnisse der Lehren der Naturphilosophen früherer Zeiten. Sein Zweck der Beschäftigung mit diesen war zwar die kritische Auseinandersetzung, aber so verdanken wir ihm doch viele Kenntnisse der früheren Lehren. Seine eigenen Lehren verkamen dank seiner Stellung unter den geistigen Eliten zu unumstößlichen Dogmen, die noch lange nach ihm einen hemmenden Einfluss auf die Entwicklung des Weltbildes der Menschheit hatten. Das Aristotelische Weltbild sah die Erde als Mittelpunkt mehrerer konzentrischer und sich drehender Sphären, in denen die verschiedenen Himmelskörper angesiedelt waren.

Zwar gelangte Aristarchos von Samos (310 - 230 v. Chr.) unmittelbar nach Aristoteles zu der Auffassung, dass sich die Erde einerseits um ihre Achse und alle Planeten um die Sonne drehen, aber dieses erstmals nicht geozentrische Weltbild wurde erbarmungslos bekämpft und als gottlos aus dem Denken verbannt. Es passte nicht in das Paradigma der Zeit und wurde deshalb geistig vernichtet. Vielmehr etablierte sich über lange Zeit das geozentrische Weltbild, wohl auch deshalb, weil es eine Vielzahl durchaus exakter mathematischer Berechnungen enthielt, mit denen die Planetenbewegungen eben auch recht exakt und anschaulich-einleuchtend erklärt wurden.

Claudius Ptolemäus (100-160) hatte mit der Ausarbeitung der Epizyklentheorie dem Geozentrismus starken Rückhalt verliehen. (Auch dazu später etwas mehr)

Abb.: I/01 Weltbild des Ptolemäus; Erde im Mittelpunkt des Universums

Heute neigen wir mitunter zu der Ansicht, die Gelehrten des Altertums hätten der Vorstellung von der Erde als Scheibe lange, allzu lange nachgehangen. Das ist eine ziemliche Oberflächlichkeit. Die alten Griechen jedenfalls waren sich der Kugelgestalt der Erde völlig sicher. Dieses Wissen ermöglichte es zum Beispiel dem pfiffigen Eratosthenes, gegen 276 v. Chr. den Erdumfang, den Radius der Erde, die Entfernung Erde-Mond, die Größe der Sonne und ihre Distanz zur Erde zwar noch etwas ungenau, aber immerhin in der richtigen Größenordnung zu berechnen.

Aristoteles Lehren wurden allerdings bald zu ‚unumstößlichen Wahrheiten’, denn sie waren eine gute philosophische Basis für Religion. Für lange Zeit rückten religiöse und metaphysische Fragen in den Mittelpunkt, das Interesse an naturwissenschaftlichen Dingen geriet immer mehr in den Hintergrund. Daran hatte die um sich greifende Macht der Kirche ihren Anteil. Sie war es vor allem, die nicht nur ihre eigenen, sondern auch die ihre Lehren stützende Behauptungen und Vermutungen zu Dogmen erhob und sogar dazu überging, alle davon abweichende Auffassungen als gegen Religion und Glauben gerichtet vehement und viel zu oft auch blutig zu verfolgen.

Es ist also eine schon recht alte Erfahrung der Menschheit, dass Dogmen jedes schöpferische Denken lähmen und dem Fortschritt im Wege stehen. Leider gelang es bis in unsere Tage hinein nicht, den bitteren Erfahrungen zu entsprechen. Dogmen haben noch lange viel Schaden angerichtet und tun es immer noch, auch wenn es sich nicht immer um religiöse Dogmen handelt.

Das geozentrische Weltbild galt lange uneingeschränkt. Der Mensch war das Abbild Gottes, die Krone und das Ziel seiner Schöpfung und daher war es nur logisch, recht und wissenschaftlich, dass er und die Erde als Mittelpunkt des Universums galten. Eine Wende deutete sich erst und noch zaghaft etwa im 13. Jahrhunderts u. Ztr. an. Thomas von Aquin (1225-1274) vertrat die Auffassung, die Philosophie müsse keineswegs der Theologie untergeordnet sein, sondern könne sich selbständig entwickeln und die Wahrheit nicht im Glauben, sondern in Beobachtung und Untersuchung suchen.

Das ganz und gar unheilige Wirken der Kirche bezüglich der Entwicklung eines wissenschaftlichen Weltbildes ist bekannt, aber immerhin war es der Kardinal Nikolaus von Kues (1401-1464), der die Vermutung aussprach, das Universum sei eine Kugel, deren Mittelpunkt überall und deren Umkreis nirgendwo existiere. Damit verdrängte er nun wieder die Erde aus dem Mittelpunkt des kosmischen Geschehens. Der Verstand müsse die Einheit der Welt in Beziehungen und in der Harmonie der Dinge suchen.

Vielleicht kommt es dem Leser merkwürdig vor, sich das Universum als Kugel zu denken, deren Mittelpunkt überall und deren Umkreis – Rand – nirgendwo sei. Aber es ist dies nichts anderes, als die später und lange Zeit gültige, teils noch heute gepflegte Auffassung von der Unendlichkeit des Universums. In einem Raum unendlicher Größe kann jeder beliebige Punkt als Mittelpunkt gedacht werden und an einen Rand des Raumes kann man nie gelangen, weil von jedem beliebigen Punkt in jede beliebige Richtung jeweils unendliche Punkte gedacht werden müssen. Ein unendliches Universum ist daher tatsächlich ein Raum, dessen Mittelpunkt überall und dessen Umkreis nirgendwo existiert.

Die Ansichten, die Aquin und Kues vertraten, waren vorsichtige Anfänge, sich aus den Zwängen der allmächtigen Theologie zu lösen. Wie aber konnte es geschehen, so mögen wir uns heute fragen, dass die mythologischen Vorstellungen das Weltbild der Menschen so lange Zeit nahezu unbedrängt dominierten, obwohl doch im alten Griechenland recht zukunftsträchtige und vielversprechende Ansätze existierten? Warum hielt sich die Vorstellung von einer sich im Mittelpunkt der Welt befindlichen Erde so hartnäckig? Warum konnte die atomistische Idee des Demokrit, die doch einfach und logisch war, so lange und so gründlich missachtet werden?

Natürlich spielten dabei die Lehren und die Macht der Kirchen eine wesentliche Rolle. Die selbsternannten Vertreter eines Schöpfers aller Dinge, welcher Name diesem auch immer gegeben worden war, akzeptierten selbstverständlich alle Theorien und Modelle, die einer Schöpfung und ihrem großen Lenker Platz ließen. Ein Denkmodell z.B. bei dem nur einige wenige Grundformen unteilbarer Bausteine nötig sind, die sich mit Hilfe bestimmter Mechanismen auf ganz verschiedene Art und Weise verbinden oder wieder lösen können und so selbst die beobachtete Vielfalt der Stoffe und Vorgänge herstellen, passte schlecht in das von den religiösen Mythologien vertretene Bild. Wenn man aber den Apfel immer und immer wieder teilen kann, ohne je auf ein Unteilbares zu stoßen, dann müssen alle Eigenschaften des Apfels auch in allen seinen Teilen repräsentiert sein. Es ist dann am besten durch Schöpfung erklärbar, warum eine so große Vielfalt verschiedener Stoffe existent ist.

Auf das Modell des geteilten Apfels und auf die damit verbundenen Vorstellungen der Atomisten werde ich gleich noch eingehen. Was (fast) allen mythologischen Vorstellungen gemeinsam war, ist die Vorstellung, dass alles irgendwann begonnen hatte zu existieren. Die Ähnlichkeit und Verwandtschaft der Götter und Menschen, die Vorstellung, dass die Götter zwar ‚Übermenschen’ seien, aber die Menschen durch die Götter als deren Abbild geschaffen wurden, war für die meisten mythologischen Vorstellungen typisch. Daher nimmt es auch nicht wunder, dass das gesamte mythologisch bestimmte Weltbild die Erde und den Menschen als Mittelpunkt des Universums ansah. Wenn der Mensch durch die Götter geschaffen wurde und wenn er nicht nur das Geschöpf der Götter, sondern auch das eigentliche Ziel göttlichen Schaffens war, dann werden jene diesen ja nicht irgendwo in einer unbedeutenden Region am Rande des Universums, sondern selbstverständlich absichtsvoll in das Zentrum des ganzen Geschehens gesetzt haben. Rund 2000 Jahre beherrschte dieses Weltbild die Vorstellungen der abendländischen Kulturvölker.

Es gibt allerdings auch eine zu berücksichtigende objektive historische Ursache für die Hartnäckigkeit des Mythologischen in den Vorstellungen. Die berühmte Frage Demokrits, ob man einen Apfel unendlich teilen kann oder nicht, war letztlich nicht durch Philosophie und nicht durch Glauben entscheidbar. Dazu musste die Materie direkt befragt werden. Man musste gewissermaßen den Apfel tatsächlich teilen und so fragen können: Woraus bestehst Du, was ist in Deinem tiefsten Innern, ist da auch nur Apfel, oder ist da etwas ganz anderes? Solche Frage so stellen zu können, dass man eine verbindliche Antwort erwarten konnte, das bedurfte geeigneter Methoden und Techniken. Weder zu Zeiten Demokrits noch lange Zeit nach ihm hatte man die Möglichkeiten dazu.

Auch die Frage der Stellung der Erde im Universum war mit den zur Verfügung stehenden Beobachtungsmitteln nur schwer anders zu entscheiden. Und mit dem bloßen Auge konnte man ferne Galaxien wirklich nicht identifizieren. Da war es einfacher und einleuchtender, Sterne als Lichter anzusehen, die göttliche Großzügigkeit zur Erbauung der Menschen installiert hatte. So bewirkte eine Allianz von subjektivem Machtkalkül und objektivem Unvermögen auf dem Feld der Unwissenheit und Unsicherheit, aber auch der Leichtgläubigkeit und Unterwürfigkeit eine Jahrhunderte andauernde Befangenheit in Mythologie und Mystik.

Darüber sollten wir nicht den Kopf schütteln. Auch wir Heutigen sind dem nicht abgeneigt. Und wir können nicht sicher sein, was spätere Generationen von unseren heutigen Überzeugungen und Wahrheiten in späteren Zeiten als mythologische Verirrung und primitiven Glauben entlarven werden.

Die eigentliche Entdeckung der neuen Welt

Zwischen 1473 und 1804 geschah für das Weltbild der Menschheit Aufregendes. Sicher, die Entdeckung Amerikas fällt auch in diesen Zeitraum, aber die ist nicht gemeint, obwohl auch die großen geographischen Entdeckungen Teil eines einschneidenden Wandels im Weltbild der Menschheit weg von der Mythologie und hin zur objektiven Realität waren. Die Zeitspanne umfasste aber vor allem die Lebenszeiten von Nikolaus Kopernikus, Galileo Galilei, Johannes Kepler, Rene Descartes, Isaac Newton und Immanuel Kant. Mit diesen hervorragenden Gelehrten und Denkern vollzog sich eine einschneidende Wende im Denken der Menschheit.

Zunächst lieferte Nikolaus Kopernikus (1473-1543) eine schon glaubwürdige Begründung für ein heliozentrisches Weltbild. Er konnte zeigen, dass die Sonne im Mittelpunkt des Planetensystems stehen kann und er konnte auch die zu seiner Zeit bekannten fünf Planeten in der richtigen Reihenfolge ihrer Bahn um die Sonne angeben. Wenn man heute den entscheidenden Paradigmenwechsel vom geo- zum heliozentrischen Weltbild meint, spricht man häufig von der Kopernikanischen Wende. Dabei entsteht dem ungeübten Leser schnell der Eindruck, als sei da plötzlich der geniale Astronom Nikolaus Kopernikus aufgetaucht und habe einfach die Sonne dahin gerückt, wo vorher albernerweise die Erde stand. Und die Menschen sahen die Lächerlichkeit ihrer bisherigen Sicht auf die Dinge ein und blicken ehrfurchtsvoll auf den Lehrmeister des modernen Weltbildes. Daran aber stimmt jedoch nichts, nicht einmal der Name. Nikolaj Kopernik betrieb die Astronomie lediglich als Amateur. Von Beruf war er Domherr und Arzt, Bischofssekretär, Experte für Wirtschaftsfragen und Währungsangelegenheiten. Ihn störte, dass nach dem damals herrschendem heliozentrischen Weltbild die Planeten sich nicht mit konstanter Geschwindigkeit, sondern mal schneller, mal langsamer, zeitweilig sogar auch rückwärts bewegten. Nach einer göttlichen Schöpfung sah eine solche Disharmonie nicht gerade aus. Seine Weltsicht hatte Kopernikus zunächst in den „Commentariolus“ umrissen, einer kurzen, handschriftlichen Abhandlung, die nie veröffentlicht wurde, sondern nur in einem kleinen Kreis Eingeweihter als eine Art Geheimwissen zirkulierte.

Sein astronomisches Hauptwerk, De revolutionibus orbium coelestium (Von den Umdrehungen der himmlischen Sphären) wurde 1543 veröffentlicht. Am Tage seines Todes hatte Kopernikus ein gerade erst und eiligst fertig gestelltes erstes Exemplar des Buches in den Händen gehalten. Fast muss man wünschen, er sei nicht mehr in der Lage gewesen, das Vorwort zu lesen, das ein Unbekannter (verdächtigt wird heute der Prediger Andreas Osiander) eigenmächtig hinzugefügt hatte. Dieses nämlich degradierte Kopernikus’ Ansichten zu einem möglicherweise ganz brauchbaren Weg, Berechnungen der Planetenbewegungen vornehmen zu können. aber keine Beschreibung tatsächlichen Geschehens zu sein. Es sei selbstverständlich unsinnig, sich vorzustellen, die Erde drehe sich um die Sonne.

Immerhin trug das Vorwort wohl dazu bei, dass die Kirche die Kopernikanische Weltsicht nicht allzu ernst nehmen und bekämpfen musste. Wenn die Gelehrten, so dachten wohl die Kirchenfürsten, die Planetenbahnen nach dieser Betrachtungsweise berechnen wollen, sollen sie das doch tun. An Gottes Schöpfung würde das eh nichts ändern. Selbst der große Reformator Martin Luther soll Kopernikus als einen Narren bezeichnet haben. In der Mehrzahl nahmen die Denker jener Zeit das Werk des Kopernikus kaum zur Kenntnis. Das gemeine Volk hatte ohnehin keinen Zugang. Von Wende konnte also noch keine Rede sein.

Allerdings muss auch gesagt werden, dass das Kopernikanische Weltbild durch die Annahme kreisförmiger Planetenbahnen mathematisch nicht bzw. nur sehr ungenau mit den Beobachtungstatsachen in Übereinstimmung zu bringen war, weshalb ihm selbst wohlwollende Gelehrten sehr zurückhaltend gegenübertraten. Auch Kopernikus benötigte Kreise, um das gesamte Sonnensystem beschreiben zu können. 34 Kreise insgesamt; drei für die Erde, vier für den Mond, fünf für Venus, Mars, Jupiter, Saturn, sieben für den Merkur. So weit weg von den Epizykeln des Ptolemäus war also auch Kopernikus nicht. Das trug wohl auch dazu bei, Kopernikus’ Weltsicht damals noch nicht unbedingt als große Wende anzusehen.

Der dänische Astronom Tycho Brahe (1541-1601) versuchte noch einen etwas merkwürdigen Kompromiss, indem er die Planeten um die Sonne kreisen ließ, die Erde aber, umkreist von Sonne und allen anderen Planeten, im Mittelpunkt des Systems beließ. Damit machte sich Brahe keinen besonderen Namen, wohl aber als akribischer Beobachter, der eine Vielzahl von Daten über die Planetenbewegungen zusammentrug und so doch an der Schaffung der noch heute gültigen Theorie der Planetenbewegungen beteiligt war.

Galileo Galilei (1564-1642) brach konsequent mit der Sichtweise des Aristoteles. Er – und in ähnlicher Weise auch Descartes – entdeckte die Mathematik als die geeignete Sprache, Fragen an die Natur zu formulieren und ihre Antworten zu interpretieren. Für Galilei waren Beobachtung und Erfahrung allein noch nicht Erkenntnis. Sie mussten auch in einer Theorie ausgedrückt werden können. Galilei brachte – das Fernrohr war erfunden – große astronomische Entdeckungen und Beobachtungsergebnisse ein, die das heliozentrische Weltbild stützten. Vor allem die Beobachtung und exakte Interpretation der Venusphasen wiesen überzeugend in diese Richtung. Galilei war wahrscheinlich auch der erste Mensch, der Gebirge auf dem Mond und Sonnenflecken mit eigenen Augen sah. Er folgerte daraus, die Materie müsse nicht nur auf der Erde ‚erdig’ sein und der Himmel sei keineswegs der Hort der Ordnung und der unveränderlichen Vollkommenheit. Wie ihm die Kirche mitspielte, ist bekannt. Erst 1992 (!) wurde er durch Rom rehabilitiert.

Giordano Bruno behauptete gar, die Sterne seien nichts anderes als Sonnen und weder jene Sonne, deren Licht die Erde erwärmte und erhellte, noch irgendein Körper in der Nähe der Sonne seien in diesem unendlichen Meer von Himmelskörpern vor anderen irgendwie ausgezeichnet. Das war nun nicht mehr nur eine bequeme Methode für Berechnungen, sondern eine neue, unchristliche Sicht auf die Welt. Da verstand Rom keinen Spaß und Bruno wurde durch ein Urteil der ‚christlichen’ Inquisition auf dem Scheiterhaufen verbrannt.

Aber da war auch Johannes Kepler (1571-1630). Er wähnte zwar die Sonne auch noch im Mittelpunkt des Universums, aber er löste das Problem der Planetenbewegungen. Er schrieb den Planeten elliptische Bahnen zu und formulierte die drei nach ihm benannten Gesetze, die nicht nur die Beobachtungstatsachen hervorragend erklärten, sondern auch heute noch eine der Grundlagen der Himmelsmechanik bilden. Kepler erging es freilich nicht viel anders als Kopernikus. Sein Modell der elliptischen Bahnen war zwar einfach, ließ genaue Berechnungen zu und verzichtete auf die komplizierten ptolemäischen Epizykel, aber Beifall erhielt er dafür noch lange nicht. Die Gelehrten und Kirchenfürsten erkannten die mathematische Genauigkeit zwar an, machten sich aber über die Planetenellipsen eher lustig. Wie kann man denn nur annehmen, Gott habe die Planetenbahnen nicht in den schönen, gleichmäßigen Kreisen, sondern in Form von hässlichen Ellipsen angeordnet? Dass Kepler zu den Ellipsen greifen musste, darin allein würde sich schon die Albernheit des heliozentrischen Weltbildes zeigen. Dabei schützte es Kepler sogar recht gut vor der unerbittlichen Verfolgung durch die Kirche, dass sein Weltbild zunächst eher als eine etwas ulkige Abwegigkeit aufgenommen wurde. Es bedurfte noch vieler Beweise und des Wegsterbens ganzer Generationen von Gelehrten, bis sich das neue Weltbild tatsächlich durchsetzte.

Und dann war da auch Rene Descartes (1596-1650). Mit der Annahme, dass die Welt sich nach Gesetzen entwickelt und die Natur eine große Maschine darstellt, die von den Menschen genutzt werden könne, gilt er als Begründer des materialistischen Weltbildes. Die Welt wurde nun in zwei Welten aufgeteilt, die sich grundsätzlich voneinander unterschieden. Auf der einen Seite die res extensa, die Welt der geistlosen Objekte, auf der anderen Seite die res cogitans, die Welt der Vernunft, der Logik, des Verstehens. Erstere war zwar eigentlich die Welt der leblosen Objekte, aber die Tiere mussten ihr auch zugerechnet werden, da sie ja offensichtlich nicht über Vernunft verfügten und nicht mit Verstand und Logik ausgestattet waren. Das stand damals und noch lange nach Descartes außer Zweifel, heute nicht mehr so ganz.

Die res cogitans aber war ganz klar die Welt des Menschen, trotzdem auch so etwas wie die göttliche Welt. Die res cogitans und nur diese war es, die fähig war, die res extensa zu durchschauen und zu beherrschen. Die Welt der Objekte funktionierte nach ein für allemal gegebenen Regeln und Gesetzen. Die res cogitans konnte diese Regeln, wenn nicht schaffen, so doch vollständig ergründen und ausnutzen.

Descartes und Christian Huygens (1629-1695), der wichtige Arbeiten zu den Pendelgesetzen, zum Begriff der Masse, zu den Stoßgesetzen und zur Kreisbewegung leistete, bereiteten in sehr direkter Weise den Boden für die Lehren jenes Mannes, der wie kein anderer das wissenschaftlich-physikalische Weltbild beeinflusste.

Isaac Newton (1642-1727) hat gleich auf einer ganzen Reihe verschiedener Gebiete großartige Denkleistungen vollbracht und gilt als Hauptvertreter der so genannten klassischen Physik. Seine drei Kraftgesetze waren bahnbrechend und die Grundlage vieler anderer Erkenntnisse und praktischer Anwendungen. Von prinzipieller Bedeutung war seine Entdeckung der universellen Gravitation. Bezüglich der Kosmologie basierte seine Himmelsmechanik erstmals auf dem von ihm formulierten Gesetz der Gravitation, also der zwischen Materiemassen herrschenden Kraft. Er sah zudem jeden Fixstern als ein Zentrum eines Systems ähnlich unserem Sonnensystem an und das Licht der Fixsterne als von derselben Natur wie das der Sonne. Das Newtonsche Universum war unendlich und Mittelpunktlos. Die Erde und die Sonne hatten ihre hervorgehobene Stellung im Universum verloren.

Fortan kam niemand, der sich mit Fragen der Physik ernsthaft beschäftigte, an Newton vorbei. Johann Wolfgang von Goethe blieb es vorbehalten, den großen Engländer als „Sektenhaupt“ zu beschimpfen, der mit Sturheit auf „Wahnvorstellungen“ beharrte und trotz Warnungen nicht von seinen „Irrtümern“ ließ. Auch große Geister müssen nicht unbedingt etwas von Physik verstehen und können eben auch peinlichen Fehlurteilen verfallen.

Nahezu nebenbei, weil er sie für seine Theorien benötigte, entwickelte Newton die Differential- und Integralrechnung, die der Mathematik einen gewaltigen Schub gab.

Allerdings hatte Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) diese neue Mathematik zeitlich parallel und unabhängig erfunden, worüber sich zwischen beiden eine heftige Auseinandersetzung entwickelte, in der sich Newton, ohnehin recht exzentrisch veranlagt, nicht immer nach der ‚feinen englischen Art’ verhielt.

Das sei ihm heute verziehen, denn seine Lebensleistung war ein Fundament, auf dem sich in stürmischer Entwicklung ein turmhohes, stabiles Gebäude des Wissens und der produktiven Nützlichkeit erhob. Und es ist ein gewisses Verständnis für Newton aufzubringen, denn Leibniz war Zeit seines Lebens ein entschiedener und ganz erbitterter Kritiker der Newtonschen Physikauffassungen und in seiner Kritik auch nicht eben vornehm-zurückhaltend. Leibniz seinerseits war freilich der modernen Physik unserer Zeit näher, als der von Newton gerade erst begründeten. Aber er war mit seinen Auffassungen über die Relativität von Zeit und Raum wohl seiner Zeit zu weit voraus. Das war noch nicht gefragt. Die Menschheit brauchte die Newtonsche Physik dringender, denn sie ermöglichte ganz praktische Fortschritte.

Vor allem die Mechanik, aber auch die Akustik, die Wärmelehre, Strömungs- und Gasgesetze, die Optik, die Theorien der Elektrodynamik und des Elektromagnetismus schritten nun stürmisch voran. Die Liste der Forscher, die auf den verschiedenen Gebieten der klassischen Physik großartige Leistungen beisteuerten, wäre zu lang, sie alle hier zu nennen. Die klassische Physik erwies sich als ein reichhaltiger Fundus bedeutender Denkleistungen und zugleich als fruchtbares Areal technischer Anwendungen, aber auch als das Fundament einer neuen Weltsicht.

Das Weltbild der Menschheit war von nun an weniger von mystischen Verklärungen und unantastbaren Glaubensverkündungen geprägt, sondern mehr von Beobachtungstatsachen und mathematischen Formalismen. Lehren, die die Welt zu erklären versuchten, gebrauchten nicht mehr Begriffe wie Allmacht, Weissagung, Auferstehung, Sünde, Schöpfung, Vergebung, sondern solche wie Masse und Energie, Zeit und Geschwindigkeit, Ursache und Wirkung, Gesetz und Gleichung. Die Welt war nicht mehr das undurchschaubare Geheimnis eines allmächtigen Schöpfers und Lenkers aller Geschicke, sondern ein Geflecht aus Ursachen und Wirkungen, dessen Ingangsetzung Gottes Werk gewesen sein mag und das auch einem alles umfassenden Plan der Schöpfung folgen mochte. Aber der Verlauf der Dinge ließ sich nun erkennen und begreifen, da alle Geschehnisse und Gegebenheiten durch Gesetze der Natur, durch Hierarchien, Kausalitäten und Relationen bis in alle Einzelheiten determiniert sein mussten.

Die Dinge der Welt wurden mathematisch beschreibbar und berechenbar, der Mensch war in der Lage, die Funktionsweise der Prozesse zu erkennen, den Verlauf der Kausalität-Ketten zu beschreiben und Ereignisse vorauszusagen. Mehr noch, er konnte aus bereits eingetretenen Ereignissen, aus Wirkungen, auf Ursachen schließen, selbst wenn diese fern in der Vergangenheit oder weit außerhalb der unmittelbaren Beobachtung lagen.

Die Vorstellungen des Menschen von der Welt waren jetzt in Zahlen, Formeln und Zeichnungen darstellbar, nicht mehr in Psalmen und Gleichnissen. Die tiefen Ursachen und Zusammenhänge des Weltgeschehens waren nicht im Buch der Bücher nachzulesen, sondern ließen sich in Relationen von abstrakten Symbolen und konkreten Werten ausdrücken. Aus dem unverstehbaren Universum war ein perfekter Mechanismus geworden, eine riesige Maschine mit einem komplexen Räderwerk, dem ein ebenso perfekter und komplexer Plan des Schöpfers zugrunde liegen musste. Darin aber lag auch ein Dilemma der klassischen Physik.

Die komplexe Planung des Schöpfers, das unerbittliche Räderwerk der universalen Maschine und die strenge Determiniertheit aller Dinge und Geschehnisse konnten auch, wenn man es wollte, so interpretiert werden, dass alle Dinge zwangsläufig eintreten mussten, sie waren vorbestimmt und unabänderlich. Der Mensch war ihnen ausgeliefert, sein Hiersein war reduziert auf die Vorbestimmtheit seines Schicksals. Aus dem Zentrum des Universums drohte der Mensch jetzt an den Rand geraten zu sein. War er ohne Freiheit seines Handelns, ein unbedeutendes Rädchen im großen Getriebe des universalen Geschehens?

Und doch war ein wesentlicher Fortschritt eingetreten. Gottes Plan war jetzt potentiell erkennbar und begreifbar geworden. Die Geschehnisse der Welt wurden durchschaubar, der Mensch stand den Dingen nicht so hilflos gegenüber, dass seine einzige Eingriffsmöglichkeit darin bestand, den Großen Lenker durch Gebete oder Opfergaben geneigt zu machen. Natürlich vermochte kein Mensch, die Bewegung der Erde um die Sonne zu beeinflussen, aber es lag darin jetzt nichts Mystisches mehr, man konnte die Positionen der Planeten exakt berechnen – und das nahezu beliebig vorausschauend zu irgendeinem Zeitpunkt in der Zukunft wie auch rückblickend zu irgendeinem Zeitpunkt in der Vergangenheit. Natürlich konnte die Menschheit die Geschichte der Welt nicht nach ihren Vorstellungen gestalten, aber sie konnte nun die Zusammenhänge ergründen. Natürlich konnte der Einzelne dem Schicksal der Menschheit nicht entgehen, aber er konnte es als in das Naturgeschehen eingebettet begreifen, akzeptieren und das Beste daraus machen.

Das irdische Geschehen konnte der Mensch sogar immer wirkungsvoller nutzen, konnte sich der Natur bedienen, seine ihm von der Natur gegebenen körperlichen und geistigen Fähigkeiten potenzieren, sein Leben in einem vorher nicht gekannten Maße verändern. Der Mensch schickte sich an, den verschlungen-unsicheren Pfad des unterwürfig überirdische Macht anbetenden Bittstellers zu verlassen und entschlossen die breite Allee des wissenden Nutzers aller Natur zu betreten.

Die klassische Physik bot zudem Möglichkeiten einer breiten Akzeptanz, wie kein Weltbild zuvor. Den Schöpfer als den allmächtigen Planer und genialen Konstrukteur der allumfassenden Maschinerie anzusehen, der auch die Gesetze und Determiniertheiten geschaffen hatte, die der Mensch nun ergründen und begreifen konnte, passte den Religionen bestens. Der Klerus konnte die Tatsache, dass das Universum offensichtlich einer planvollen Ordnung unterlag, gerade als Gottesbeweis anführen. Wer sollte denn eine solche Ordnung geschaffen haben, wenn nicht ein allmächtiger Schöpfer. Wie sollte diese mächtige, unfassbar komplexe und perfekte Maschine denn in Gang gekommen sein, wenn nicht durch eine übernatürliche und allmächtige Kraft? Gläubige mussten zwischen der Aufdeckung der Naturgesetze und ihrem Glauben an den Schöpfer keinen Widerspruch sehen. Religiöser Glaube und Naturwissenschaft schienen gewissermaßen dem gleichen Ziel verpflichtet – den Plan Gottes zu verstehen.

Wer mochte, konnte aber auch jede Art höheres Wesen außen vor lassen und die Entdeckung der Naturgesetze und Determiniertheiten, die Enthüllung der Zusammenhänge und die Aufdeckung der inneren Ordnung des Universums als die Annäherung des Menschen an die objektive Natur ansehen. Die klassische Physik hatte mit der religiösen Mythologie gebrochen, Erkenntnis und Wissen geschaffen, die Natur dem Menschen näher gebracht. Das Universum und die Natur waren nun zum ersten Mal in der Geschichte der Menschheit als objektiv existierend zu begreifen. Jetzt konnte man sich ihnen mit Wissen und ohne Glauben nähern. Aber der Glaube an eine höhere Macht war damit nicht unbedingt ausgeschlossen.

Der Leser möge mir den ungebührlich-rasanten Ritt durch die ältere Geschichte der Weltvorstellungen verzeihen. Gegenstand dieses Textes sind unsere heutigen Vorstellungen über die Welt. Diese aber wurden nicht ohne die Vorangegangenen, weshalb Letztere wenigstens Erwähnung verdienen.

Die Welt wurde entgöttert – aber auch entwundert

Selbstverständlich war die Zurückdrängung der ausschließlich mythologischen Vorstellungen und die Hinwendung zu Realität und Rationalität ein deutlicher Fortschritt. Aber wie so vieles hatte auch das eine zweite Seite. Selbst Einstein erregte sich einmal, angesichts der Entdeckung so grundsätzlicher Naturgesetze sei die Welt nun leider nicht nur entgöttert, sondern auch entwundert worden.

Die gleiche Wissenschaft, die die Erde aus dem gottgewollten Zentrum des Universums herausgerissen und zu einem durch das All fliegenden Körper unter vielen anderen gemacht hatte, die Wissenschaft, die damit auch den Menschen seiner geographischen Sonderstellung im Zentrum des Universums und des Weltgeschehens beraubt und an den Rand des universalen Geschehens gestellt hatte, rückte ihn auf andere Weise wieder in den Mittelpunkt. Die Natur war nun ein riesiges, gut funktionierendes, fein aufeinander abgestimmtes Uhrwerk, eine präzise arbeitende Maschine, derer sich der Menschen bedienen konnte.

Die klassische Physik hatte dem Menschen die Welt in ihren Strukturen und Vorgängen überschaubar, in ihren Zusammenhängen und Regeln durchschaubar, in ihrem Verlauf berechenbar und in ihren Konsequenzen beherrschbar gemacht.

Damit aber war der Mensch auch wissenschaftlich zur obersten, fortgeschrittensten und mächtigsten Erscheinungsform der Materie im Universum und so offensichtlich doch wieder zum eigentlichen Ziel von Evolution, wahlweise auch von Schöpfung geworden. Zwar war die Erde nicht im Mittelpunkt des Universums, der Mensch mit seiner Intelligenz, seinen Fähigkeiten und Fertigkeiten schien das wohl irgendwie doch zu sein.

Der Mensch, das war die res cogitans, die Welt der Vernunft und der Erkenntnis, alles Übrige die res extensa, die Welt der leblosen Dinge. Wenn sich die Welt in res extensa und res cogitans aufteilen ließ und der Mensch der Welt der Vernunft angehörte, dann nahm er, das war so klar wie das Amen in der Kirche, eine bevorzugte Stellung ein, war also doch wieder im Mittelpunkt allen Geschehens.

Das auf der klassischen Physik beruhende Paradigma, das allen wissenschaftlichen Theorien der damaligen Zeit zugrunde lag, stand auf fünf festen Pfeilern. Es sind dies Grundansichten, die Voraussetzung und Zielrichtung allen wissenschaftlichen Denkens und Forschens waren, die von niemand ernsthaft angezweifelt wurden und die uns auch heute noch recht vernünftig, wenn auch nicht mehr so ganz unantastbar erscheinen.

1. Das Universum besitzt eine objektive Existenz. Vorgänge in ihm finden unabhängig vom Willen des Menschen statt, Objekte existieren unabhängig jedes Beobachtungsvorganges; die Planeten und Sterne, die Bausteine der Materie und das Licht, alle Erscheinungen, in denen sich das Universum repräsentiert, gab es schon, als noch kein Beobachter existent war, oder gibt es, auch wenn kein Beobachter sich ihnen widmet; und sie sind so wie sie sind.

2. Die Objekte besitzen unterschiedliche Eigenschaften. Diese sind ebenfalls an die verschiedenen Objekte gebunden; sie ändern sich als Folge von Ursachen. Das Werden und Vergehen der Objekte einschließlich aller Veränderungen ihrer Eigenschaften vollzieht sich nach Gesetzen.

3. Jeder Ursache folgt eine Wirkung, jeder Wirkung geht eine Ursache voraus. Alle Vorgänge im Universum sind Ursache - Wirkung - Folgen. Ursache und Wirkung sind durch den unveränderlichen Lauf der Zeit miteinander verbunden.

4. Alle Erscheinungen besitzen eine 3-dimensionale Ausdehnung und ebensolche Distanzen zu anderen Erscheinungen. Der Raum und die Zeit bilden den unabänderlichen, unverzichtbaren, nicht erschaffenen und nicht vernichtbaren Rahmen für die Existenz aller Dinge und Vorgänge.

5. Ein mit Intelligenz und Vernunft ausgestattetes Wesen kann potentiell alle im Universum existierenden Objekte und Vorgänge, Zusammenhänge und Regeln erkennen, alles Geschehen – wenn es erst über hinreichende Kenntnisse verfügt – vorausberechnen und die Dinge und Vorgänge für seine Zwecke nutzen. Diese Rolle im Universum auszuüben, kommt dem Menschen zu.

Auf dieser Grundlage erlebte der deterministische Mechanismus seine Blüte. Die Natur schien zwar ein unabhängig vom Menschen arbeitender Mechanismus zu sein, dem der Mensch aber nicht gänzlich hilflos ausgeliefert war, sondern den er immer besser zu durchschauen vermochte und für sich nutzbar machen konnte, je mehr er von den Einzelteilen und ihrer Rolle im Ganzen verstand. Die Natur war etwas, was der Mensch mit der von ihm geschaffenen Mathematik und Physik und den von ihm aufgedeckten und formulierten Gesetzen begreifen, mit den von ihm geschaffenen Apparaten und Verfahren nachmachen (und sogar verbessern) und mit dem ihm eigenen Verstand überlegen sein konnte. Der Mensch war zwar nicht der Uhrmacher, der die Mechanismen der Natur erfunden hatte, aber er konnte sie durchschauen, verstehen, nachmachen und nutzen.

Das war die andere Seite des mechanistischen Paradigma, das durch die klassische Physik geschaffen und genährt wurde. Es war so dem Charakter nach ein Weltbild, das den Menschen zum einzig verstehenden Beobachter und allein berechtigten Nutzer aller Dinge machte. Auch wenn der Mensch nach diesem Paradigma in der Freiheit seines Willens und Handelns stark eingeschränkt und in das komplexe Räderwerk der Maschine Universum unentrinnbar eingebunden war, das geozentrische Weltbild war nicht wirklich aus der Welt, sondern nun zu einer Art anthropozentrischem Weltbild mutiert.

Und doch war es ein gewaltiger Fortschritt. Es ist zu unterstreichen, dass die Wissenschaft mit diesem Paradigma außerordentlich erfolgreich war. Auf vielen Gebieten wurde ein stabiles Grundlagenwissen geschaffen, auf das wir uns noch heute berufen; wurde ein dichtes Netz an anwendbaren Kenntnissen etabliert und Großes geleistet, erworbenes Wissen schnell in praktische Anwendungen zu überführen.

Die Physik mauserte sich von der Spielwiese der praxisfernen Universitäts-Denker und Katheder-Visionäre zum Feld der akribischen Beobachter und Datensammler, Erfinder und Konstrukteure. Es ging gut voran mit der Physik. Die Schmelz-und Siedepunkte von Stoffen wurden entdeckt (Hooke;1668), der Energieerhaltungssatz für mechanische Prozesse formuliert (Huygens;1673), die Lichtgeschwindigkeit wurde erstmals – noch nicht sehr genau, aber in der richtigen Dimension – bestimmt (Römer;1676), die Gasgesetze entdeckt (Amontons;1699), das Thermometer erfunden (Fahrenheit;1714), die Kräfte zwischen elektrischen Ladungen in ein Gesetz gefasst (Coulomb;1785), die Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten und Festkörpern bestimmt (Chladni;1796), eine erste elektrochemischen Spannungsquelle gebaut (Volta;1799), der Wellencharakter des Lichtes nachgewiesen (Young;1802), der erste Elektromotor (Henry; 1832), der erste Wechselstrom-, der erste Gleichstromgenerator (Pixii; 1832, 1833) und die erste elektrische Batterie (Daniell; 1836) gebaut, die Gasentladungsröhre (Plücker; 1854) und die Spektralanalyse erfunden (Kirchhoff, Bunsen; 1859). Und da habe ich, um den Leser nicht zu ermüden, nur einige Namen und Entdeckungen jener Zeiten genannt.

Die Lichttheorie, die Wärmelehre, die Theorie der Gase, die Kenntnisse über Elektrizität und Magnetismus, über Masse und Energie hatten einen Umfang und eine Qualität erreicht, dass sie im Zusammenwirken mit einem allgemeinen Zuwachs an geistiger Reife und Rationalität dafür sorgten, dass Technik und Technologie immer mehr in den Mittelpunkt menschlicher Aktivität gestellt wurden. Die Physik schwelgte in immer neueren Erkenntnissen, in immer mehr Zuwachs an Wissen und der Aussicht auf immer noch mehr praktischer Anwendung.

Die klassische Physik schien schließlich so komplex und komplett zu sein, dass es Ende des 19. Jahrhunderts zu der verbreiteten Auffassung führte, die Grundgesetze der Natur seien vollständig bekannt, die Entwicklung der Physik sei im Wesentlichen abgeschlossen, es seien nur noch kleinere, unbedeutendere quantitative Erweiterungen und Ergänzungen zu erwarten. Und es waren Physiker, die dieser Meinung waren.

James Clerk Maxwell (1831-1879) soll 1871 in seiner Antrittsvorlesung an der Universität Cambridge formuliert haben, schon in wenigen Jahren würden alle fundamentalen physikalischen Konstanten annähernd bestimmt worden sein, und die einzige Beschäftigung, die dann den Wissenschaftlern noch bliebe, würde sein, diese Messungen eine Dezimalstelle zu erweitern.

1875, als sich Max Planck (1858-1947) an der Universität zu München einschrieb, meinte sein Physikprofessor, er möge doch lieber die Naturwissenschaften meiden, denn da gäbe es nichts mehr zu entdecken. Albert Michelson vermutete 1894, künftige Entdeckungen müssten in der sechsten Stelle nach dem Komma gesucht werden. Das heißt, man erwartete einen Zuwachs an Genauigkeit, aber keinen Zuwachs an Erkenntnis, nichts grundlegend Neues mehr. Das stellte sich schon bald als ein leichtfertiges Vorurteil heraus. Das Ende des 19. und der Beginn des 20. Jahrhunderts waren angefüllt mit einer ganzen Folge neuer und fundamentaler Entdeckungen. Da war die Entdeckung der Röntgenstrahlen 1895, der Radioaktivität 1896, des Elektrons 1897, des Planckschen Wirkungsquantum 1900, der speziellen Relativität 1905, der Atomkerne 1911, der allgemeinen Relativität 1915, um nur die wichtigsten physikalischen Entdeckungen und Erkenntnisse in einem Zeitraum von gerade mal 20 Jahren zu nennen. Diese Entdeckungen erfolgten ganz auf der Basis der Paradigmen der klassischen Physik und damit des mechanistischen Determinismus, aber sie führten zu reichlich anderen Betrachtungsweisen, als sie für die klassische Physik typisch waren.

Das in Überwindung von Mythologie und Glaubenslehren entstandene, wissenschaftlich geprägte, rationale Weltbild, das im allgemeinen Verständnis heute als das Klassische angesehen wird, entspricht allerdings unseren sinnlichen Erfahrungen und Beobachtungen, wird durchaus durch Tatsachen und überzeugende Theorien weitestgehend gestützt und wird von der heute lebenden Menschheit in den wichtigsten Grundsätzen noch immer mehrheitlich akzeptiert.

Wir werden aber nun im weiteren Verlauf auf wissenschaftliche Tatsachen und Betrachtungsweisen zu sprechen kommen, die anderen Grundsätzen folgen, als wir sie eben erst für die klassische Wissenschaft dargestellt haben. Zumindest die physikalische Wissenschaft des 20. Jahrhundert war durch drei – Ausgangs des Jahrhunderts kam noch eine vierte hinzu – Theorien geprägt, die dem ‚gesunden Menschenverstand’, den Alltagserfahrungen, dem uns logisch Erscheinenden wenig bis überhaupt nicht entsprechen, die in teilweise erschreckendem Maße sogar eine Rückkehr zu Mystik und Glaubenslehre zu sein scheinen. Wie konnte es geschehen, dass die schlüssige und erfolgreiche klassische Physik ihren Niedergang selbst in Gang setzte und in eine zwar praktisch noch erfolgreichere, aber weitestgehend unverständliche, unanschauliche, manchmal auch fragwürdige Physik mündete?

Doch der Reihe nach.

Die Vorstellungen vom ganz Kleinen

Ein Jegliches braucht seine Zeit

Tatsächlich und in einem eigentlichen Sinne beginnt die Ausprägung unseres heutigen Weltbildes lange vor unserer Zeit. Im 6. Jahrhundert vor unserer Zeitrechnung hatte im alten Griechenland Thales von Milet, wie bereits erwähnt, die Vermutung ausgesprochen, es könnten materielle Partikel existieren, aus denen sich alles in der Welt zusammensetzt. Auch schon erwähnt habe ich Demokrit. Über ihn wissen wir im Einzelnen wenig, aber er ist uns trotzdem ein Begriff, da ihm in den Überlieferungen und Legenden fundamentale philosophische Aussagen zugeschrieben werden. Eine dieser Legenden berichtet, Demokrit habe einst auf einem Stein am Meer sitzend über die Natur der Dinge nachgedacht. Das ist zunächst glaubhaft, denn in jenen frühen Zeiten vollzog sich Wissenschaft weniger in Form von Beobachtung und Experiment, sondern mehr in der Art tiefsinnigen Nachdenkens und der Form von Gesprächen des Lehrers mit seinen Schülern, vielleicht mit den heute ‚Seminar’ genannten Veranstaltungen vergleichbar, gelegentlich auch in der Form von Streitgesprächen, wofür der moderne Begriff ‚Talk-Show’ ungeeignet wäre, denn öffentliche Selbstdarstellung und Show waren diese philosophischen Auseinandersetzungen wohl eher nicht, obwohl einige Philosophen des Altertums schon starke diesbezügliche Neigungen erkennen ließen.

Eine hübsche Geschichte, aber nicht auszuschließen ist das Folgende:

Demokrit habe einen Apfel in der Hand gehalten und gefragt, was passiert, wenn er den Apfel in der Mitte durchschneide und die eine Hälfte aufesse. An der Antwort, er halte dann den übrig gebliebenen Teil des Apfels in der Hand, ist natürlich nichts Aufregendes, da sie so selbstverständlich ist, dass schon die Frage trivial erscheint. Interessant wurde es jedoch, als Demokrit den Vorgang des Apfelteilens gedanklich immer weiter treiben wollte. Werde ich, so fragte Demokrit, wenn ich die Teilung des Apfels fortsetze und fortsetze, dann stets den Teil eines Apfels erhalten oder werde ich irgendwann auf etwas völlig anderes ‚beißen’, da der nach fortgesetzter Teilung übrig bleibende Teil nicht mehr als Teil eines Apfels anzusehen ist, da er keinerlei Eigenschaften eines Apfels mehr besitzt. Und werde ich irgendwann an eine Grenze stoßen, die keine weitere Teilung mehr zulässt?

Demokrit gelangte zu der Antwort, er würde irgendwann tatsächlich auf eine unüberwindliche Grenze stoßen. Das letzte, nicht mehr weiter teilbare Partikel bezeichnete er als Atom (atomos – unteilbar) und er verkündete, das All bestehe aus nur zwei Elementen, den Atomen und der Leere. Die Dinge entstünden durch die Verbindung von Atomen, die unveränderlich sind und nicht zählbar in Größe und Menge. Die Atome seien schon immer dagewesen, außer einer beständigen, von selbst bestehenden und nur durch Zusammenstöße mit anderen Atomen in ihren Richtungen veränderbaren Bewegung würden sie keinerlei Eigenschaften besitzen. Sie könnten sich aber miteinander und bestimmt durch Gesetze zu ganz verschiedenen Körpern verbinden. Das sei die Erklärung für die Vielfalt der Natur und für Entstehen und Vergehen. Nur scheinbar hat ein Ding eine Farbe, nur scheinbar ist es süß oder bitter; in Wirklichkeit gibt es nur Atome und den leeren Raum, soll Demokrit verkündet haben.

Aus Äußerungen verschiedener Quellen ist zu entnehmen, dass auch Leukipp (um 460 v. Chr.) eine Atomlehre ähnlich der Demokrits verkündet haben soll. Von seinen Werken ist jedoch fast nichts Konkretes überliefert.

Jedenfalls aber hätte dies die Geburtsstunde der Atomistik, der Lehre von den Atomen, sein können – war es aber nicht. Demokrit konnte nichts beweisen und man schenkte seinen Behauptungen keinen Glauben. Mehr noch, seine Idee von den Atomen wurde sehr erbittert und über Jahrhunderte bekämpft.

Besonders Platon mühte sich sehr, alle Schriften Demokrits verbrennen zu lassen, was ihm zwar nicht ganz gelang, doch bis auf wenige Fragmente wurden Demokrits Werke vernichtet; seine Ideen gerieten weitestgehend in Vergessenheit oder waren auf Überlieferungen durch andere angewiesen. Vor allem den Schriften Epikurs (341-271 v. Chr.) über die Atomidee Demokrits verdanken wir Kenntnisse dieser Denkleistung.

Der große Aristoteles stellte zwar auch nur eine nicht bewiesene Behauptung auf, indem er verkündete, man könne die Teilung der Dinge unendlich lange fortsetzen, aber seine Lehre setzte sich durch. Schlichte Behauptungen sind gar nicht so selten erfolgreicher als kluge Ideen, wie wir an vielen Entwicklungen in der Geschichte der Menschheit feststellen und auch in der gegenwärtigen Weltpolitik anschaulich verfolgen können.

Zweitausend Jahre lang interessierten sich die gelehrten Köpfe wenig bis gar nicht für die Frage, ob es denn nun die kleinsten Teile, aus denen alles besteht, tatsächlich gibt oder nicht. Nicht, dass man nicht gern eine Antwort auf die Frage auch begrüßt hätte, wenn sie dem Schöpfer Raum und Betätigungsfeld gelassen hätte. Aber zweitausend Jahre lang fand sich keine technische Möglichkeit, einen Apfel oder irgendetwas so oft teilen zu können, bis eine Entscheidung der Frage möglich werden würde. Darüber geriet die Fragestellung selbst schon fast in Vergessenheit.

Schließlich aber wurde die Atom-Idee doch noch zu neuem Leben erweckt, woran vor allem der französische Philosoph Pierre Gassendi (1592 – 1655) Anteil hatte, der durch das Studium der Werke Epikurs auf Demokrits Atomidee stieß und sie wieder propagierte, was ihm auch prompt die besondere Aufmerksamkeit der Kirche in Form der Verfolgung durch selbige einbrachte.

Die Atomidee war zwar noch immer nur eine reine Hypothese, fand aber unter den Denkern doch wieder zunehmend Anhängerschaft. Das kam nicht von Ungefähr und war kein Verdienst der Institution Kirche, und auch keines eines ungläubigen Eifers. Die Zeit war reif, nun auch in die Dimensionen des Mikrokosmos vorzudringen. Wenn das Universum eine perfekt funktionierende Maschine war und der Mensch jenes Wesen mit der Fähigkeit, den Mechanismus Universum vollständig zu erkennen, dann konnten die Dimensionen des Kleinsten kein Hindernis für Verstehen und Erkenntnis sein. Selbst Isaac Newton, der selbstbewusst und kategorisch verkündet hatte, er erfinde keine Hypothesen, schenkte der Atom-Idee nicht nur Glauben, sondern auch große Aufmerksamkeit und beschäftigte sich mit ihr ausführlich in seiner ‚Optiks‘.

Ebenfalls in England war John Dalton (1755 - 1844) tätig. Er war Lehrer, beschäftigte sich mit Meteorologie, Astronomie, Optik, Geographie, Mechanik, Mathematik und später auch mit Chemie. Nebenbei bemerkt: Eine solche Vielseitigkeit der Forscher war damals keineswegs ein Daltonsches Alleinstellungsmerkmal. Die Naturwissenschaftler waren zu jenen Zeiten noch ziemliche Allrounder, das heißt, eine Spezialisierung auf ein bestimmtes einzelnes Fachgebiet war noch nicht sehr ausgeprägt, denn das war weder nötig noch möglich. Das Wissen auf den einzelnen Gebieten war trotz aller Fortschritte noch überschaubar, der Einzelne konnte es sich mit entsprechendem Fleiß relativ schnell aneignen und auch lernen, damit umzugehen. Das Tempo des Wissenszuwachses war zwar im Vergleich zu den Zeiten des Mittelalters und der vorangegangenen Jahrhunderte rasant, aber keineswegs so, dass der Einzelne mit gebührender Aufmerksamkeit nicht auch damit Schritt halten konnte. Das änderte sich erst später gründlich, führte sogar zu Problemen, mit denen die heutigen Naturwissenschaftler bereits mächtig zu kämpfen haben. Dazu aber an anderer Stelle mehr.

Dalton beschäftigte sich unter anderem auch mit den Atomen. 1808 erschien A New System of Chemical Philosophy. Darin propagierte er eine Hypothese, die mehr war als nur eine Erinnerung an Demokrit. Wie Demokrit meinte Dalton, Atome seien die kleinsten Teile der Materie, sie seien unzerstörbar, man könne sie weder erzeugen noch vernichten. Aber dann machte Dalton einen gewaltigen geistigen Schritt in Richtung moderner Atomistik. Er stellte zunächst einen Zusammenhang zwischen einem Atom und einem Stoff her, indem er den Begriff eines chemischen Elements als einen Stoff definierte, der aus Atomen ein und desselben Typs besteht. Seine nächste Folgerung war unvermeidlich: Wenn Elemente aus Atomen gleichen Typs bestehen, es aber verschiedene Elemente gibt, dann muss es Atome unterschiedlichen Typs geben. Eine solche Idee hatte auch schon Demokrit geäußert, was er aber nicht näher definieren konnte.

Da sich Dalton Atome als kleine Kügelchen vorstellte, lag für ihn nun nahe, die Verschiedenheit der Atome in ihrem Volumen bzw. der Masse zu vermuten. Viele Elemente waren zu diesem Zeitpunkt bereits bekannt; dank seiner Beschäftigung mit Gasen und den von ihm vorgenommenen Messungen und dank der Experimente anderer Forscher gelang es Dalton, konkrete Zahlen vorzulegen. Er hatte nämlich das Gewicht der Wasserstoffpartikel dem Wert 1 gegeben. Das ermöglichte ihm, den anderen Elementen andere Massen zuzuordnen. Für Kohlenstoff ermittelte er den Wert 4,3, für Sauerstoff 5,5, für Stickstoff 4,2. Auch für Wasser, Kohlenmonoxid und Ethanol ermittelte er solche Zahlenwerte, denn noch war es ihm nicht möglich, zwischen Element und Molekül zu unterscheiden. Dass es sich nur um relative Werte handelte, ergibt sich aus dem Referenzwert 1 für Wasserstoff. Man sprach deshalb von Relativgewichten oder vom relativen Atomgewicht.

Dalton war ein ganz wesentlicher Schritt gelungen. Erstmals in der Geschichte der Atomtheorie waren die noch immer hypothetischen Atome mit konkreten, nachprüfbaren und exakten Zahlenwerten verbunden worden.

Bewiesen aber war die Existenz des Atoms damit noch nicht. Dazu waren noch viele Schritte von vielen Beteiligten notwendig. Einen unbewussten Schritt zur Beweisführung machte Robert Brown (1773 - 1858), der entdeckte, dass in Wasser verteilter feinster Blütenstaub unter Einwirkung einer unbekannten Kraft willkürliche Bewegungen ausführt (1827). Obwohl die als Brownsche Bewegung in die Wissenschaftsgeschichte eingegangene Erscheinung von der Mehrzahl der Wissenschaftler nicht zur Kenntnis genommen bzw. als uninteressant beiseite geschoben wurde, führte sie zu dem Gedanken, die Bewegung würde durch Zusammenstöße kleinster Partikel hervorgerufen. Das war nicht mehr nur eine bloße Behauptung.

Der Holländer Carbonelle, der Franzose Gouy und der Engländer Ramsey untersuchten die Brownsche Bewegung weiter. Sie konnten beweisen, dass die Bewegung völlig unabhängig von äußeren Einflüssen ist, nicht von der Art des Blütenstaubes oder vom Salzgehalt des Wassers abhängt, vor allem niemals aufhört und offensichtlich mit den kleinsten Bestandteilen des Wassers zu tun hat. Albert Einstein (1879 - 1955) und Marian Smolukowski (1872 - 1917) lieferten in theoretischen Arbeiten (1905 bzw. 1906) unabhängig voneinander aber gleiche molekularkinetische Erklärungen der Brownschen Bewegung. Ihre Voraussagen und Berechnungen konnten dann durch die Experimente und akribischen Messungen von Jean-Baptiste Perrin (1870 - 1942) bestätigt werden.

Aber noch einmal zurück in die Mitte des 19. Jahrhunderts. Das Atom war noch immer nur Vorstellung, denn man wusste ja kaum etwas Konkretes; weder kannte man seine absolute Masse, noch seine Größe oder andere Eigenschaften. Noch immer stellte man sich das Atom als von Gott am ersten Schöpfungstag geschaffenes, winziges, kompaktes und massives Kügelchen vor, das nie zu zerbrechen, durch keine Kraft zu durchdringen oder zu zerteilen sei (Isaac Newton). Diese Vorstellung war zunächst auch ausreichend, um viele Erscheinungen der Chemie und der Physik erklären zu können.

Immerhin hatten sich die Gelehrten mit der Idee von der Existenz des Atoms schon so weit angefreundet, dass man sie nicht einfach als eine unüberprüfbare, nette Vision abtun wollte. sondern nach Beweisen zu suchen begann. Das war jetzt auch möglich geworden. Die Physiker verfügten inzwischen über einige Geräte und Verfahren, chemische und physikalische Vorgänge genau beobachten zu können, die Dinge und Prozesse exakt zu messen und zu wiegen. Sie mussten sich nicht mehr mit Vermutungen zufrieden geben. Sie konnten nun auf andere Weise die morastig-unsicheren Schleichpfade des reinen Glaubens verlassen und auf den betonierten Trassen der sicheren Beweise erhobenen Hauptes voranschreiten.

1865 gelang es dem Österreicher Johann Josef Loschmidt (1821 - 1895) sogar, mit 10-10 m die Größenordnung der Moleküle eines Gases abzuschätzen und die Anzahl des Moleküle in einem Mol Luft mit 6 * 1023 zu bestimmen. Damit begab sich der Mensch auch zum ersten Mal in Regionen, die sich wirklich vorzustellen schon nicht mehr möglich war, in deren Dimensionen sich das Denken des Menschen aber unausweichlich bewegen musste, wollte er den Atomen auf die Spur kommen.

Eines Tages tauchte der Begriff des Elektrons auf. Das war zunächst nicht sensationell, denn Johnston Stoney (1826 – 1911) hatte der kleinsten Ladungsmenge, die zu finden war, diesen Namen gegeben. Das war nicht aufregend, weil zunächst niemand damit die Vorstellung von einem Teilchen verband. Es handelte sich lediglich um einen Ladungsfluss, wie er bei der Elektrolyse auftritt. Aber so langsam begannen die Wissenschaftler in der Beschäftigung mit der Elektrizität zu ahnen, dass das mit dem Elektron doch eine andere, tiefere Bedeutung haben könnte, mehr dahinter steckte als zunächst angenommen. Zwar gab es die vorherrschende Vorstellung, die Elektrizität sei ein besonderes Fluidum, das alle Körper zu durchdringen imstande ist, aber es tauchten schon auch Vermutungen auf, es könne gewisse elementare Portionen geben, die Träger der elektrischen Ladungen sind. Sie würden sich – als positive und negative Ladungsträger – wie Elektrizitätsatome verhalten, erklärte 1881 Hermann von Helmholtz (1821-1894) in einem Vortrag. Helmholtz hatte hier eine Idee aufgegriffen, die Franklin bereits 1749, freilich kaum beachtet, ähnlich geäußert hatte und die 1871 von Eduard Weber, ebenso unbeachtet, wieder aufgenommen worden war. Manchmal ist selbst ein neuer Gedanke schon recht betagt und doch plötzlich überaus modern.

Daher war es nun nicht mehr damit getan, die Existenz des Elektrons mehr oder weniger glaubhaft zu vermuten. Es musste zweifelsfrei nachgewiesen werden.

Faraday, Plücker, Goldstein, Hittorf, Varley und schließlich Crookes bedienten sich in unzähligen Experimenten einer speziellen Versuchsanordnung – der Gasentladungs-Röhre –, um die Leitfähigkeit von Gasen und das Verhalten der dabei auftretenden "Kathodenstrahlen" zu studieren. Die untersuchten Erscheinungen waren recht verwirrend. Sie waren z.B. nicht zu erklären und zu verstehen, wenn man die Kathodenstrahlen als Wellen anzusehen versuchte. Obwohl sie den Namen ‚Strahlen’ trugen, schien es, als würde es sich gar nicht um Wellen handeln. Auch war merkwürdig, dass stets nur negative Strahlen zu finden waren, Strahlen positiver Ladung schien es nicht zu geben. Ganz und gar unverständlich war, dass die Leitfähigkeit zunahm, wenn man die Gaskonzentration in der Röhre verringerte.

Man experimentierte und interpretierte, aber die Sache mit den Kathodenstrahlen war doch recht vertrackt. Offensichtlich waren hinreichend Fakten gesammelt worden, aber es fehlte die richtige Grundidee, die die Fakten in einen richtigen Zusammenhang stellen konnte.

William Crookes (1832 - 1919) und Philipp Lenard (1862 - 1947) – beide Personen werden bei mir noch in anderen Texten und anderen Zusammenhängen eine Rolle spielen – realisierten Experimente mit der Vakuumröhre, die darauf hindeuteten, dass es sich bei den Kathodenstrahlen um einen Strom schneller Teilchen negativer Ladung handeln musste. Das musste das Elektron sein. Und wenn es ein Teilchen war, musste die Strahlung ja auch immer besser funktionieren, je weniger Gas sich in der Röhre befand. Um das Elektron endgültig und verbindlich als Träger dieser Ladung nachzuweisen, musste nur noch seine Ladung, Masse und Größe exakt bestimmt wurden.

Das aber brauchte noch einmal Zeit und die verschiedensten, ausgeklügelten Experimente solcher Physiker wie John Townsend, Wilhelm Wien, George Fitzgerald, Emil Wieckert, Jean Perrin, R. A. Millikan und anderer. Besonders Joseph John Thomson (1856 - 1940) zeichnete sich durch eine Reihe scharfsinniger Experimente aus. 1897 gelang es ihm, mittels elektrischer und magnetischer Felder gekrümmte Kathodenstrahlen zu erzeugen. Dabei entdeckte er, dass sich die Stahlen durch einen einzigen universellen Wert für das Verhältnis von Ladung zu Masse auszeichnen. Das ließ sich damit erklären, dass es sich bei den Kathodenstrahlen tatsächlich um Ströme negativ geladener Teilchen handelt. Allerdings war das schon kaum noch aufregend, denn Lorentz, Larmor und andere Physiker operierten in ihren Theorien schon ziemlich selbstverständlich mit den Elektronen als ladungstragende Teilchen. Thomson hatte nun aber das Verhältnis von Ladung und Masse konkret bestimmt, wenig später die Masse mit 10-27 Gramm und seine Ladung mit 1,6 * 10-19 Coulomb (heutige Werte: m = 9,109558 * 10-28 g; e = 1,602 * 10-19 Coulomb) ermittelt. Aus Thomsons Experimenten ergab sich, dass die Elektronen einander völlig gleich sind und – das war eine nicht zu unterschätzende und einigermaßen überraschende Entdeckung – Thomson definierte sie als Teile der Atome. Das Elektron galt damit als endgültig entdeckt und zweifelsfrei nachgewiesen.

J. J. Thomson erhielt dafür den Nobelpreis – und das völlig zu recht, auch wenn, wie wir zumindest im Groben gesehen haben, die Arbeit, der Einfallsreichtum, die Denkleistung und Phantasie vieler Wissenschaftler nötig waren, um dem Elektron auf die Spur zu kommen.

Es war jedoch keineswegs so, dass das Elektron nun von der gesamten Heerschar der Wissenschaftler begeistert in die Arme geschlossen wurde. 1902 – 5 Jahre nach dem erfolgten Nachweis – hielt z.B. Oliver Lodge das Elektron für eine rein hypothetische Sache, losgelöst von der Existenz des Atoms. Und noch 1920 (!) verbot kein Geringerer als Wilhelm Conrad Röntgen (!) seinen Mitarbeitern den bloßen Gebrauch des Wortes Elektron. Nicht Jeder, der Neues ablehnt, betet in Rom (!).

Gut, das Elektron musste also irgendetwas mit dem Atom zu tun haben. Und das Atom? Wo war das denn nun? Wie war es beschaffen? War es wirklich als physisches Objekt existent?

Die Formulierung des Avogradoschen Gesetzes (1811) durch Amedeo Avogadro (1776 - 1856), die Entdeckung der Kathodenstrahlen (1859) durch Julius Plücker (1801 - 1868), die Entdeckung der Ablenkbarkeit von Kathodenstrahlen in Magnetfeldern (1869) durch Johann Wilhelm Hittorf (1824 - 1914), die Bestimmung der nach ihm benannten Konstante durch Johannes Robert Rydberg (1854 - 1919), die Streuversuche mit Elektronen an Aluminiumfolie (1894) durch Philipp Lenard, die Entdeckung der Röntgenstrahlung (1895) durch Wilhelm Conrad Röntgen (1845 - 1923), die Entdeckung der Radioaktivität (1896) durch Antoine Henri Becquerel (1852 - 1908), die Splittung der Spektrallinien in Magnetfeldern (1896) durch Pieter Zeeman (1865 - 1943), die Vorstellung des nach ihnen benannten Atommodells (1898) durch Joseph John Thomsom (1856- 1940) und William Thomson (1824-1907), die Differenzierung der radioaktiven Strahlung in Alpha- und Beta-Strahlung (1898), die Entdeckung des Photoelektrischen Effektes durch Philipp Lenhard (heute wird zwar stets der Name Einstein mit dem photoelektrischen Effekt in Verbindung gebracht, für den er ja auch den Nobelpreis erhielt. Aber entdeckt hat den Effekt tatsächlich Lenhard, Einstein lieferte die theoretische Erklärung für das Geschehen), die Entdeckung der Gamma-Strahlung (1900) durch Paul Ulrich Villard (1860 – 1934), die Identifizierung der Träger der Alpha-Strahlung als Kerne von Heliumatomen (1906) durch Ernest Rutherford (1871 - 1937), die Ermittlung der Größe der Atome mit rund 10-10 m (1908) durch Jean Baptiste Perrin (1870-1942), die Entdeckung des Atom-Kerns (1911) durch Ernest Rutherford – das und anderes mehr steht für jenen Prozess, der die Physik zum Atom führte.

Warum hier diese – sicher auch ermüdende – Aufzählung? Nicht, um die Geschichte der Physik nun auf eine Folge von Namen und Daten zu reduzieren. Ich möchte damit zeigen, dass sich die Atome nur langsam und offensichtlich sehr widerwillig aus dem Bereich der reinen Vorstellung lösten und zu tatsächlich existierenden, gegenständlichen Objekten wurden. Ich hätte den Beweis der Existenz der Atome auch, wie das häufig zu lesen war und ist, Albert Einstein zuschieben können. Auch Thomson oder Rutherford könnte man, wie auch da und dort geschehen, dafür verantwortlich machen. Aber so vollzogen sich die Entwicklungen nicht. Das Elektron und noch weniger das Atom waren nicht die Entdeckungsleistung eines Einzelnen. Und man kann den Nachweis der Existenz des Atoms nicht einmal punktgenau datieren. Eigentlich wurde das Atom gar nicht körperlich entdeckt, durch niemanden. Vielmehr war es so: Irgendwann waren die in zahlreichen und verschiedenen Experimenten gewonnenen Fakten und Daten so ausreichend und unanfechtbar, die theoretischen Überlegungen und Interpretationen so überzeugend, dass das, woran die Wissenschaftler entschlossen und hoffnungsvoll glauben wollten, als bewiesen galt. Ganz langsam, aber unwiderstehlich hatte sich das Atom im Zuge der akribischen Ermittlungen der Heerscharen der Physiker aus vielen Ländern ins Faktische eingeschlichen.

Aber wie ist das in Bezug auf das Weltbild der Physik zu bewerten? Zunächst war mit dem Elektron der Träger und Mittler der Elektrizität ermittelt worden. Es hatte sich damit erwiesen, dass in der Natur ein materieller Träger der kleinstmöglichen Ladung existiert. Der Mythos des Atoms, das kleinste Teilchen der Materie zu sein, war damit zerstört, die Autorität des Atoms als der Baustein der Materie war stark angekratzt. Das Atom war nun nicht mehr unbedingt als das kompakte, massive Kügelchen zu betrachten, sondern mindestens war da auch noch das Elektron, das irgendwie zum Atom gehören musste.

Der Mensch war mit seinem Denken, wie mit den ihm möglichen Experimenten und Untersuchungsmethoden in Dimensionen vorgestoßen, die weit entfernt waren von der Welt seiner Erfahrung, ohne die es aber die Welt seiner Erfahrung nicht geben würde. Vielleicht konnte das Atom als physisches Objekt, als materielles Kügelchen oder etwas Ähnliches nicht entdeckt werden, weil es so gar nicht existiert.

Ein Schritt vorwärts – aber schnell wieder zurück

Da musste im Inneren der Materie etwas sehr Kleines sein, das hatten die Experimente bewiesen. Das konnte man mit viel Berechtigung als das Atom ansehen. Aber war die Art und Weise seiner Existenz auch so, wie man sich das, abgeleitet aus unseren sinnlichen Erfahrungen, vorstellte? Nun gewann eine bestimmte Frage außerordentlich an Aktualität, deren Beantwortung die Menschheit zu völlig neuen, nicht vermuteten Horizonten, zu neuen, ungewöhnlichen Denkweisen führen sollte. Wenn das Elektron als zum Atom gehörend, als Teil des Atoms zu betrachten war, dann war das schon die unvermutete und außerordentlich bedeutsame Frage, wie das Atom in seinem Inneren eigentlich aufgebaut ist. Zunächst war zu fragen, wie die Elektronen im Atom eingebunden sind, wie viel Elektronen es in einem Atom gibt, ob sie sich in Ruhe befinden und wenn nicht, wie sie sich bewegen und wie sie mit der Strahlung verknüpft sind, die von den Atomen ausgehen kann. Es sollte sich zeigen, dass die klassische Physik nicht mehr in der Lage war, brauchbare Antworten auf die jetzt aktuell gewordenen Fragen zu geben. In seinem Streben, die Dinge der Natur zu verstehen, hatte der Mensch eine Grenze überschritten, eine Schwelle, die ihn in ein Areal brachte, das zu überschauen neue Ansichten – zumindest in Fragen des Mikrokosmos – notwendig machte.

Bald schon tauchten die ersten Atommodelle auf, also Vorstellungen, wie das Atom in seinem Innern strukturiert sein könnte. Das von den meisten Physikern zunächst anerkannte Modell stammte von J. J. Thomson, der aus dem Studium der Streuung von Röntgenstrahlen an Atomen verschiedener Elemente die innere Beschaffenheit des Atoms ableiten zu können glaubte. Nach Thomson sollte das Atom eine gleichmäßig positiv geladene Kugel sein, in der negativ geladene Elektronen gut verteilt herum ‚schwimmen’. Da Thomson Engländer war, wird das Modell mitunter recht despektierlich als Plumpudding-Modell bezeichnet. Auch das Bild von in einem Klumpen Teig verteilten Rosinen wird häufig zwecks Anschaulichkeit gebraucht. Es ist zu erwähnen, dass J. J. Thomson nicht sonderlich an seinem Modell hing, da er ihm doch auch misstraute. Das gibt es durchaus auch in der Wissenschaft, dass jemand eine Vorstellung entwickelt, für die Einiges spricht, für deren kompromisslose Anerkennung ihm aber doch die letzte Überzeugung fehlt. Immerhin war das Plumpudding-Modell geeignet, einige Beobachtungsfakten, etwa die Alpha- und Gamma-Strahlung ganz gut zu erklären. Zu anderen Beobachtungen stand es jedoch in Widerspruch.

Aber es gab auch andere Vorstellungen. So nahm Johnstone Stoney an, die Elektronen würden sich um das Atom herum bewegen. Jean Perrin, der Japaner Hantaro Nagaoka, der Engländer Lodge, der Franzose Langewin, der Norweger Bjerknes, der Holländer Lorentz und einige andere waren ebenfalls einer Vorstellung zugeneigt, nach der das Atom eine Art ‚astronomisches System’ darstellt, in dem die Elektronen ähnlich den Ringen des Saturn angeordnet sein könnten.

Antoine Henri Becquerel (1852-1908) war es vorbehalten, 1896 eine Entdeckung zu machen, die zutiefst ambivalent war und ist. Sie ermöglichte wichtige Schritte in der Erkenntnis der Natur, in ihrer späteren Anwendung durch den Menschen hatte sie jedoch auch katastrophale Konsequenzen, was nicht Schuld der Natur und nicht der Entdeckung, sondern die des Menschen ist. Becquerel hatte herausgefunden, dass von einem Brocken Uranerz ohne irgendeine Einwirkung eine merkwürdige Strahlung ausging. Sie bestand aus Partikeln mit positiver Ladung, die etwa viermal so schwer wie ein Wasserstoffatom waren. Es war dies nichts Geringeres als die Entdeckung des kurz danach besonders von Marie Sklodowska-Curie näher erforschten und von ihr mit der Bezeichnung Radioaktivität bedachten spontanen Zerfalls von Atomen. Das wollten die Physiker gar nicht recht glauben. Aber die Experimente waren eindeutig: Atome konnten spontan zerfallen, Elemente sich in andere Elemente umwandeln. Auch der Mythos von der Unteilbarkeit der Atome war damit endgültig zerstört.

Die Merkwürdigkeit war komplett: Die Wissenschaft hatte die Atom-Idee Demokrits eindrucksvoll bestätigt, indem sie sie widerlegte, da sie die Atome zwar als existierend bestätigt, aber weder als die kleinsten Bausteine nachgewiesen hatte noch ihre Unteilbarkeit bestätigen konnte.

Die Forscher lehnten sich aber nicht etwa in geistiger Überlegenheit genüsslich zurück, sondern waren nun erst recht angestachelt. Ernest Rutherford war der Nachweis gelungen, dass die radioaktive Strahlung aus zwei Komponenten besteht. Zum Einen aus positiv geladenen, von Rutherford als Alpha-Teilchen bezeichneten Partikeln, die später als Kerne der Heliumatome identifiziert wurden, zum Anderen aus den negativen Beta-Teilchen, die sich schnell als Elektronen enttarnten. Rutherford gab sich damit noch nicht zufrieden. Er hatte die Idee, zwischen einer Quelle von Alpha-Strahlung und einer Fotoplatte eine dünne Metallfolie (Platin) anzubringen. Übersetzt bedeutet es, dass der neugierige Rutherford die Atome des Metalls brutal mit Alpha-Teilchen unter Beschuss nahm. Zunächst konnte er nichts Besonderes dabei beobachten. Die Alpha-Teilchen rasten ungebremst durch die Atome hindurch, wurden nur ganz wenig von ihrer Bahn abgelenkt. Die Atome schienen tatsächlich nur aus Ladung und den in diesem Zusammenhang unbedeutenden Elektronen zu bestehen. Entweder, das Thomsonsche Atommodell stimmte oder Rutherford hatte bei seinem Atombeschuss nicht genau genug gezielt.

Rutherford fand das unbefriedigend. Und so beauftragte er seinen Mitarbeiter Ernest Marsden, die Experimente fortzusetzen. Er erwarte zwar nicht, dass dabei etwas Vernünftiges herauskommen würde, aber Marsden solle trotzdem aufpassen, meinte er. Und Marsden passte auf und er fand etwas sehr Neues. Er beobachtete nämlich, dass einzelne Alpha-Teilchen die Folie nicht glatt durchschlugen, sondern mitunter an den Atomen um 90 Grad, manchmal sogar um fast 180 Grad abgelenkt wurden.

Rutherford erfasste sofort die Tragweite des Geschehens. Er schrieb, der Vorgang sei ihm so erschienen, als hätte jemand ein 15-Zoll-Geschoß auf ein Stück Zigarettenpapier gelenkt und sei dann von der zurückprallenden Kugel selbst getroffen worden. Die Seltsamkeit des Vorgangs wird verständlich, wenn man berücksichtigt, dass ein Alpha-Teilchen ja eine relativ große Eigenmasse besitzt und sich mit einer Geschwindigkeit von 15.000 km/s bewegt. Was sollte ein solches Geschoss aufhalten können. Die in positiver Ladung schwimmenden winzigen und sehr viel leichteren Elektronen gewiss nicht.

In einem exklusiven Pariser Restaurant soll Rutherford, zur Verwunderung der vornehmen Gäste aufgeregt auf- und ablaufend, Otto Hahn das Eigentliche der Entdeckung mitgeteilt haben. Er wisse jetzt, rief er mit seiner bekannt dröhnenden Stimme, wie das Atom aussieht, es habe nämlich einen Nukleus. Rutherfords Aufregung ist verständlich. Da war im Atom nicht nur etwas mit einer so großen Masse, dass die schnellen Alpha-Teilchen daran abprallen konnten. Das war auch so, dass man es zu recht als Nukleus, also Kern, ansehen konnte. Um ein einziges Mal ein Zurückprallen eines Alpha-Teilchen zu beobachten, musste man etwa 8000 Teilchen durch das Atom schießen. Da musste tief im Innern also etwas sein, was so winzig war, dass es nur selten vom Geschoss getroffen werden konnte, und doch musste in ihm fast die gesamte Masse des Atoms konzentriert sein. Die Masse des Elektrons konnte relativ dazu als vernachlässigbar unbedeutend angesehen werden.

Es war damit klar: Das Atom besteht aus winzigen Elektronen und einem sehr kleinen, kompakten Kern. Erst einige Jahre später wurde das Proton als ein solches Kernteilchen identifiziert. Es ist rund 1836 - mal schwerer als das Elektron, sein Ausmaß beträgt aber nur ca. 10-13 cm. Das heißt, fast die gesamte Masse des Atoms ist im Kern konzentriert, das Atom selbst ist – wenn man sein Ausmaß von 10-8 cm mit der Größe des Protons und der des Elektrons vergleicht – fast leer.

Wenn man annimmt, das Elektron umkreise das Proton und wenn man die Größenverhältnisse in irdisch-erfahrbare Maßstäbe übersetzt, so ist es ganz grob etwa so: Ein 0,1 mm großes Elektron umkreist ein 1 cm großes Proton – in 1.000 m Entfernung. Das meinen die Wissenschaftler, wenn sie davon sprechen, dass das Atom fast leer sei.

Ernest Rutherford nahm die Entdeckung zum Anlass, daraus sein Atommodell abzuleiten, das er am 7. März 1911 in einem Vortrag in Manchester verkündete: Das Atom ähnelt dem Planetensystem. Es besteht aus Elektronen mit negativer Ladung, die in einer Entfernung von 10-8 cm einen positiv geladenen Kern umkreisen, erklärte Rutherford. Das Modell war einfach. Es war im Verständnis der Allgemeinheit überzeugend und vor allem anschaulich. Und das Modell war geradlinig schön: Zwei winzige Bausteine, aus denen alles Existierende besteht, die Bewegungsverhältnisse im Kleinen ähneln denen im Großen und umgekehrt. Die Welt war einfach, schön und einheitlich aufgebaut.

Aber, zu dumm auch, die Welt wäre gar nicht, wenn sie so wäre.

Die Gesetze der Elektrodynamik verlangen von einem sich auf einer Kreisbahn bewegenden Elektron, dass es unentwegt Energie abstrahlt. Das Elektron ist schließlich eine Ladung und die Bewegung auf einer Kreisbahn ist einer Beschleunigung gleich. Beschleunigte Ladungen aber erzeugen ein Feld und verlieren daher Energie. Da man die Ausmaße des Atoms und die Masse des Elektrons kannte, konnte man leicht errechnen, dass das Elektron bereits 10-8 Sekunden nach dem Start auf den Kern stürzen würde. Atome dieses Modell wären also extrem flüchtige Objekte, deren Existenz der Mensch im Einzelnen nicht bemerken würde. Sie wären höchst instabil. Kaum entstanden, wäre das Atom schon nicht mehr existent, da das Elektron nach einer endlichen Anzahl Umkreisungen im Sturzflug auf das Proton seine Existenz und die des Atoms beenden würde. In der Natur tut es das aber nicht. Im Gegenteil: In aller Regel ist das Atom sehr stabil. Es ist, wenn man von der Ausnahme des natürlichen radioaktiven Zerfalls absieht, geradezu der Inbegriff an Stabilität und langer Lebensdauer.

Das hieß nun nichts anderes, als dass das Planetenmodell nur dann eine taugliche Erklärung der Struktur des Atoms sein konnte, wenn man die Elektrodynamik fallen ließe. Ohne öffentlichen Streit, nahezu heimlich–stillschweigend, aber fast einhellig entschieden sich die Physiker für die Gesetze der Elektrodynamik und damit gegen das Modell Rutherfords, der aber auch nicht darauf bestand, unbedingt Recht haben zu wollen. Das Planetenmodell des Atoms war damit schnell wieder hinfällig, aber die Ergebnisse der Experimente unzweifelhaft.

Allerdings waren mit dem Elektron und dem Proton gerade mal zwei Teilchen elementaren Charakters entdeckt. Immerhin dauerte es noch bis 1932, als endlich ein weiteres Kernteilchen – das Neutron – entdeckt wurde. Dabei hatten die Wissenschaftler das Neutron bei den verschiedensten Experimenten längst beobachtet. Aber seine Identifizierung erwies sich als nicht ganz einfach. Da seine Masse nur geringfügig über der des Protons liegt, ist es relativ leicht mit dem Proton verwechselbar. Ungleich erschwerender ist aber die Tatsache, dass das Neutron, daher ja auch sein Name, elektrisch neutral ist. Die fehlende Ladung macht es gewissermaßen nur schwer fasslich. Da es keine elektrischen Reaktionen mit Ladungsträgern eingeht, konnte es selbst dicke Bleiplatten nahezu ungehindert durchdringen und wurde von den Forschern auch zunächst als "ungewöhnlich durchdringende Gamma-Strahlung” identifiziert (Ehepaar Joliot-Curie). James Chadwick jedoch lieferte die entscheidende Idee, diese Strahlung als Strom neutraler Partikel anzusehen. So wurden schließlich die Neutronen ebenfalls als Teile des Atomkerns identifiziert.

Das Atom bestand also aus den Protonen und den Neutronen (zusammenfassend auch als Nukleonen bezeichnet), die den Atomkern bilden, und den Elektronen, die die so genannte Elektronenhülle des Atoms repräsentieren. Damit war aber lediglich die Zusammensetzung des Atoms geklärt. Konnte man nun aber sagen, was das Atom ist? Das konnte man mitnichten. Die Aussage‚....besteht aus....’ sagt über die Art des Objektes wenig, über seine Funktionsweise, über die Gesetzmäßigkeiten, die sein Verhalten prägen, gar nichts. Was wir bisher über das Atom gesagt haben, folgte – zumindest in groben Umrissen – dem historischen und methodologischen Verlauf der Herangehensweise der Wissenschaft. Die gelehrten Köpfe näherten sich dem Atom, indem sie sich zunächst über die bloße Vermutung erhoben und sich von der realen Existenz überzeugten bzw. an diese zu glauben begannen. Dann sezierten sie das Atom, sie zerlegten es und stießen so auf Teile. Als sie nun aber versuchten, die Einzelteile wieder zu einem Ganzen zusammenzufügen, um aus der Kenntnis der Teile auf das Ganze schließen zu können, sahen sie mit Enttäuschung, dass das Ganze gar nicht funktionstüchtig sein konnte, obwohl gerade das Ganze in der Realität bestens funktionierte.

Der Griff zum Strohhalm oder der Revolutionär wider Willen

Es wurde langsam Zeit für die entscheidende Idee, für eine neue Theorie, die über viele Schritte heranreifte und die ziemlich radikal mit den konventionellen Denkweisen brechen sollte.

Am 14. Dezember 1900 erlebte der Sitzungssaal der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in Berlin die Stunde der Zeugung einer neuen wissenschaftlichen Betrachtungsweise. Ihre Geburt erfolgte erst in den 20er Jahren; und erwachsen wurde sie noch später, als die neue Denkweise sich wirklich erst konsequent durchzusetzen begann und allgemeine Anerkennung gewann.

Es begann relativ harmlos. Max Planck hielt einen Vortrag mit dem lapidaren Thema Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum.

Planck war der Inbegriff des klassischen Physikprofessors. Er hatte in Berlin eine gesicherte Universitätsposition inne, war geachtet und lehrte aus tiefer Überzeugung die Theorien der klassischen Physik. So hätte das auch bis zu seiner Pension bleiben können, wenn sich Planck nicht mit einem scheinbaren Problemchen herumgeschlagen hätte. Es handelte sich nicht unbedingt um ein Grundsatzproblem der Physik, nicht um eine der spannenden Fragen, wie sie damals die führenden Köpfe der Physik beschäftigten, nicht um ein Problem, von dessen Klärung die weitere Entwicklung des Denkens abzuhängen drohte. Es schien sich eher um eine völlig nebensächliche Frage zu handeln, deren Beantwortung nichts weiter zu versprechen schien, als die ein wenig persönliche Genugtuung, eine bisher unbeantwortet gebliebene Frage aufgeklärt zu haben. Genau das aber war wohl das Richtige für den bescheidenen, nicht sonderlich auf Ruhm und Ehre erpichten Planck. Jedenfalls deutete nichts darauf hin, dass Max Planck sich anschickte, zum Urvater einer völlig neuen physikalischen Denkweise aufzusteigen.

Es ging um die so genannte Schwarzkörperstrahlung, also um die Frage, warum ein vollkommen schwarzer Ofen Strahlung emittiert, deren Frequenzen ausschließlich von der Temperatur und nicht von Material des Ofens abhängen. Oder wissenschaftlicher ausgedrückt:

Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Temperatur eines Körpers und der Frequenz der von ihm emittierten Lichtstrahlung. Die Experimentatoren hatten die Frequenzen der Schwarzkörperstrahlung bereits mit großer Genauigkeit gemessen. Planck versuchte nun zu erklären, warum und wie ein Stück heißes Metall mit steigender Temperatur seine Farbe von tiefem Rot bis zu grellen Weiß, also die Frequenzen der Strahlung so ändert, wie das in den Experimenten gemessen worden war. Seine Erklärungsversuche wollten aber nicht recht gelingen, so sehr er sich auch mühte. Um doch noch zu einer Lösung zu kommen, griff Planck zu einem ‚Strohhalm’ in Gestalt einer bloßen Behauptung. Er unterstellte, dass ein heißer Körper Licht- und Wärmestrahlung nicht in Form eines kontinuierlichen Energiestroms abgibt, sondern in diskreten Portionen, Energiebündeln, Quanten. Planck führte dazu einen neuen Proportionalitätsfaktor h ein, der heute als Plancksche Konstante oder als gleichnamiges Wirkungsquantum bezeichnet wird. Die Konstante verbindet Strahlungsenergie und Strahlungsfrequenz zu

Estr = h * v

Jedes Quantum repräsentiert einen bestimmten Energiebetrag. Energie und Frequenz kann man nach einer einfachen Formel ineinander umrechnen, wenn man die von Planck vorgeschlagene Konstante h als Umrechnungsfaktor benutzt.

Es ist nicht überliefert, wie viele der damaligen Zuhörer begriffen, was Planck da eigentlich verkündet hatte. Später hielt sich hartnäckig unter den Wissenschaftlern das Gerücht, selbst Planck habe nicht gewusst, was er tat, als er das Strahlungsgeschehen quantelte. Es gibt jedoch glaubhafte Überlieferungen von Äußerungen Plancks, die beweisen, dass ihm die Bedeutung der Strahlungsquantelung sehr wohl bewusst war, er darüber aber kein öffentliches Geschrei erhob. Planck war bescheiden, das mag ein Grund gewesen sein. Aber vor allem war ihm bewusst, dass die Einführung von h ein Akt der Verzweiflung war, wie er es selbst bezeichnete. In Ermangelung anderer Erklärung war Planck nichts anderes übriggeblieben, als die Quantelung der Strahlung zu erfinden. Eigentlich litt er sogar förmlich für den Rest seines Lebens unter der Tatsache, dass er mit seiner Erkenntnis die Kontinuität der kausalen Zusammenhänge zerstört hatte. Strahlung war von der Physik bis dahin als ein kontinuierlicher Vorgang, als Wellenprozess verstanden worden. Das war festgeschrieben in den physikalischen Vorstellungen, es war durch Beobachtungen und Experimente bewiesen und es erschien logisch. Das Kontinuierliche gab der Physik strenge Gleichmäßigkeit, Stabilität und Schönheit. Das hatte Planck nun in Frage gestellt. Er hatte einen unerwarteten Widerspruch gezeugt, den Widerspruch zwischen dem längst bewiesenen Wellencharakter der Strahlung und der Neuigkeit, dass die Strahlung sich in Quanten, also Portionen, ausbreitet.

Stellen Sie sich vor, da kommt ein Gelehrter daher und behauptet, das Auto, mit dem Sie fahren, würde sich keinesfalls kontinuierlich über die Autobahn bewegen, sondern in diskreten Portionen, in Sprüngen. Sie würden den Verkünder wohl kaum weiterhin als Gelehrten ansehen. (Allerdings sind manche Straßen, besonders die in Berlin, von einer Beschaffenheit, die aus der eigentlich kontinuierlichen Bewegung eines Autos ein unentwegtes Hoppeln, eine Bewegung in kleinen Sprüngen macht. Mit Quantenphysik hat das freilich nichts zu tun, nur mit schlechten Straßen.)

Plancks Behauptung war von ähnlichem Kaliber. Sie widersprach einer Ansicht, die zum unumstößlichen Vorstellungs-Repertoire der Naturwissenschaftler gehörte und die allen ihren Überlegungen und Theorien zugrunde lag: Natura non facid saltus (Leibniz). Die Natur macht keine Sprünge, sie ist kontinuierlich, alles entwickelt sich in stetiger Veränderung, nicht in plötzlichen Schritten. Und doch konnte die Wissenschaft Plancks Idee nicht einfach als Blödsinn abqualifizieren. Ohne das Plancksche Quantum waren bestimmte Vorgänge nicht erklärbar, mit ihm aber bestens. Planck war von seiner eigenen Entdeckung ziemlich geschockt. Er war in den darauf folgenden Jahren sehr darauf bedacht, die Quantisierung der Energie auf das von heißen Körpern emittierte Licht zu beschränken. Er wusste um die Bedeutung seiner Formel, war aber mit seinem wissenschaftlichen Denken tief in der klassischen Physik verwurzelt. Alle seine Versuche, beide miteinander in Einklang zu bringen, scheiterten jedoch. Dagegen funktionierte seine Idee von der Strahlungsquantelung bestens. Der Faktor h, den Planck da eingeführt hatte, trug fortan Plancks Namen. Als Plancksches Wirkungsquantum löste es mit einem Schlag und blendend eine langjährige Ungereimtheit in der Strahlungstheorie. Die Messungen der Experimentatoren

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