Geschichte des Wissens und der Natur - Paradigmatologische Überlegungen zum geschichtlichen Denken Carl Friedrich v. Weizsäckers

Inahlt

I. Einleitung

II. Die Geschichtlichkeit der physikalischen Naturerfahrung
1. Phänomen der Geschichtlichkeit als Grundlage für das Verständnis thermodynamischer Prozesse
2. Die Grenzen der Objektivierbarkeit in der modernen Physik
3. Schlußfolgerungen.

III. Die paradigmatische Bedingtheit von Wissen und Natur und die möglichen Folgen
1.. Das Paradigma der neuzeitlichen Physik
2.. Paradigmatologisches Bewußtsein

I. Einleitung

Die meisten Betrachtungen zum Problem der Geschichte und Geschichtlichkeit beziehen sich auf Zusammenhänge menschlichen Erfahrens und Handelns. Nur selten wird dabei zur Sprache ge­bracht, daß - wie wir heute wissen - die geschichtliche Erfahrung des Menschen nicht möglich gewesen wäre ohne die Geschichte der Natur. Aber erst vor dem Hintergrund dieser Geschichte fügt sich menschliches Erkennen und Handeln in das Gesamtgeschehen des Wirklichen sinnvoll ein.

Wenn sich das Phänomen der Geschichtlichkeit nicht auf die Sphäre des Menschlichen beschränkt, so ist es sicherlich für ein Begreifen des Ganzen von Bedeutung, die gemeinsamen Strukturele­mente der Geschichte des Menschen und der Natur herausarbeiten. Möglicherweise zeigen sich dann Brücken zwischen den Realitätserfahrungen der Naturwissenschaften und der Gei­steswissenschaften. Daß gerade heute eine solche interdisziplinäre Intention für ein Verständnis der Verantwortung des Menschen in einer wissenschaftlich-technischen Welt notwendig und grundlegend ist, zeigt vor allem das umfangreiche Werk Carl Friedrich v. Weizsäckers. Zu den bedeutungsvollsten Bei­trägen seiner Philosophie gehört zweifellos sein Aufweis der sowohl die Geistes- als auch die Naturwissenschaften übergrei­fenden Rolle der Geschichtlichkeit des Gesamtwirklichen. Diese in der Sicht v. Weizsäckers in groben Zügen herauszuarbeiten, sollen die folgenden Ausführungen leisten. Darüber hinaus wer­den zum Schluß einige zusammenfassende Thesen zu dem Pro­blem der Geschichte des Wissens und der Natur zur Diskussion gestellt.

II. Die Geschichtlichkeit der physikalischen Naturerfahrung

Eine der bedeutenden Entdeckungen Carl Friedrich v. Weizsäckers besagt. daß die Theorienentwicklung der neuzeitlichen Naturwissenschaften ein wichtiges Phänomen voraussetzt: die Geschichtlichkeit der Naturvorgänge. Unter dem Begriff der Geschichtlichkeit verstehe ich in Anlehnung an Carl Friedrich v. Weizsäcker, daß alles Geschehen den Modalitäten der Zeit unterworfen ist, d. h. in der Vergangenheit notwendigerweise faktisch geworden ist, dadurch die Wirklichkeit der Gegenwart gestaltet, aber im Entwurf der Möglichkeiten in der Zukunft offen bleibt. Hierbei beschränkt sich das Phänomen der Geschichtlichkeit nicht auf das menschliche Handeln und seine Erkenntismethoden, son­dern erstreckt sich auf alle Gegenstände der Erfahrung.^[1]

Insbesondere läßt sich diese Behauptung auch für die naturwis­senschaftliche Erfahrung nachweisen. Dazu greife ich zwei Er­eignisse, zu denen v. Weizsäcker Entscheidendes beigetragen hat, aus der Geschichte der Naturwissenschaften heraus:

1 Die Lösungsversuche einer physikalischen Deutung der Irre­versibilität der Naturprozesse in der Thermodynamik.
2 Die Deutung der begrenzten Objektivierbarkeit des Naturge­schehens in der Quantentheorie.

Diese beiden Ereignisse der Wissenschaftsgeschichte sollen nun im Hinblick auf die obige Behauptung von der Geschichtlichkeit des Wirklichen erörtert werden.

1. Phänomen der Geschichtlichkeit als Grundlage für das Verständnis thermodynamischer Prozesse

Die Einführung der „Entropie“ als eine physikalische Zustandsgröße zur Beschreibung der irreversiblen Prozesse in der Natur warf gegen Ende des letzten Jahrhunderts große Deutungspro­bleme auf. Wie kam es dazu?

Die fundamentalen Gesetze der Physik stellen die Phänomene der Natur zeitsymmetrisch dar in Form von Gleichungen, die die Vorgänge der Natur als reversibel beschreiben. Zur An­schauung stelle man sich etwa einen Film vor, in dem auf den einzelnen Bilder ein Mann zu sehen ist. Nach den Bewegungs­gleichungen der klassischen Mechanik gibt es keinen Anhalts­punkt dafür, ob der Mann nun vorwärts oder rückwärts geht, d.h. in welcher Richtung der Film abgespult werden muß, um die 'Realität' wiederzugeben. Eine besondere Zeitausrichtung wird von dem mathematisch-physikalischen Formalismus nicht beschrieben.

Wie Arnold SOMMERFELD in seiner Vorlesung über Thermo­dynamik ausgeführt hat, sind reversible Vorgänge aber "eigentlich keine Vorgänge, sondern Ketten aneinandergereihter Gleichgewichtszustände", also letzten Endes "unendlich lang­same, quasistatische Prozesse", in denen keine Energie ver­schwendet wird. Solche Vorgänge sind idealisiert und kommen in der Natur praktisch nicht vor. "Was wir erleben sind stets ir­reversible Prozesse."^[2] Die Gesetze der Physik formulieren keine zeitlich einsinnigen Bewegungsvorgänge, d.h. vermögen einen zeitlichen Vorgang vor seiner Umkehr in keiner Weise auszu­zeichnen. Sie verbieten in ihrer mathematischen Formulierung nicht, daß z.B. der vom Dach heruntergefallene Ziegelstein ohne weiteres wieder von selbst zurückfliegen kann.^[3]

Ein bis heute bestehendes Fundamentalproblem der theoreti­schen Physik ist also die Frage, wie man aus den reversiblen Grundgleichungen der Physik das irreversible Verhalten letztlich aller Naturprozesse ableiten kann.^[4]

Die Unumkehrbarkeit der Zeit, wie sie vor allem in den Phänome­nen der Wärme augenscheinlich ist, wird innerhalb der klassi­schen Physik nun erstmals zu einem fundamentalen Problem und im "Zweiten Hauptsatz" der Thermodynamik formuliert. Dieser Satz verbietet in seiner ursprünglichen Fassung von Sadi Carnot (1824), daß es in einem abgeschlossenen Wärmesystem eine periodisch arbeitende Maschine, d.h. reversible Prozesse geben kann. Rudolf Clausius präzisiert 1850 diese Aussage da­hingehend, daß keine Wärme aus einem kälteren in einen wär­meren Körper geschafft werden kann, sondern immer nur um­gekehrt. Er definiert in diesem Zusammenhang die Zustands­größe der Entropie, die die Richtung der Naturprozesse be­schreiben soll und als Maß für deren Umkehrbarkeit gilt. Eine Zunahme dieser Größe bestimmt die irreversible Richtung des Wärmeflusses von warmen zu kalten Zuständen bzw. erfaßt nach der allgemeinen Deutung Ludwig Boltzmanns von 1877 die Richtung der Naturprozesse von unwahrscheinlichen zu wahr­scheinlichen Zuständen. die entsprechende Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik besagt also, daß bei irreversiblen Prozessen die Zustandsgröße der Entropie nur zunehmen kann.^[5] Zwei Beispiele mögen das Verständnis für die damit verbundene Problematik wecken.

Im ersten Beispiel (Abb. 1) stellen wir uns einen abgeschlossenen Behälter vor, in dem zwei verschiedene Gase (symbolisiert durch schwarze und weiße Kugeln) durch eine Trennwand getrennt sind. Der Vermischungsprozeß, der nach Entfernen der Wand eintritt, ist dann irreversibel. Der ursprüngliche Zustand der ge­trennten Gase ist nicht wiederherstellbar. Das Problem besteht nun in der Schwierigkeit, einen mathematischen Formalismus zu finden, der diese Irreversibilität beschreiben kann.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1

Zwei in einem abgeschlossenen System voneinander getrennte Gase (a), zwei miteinander vermischte Gase (b). Der Prozeß von (a) nach (b) ist irreversibel.

Wie bereits angedeutet, versuchte dies Ludwig Boltzmann, in­dem er die Entropie als ein Maß der Wahrscheinlichkeit eines Systems bezeichnete und somit statistisch deutete. In Abb. 1 ist demzufolge links ein unwahrscheinlicher und rechts ein wahr­scheinlicher Zustand skizziert. Die Entropie als ein Maß der Wahrscheinlichkeit ist also im ersten Fall eine Minimum, im zweiten Fall ein Maximum. Indem Boltzmann die statistische Mechanik in die Thermodynamik einführte, glaubte er zunächst das Problem der Irreversibilität gelöst zu haben.^[6]

[...]

^[1] Vgl. Carl Friedrich v. Weizsäcker: Die Geschichte der Natur - Zwölf Vorlesungen. Göttingen 1948, (8. Aufl.) 1979, S. 9

^[2] Arnold Sommerfeld: Vorlesungen über theoretische Physik. Bd. V: Thermodynamik und Statistik. Frankfurt a. M. 1977, S. 16.

^[3] Vgl. C.F.v. Weizsäcker: Aufbau der Physik. München 1985, s. 125 ff.

^[4] Vgl. Georg Süssmann: "Zeitliche Umkehrinvarianz und Irrenversibilität", in: Jahrb. d. Joh. Wolfg. Goethe-Universität, Frankfurt a.M. 1967, bes. S. 55 ff; ders.: "Zur Problematik der Irreversibilität angesichts der Umkehrinvarianz", in: Grundlagen der modernen Physik Festschr. f. P. Mittelstaedt z. 50. Geb. (hrsg. v. J. Nitsch et al.). Mannheim 1980, S. 307 ff.

^[5] Vgl. Edgar Lüscher: Experimentalphysik I - Mechanik, geometrische Optik, Wärme, 2. Teil. Mannheim/Wien/Zürich 1967, s. 412 ff; Mathias Schüz: Die Einheit des Wirklichen - Carl Friedrich v. Weizsäckers Denkweg. Pfullingen 1986, S. 149 ff.

^[6] Vgl. Hartmut Wehrt: "Über Irreversibilität,, Naturprozesse und Zeitstruktur - Die fundamentale Bedeutung der Asymmetrie", in: Offene Systeme I - Beiträge zur Zeitstruktur von Information, Entropie und Evolution (hrsg. v. Ernst v. Weizsäcker). Stuttgart 1974, bes. S. 176-190.