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Lexikon der Astronomie: Beobachter

Die Rolle des Beobachters ist ein unverzichtbares Element in den Naturwissenschaften – vielleicht sogar das Wichtigste an den Naturwissenschaften überhaupt. Es muss zunächst einmal ein Phänomen in der Natur beobachtet werden, das man dann naturwissenschaftlich hinterfragen kann.

Ein äußerst erfolgreiches Wechselspiel

Damit ist es noch nicht getan. Der Erfolg der Naturwissenschaften gründet sich vor allem auf dem Zusammenspiel von Theorie und Experiment. Eine Beobachtung kann nämlich in Form eines mathematischen Modells verstanden werden. Für Details zur wissenschaftlichen Methodik und wie weit sie generell trägt, sei auf meinen Web-Essay Die wissenschaftliche Methode verwiesen. Außerdem gibt es einen ausführlichen Essay zum Theoriebegriff mit dem Titel Alles graue Theorie?.
Im engeren Sinne sind die Beobachter der Physik damit beschäftigt, Datenmaterial aus der Natur zu sammeln. Das heißt, sie führen ein Experiment unter Laborbedingungen (also wohlbekannten Bedingungen) durch und protokollieren präzise die Beobachtung. Beobachter entwickeln Beobachtungsapparaturen, so genannte Detektoren, die es ihnen erleichtern Daten zu sammeln. In der Astronomie heißen die Experimentatoren prinzipiell Beobachter. Sie nehmen einen Sonderstatus unter den Experimentatoren ein, weil sie ihr Experiment nicht im Labor präparieren und keinen Einfluss darauf nehmen können. Vielmehr ist der gesamte Kosmos ihr 'Labor' und die astronomischen Beobachter entwerfen und bauen die Detektoren der Astronomie: die Teleskope. Sie sammeln eine Fülle an Beobachtungsdaten mittels unterschiedlicher Informationsträger (vor allem Photonen, aber auch Neutrinos, Kosmische Strahlung und andere Teilchen), werten sie aus und bereiten sie auf. Die theoretischen Astrophysiker entwickeln physikalische Modelle für das Zustandekommen der Beobachtungsdaten. Ihre Werkzeuge sind die mathematischen Rechenvorschriften und in stark zunehmendem Maße die Computer. Am Ende steht ein Verständnis der Beobachtung, also ein wachsendes Verständnis für die Phänomene, die in der Natur beobachtet werden können. Der Astrophysiker strebt nach einem Verständnis des Kosmos als Ganzes sowie seiner Teile, z.B. der Sterne und Galaxien.

Wissenschaftliche Revolutionen des 20. Jahrhunderts

Im 20. Jahrhundert hat sich ein zweifacher Wandel für die Rolle des Beobachters ergeben. Einsteins Relativitätstheorie hat die Beobachtung als subjektiven bzw. relativen Akt entlarvt. Es hängt vom Bezugssystem (siehe auch Inertialsystem) ab, also von Ort und Bewegungszustand des Beobachters, was er beobachtet und wie er es beobachtet. Mittlerweile wurden viele relativistische Beobachter definiert, die sich bei bestimmten Fragestellungen bewährt haben. So kennt man in der Allgemeinen Relativitätstheorie z.B. den FFO, den FIDO, den LNRF und den ZAMO. Extreme Bedingungen wie die starke Gravitation eines Schwarzen Loches machen deutlich, wie sehr die Beobachtung vom Standpunkt abhängen kann. So unterscheidet sich die Geschichte, die ein entfernter Beobachter wahrnimmt deutlich von derjenigen, die ein einfallender Beobachter wahrnimmt z.B. aufgrund der Zeitdilatation! Das Zwillingsparadoxon ist ein anderes Extrembeispiel dafür, wie unterschiedlich die Beobachtungen in verschiedenen Bezugssystemen sein können.
Die zweite große physikalische Theorie des 20. Jahrhunderts, die Quantentheorie, hat dem Beobachter auf andere Weise einen Sonderstatus verpasst. Die quantenmechanischen Beobachter sind selbst ein Teil des Experiments und beeinflussen dessen Ausgang, also die Messung! Damit verlor der Beobachter seine Rolle des Außenstehenden. Diese Rolle hat er nur im Makrokosmos. Der quantenmechanische Beobachter ist nicht Präparator, er ist Manipulator.
Beide Theorien, Relativitätstheorie und Quantentheorie, haben es der Physik erschwert, die Beobachtungen sachlich zu interpretieren. Experimente unter fixen Laborbedingungen sind nur eingeschränkt möglich und die Reproduzierbarkeit eines Versuchs ist ebenfalls - zumindest in der Quantenphysik – nicht immer gewährleistet.

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  • Die Autoren
- Dr. Andreas Müller, München

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