Das Ende des Reduktionismus?
Zeitlos ist die Vorstellung von der Wissenschaft als Wildnis, als Grenze zu einer unberührten Welt: nicht die der modernen Erlebnis- und Spaß-Gesellschaft, sondern jener der ökologischen Makro-Zusammenhänge, der Bewegung des Himmels, der Geburt der Materie, der Herstellung hoch reinen Siliziums, der präzisen Zeitmessung und vieles mehr. Mit einer Geschichte über die Bedeutung des Begriffs der "Grenze" beginnt der Autor und Nobelpreisträger für Physik aus dem Jahr 1998 (für den fraktionellen Quanten-Hall-Effekt ) Robert Laughlin uns auf sein Thema, dem "Abschied von der Weltformel" einzustimmen.
"... ich dachte immer, Gesetze seien die Ursache von Ordnung, nicht umgekehrt !" Diese Aussage seines Vaters nach einem Bridge-Abend zwingt Laughlin über Kausalität – Ursache und Wirkung – in der natürlichen Welt nachzudenken: das Buch ist das Ergebnis. Der reduktionistische Traum einer "Theorie von allem", die Suche nach der Weltformel ist seiner Meinung nach an ihre Grenzen gekommen. Jenseits davon beginnt die Welt der "Emergenz" – der Selbstorganisation der Natur.
Mit anderen Worten: "Die Naturgesetze gehen aus kollektiver Selbstorganisation hervor. Um sie zu verstehen und zu nutzen, seien keine Kenntnisse darüber notwendig, aus welchen Teilen sie sich zusammensetzen." Die Herausforderung des Buches liegt in der Tatsache, dass die Annahme und das Verständnis der Natur als "mathematisches Konstrukt“ in Frage gestellt werden. Wie ändert sich doch das Verständnis, wenn wir die Natur als empirische Synthese betrachten!
Der Leser erfährt, dass die Natur nicht nur durch eine Grundlage von Gesetzen auf mikroskopischer Ebene gesteuert wird, sondern durch starke und allgemeine Ordnungsprinzipien. Diese physikalischen Gesetzmäßigkeiten können nicht allgemein durch bloßes Denken antizipiert werden, sondern müssen experimentell entdeckt werden! Die Denkmuster des Physikers sind aber einfach – durch Präzision (genauere Messungen) wird das Falsche sichtbar.
In der Folge wird deshalb Newton vorgestellt, der mit der Veröffentlichung seiner „Principia“, die Beobachtung von Regelmäßigkeiten zu mathematischen Zusammenhängen erkannte – die immer anwendbar waren. So wurden diese Gesetze zur logischen Grundlage unserer gesamten Welt der Technologie: Komplexitätstheorie und fraktale Figuren befriedigen dagegen nur unsere Sucht nach Flitterkram. Im gleichnamigen Kapitel erzählt uns der Autor dann auch schon über den „Nanoflitterkram“. Damit meint er die vom Elektronenmikroskop vorgeführten schön anzusehenden Strukturen, die aber abgesehen vom Unterhaltungswert keinen bekannten Nutzen haben.
"Was ist wesentlicher? – Die Details, aus denen alles hervorgeht, oder das transzendierende, emergente Gesetz, welches sie hervorbringt?" Diese Frage stellt der Autor im letzten Kapitel. Die Frage der Unterordnung des Lebens unter die Gesetze der Physik und Chemie – oder nicht – ist eine sehr ähnliche! Gilt das "Gesetz der Teile" oder das "Gesetz des Kollektivs", die Spannung der Denkmodelle ist omnipräsent. Für einen gewissen Zeitraum der Geschichte mag eine Version der anderen vorgezogen werden, doch der Konflikt ist stets eingeplant.
Die Analogien des Verhaltens von Licht und Schall – von Photon und Phonon – und die physikalische Äquivalenz der beiden Teilchenarten ist durch eine große Anzahl von Experimenten bestätigt worden. Das Zeitalter der Emergenz ist angebrochen! Die Suche nach den letzten Ursachen der Dinge wechselt vom Verhalten der Teile – zum Verhalten des Kollektivs.
Die sorgfältige quantitativen Untersuchungen der mikroskopische Welt zeigen uns, dass wir an einer Grenze angelangt sind. Trotz aller Belege, dass das reduktionistische Paradigma in der Physik in Schwierigkeiten steckt, werden subnukleare Experimente nach wie vor in reduktionistischen Begriffen beschrieben – beklagt der Autor.
Der aufregendste Ort der Forschung ist heute dem Autor zufolge die Physik des Nanobereichs und die Schnittstelle mit der Biologie. Das Wunder des Lebens und die Organisationsprinzipien im Nanobereich sind noch ungelöst. Hier sind wir auch an einer „Grenze und Wildnis“ angelangt. Der Vergleich mit einer Anekdote ist ganz hilfreich – die Physiker sind aufgebrochen ein neues Land zu erkunden, haben aber stattdessen eine neue Welt entdeckt.
Auch über die Schwächen der Stringtheorie wird kurz erzählt. Diese Theorie beschreibt die Funktionsweise einer imaginären Art von Materie, denn alle bekannten Materiearten – einschließlich der nuklearen – ist aus punktförmiger Materie zusammengesetzt. Es gibt auch keine experimentellen Beweise für die Existenz von Strings in der Natur, und die Mathematik ermögliche auch nicht bekanntes experimentelles Verhalten besser oder leichter vorherzusagen, so Laughlin
Bei seinem Abendessen in der schwedischen Botschaft in Washington anlässlich der Verleihung des Nobelpreises beendet er seinen Vortrag mit den Worten: "... sehen Sie sich doch einmal um, selbst dieser Raum wimmelt von Dingen, die wir nicht verstehen. Die Vorstellung der Kampf um das Verständnis der natürlichen Welt sei an ein Ende gelangt ist falsch – lachhaft falsch! Wir sind von geheimnisvollen physikalischen Wundern umringt, und die fortdauernde unvollendete Aufgabe der Wissenschaft ist es, sie zu enthüllen."
Das Buch fordert den Leser heraus. So manchen Gedanken wird er zwei- und mehrmals lesen; doch die Erläuterungen zu einer Neuerfindung der Physik lassen sich nicht von der Hand weisen – Diskussionen sind erwünscht und folgen sicherlich !
"... ich dachte immer, Gesetze seien die Ursache von Ordnung, nicht umgekehrt !" Diese Aussage seines Vaters nach einem Bridge-Abend zwingt Laughlin über Kausalität – Ursache und Wirkung – in der natürlichen Welt nachzudenken: das Buch ist das Ergebnis. Der reduktionistische Traum einer "Theorie von allem", die Suche nach der Weltformel ist seiner Meinung nach an ihre Grenzen gekommen. Jenseits davon beginnt die Welt der "Emergenz" – der Selbstorganisation der Natur.
Mit anderen Worten: "Die Naturgesetze gehen aus kollektiver Selbstorganisation hervor. Um sie zu verstehen und zu nutzen, seien keine Kenntnisse darüber notwendig, aus welchen Teilen sie sich zusammensetzen." Die Herausforderung des Buches liegt in der Tatsache, dass die Annahme und das Verständnis der Natur als "mathematisches Konstrukt“ in Frage gestellt werden. Wie ändert sich doch das Verständnis, wenn wir die Natur als empirische Synthese betrachten!
Der Leser erfährt, dass die Natur nicht nur durch eine Grundlage von Gesetzen auf mikroskopischer Ebene gesteuert wird, sondern durch starke und allgemeine Ordnungsprinzipien. Diese physikalischen Gesetzmäßigkeiten können nicht allgemein durch bloßes Denken antizipiert werden, sondern müssen experimentell entdeckt werden! Die Denkmuster des Physikers sind aber einfach – durch Präzision (genauere Messungen) wird das Falsche sichtbar.
In der Folge wird deshalb Newton vorgestellt, der mit der Veröffentlichung seiner „Principia“, die Beobachtung von Regelmäßigkeiten zu mathematischen Zusammenhängen erkannte – die immer anwendbar waren. So wurden diese Gesetze zur logischen Grundlage unserer gesamten Welt der Technologie: Komplexitätstheorie und fraktale Figuren befriedigen dagegen nur unsere Sucht nach Flitterkram. Im gleichnamigen Kapitel erzählt uns der Autor dann auch schon über den „Nanoflitterkram“. Damit meint er die vom Elektronenmikroskop vorgeführten schön anzusehenden Strukturen, die aber abgesehen vom Unterhaltungswert keinen bekannten Nutzen haben.
"Was ist wesentlicher? – Die Details, aus denen alles hervorgeht, oder das transzendierende, emergente Gesetz, welches sie hervorbringt?" Diese Frage stellt der Autor im letzten Kapitel. Die Frage der Unterordnung des Lebens unter die Gesetze der Physik und Chemie – oder nicht – ist eine sehr ähnliche! Gilt das "Gesetz der Teile" oder das "Gesetz des Kollektivs", die Spannung der Denkmodelle ist omnipräsent. Für einen gewissen Zeitraum der Geschichte mag eine Version der anderen vorgezogen werden, doch der Konflikt ist stets eingeplant.
Die Analogien des Verhaltens von Licht und Schall – von Photon und Phonon – und die physikalische Äquivalenz der beiden Teilchenarten ist durch eine große Anzahl von Experimenten bestätigt worden. Das Zeitalter der Emergenz ist angebrochen! Die Suche nach den letzten Ursachen der Dinge wechselt vom Verhalten der Teile – zum Verhalten des Kollektivs.
Die sorgfältige quantitativen Untersuchungen der mikroskopische Welt zeigen uns, dass wir an einer Grenze angelangt sind. Trotz aller Belege, dass das reduktionistische Paradigma in der Physik in Schwierigkeiten steckt, werden subnukleare Experimente nach wie vor in reduktionistischen Begriffen beschrieben – beklagt der Autor.
Der aufregendste Ort der Forschung ist heute dem Autor zufolge die Physik des Nanobereichs und die Schnittstelle mit der Biologie. Das Wunder des Lebens und die Organisationsprinzipien im Nanobereich sind noch ungelöst. Hier sind wir auch an einer „Grenze und Wildnis“ angelangt. Der Vergleich mit einer Anekdote ist ganz hilfreich – die Physiker sind aufgebrochen ein neues Land zu erkunden, haben aber stattdessen eine neue Welt entdeckt.
Auch über die Schwächen der Stringtheorie wird kurz erzählt. Diese Theorie beschreibt die Funktionsweise einer imaginären Art von Materie, denn alle bekannten Materiearten – einschließlich der nuklearen – ist aus punktförmiger Materie zusammengesetzt. Es gibt auch keine experimentellen Beweise für die Existenz von Strings in der Natur, und die Mathematik ermögliche auch nicht bekanntes experimentelles Verhalten besser oder leichter vorherzusagen, so Laughlin
Bei seinem Abendessen in der schwedischen Botschaft in Washington anlässlich der Verleihung des Nobelpreises beendet er seinen Vortrag mit den Worten: "... sehen Sie sich doch einmal um, selbst dieser Raum wimmelt von Dingen, die wir nicht verstehen. Die Vorstellung der Kampf um das Verständnis der natürlichen Welt sei an ein Ende gelangt ist falsch – lachhaft falsch! Wir sind von geheimnisvollen physikalischen Wundern umringt, und die fortdauernde unvollendete Aufgabe der Wissenschaft ist es, sie zu enthüllen."
Das Buch fordert den Leser heraus. So manchen Gedanken wird er zwei- und mehrmals lesen; doch die Erläuterungen zu einer Neuerfindung der Physik lassen sich nicht von der Hand weisen – Diskussionen sind erwünscht und folgen sicherlich !
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