Physik und Gesellschaft

Wir wollen unter Physik die Naturwissenschaft verstehen, die die Gesetze der Struktur, der Bewegung und der Entwicklung in der unbelebten Natur erforscht, wobei wir die forschenden Personen in den Begriff mit einbeziehen.

Mit Gesellschaft meinen wir die Gesamtheit der jeweiligen Lebens- und Arbeitsbedingungen mit den sozialen Beziehungen der Menschen, ihren Wechselbeziehungen und den staatlichen und sonstigen Strukturen, die bestehen.

Was erkennen wir?

Diese scheinbar simple Frage ist nicht nur von wissenschaftstheoretischer Bedeutung, sondern hat auch Einfluss auf das Verhältnis der Physik zur Gesellschaft.
Die einfachste und von den meisten unbesehen akzeptierte Auffassung für den Bereich der unbelebten Natur und damit den Gegenstandsbereich der Physik ist die (naive) Meinung, dass uns unsere Sinnesorgane ein zutreffendes Bild von der uns umgebenden Welt, der Realität, liefern. Dieser naive Realismus versagt aber schnell, wenn man z.B. an den Bereich des Atombaus oder an die Quantentheorie denkt. Man sollte deshalb vorsichtiger formulieren:

In der Physik machen wir uns ein Bild von der Welt und ihren Objekten, das vom gegenwärtigen Erkenntnisstand geprägt ist.

Ob dieses Bild richtig oder falsch, vollständig oder unvollständig ist, wird erst die weitere Entwicklung zeigen. Dass wir aber am Ende der Erkenntnisgewinnung angekommen seien, ist eine ebenso naive wie durch die Wissenschaftsgeschichte vielfach widerlegte Auffassung. Auch die vielfältigen Anwendungen der Physik mit ihren gesellschaftlichen Auswirkungen beruhen auf dem jeweiligen Erkenntnisstand.

Ob Grundlagenforschung gefördert und vorangetrieben wird, hängt entscheidend von den gesellschaftlichen Bedingungen ab. Für eine solche Grundlagenforschung sind die z.B. sehr aufwändige Anlagen wie Beschleuniger für Elementarteilchen erforderlich, die natürlich auch finanziert werden müssen. Das Foto zeigt den Beschleunigertunnel des DESY in Hamburg.

Paradigmen und Paradigmenwechsel

In der gesamten Wissenschaftsgeschichte ist immer wieder eine enge Verbindung zwischen den jeweils dominierenden philosophischen Strömungen und den erkenntnistheoretischen (wissenschaftstheoretischen) Positionen feststellen, die in der Wissenschaft vorherrschend waren oder sind. Sie führten immer wieder zu einem bestimmten Denkmuster oder Paradigma, das für eine bestimmte Zeit vorherrschend war.
So bestand z.B. viele Jahrhunderte die ptolemäische Auffassung, dass die Erde im Zentrum der Welt steht und sich alle anderen Himmelskörper um sie herum bewegen (geozentrisches Weltbild). Das stimmte auch mit den Auffassungen des berühmten ARISTOTELES überein, dass sich schwere Körper zur Weltmitte hin bewegen. Die Erde war damals für die Menschen der schwerste bekannte Körper, musste sich also in der Weltmitte befinden. Dieses Weltbild war auch durchaus erfolgreich, denn es war damit möglich, Sonnen- und Mondfinsternisse oder die Positionen von Planeten und Fixsternen richtig vorherzusagen. Und trotzdem war es falsch. Unstimmigkeiten zwischen Theorie und Beobachtung stellten aber zunächst nicht das System infrage, sondern führten zu seiner Verfeinerung, bis schließlich die kopernikanische Wende mit einem neuen Weltbild (heliozentrisches Weltbild) zu einer neuen Theorie führte, mit der ungeklärte Fragen beantwortet werden konnten.

Ein solcher gravierender Wechsel eines Denkmusters, der das wissenschaftliche Weltbild einer Zeit prägt, wird als Paradigmenwechsel bezeichnet. Die geschichtliche Entwicklung der Physik und auch anderer Wissenschaften zeigt:

Die Geschichte der Wissenschaft ist eine Folge von Paradigmenwechseln.

Es gibt dafür zahlreiche Beispiele, von denen nur noch zwei markante aus der neueren Physikgeschichte genannt seien:

  • Seit ISAAC NEWTON (1643-1727) war unbestritten und allgemein anerkannt, dass Raum und Zeit absolut sind und unabhängig voneinander existieren. ALBERT EINSTEIN (1879-1955) entwickelte mit seiner Relativitätstheorie eine völlig neue Vorstellung über Raum und Zeit und den Zusammenhang zwischen beiden. Das führte nicht dazu, dass die klassischen Auffassungen ad absurdum geführt wurden; vielmehr erwiesen sie sich als spezieller Fall im Rahmen einer neuen Auffassung.
  • Jahrhundertelang galt in den Naturwissenschaften die Auffassung: „Natura non facit saltus“ (Die Natur macht keine Sprünge.). Mit der Entwicklung der Vorstellung von der quantenhaften Emission von Strahlung durch Körper (MAX PLANCK, 1900) begann auch hier ein Paradigmenwechsel, der seinen Ausdruck in der allgemeinen Anerkennung der Quantentheorie fand.

Dabei ist zu beachten: Ein Paradigmenwechsel, also ein Wechsel von Denkmustern, setzt sich auch in solchen exakten Wissenschaften wie der Physik nicht kurzzeitig durch, sondern über einen längeren Zeitraum hinweg. Recht drastisch formulierte das MAX PLANCK (1858-1947) mit Blick auf die Quantentheorie:

„Eine neue wissenschaftliche Wahrheit pflegt sich nicht in der Weise durchzusetzen, daß ihre Gegner überzeugt werden und sich als belehrt erklären, sondern vielmehr dadurch, daß die Gegner allmählich aussterben und daß die heranwachsende Generation von vornherein mit der Wahrheit vertraut gemacht ist.“

Es ist auch zu beachten: Besteht ein bestimmtes Denkmuster, so haben andere Auffassungen kaum eine Chance sich durchzusetzen. Auch dafür gibt es in der Geschichte der Physik zahlreiche Beispiele. Es seien hier nur zwei genannt.

  • Mit NEWTON setzte sich die Auffassung durch, dass Licht als ein Strom kleinster Korpuskeln aufzufassen sei. Dabei spielte die Autorität von NEWTON eine erhebliche Rolle. Wellenauffassungen, die es auch gab, konnten sich zunächst nicht durchsetzen. Das passierte erst viel später im Zusammenhang mit der Erforschung der Interferenz von Licht.
  • In dem Bestreben, die Ausbreitung von Licht analog der Ausbreitung von Schall in Luft, also mechanistisch, zu erklären, wurde im 19. Jahrhundert in die Physik ein Stoff eingeführt, der den gesamten Raum ausfüllen sollte. Dieser Äther sollte ein Medium außerordentlich geringer Dichte sein, in dem sich Licht und andere elektromagnetische Wellen ausbreiten. Die Äthertheorie war im 19. Jahrhundert eine allgemein anerkannte Theorie. Alle Versuche, den Äther nachzuweisen, sind aber gescheitert. Mit der von MAXWELL entwickelten elektromagnetischen Feldtheorie und der Relativitätstheorie von EINSTEIN konnten schließlich alle experimentellen Befunde ohne Äther widerspruchsfrei erklärt werden. Trotzdem findet man bis heute, wie eine Recherche im Internet zum Stichwort „Äther“ zeigt, die Auffassung, dass es einen Äther geben müsse.

Philosophische Strömungen und Physik

Physikalische Forschung war immer eng mit philosophischen, insbesondere erkenntnistheoretischen Fragen verbunden. Die jeweils herrschenden Philosophien beeinflussten auch immer die Arbeit derjenigen, die sich mit naturwissenschaftlichen Fragestellungen beschäftigten. Das gilt für die verschiedenen idealistischen Strömungen ebenso wie für die unterschiedlichen materialistischen Spielarten.

Anknüpfend an die griechische Naturphilosophie war jahrhundertelang der Empirismus dominierend. Darunter versteht man die philosophische Grundüberzeugung, dass sämtliches Wissen ausschließlich auf der Erfahrung und auf dem beruht, was wir mit unseren Sinnesorganen wahrnehmen.
Die Hauptströmungen im 20. Jahrhundert waren der dialektische Materialismus, der Positivismus und der kritische Rationalismus.

Der von KARL MARX (1818-1883) und FRIEDRICH ENGELS (1820-1895) begründete dialektische Materialismus verband eine materialistische Grundauffassung (Die Materie ist gegenüber dem Bewusstsein das Primäre, das Grundlegende, das Bestimmende) mit der Dialektik, d.h. den allgemeinen Bewegungs- und Entwicklungsgesetzen der Natur und Gesellschaft sowie des Denkens, die vor allem von dem deutschen Philosophen FRIEDRICH HEGEL (1770-1831) formuliert wurden, allerdings auf idealistischer Grundlage. Der dialektische Materialismus war in der Sowjetunion und in den zum sowjetischen Lager gehörenden Ländern die dominierende und einzig akzeptierte Theorie, aus der sich die verbindlichen erkenntnistheoretischen Positionen ergaben.

Der Positivismus, genauer der logische Positivismus, knüpft an den Empirismus an und gewann vor allem in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts einen größeren Einfluss auf das theoretische Denken in den Naturwissenschaften. Ausgangspunkt dieser subjektiv-idealistischen Strömung war der sogenannte Wiener Kreis, zu dem u.a. M. SCHLICK, R. CARNAP, O. NEURATH und H. FEIGL gehörten. Ein ähnlicher Kreis bildete sich in Berlin um H. REICHENBACH. In ihren theoretischen Auffassungen gingen diese Positivisten wesentlich von D. HUME aus und vertraten folgende Grundpositionen, die nachfolgend stark verkürzt und mitunter vereinfacht wiedergegeben werden:

  • Grundlage für alle unsere naturwissenschaftlichen Erkenntnisse ist das, was wir mit unseren Sinnesorganen und den entsprechenden Hilfsmitteln wahrnehmen.
  • Sinnvoll sind diejenigen Zusammenhänge und Gesetze, deren Wahrheitswert mithilfe logischer Verfahren aus der Wahrheit oder Falschheit von Beobachtungen abgeleitet wird.
  • Es gibt in der Natur keine Kausalität außer der Beständigkeit, mit der Ereignisse der einen Art auf Ereignisse der anderen Art folgen.
  • Erklärungen sind keine tieferen Antworten für das, was wir in der Natur wahrnehmen. Sie tragen nur dazu bei, Naturphänomene gedanklich in eine bestimmte Ordnung und Systematik zu bringen.
  • Nichts außer dem Beobachtbaren kann als etwas Reales angesehen werden. Ein Gravitationsfeld oder ein Neutron sind demzufolge nichts Reales.

Als Gegenposition zum logischen Positivismus entwickelte der Philosoph K. R. POPPER (1904-1994) eine Auffassung, die als kritischer Rationalismus bezeichnet wird und die die theoretischen Grundpositionen naturwissenschaftlicher Forschung in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts stark beeinflusste. POPPER setzte sich dabei vor allem von dem Grundproblem des Positivismus auseinander, wie aus einer beschränkten Anzahl von Beobachtungen oder Experimenten allgemeine Gesetze folgen. Insgesamt ist der Rationalismus dadurch gekennzeichnet, dass die rationale Erkenntnis und damit das theoretische Denken sehr hoch bewertet und die Bedeutung der Sinneserkenntnis ignoriert oder zumindest herabgesetzt ist. Davon ausgehend vertrat POPPER die Auffassung, dass ein induktives Vorgehen in den Naturwissenschaften nicht begründbar ist und vielmehr ein deduktives Herangehen in Verbindung mit einer Falsifizierbarkeit (Widerlegbarkeit) das angemessene Herangehen in den Naturwissenschaften sei. Es werden also allgemeine Hypothesen formuliert, die sich empirisch überprüfen lassen. Die Wahrheit allgemeiner Aussagen über die Wirklichkeit ist nur in solchen Formulierungen enthalten, die sich empirisch überprüfen lassen, also z.B. mithilfe von Beobachtungen oder Experimenten. Einzelne Aussagen über sinnliche Wahrnehmungen sagen nichts über deren Wahrheit. Daraus resultiert als Konsequenz: Theorien werden nur dann als wissenschaftlich angesehen und akzeptiert, wenn es die Möglichkeit ihrer empirischen Überprüfung gibt.
Erkenntnisfortschritt besteht nach POPPER in der ständigen Verbesserung und Erweiterung eines Bildes der Realität durch Anhäufung (Kumulation) von Erkenntnissen.

Der amerikanische Wissenschaftstheoretiker T. S. KUHN (1922-1996) setzte der Auffassung von POPPER über die Kumulation von Erkenntnissen die sogenannte Paradigmentheorie entgegen, die den Erkenntnisfortschritt als Folge von Paradigmenwechseln beschreibt. Dazu sind oben ausführliche Informationen gegeben.

Das geozentrische und das heliozentrische Weltbild sind Beispiele für Denkmuster (Paradigma). Der Paradigmenwechsel vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild vollzog sich sehr kontrovers und langsam.

Forschungsschwerpunkte der Physik und Gesellschaft

Forschungsplanung und Forschung selbst erfolgen immer unter bestimmten gesellschaftlichen Verhältnissen, die ihrerseits nicht konstant sind, sondern sich ständig ändern. Diese jeweils herrschenden Verhältnisse beeinflussen in erheblichem Umfange nicht nur den Umfang der Forschung überhaupt, sondern auch deren Schwerpunktsetzungen.
Ein extremes Beispiel dafür ist die Konzentration auf die kernphysikalische Forschung und deren technische Nutzung in den USA in den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts im Zusammenhang mit der nicht unbegründeten Furcht, Deutschland könne eine Kernwaffe entwickeln.

Aber auch gegenwärtig wird Forschung in erheblichem Umfange durch die Gesellschaft beeinflusst. Dazu sei auf folgende Zusammenhänge aufmerksam gemacht, die z.T. schematisch in Bild 3 dargestellt sind:

  • Wie innerhalb der Naturwissenschaften die Schwerpunkte gesetzt werden, ist ein Problem, das immer neu von der Gesellschaft beantwortet werden muss, die diese Forschung auch weitgehend finanziert. Während viele Jahrzehnte die Physik als die entscheidende Naturwissenschaft galt, haben sich in den letzten Jahren die Akzente in Richtung Biologie verschoben. Als Stichwort sei hier die Genforschung genannt.
  • In welchem Verhältnis in den einzelnen Wissenschaftsbereichen, etwa in der Physik, Grundlagenforschung und angewandte Forschung betrieben werden, ist ebenfalls weitgehend ein Problem, das von den gesellschaftlichen Verhältnissen bestimmt wird.
  • Welche Forschungsschwerpunkte in einzelnen Bereichen gesetzt werden, hängt ebenfalls nicht nur von den Forschern ab, sondern z.B. auch von aktuellen Entwicklungen, Auffassungen und gesellschaftlichen Notwendigkeiten. Dabei sollte beachtet werden, dass es auch in den sogenannten exakten Naturwissenschaften so etwas wie Moden oder, freundlicher ausgedrückt, zeitbedingten Auffassungen und Schwerpunktsetzungen gibt.
Die Entwicklung der Physik wird durch sehr unterschiedliche Faktoren beeinflusst.

Forschung - national oder international?

Wissenschaft und wissenschaftliche Forschung sind ihrem Wesen nach international, aber nicht selten national bestimmt.
So wird in der Bundesrepublik Deutschland ein erheblicher Teil der Forschung durch die Industrie, die einzelnen Bundesländer oder durch den Bund finanziert und natürlich auch beeinflusst. Wesentlichen Anteil an der Gestaltung der Forschungslandschaft haben auch eine Reihe nationaler Organisationen. Als Beispiele seien genannt:

  • die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG),
  • die MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (MPG).

Moderne Forschung ist überaus teuer und aufwändig. Sie wird deshalb in zunehmenden Maße auch international organisiert und finanziert, d.h. an der Organisation der Forschung und ihrer Finanzierung sind eine Reihe von Ländern beteiligt. Zu solchen internationalen Einrichtungen, an denen die Bundesrepublik Deutschland beteiligt ist, gehören z.B.:

  • Die Europäische Raumfahrt-Agentur (ESA),
  • das Europäische Kernforschungszentrum (CERN) in Genf,
  • die Europäische Südsternwarte (ESO).

Darüber hinaus gibt es zahlreiche Projekte, die international organisiert sind und in unterschiedlicher Weise finanziert werden, z.B. auch durch Stiftungen und durch die Industrie.

Zivile und militärische Forschung

Auf ein Problem sei an dieser Stelle aufmerksam gemacht. Ein nicht unerheblicher Teil der Forschung erfolgt im militärischer Bereich und ist dadurch meist besonderen Regeln unterworfen. Dazu gehört die Frage der Geheimhaltung von Forschungsergebnissen ebenso wie die der Schwerpunktsetzungen, die häufig der öffentlichen demokratischen Kontrolle entzogen sind.
Extrem unterschiedliche Meinungen gibt es auch zu der Frage, in welchem Umfange Ergebnisse militärischer Forschungen, wenn sie denn allgemein zugänglich gemacht werden, auch im zivilen Bereich nutzbar und damit zugleich auch gesellschaftlich nützlich sind.

Die Ariane-Rakete wurde im Rahmen der Internationalen Raumfahrt-Agentur entwickelt, an der auch die Bundesrepublik Deutschland maßgeblich beteiligt ist.

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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