Die Welt dreht sich nicht nur um Physik

Der vorliegende Beitrag entstand im Rahmen der Sommerakademie «Wahrscheinlichkeiten, Determinismus und freier Wille in Naturwissenschaften und Philosophie» der Schweizerischen Studienstiftung und wurde redaktionell begleitet von Reatch.

Physikerinnen und Physiker sind auf dem Arbeitsmarkt begehrt – auch ausserhalb ihrer Kerndisziplin. Absolventinnen und Absolventen der Physik sind nicht nur in der naturwissenschaftlichen Forschung gefragt, sondern auch im Banken- und Versicherungswesen, im Consulting oder in der öffentlichen Verwaltung.

Kein Wunder bezeichnet das Berufsportal «berufsberatung.ch» Physikerinnen und Physiker als die «Generalisten unter den Naturwissenschaftlern». Ihre fundierte naturwissenschaftliche Bildung kombiniert mit ihren mathematischen und analytischen Fähigkeiten und der praxisorientierten Herangehensweise an Probleme machen sie auf dem Arbeitsmarkt zu vielseitig einsetzbaren Arbeitskräften. Doch wird das heutige Physik-Studium diesem «generalistischen» Anspruch noch gerecht? Fragt man etwa den Physiker und Mathematiker Detlef Dürr, emeritierter Professor an der Ludwig-Maximilians-Universität München, so werden die Physikerinnen und Physiker heutzutage nicht mehr für kritisches Denken trainiert, sondern nach dem Motto «Shut up and Calculate» erzogen.

Dieses «Motto» stammt vom Physiker David Mermin [1], der damit auf die eher verbreitete Verweigerung anspielte, überhaupt nach einer Interpretation der Quantentheorie zu suchen – und im nächsten Satz gleich anfügte, dass er keinesfalls gedenke, zu schweigen. Denn «Shut up and Calculate» bringe zwar präzise Resultate, doch auf der Strecke bleibe dabei das eigentliche Verständnis der Quantenmechanik [2].

Woher die Physik kommt und welche Ziele sie verfolgt

Die Physik will erklären, «was die Welt im Innersten zusammenhält» und tut dies unter Verwendung möglichst einfacher bzw. eleganter mathematischer Beschreibungen [3]. Um solche Erklärungen zu finden, reicht «Shut up and Calculate» nicht aus. Sture Berechnungen sind etwa durch metaphysische Überlegungen und Beobachtungen zu ergänzen. Nehmen wir als Beispiel das Verhalten der Wellenfunktion in der Quantenmechanik, welche von Schrödinger eingeführt wurde. Diese wird zur Beschreibung eines quantenmechanischen Zustands verwendet und besteht aus der Überlagerung mehrerer möglicher Zustände, in denen sich ein physikalisches System zu einem bestimmten Zeitpunkt befinden kann.

Ausgehend von dieser Überlagerung ist es unmöglich, den genauen Zustand des Systems theoretisch zu berechnen – es sind immer mehrere Zustände gleichzeitig möglich. Doch wenn man den Zustand zu messen versucht, stellt man fest, dass sich das System nur noch in einem bestimmten Zustand befindet. Die Messung hat also scheinbar zum «Kollaps» der Wellenfunktion geführt und damit das zugrundeliegende System beeinflusst. Dieses sogenannte «Messproblem» sorgt seit jeher für hitzige Diskussionen unter theoretischen Physikern, da nicht klar ist, wie sich ein solcher Kollaps physikalisch schlüssig begründen lässt.

Physik war und ist also stets mit theoretischen Überlegungen und auch der Philosophie verbunden. Beispielsweise wurde einer der wesentlichen konzeptuellen Eckpfeiler der modernen Physik von zwei antiken Philosophen eingeführt. Demokrit und Leukipp hiessen die beiden Herren, welche die sogenannte «Atomismuslehre» begründeten [5].

Auch in der Neuzeit haben sich Physiker philosophische Gedanken zu ihrer Arbeit gemacht, wenn nicht sogar ihre gesamten Theorien auf philosophischen Überlegungen begründet. So hat etwa Newton das Konzept der Kraft ganz neu interpretiert. Er hat die Kraft ins Zentrum von allen mechanischen Betrachtungen gestellt, so wie wir dies auch heute noch tun. In Newtons Zeit um 1684 ging man jedoch davon aus, dass Kräfte rein auf einzelne Objekte bezogen werden könnten und ständig innerhalb dieser existierten. In diesem Sinne war Newtons Gedanke, Kräfte im Sinne von Wechselwirkungen zu verstehen, bahnbrechend [6].

Ein Physiker mit stark philosophischem Hintergrund war zum Beispiel auch Faraday. Um 1820 prägte er das Bild der Energie, welche in allem enthalten sei. Seine Überzeugung gewann er unter anderem aus seiner tiefen Religiosität und dem Glauben daran, dass alle Kreise sich schliessen. Mit diesem philosophisch-religiösen Gedanken entwickelte er das Konzept der Energieerhaltung [7].

Schrödinger und Einstein sind zwei weitere Physiker, welche sich mit philosophischen Konzepten auseinandergesetzt haben – vor allem im Zusammenhang mit den Implikationen der Quantenmechanik. Berühmt geworden sind beispielsweise das Einstein-Podolsky-Rosen Paradoxon mit seiner «spukhaften Fernwirkung» oder «Schrödingers Katze» [8], [9] und [10].

Nur keine Zeit in Bildung investieren

Man mag argumentieren, dass gerade experimentell forschende Physikerinnen und Physiker fundiertes Wissen aus anderen Disziplinen nicht zwingend nötig hätten, um ihre Arbeiten gut durchführen zu können. Solch zusätzliches Wissen scheint auf den ersten Blick überflüssig zu sein und keinen direkten Mehrwert zu bringen. Das ist jedoch nicht zu Ende gedacht. Denn die Auseinandersetzung mit fremden Fachgebieten hilft dabei, neue gedankliche Verknüpfungen zu machen und neue Erkenntnisse zu gewinnen.

Das gilt auch für die Physik. Physikerinnen und Physiker sollten nicht zuletzt die philosophischen und wissenschaftstheoretischen Grundlagen und Auswirkungen ihrer Arbeit kritisch reflektieren. Das Argument, eine interdisziplinäre Ausbildung koste zu viel Zeit, hört man immer wieder. Doch genau solche «Umwege» wären essenziell. Physik-Studierende sollten später in der Lage sein, ihr Fach mit all seinen Annahmen und Ergebnissen ins Verhältnis zu anderen Fächern zu setzen. Neben neuen Erkenntnissen ermöglicht dies auch, zu erkennen, weshalb die jeweilige Forschung wichtig und relevant für unsere Gesellschaft ist.

Die Physik hat den Anspruch, eine Leitwissenschaft zu sein. Solch ein Anspruch bringt immer auch eine gesellschaftliche Verantwortung mit sich. Studierende dieses Fachs sollten auf diese Verantwortung vorbereitet werden. Dies bedeutet, dass sie auch jenseits von mathematischen Formeln dazu in der Lage sein müssen, kritisch zu denken. Geht also das moderne Physikstudium wieder vermehrt dazu über, Menschen umfassend auszubilden, dann wird die Physik (und ihr Studium) ihren guten Ruf auf Dauer verteidigen können.

Den Original-Beitrag gibt es hier zu lesen.

Quellen

[1] Mermin, N. David. Could Feynmann have said this? Physics Today. 2004. https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/1.1768652 (abgerufen am 18.12.18)

[2] Mermin, N. David. What’s wrong with this pillow? Physics Today. 1989. https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/1.2810963 (abgerufen am 9.12.18)

[3] Bäker, Martin. Kann die Physik die Welt erklären? Science Blog DE. 2010. http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2010/08/31/kann-die-physik-die-welt-erklaren/ (abgerufen am 8.12.18)

[4] Hertle, Jochen. Grundlagenprobleme der QM. Hochschule für Angewandte Wissenschaften München. 2016 https://w3-o.cs.hm.edu/users/hertle/public_html/veranstaltungen/QM.pdf (abgerufen am 20.12.18)

[5] Schulz, Joachim. Atomismus nach Leukipp und Demokrit. Quantenwelt. 2003. http://www.quantenwelt.de/atomphysik/modelle/demokrit.html (abgerufen am 20.12.18)

[6] Janiak, Andrew. Newton’s Philosophy. The Stanford Encyclopedia of Philosophy. 2014. Zalta, Edward N. (ed.) https://plato.stanforyyyd.edu/entries/newton-philosophy/#MetIIPri (abgerufen am 9.12.18)

[7] David Bodanis. Bis Einstein kam – die abenteuerliche Suche nach dem Geheimnis der Welt. 3. Auflage. Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart/München. 2001.

[8] Howard, Don A. Einstein's Philosophy of Science. The Stanford Encyclopedia of Philosophy. 2017. Zalta, Edward N. (ed.). https://plato.stanford.edu/entries/einstein-philscience/#ConAlbEinPhiPhy (abgerufen am 9.12.18)

[9] Schrödinger, Erwin. The Present Status of Quantum Mechanics. Die Naturwissenschaften. Band 23. 1935. http://www.informationphilosopher.com/solutions/scientists/schrodinger/Present_Status.pdf (abgerufen am 10.12.18)

[10] o. V. Erwin Schrödinger. The Information Philosopher. http://www.informationphilosopher.com/solutions/scientists/schrodinger/(abgerufen am 11.12.18)