Geistesblitz und kühne Vermutung (PDF)

Seit den Griechen steuert die spekulative Idee die Perspektive wissenschaftlichen Arbeitens, sie erfindet Begriffe, mit denen wir die Natur erklären, und sie konstruiert das Bild, das wir von ihr zeichnen. Die Spekulation ist die heimliche Triebkraft für Veränderungen und wissenschaftliche Revolutionen, ihr phantasievoller Motor und hartnäckiger Architekt. Sie verbindet Welterklärungen mit einem Wahrheitsanspruch, den sie selbst definiert und dem sie sich unterordnet. Hervorragende Beispiele in der über zweitausendjährigen Geschichte der abendländischen Wissenschaften sind die Astronomie des Ptolemäus, die Mathematik des Cusanus, die Medizin des Fracastorius, die Chemie Stahls und die Atomphysik Yukawas.


Helmut Veil, geb. 1943, war Allgemeinarzt in Frankfurt am Main und beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit der Geschichte der Naturwissenschaften. Er untersucht die kulturellen und ideellen Voraussetzungen epochaler Gärungsprozesse der Naturerkenntnis, in denen sich festgefügte Erklärungsmuster zersetzen und neue noch nicht etabliert haben.

Inhalt

Vorwort  7

Einführung
Die Geburt einer »Tradition der kühnen Vermutungen«  13

Ptolemäus
Der Äquant und die Karriere eines Punktes  23

Cusanus
Die Quadratur des Kreises und die Unendlichkeit  41

Fracastorius
Das Contagion der Infektion  59

Stahl
Das Phlogiston der Verbrennung  81

Yukawa
Das Meson und die Realität virtueller Teilchen  97

Nachwort  111

Bildnachweise  117
Der Autor  119

Vorwort

Naturwissenschaftler bewegen sich heute nicht mehr auf einem Terrain, dessen Grenzen eindeutig durch Wissen und Nichtwissen abgesteckt sind. Sie sind mit ihren Schlussfolgerungen vorsichtig geworden, die sie aus den Ergebnissen ihrer Beobachtungen und Experimente ziehen, wenn sie die Natur genötigt, sie auf die Folter gespannt oder gar verstümmelt haben, um ihr verborgene Zusammenhänge zu entlocken. Die Antworten, die die Natur auf Befragen gibt, haben an Trennschärfe verloren, obwohl die Messgenauigkeit zugenommen hat. Goethes eindeutiges »Ja! ja! Nein! nein! Alles Übrige ist vom Übel« ist längst Einsteins »Vielleicht« gewichen. Es herrscht die Vermutung über die Gewissheit.

Und doch haben Goethe und Einstein, beides produktive spekulative Geister, einen gemeinsamen Kern, der sie mit den Ursprüngen der Geschichte der Naturwissenschaften verbindet. Goethe, der Naturalist, lehnte jedes Untersuchungsinstrument einschließlich des harmlosen Prismas zur Zerlegung des Lichts ab und phantasierte sich aus der unbewaffneten Versenkung in Details durch »anschauende Urteilskraft« in das Naturganze hinauf. Einstein, der theoretische Physiker, schweißte in Gedankenexperimenten Physik und Mathematik zusammen und verschrieb der Natur allgemeine Gesetze. Beide aber jonglierten mit den gleichen Bällen, sie spielten mit Ideen, um die Wirklichkeit zu erfassen und ihre sichtbare Oberfläche zu durchdringen.

Es ist ein Spiel, das seit zweieinhalbtausend Jahren wissenschaftlich betrieben wird. Charles Darwin hat seinen anhaltenden Erfolg in einem Brief an Alfred Russel Wallace am 22.12.1857 auf eine kurze Formel gebracht: »Ohne Spekulation gibt es keine neue Beobachtung«. Darwins Spekulation ist nicht die des Kirchenvaters Augustinus, der sie als Selbstbespiegelung des Menschen in Gott verstanden hat. Für Darwin ist Spekulation ein der Erfahrung vorausgehendes und sie begleitendes Denken in Ideen, die Scheuklappen des Sehens zu beseitigen hilft. Seit den Griechen steuert die spekulative Idee die Perspektive wissenschaftlichen Arbeitens, sie erfindet die Begriffe, mit denen wir die Natur erklären, und sie konstruiert das Bild, das wir von ihr zeichnen. Die Spekulation war über alle inhaltlichen Veränderungen und wissenschaftlichen Revolutionen hinweg ihre heimliche ? oder von Mechanisten und Materialisten bewusst verheimlichte ? Triebkraft. Die Naturwissenschaftler selbst haben sich eher beiläufig zur Rolle der Spekulation in ihrer Arbeit geäußert, auffallend häufig sind es die Begründer der modernen, besonders exakt messenden und rechnenden Physik.

Zur Methode und Rolle der Spekulation hat Kant durch Untersuchungen auch des wissenschaftlichen Denkprozesses in der »Kritik der reinen Vernunft« einiges beigesteuert, vor allem das Überflugverbot des spekulativen Denkens über die Grenzen möglicher Erfahrung hinaus. Kant gewichtet das Verhältnis von Idee und ihrem empirischem Gebrauch, in dem die wissenschaftliche Spekulation oszilliert. Descartes dagegen ist der selbstbewusste Architekt einer spekulierten Weltmaschine, der sich keinerlei Hemmungen auferlegt, wenn man von einer nur rhetorisch gemeinten Entschuldigung vor Gott für seine willkürlichen Fiktionen absieht. Die »Prinzipien der Philosophie« sind Spekulation als Programm.

Descartes bewegt sich mit den »Prinzipien« haarscharf an der Grenze dessen, was noch als wissenschaftliche Spekulation gelten kann oder schon als übersprudelnde Phantasie gewertet werden muss. Darüber lässt sich trefflich streiten. Denn Descartes erfüllt durchaus das, was Kant von den Wissenschaften verlangt: architektonische Einheit. Ein anderes Kriterium, das die wissenschaftliche Spekulation von der alltäglichen unterscheidet, erfüllt er jedoch nicht oder ganz unzureichend: die Überprüfung seiner Ideen an der Wirklichkeit. Er bleibt in den »Prinzipien« unter seinen eigenen und den Möglichkeiten seiner Zeit, die mit der Mathematisierung der Physik begonnen hat, die spekulative Beliebigkeit von Zusammenhängen zu beschneiden und einen berechenbaren Nachweis oder zumindesten exakte Beobachtungsgrundlagen zu verlangen. Der entfesselte Gedankenflug alleine erzeugt jedenfalls keine wissenschaftliche Erkenntnis. Er muss sich trotz aller waghalsiger Manöver wieder auf dem Boden neu geordneter Tatsachen und konstruierter Zusammenhänge zur Landung zwingen, bevor er im erneuerten System einer Idee, in einer Theorie oder in Gott weiterleben kann. Das unterscheidet die wissenschaftliche Spekulation von der alltäglichen. Letztere darf überall landen oder sich die Freiheit nehmen, ins Blaue zu entschwinden.

Die hier vorgestellten historischen Beispiele erfüllen trotz der Spanne von zweitausend Jahren alle die Kriterien wissenschaftlicher Spekulation, obwohl sie aus ihrer Zeit heraus ganz unterschiedlich vorgehen. Es sind ihre Grund­ideen, die ihre feinverästelte Spekulation prägen und sie wieder in einen sicheren Hafen steuern. Das möchte ich anhand einiger besonders gut ausgearbeiteter Ergebnisse belegen. Die Erklärungsversuche der Übertragung von Infektionskrankheiten durch das Contagion Giromola Fracastoros (1478 bis 1553) und der Verbrennung durch die Phlogistontheorie Georg Ernst Stahls (1660 bis 1734) zeigen den wissenschaftlichen Wert für die disziplinierende Kraft selbst überalterter Theorien. Sie boten eine Rückzugsmöglichkeit auf vermeintlich noch gesichertes Terrain, wenn neuen Beobachtungen auf neue Fragen ein theoretisches Kleid verpasst werden sollte. Fracastoro musste sich mit einem eingeschliffenen, in begrifflichen Spiegelfechtereien erstarrten und gedankenlos gebrauchten Erbe der Antike begnügen, das er mit seiner Idee des Contagions aus seinem dogmatischen Schlummer erweckte und praxistauglich machte. Stahl legte die antiken, mehr oder weniger platonisch oder aristotelisch eingefärbten Erklärungsmuster der Materie auf den Prüfstand seiner eigenen Phlogistonidee über die Wirkungsweise des Feuers und sortierte für die Praxis Unbrauchbares aus. Ptolemäus (ca. 100 bis ca. 160) steht am Anfang der abendländischen Geschichte der Naturwissenschaften und hinterließ gleich ein nahezu perfekt durchgearbeitetes platonisches Astronomieprogramm, das zum Vorbild für den Gebrauch der Mathematik zur Beschreibung von Naturvorgängen geworden ist. Er hat aber mit dem Äquanten zum Ausgleich der Abweichungen von kreisförmigen Planetenbewegungen ein fragwürdiges Element hinterlassen, das aus dem Rahmen seiner eigenen theoretischen Vorgaben fällt. Nach dem Urteil der Nachwelt hatte er sich zu weit vom Ideal des gleichförmigen Planetenumlaufs für die Rekonstruktion der göttlichen Sphärenharmonie entfernt und die Möglichkeiten der Geometrie allzu bedenkenlos als schlichtes Recheninstrument eingesetzt. Dieser nicht tolerierte Frevel an einer gottgegebenen Grundidee wurde jahrhundertelang zum Spekulationsobjekt arabischer und europäischer Astronomen, bis Kepler die elliptische Planetenbahn erkannte.

Cusanus (1401 bis 1464) erprobte seinen Glaubenseifer an einer mathematischen Spekulation über Gott und landete in zwei Unendlichkeiten: mit der Koinzidenz des Größten und Kleinsten ganz in der Nähe der Integralrechnung und jenseits aller Rechenkünste in der Unendlichkeit Gottes. Seine Ideen werden sich in ähnlicher Form bei Leibniz wiederfinden, der sie zu einem schlagkräftigen mathematischen Instrumentarium der neuen Naturwissenschaften ausbauen wird.

Der Atomphysiker Hideki Yukawa (1907 bis 1981) hatte die Idee eines Phantoms. Mit dem Meson hat er ein Teilchen theoretisch vorhergesagt, das in Wechselwirkung mit den Protonen des Atomkerns verhindert, dass der Kern auseinander fliegt. Sein Meson ist ein Beispiel dafür, wie erfolgreich in der Atomphysik ein spekulatives Denken in Analogien sein kann, wenn es sich mathematisch nach den theoretisch erforderlichen Notwendigkeiten experimenteller Überprüfung diszipliniert. Yukawas Phantom wurde später nachgewiesen.

Ich werde also den spekulativen Gehalt von zwei Ideen über den Gebrauch mathematischer Hilfskonstruktionen beschreiben und von drei weiteren über den Einsatz fiktiver Teilchen zur Erklärung der Interaktionen der Materie. Ihnen ist folgendes gemeinsam: Sie arbeiteten bei ihrer Erfindung mit ungedeckten Schecks und haben doch die Wissenschaft mit ihren zum Teil phantastischen Vermutungen vorangebracht, weil sie nicht ins Blaue hinein phantasierten. Ich will auf folgendes hinaus: Der menschliche Geist spekuliert immer und über alles Mögliche. Er verbindet Welterklärungen mit Götterszenarien, Blitzeinschläge mit Strafgerichten und Aktienkurse mit Heilserwartungen. Die wissenschaftliche Spekulation funktioniert anders. Sie verbindet Welterklärungen mit einem Wahrheitsanspruch, dessen Inhalt und Regeln sie selbst definiert, wie das Platon und nach ihm Aristoteles vorgeführt haben. Das schränkt die Zahl der erlaubten Gedankensprünge ein, diszipliniert das Denken nach logischen Regeln und richtet es auf ein Ziel, selbst wenn kühne Vermutungen den Rahmen erweitern oder sprengen. Wissenschaft braucht Unterschlupf, einen Standort, einen Hafen (Francis Bacon), der die Perspektive bestimmt und verhindert, dass der Wind aus allen Richtungen pfeift. Die Gebäude, die so lange Schutz vor ziellos vagabundierenden Gedanken geboten hatten, werden deshalb nur zögernd verlassen, wenn die Gedanken in unbekannte Gefilde entkommen waren. Ptolemäus hat Platon mit Leben erfüllt und den Äquanten als zukunftsträchtige Dissonanz hinterlassen, Cusanus hat Gott in der Mathematik erkannt, Fracastoro hat Aristoteles wieder praxistauglich gemacht und Stahl dem Feuer einen neuen Platz in alten Ideen zugewiesen. Yukawa hat die alte Elektrodynamik mit der Kernphysik zu einem Amalgam verschmolzen.

Vor diesen Ergebnissen liegt ein sich befreiendes Ringen aus den Verstrickungen gewohnter Gedankengänge und theoretischer Ruinen, ein assoziatives Herumtappen und Herumstöbern auf der Suche nach einem sicheren Standpunkt zwischen alter Erfahrung und neuer Idee und neuer Erfahrung und alter Idee, bis die einmal entfesselte Einbildungskraft den Wildwuchs halbgarer Gedankensplitter wieder zu einem genießbaren Ganzen komponiert. Wenn man nicht nur auf die Endprodukte starrt, lassen sich die Prozesse dieses Ringens um die eingeschlagenen Wege aus den Texten erschließen und in groben Zügen nachvollziehen. In einer knappen Einführung geht es zunächst um die Frage, wie das phantasievolle freie Spiel der Mythen überhaupt zu dieser diszplinierten wissenschaftlichen Spekulation werden konnte.