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Lexikon der Physik: Wissenschaftsphilosophie

Wissenschaftsphilosophie

Berthold Suchan, Gießen

Bei der Wissenschaftsphilosophie (engl.: philosophy of science) handelt es sich um eine philosophische Disziplin, deren Gegenstandsbereich durch die Wissenschaften ganz allgemein bestimmt ist. Im Gegensatz zum anglo-amerikanischen Sprachgebrauch unterscheidet man in der deutschsprachigen Philosophie innerhalb des Bereichs der Wissenschaftsphilosophie zwei weitere (eigenständige) philosophische Disziplinen: die Wissenschaftstheorie und die Naturphilosophie. Diese Unterscheidung ist auf eine philosophiegeschichtliche Entwicklung zurückzuführen, in deren Verlauf sich verschiedene inhaltliche Schwerpunkte ergeben haben.

Wissenschaftstheorie und Naturphilosophie

Trotz dieser Differenzierung ist die Verwendung des übergeordneten Begriffs der Wissenschaftsphilosophie deswegen gerechtfertigt, weil bei der Untersuchung konkreter Problemstellungen meist auf beide philosophischen Disziplinen zurückgegriffen werden muß. Wissenschaftstheorie und Naturphilosophie lassen sich grob dadurch voneinander abgrenzen, daß erstere naturwissenschaftliche Theorien bzw. eine Naturwissenschaft allgemein als ein System von Aussagen auffaßt, deren formale Struktur sie untersucht. In der Nachwirkung der im Umfeld des Wiener Kreises vertretenen Positionen galt diese rein formale Hinwendung zu den Ergebnissen naturwissenschaftlicher Forschung als einzig legitimer Ansatz der Philosophie. Naturphilosophie dagegen beschäftigt sich mit den Inhalten der Naturwissenschaften, um diese für eine (philosophisch-rationale) Naturauffassung fruchtbar zu machen.

Parallel zu dieser Differenzierung kann man die jeweilige Art der philosophischen Betrachtung der Naturwissenschaften mit den Stichworten ›analytisch‹ und ›synthetisch‹ charakterisieren. Geht es den Wissenschaftstheoretikern um die Analyse des Aufbaus und der Struktur naturwissenschaftlicher Aussagensysteme, so fragen Naturphilosophen nach den inhaltlichen Implikationen der naturwissenschaftlichen Ergebnisse für unser Welt- und Menschenverständnis. Bei der wissenschaftsphilosophischen Untersuchung konkreter einzelwissenschaftlicher Problemstellungen gehen deren analytischer und synthetischer Aspekt meist Hand in Hand. Denn im Einzelfall werden sowohl die strukturellen Eigenschaften des theoretischen Gebäudes als auch die inhaltliche Bedeutung der in Frage stehenden Grundlagen und Ergebnisse untersucht.

Brückenfunktion der Wissenschaftsphilosophie

Ein wesentliches Charakteristikum der Wissenschaftsphilosophie besteht in deren Brückenfunktion zwischen Philosophie und Naturwissenschaften. In der wissenschaftsphilosophischen Reflektion werden die Ergebnisse der einzelwissenschaftlichen Forschung formal analysiert und inhaltlich zu einem möglichst kohärenten Weltverständnis zusammengefügt. In dieser Brückenfunktion kommt der Wissenschaftsphilosophie gegenüber der Naturphilosophie des 19. Jahrhunderts eine gewandelte Rolle zu: Ihr Ziel besteht nicht mehr darin, unabhängig von den Ergebnissen der Naturwissenschaften ein umfassendes System der Natur zu entwerfen oder ein sogenanntes Wesen der Natur zu erkennen. Vielmehr geht es neben den genannten analytischen Aufgaben um den Entwurf eines Wirklichkeitsverständnisses, das insofern als Ergebnis eines synthetischen Vorgehens bezeichnet werden kann, als Fakten ganz unterschiedlicher wissenschaftlicher Disziplinen und Forschungsrichtungen aufeinander bezogen und gegebenenfalls zusammengeführt werden.

Über die Brücke der metatheoretischen Diskussion findet ein Transfer in beiderlei Richtungen statt: Zum einen werden wissenschaftliche Erkenntnisse hinsichtlich ihrer philosophischen Relevanz reflektiert, und andererseits transformieren sich klassische philosophische Fragestellungen durch die Naturwissenschaften zumindest teilweise auf empirisch prüfbare Problemstellungen. Einschränkend ist allerdings hinzuzufügen, daß von seiten der Einzelwissenschaften die Fruchtbarkeit der Philosophie eher im Hinblick auf die Analyse der formalen Strukturen und der philosophischen Grundlagen gesehen wird. Philosophische Überlegungen tauchen im Rahmen der Einzelwissenschaften aber nicht erst dann auf, wenn in Zusammenarbeit mit den Wissenschaftsphilosophen begriffliche und inhaltliche Grundlagen der jeweiligen Wissenschaft analysiert und konturiert werden. Vielmehr zeigt sich die mehr oder weniger enge Verzahnung von Philosophie und Wissenschaft nicht nur in der theoretischen Reflektion, sondern auch in der naturwissenschaftlichen Forschung selber; und zwar darin, daß sich diese stets in einem dynamischen Wechselspiel von empirischen Daten, theoretischen Begriffen, Theorien, grundlegenden Prinzipien und Hintergrundüberzeugungen vollzieht. So setzt der Wissenschaftler beispielsweise bei seiner alltäglichen experimentellen Tätigkeit ein mehr oder weniger festes System von Begriffen und Hypothesen voraus, ohne die seine Beobachtungen sinnlos sind. Daß dabei eine philosophische Klärung der verwendeten Begriffe dringend notwendig scheint, zeigt beispielsweise die begriffliche Unschärfe auf dem Gebiete der nichtlinearen Dynamik bzw. bei der Untersuchung des Verhaltens chaotischer Systeme. Dort werden bis zu fünfzehn unterschiedliche Definitionen des Begriffs ›Chaos‹ parallel verwendet, so daß hier eine interdisziplinäre – oder vielleicht auch transdisziplinäre – Zusammenarbeit offenbar vonnöten ist.

Das genannte dynamische Wechselspiel ereignet sich im naturwissenschaftlichen Laboralltag meist unbemerkt und unbewußt. Der jeweilige Wissenschaftler findet in seiner konkreten Arbeitssituation kaum Zeit und Gelegenheit, die angesprochene Dynamik gedanklich zu durchdringen, so daß sich nur wenige Forscher aus den Einzelwissenschaften diesen Fragestellungen zuwenden – meist handelt es sich dann um bekannte Persönlichkeiten, die erst nach dem Ende ihrer beruflichen Laufbahn in populärwissenschaftlichen Darstellungen diesen metatheoretischen bzw. wissenschaftsphilosophischen Themen nachzugehen versuchen.

Verständnis der Natur

Die gegenseitige Zugeordnetheit bzw. die wechselseitige Angewiesenheit von Einzelwissenschaft und metatheoretischer Analyse kann man auch als ein Stützungsverhältnis auffassen, dem gemäß die philosophische Reflektion und das objektgerichtete Forschen notwendig für ein umfassenderes Verständnis der Natur sind. Der komparative Ausdruck des ›umfassenderen Verständnisses‹ soll andeuten, daß beide wissenschaftlichen Disziplinen für sich alleine genommen ein weniger vollständiges, bzw. vorsichtiger formuliert: ein stärker bruchstückhaftes Bild der Wirklichkeit zeichnen. Als Ziel für den Verstehensprozeß der Natur sollten die an diesem Unternehmen beteiligten Wissenschaften als Ideal die Vollständigkeit des Wirklichkeitsverstehens zumindest anstreben – wohl wissend, daß ein so charakterisiertes Stadium der wissenschaftlichen Erkenntnis als solches nicht erkennbar ist, sondern die graduelle Verschiedenheit eines Verständnisses der Natur nur im historischen Kontext beurteilt werden kann. Etwas vorsichtiger kann man diese Anstrengung folgendermaßen formulieren: Das dynamische Zusammenspiel von experimenteller Arbeit, schöpferischer Theorienkonstruktion und metatheoretischer Reflektion führt zu einem zeitbedingten wissenschaftlichen Weltbild bzw. zu einem zeitbedingten Verständnis der Natur.

Diese synthetisierende Aufgabe der Wissenschaftsphilosophie können die einzelwissenschaftlichen Forscher alleine nicht erfüllen. Zwar verfügt die Philosophie weder über ein grundsätzlich anderes Instrumentarium als die Wissenschaften, noch kann sie auf die Unterstützung eines supernaturalen synthetisierenden Geistes hoffen. Vielmehr handelt es sich schlicht um die Frage der Arbeitsteilung. Wenn die Anstrengungen der Wissenschaften auf einer übergeordneten Ebene auf ein ›tieferes‹ Verständnis der Natur abzielen sollten, dann kann in einer Zeit der unterschiedlichsten Disziplinen und hochspezialisierten Forschungsprojekte eine Zusammenführung der einzelnen Ergebnisse nur im Rahmen der Wissenschaftsphilosophie geleistet werden. Entsprechend der eingangs vorgenommenen Unterscheidung kann man dieses Vorhaben als den synthetischen Aspekt der Wissenschaftsphilosophie bezeichnen. Weil die Philosophie aber keine prinzipiell anderen Mittel als die Einzelwissenschaften zur Verfügung hat, mag man den Begriff der Synthese durch den der Kohärenz ersetzen.

Wenn eine Aufgabe der Wissenschaftsphilosophie darin besteht, auf Grund der Ergebnisse der Wissenschaften ein kohärentes Bild der Wirklichkeit bzw. ein kohärentes Verständnis der Natur zu entwerfen, dann erhebt sich daraus die sowohl metaphysisch als auch erkenntnistheoretisch nicht triviale Frage nach der Einheit der Wirklichkeit bzw. die Frage nach der Möglichkeit, die Wirklichkeit überhaupt anders als unter dem Gesichtspunkt der Einheit erkennen zu können. Ohne dieser Frage hier weiter nachgehen zu können, läßt diese in Anbetracht der gegenwärtigen naturphilosophischen und neurowissenschaftlichen Diskussion erahnen, daß selbst auf einer Metaebene der metatheoretischen Reflektion wir sowohl auf die Philosophie als auch auf die Einzelwissenschaften verwiesen sind.

Philosophie und Physik

Im folgenden wird nun stärker der naturphilosophische Zweig der Wissenschaftsphilosophie betont, weil hinsichtlich der Bedeutung der Naturwissenschaften für unser Weltbild eindeutig der inhaltliche Aspekt im Vordergrund steht. Wie bereits angedeutet, handelt es sich bei der naturphilosophischen Reflektion insofern um ein ›synthetisches‹ bzw. um ein ›synthetisierendes‹ Geschäft, als Erkenntnisse aus unterschiedlichen Bereichen der natürlichen Wirklichkeit zu einem kohärenten Bild zusammengefügt werden. Im Kontext dieser Bemühungen wird die Naturphilosophie dadurch charakterisiert, daß sie eine rationale Vorstellung der Natur unter der Voraussetzung entwirft, daß die Aussagen der verschiedenen naturwissenschaftlichen Disziplinen wahr sind. Selbstverständlich ist das so entstehende Weltbild wandelbar und an den jeweils aktuellen Forschungsstand gebunden.

Erkenntnistheoretisch geht mit dieser Charakterisierung der Naturphilosophie bzw. der Wissenschaftsphilosophie eine grundsätzlich realistische Position einher. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Naturwissenschaften Aussagen mit faktischem Gehalt erarbeiten, die ein positives Wissen über die Welt beinhalten. Nur so ist die Annahme gerechtfertigt, daß die Ergebnisse naturwissenschaftlichen Forschens inhaltliche Auswirkungen auf die philosophische Reflektion der Wirklichkeit haben und nicht ausschließlich ein Artefakt einer spezifischen Herangehensweise an Phänomene der Natur sind.

Bezogen auf die Physik stellt sich aus Sicht der Wissenschaftsphilosophie die Frage, inwieweit die Ergebnisse der physikalischen Forschung unser Weltbild und Wirklichkeitsverständnis inhaltlich geprägt haben und beeinflussen. Umgekehrt spielt natürlich auch der Einfluß des geistesgeschichtlichen Hintergrundes auf die Arbeit des Physikers eine bedeutende Rolle. Denn die Entstehung der neuzeitlichen Wissenschaft im allgemeinen und die Herausbildung der modernen Physik im besonderen basieren auf einigen grundlegenden Annahmen über die Wirklichkeit. Wie schon im antiken Verständnis der Physik wird die Natur in dem Sinne als eine Einheit verstanden, daß alle natürlichen Phänomene sich grundsätzlich auf natürliche Prinzipien zurückführen lassen. Es existieren keine übernatürlichen Agentien, die in irgendeiner Weise mit den verschiedenen Erscheinungsformen der Natur wechselwirken. Im Kontext eines solchen naturalistischen Wirklichkeitsverständnisses werden alle natürlichen Phänomene im Prinzip durch den Bezug auf natürliche Ursachen erklärt. Die damit einhergehende Überzeugung, daß zunächst keine natürlichen Phänomene existieren, die wissenschaftlich prinzipiell unerklärbar bleiben, setzt voraus, daß die Wirklichkeit für den Menschen grundsätzlich erkennbar und das Erkannte in seiner Beziehung auf andere Elemente der Wirklichkeit verstehbar ist. Das bedeutet: Physik ist nicht möglich ohne Metaphysik. Denn sobald ein Ereignis in einen physikalischen Kontext eingeordnet wird – sei dieser Kontext eine Beobachtung, ein Experiment oder ein theoretischer Zusammenhang –, ist es in Beziehung zu anderen Ereignissen gesetzt. Im Rahmen der Physik spiegelt sich diese Beziehung in Gesetzen, Theorien oder fundamentalen Prinzipien wider. Dahinter steht die metaphysische Überzeugung, daß Ereignisse in einer Weise untereinander verwoben sind, die sowohl erkannt als auch auf eine formale Struktur abgebildet werden kann. Für denjenigen Gegenstandsbereich der Naturwissenschaft, dem sich die Physik widmet, ist das Abbildungsverhältnis der Wirklichkeit auf formale Strukturen insofern eindeutig, als hier in fast allen Fällen auf die von der Mathematik bereitgestellten Strukturen zurückgegriffen wird.

Hintergrundüberzeugungen

Neben diesen eher philosophisch abstrakten, metaphysischen und erkenntnistheoretischen Grundlagen werden die Forschungsanstrengungen der einzelnen Physiker von Hintergrundüberzeugungen getragen. Dabei handelt es sich um ein metatheoretisches Aussagensystem, das inhaltlich durch die gegenwärtigen naturwissenschaftlichen Erkenntnisse argumentativ gestützt werden kann und das für die jeweilige Forschung richtungsleitend ist. In dieser Explikation von Hintergrundüberzeugungen rücken diese stärker als andere naturwissenschaftliche Aussagen in die Nähe von religiösen Glaubenssätzen. Sie unterscheiden sich von diesen aber grundlegend darin, daß für die Gültigkeit und Zweckmäßigkeit von Hintergrundüberzeugungen ausschließlich auf der Grundlage empirischen Wissens argumentiert wird. Als Beispiel dafür, wie wirkmächtig diese metatheoretischen Positionen das physikalische Denken bestimmen können, sei Einsteins Diktum ›Gott würfelt nicht‹ angeführt, mit dem sich dieser gegen die probabilistische Interpretation der Quantenmechanik wandte und das leitend über seinen Bemühungen stand, die Physik auf eine vollständig deterministische Basis zu stellen.

Die bislang angesprochenen Überzeugungen haben allesamt metaphysischen Charakter und zählen zu den – meist stillschweigend gemachten – Voraussetzungen für einen physikalischen Zugang zur Natur. Obwohl die heute vertraute, neuzeitliche Herangehensweise an natürliche Phänomene ebenso zeitbedingt wie irgendein anderer Naturzugang in der Menschheitsgeschichte ist, so zeigt doch die Betrachtung der Hintergrundüberzeugungen in der modernen Physik das folgende: Abgesehen von den explizit philosophischen Grundannahmen kann für die Voraussetzungen der modernen Physik grundsätzlich mit Hilfe derjenigen Ergebnisse argumentiert werden, die die Wissenschaft hervorbringt. Auf der Basis des aktuellen experimentellen und theoretischen Wissens lassen sich Argumente vorbringen, auf Grund derer eine konkrete Voraussetzung des physikalischen Forschens als mehr oder weniger gerechtfertigt erwiesen werden kann. Wegen derartiger Argumentationen muß heute beispielsweise die Vorstellung eines mechanistischen Weltbildes verworfen werden, demzufolge sämtliche Vorgänge in der Natur streng deterministisch und berechenbar ablaufen.

Die metaphysische Position, daß sich die Wirklichkeit zumindest in Teilbereichen prinzipiell durch Theorien der Physik adäquat beschreiben und verstehen läßt, ist wohl am besten durch den Erfolg der theoretischen Aussagen zu rechtfertigen, der sich sowohl in der Vorhersage bestimmter physikalischer Phänomene als auch in der technischen Umsetzbarkeit der mit ihnen verbundenen Erkenntnisse zeigt. Die erfolgreiche Bewährung der theoretischen Modelle prägt dann wiederum den Inhalt der oben angesprochenen Voraussetzungen. Das in diesem Forschungsprozeß zum Ausdruck kommende wechselseitige Stützungsverhältnis von experimentellen Ergebnissen, grundlegenden Theorien und vorausgesetzten Überzeugungen ist epistemologisch an eine Spielart des Realismus gebunden. Denn nur unter der Annahme, daß die Theorien der Physik etwas Substantielles über die Beschaffenheit der Welt aussagen, kann ihre Bestätigung im Experiment und vor allem ihr Scheitern an der Wirklichkeit erklärt werden.

Theorien und Prinzipien

Die Inhalte des physikalischen Wissens über die Welt sind in erster Linie bestimmt durch die Inhalte der jeweils geltenden physikalischen Theorien. Ausgehend von (systematischen) Beobachtungen und Experimenten sind Theorien kreative Schöpfungen des menschlichen Geistes, die die Beschreibung und Vorhersage einer möglichst großen Zahl von natürlichen Phänomenen innerhalb eines bestimmten Gegenstandsbereichs der Physik ermöglichen. Die Fragen, auf Grund welcher Kriterien eine Theorie besser als eine andere zu beurteilen ist, welches notwendige und hinreichende Bedingungen für eine Theorie sind oder ob es einen Fortschritt innerhalb der Theoriendynamik gibt, werden im Rahmen der Wissenschaftstheorie behandelt. Für die Frage nach dem physikalischen Wirklichkeitsverständnis dagegen liefern die aktuellen Theoriengebäude der Physik ausschnitthaft wesentliche Beiträge. Dabei werden sowohl disparate als auch sich einander überschneidende Bereiche der Wirklichkeit von verschiedenen Theorien bzw. verschiedenen Theoriensystemen beschrieben. Auch hier stellt wiederum die erfolgreiche Vorhersage von natürlichen Phänomenen das Kriterium dafür dar, ob eine Theorie adäquat zur Beschreibung einer bestimmten Phänomenklasse angewandt wird. So ist beispielsweise die Quantentheorie sicherlich auch für kosmische Vorgänge gültig, zur Beschreibung der meisten kosmischen Phänomene stellt aber die klassische Himmelsmechanik die geeignetere Theorie dar.

Wichtiger für ein Verständnis der Wirklichkeit als die Theorien sind die physikalischen Prinzipien. Dabei handelt es sich um grundlegende Aussagen, denen die Eigenschaften der Allgemeingültigkeit und Verbindlichkeit wegen ihrer herausragenden Bestätigung in vielen und möglichst unterschiedlichen Bereichen der Physik zugeschrieben werden. Weil sie für verschiedene theoretische Konzepte und Theorien konstitutiv sind, wird ihre Geltung seltener in Frage gestellt als die Richtigkeit von Theorien. Vielmehr fungieren sie sogar als Richtschnur bei der Formulierung neuer theoretischer Entwürfe, weil sie zum Kernbestand des physikalischen Wirklichkeitsverständnisses gehören und deswegen streng beachtet werden. Zu diesen Prinzipien zählen beispielsweise die Hauptsätze der Thermodynamik, die wichtigsten Erhaltungssätze der Mikrophysik, aber auch das Prinzip der Kausalität oder das kosmologische Prinzip. Zusammen mit den Theorien der Physik lösen sie in gewissem Sinne die historischen Prinzipien des klassischen, metaphysischen Naturverständnisses ab und bilden die Grundlage einer modernen Metaphysik der Natur.

Weltbild der Physik

Wenn man inhaltlich die Aussagen der gültigen physikalischen Theorien, die physikalischen Prinzipien, die implizit wirksamen Hintergrundüberzeugungen und die Erkenntnisse der philosophischen Reflektion über die Physik zusammennimmt, gelangt man zu dem zeitgemäßen Weltbild der Physik. Wie beispielhaft das Manko einer fehlenden gemeinsamen theoretischen Grundlage von Quantenmechanik und Allgemeiner Relativitätstheorie zeigt, trägt dieses Weltbild zwar noch fragmentarische Züge. Es liefert aber ein relativ kohärentes Bild der Wirklichkeit, insofern diese von den theoretischen Aussagen der Physik erfaßt werden kann. Die Kohärenz zeigt sich vor allem in den Korrespondenzprinzipien, die den wechselseitigen Übergang des Geltungsbereichs von verschiedenen Theorien beschreiben. Die Korrespondenzprinzipien repräsentieren damit die Tatsache, daß Theorien, die hinsichtlich ihrer Erklärungskraft von physikalischen Phänomenen in Relation zu anderen Theorien schwächer sind, in einem klar abgegrenzten Bereich dennoch zu Recht ihre Funktion behalten, obwohl umfassendere und in ihren Voraussagen genauere Theorien existieren. Neben der bekanntesten Korrespondenz zwischen Quantenmechanik und klassischer Mechanik seien als Beispiele die geometrische Optik und die Newtonsche Gravitationstheorie genannt, die sich als Grenzfälle der Wellenmechanik und der Allgemeinen Relativitätstheorie für kleine Wellenlängen bzw. für schwache Gravitationsfelder ergeben.

Der Umstand, daß sich im Laufe der Geschichte der Physik neue Theorien etabliert haben, die einen umfassenderen Geltungsbereich als ihre Vorgänger aufweisen und zudem deren begrenzte Erklärungsansprüche verständlich werden lassen, liefert ein Argument für die folgende Behauptung: Im Rahmen der Physik ist es grundsätzlich möglich, auch deren Grenzen im Zuge einer empirisch gestützten, theoretischen Naturbeschreibung zu erklären. Die Grenzen der Physik sind also nicht prinzipiell einem naturwissenschaftlichen Verständnis entzogen und können dementsprechend auch überschritten werden. Dies zeigen unter anderem die Entwicklungen in der Theorie chaotischer Systeme und in den Selbstorganisationstheorien. Chaotisches Verhalten und die Entstehung komplexer Strukturen schienen sich lange Zeit einer theoretischen Beschreibung zu entziehen, können nun aber zumindest in bestimmten Erscheinungsformen nomologisch erfaßt werden.

Das Wirklichkeitsverständnis bzw. das Weltbild der Physik ist von einem Naturalismus geprägt, bei dem die Natur als ein kausal geschlossenes System verstanden wird. In diesem Kontext werden so viele Entitäten zur Erklärung der Wirklichkeit angenommen, wie es das nomologische Netz, mit dem die physikalischen Phänomene erklärt werden, erfordert. Innerhalb dieses nomologischen Netzes spielt die Quantentheorie die herausragende Rolle. Sie stellt den theoretischen Hintergrund für fast alle in der Natur beobachteten Phänomene dar – die Ausnahme bilden die gravitativen Vorgänge. Demnach wird die Wirklichkeit konstituiert durch Elementarteilchen bzw. Felder und die Raumzeit. Zwar besteht die (physikalische) Realität aus vielen ineinandergeschachtelten und miteinander verwobenen Schichten. Aber obwohl diese Realitätsschichten sich qualitativ unterscheiden, sind sie hinsichtlich ihrer konstitutiven Entitäten vollständig gleich – ein Hinweis auf die ontologische Einheit der Wirklichkeit. Die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen im atomaren und subatomaren Bereich (starke Wechselwirkung und elektroschwache Wechselwirkung) werden im Rahmen des Standardmodells der Elementarteilchen durch renormierbare Quantenfeldtheorien beschrieben. Eine Erklärung der kosmischen Phänomene liefert das Standardmodell der Kosmologie, das eine Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie auf die Materieverteilung im Universum darstellt sowie die Wechselwirkung zwischen Materie bzw. Energie und der Krümmung der Raumzeit beschreibt. Die bereits angesprochene Bedeutung von fundamentalen Prinzipien für das Wirklichkeitsverständnis der Physik manifestiert sich in der Entstehung dieser zwei grundlegenden Standardmodelle. Sie sind beide aus der Anwendung von Symmetrieprinzipien entwickelt worden: aus den Eichsymmetrien bzw. aus dem Prinzip der allgemeinen Kovarianz. Nicht zuletzt auf Grund der erfolgreichen Umsetzung dieser Prinzipien ist die zeitgenössische Physik bestimmt von der Suche nach Symmetrien und Invarianzen.

Die Entwicklung der Physik kann als eine Geschichte des Vereinheitlichungsgedankens betrachtet werden. Phänomene aus unterschiedlichen Bereichen der Wirklichkeit werden auf einer gemeinsamen theoretischen Grundlage verständlich. Dies gilt für die Aufstellung einfacher gesetzesartiger Zusammenhänge ebenso wie für die Entstehung der Newtonschen Mechanik, für die Formulierung der Elektrodynamik oder für die Ausarbeitung der statistischen Thermodynamik (Thermodynamik und Statistische Mechanik). In einem Naturgesetz werden die Gemeinsamkeiten von verschiedenen Phänomenen zum Ausdruck gebracht, und auf einer höheren Ebene der Theorienkonstruktion kann man nach gemeinsamen Eigenschaften einer Menge von Gesetzen suchen. Sich daraus ergebende neue, übergeordnete Theorien gelten als erfolgreich, wenn sie einen Wirklichkeitsbereich beschreiben, dessen Grenzen weiter gezogen sind als die der Vorgänger-Theorien. Besondere Erwartungen an die erklärende Kraft einer übergeordneten Theorie darf man dann stellen, wenn diese Überschußbedeutungen liefert, d.h. wenn sie Aussagen über Phänomene macht, die im Kontext bisheriger Theorien unbekannt waren – ein Beispiel bietet die theoretische Beschreibung des Positrons in der relativistischen Quantenmechanik von Dirac (Dirac-Gleichung). Das Streben nach einer einheitlichen Naturbeschreibung zeigt sich heute in der Suche nach einer befriedigenden vereinheitlichten Theorie mit spontaner Symmetriebrechung, die die starke und die elektroschwache Wechselwirkung in einer einzigen Theorie erfaßt und die Eigenschaften der verschiedenen Teilchen im Universum erklärt. Die größte Schwierigkeit stellt allerdings die Integration der Gravitation in eine vereinheitlichte Theorie dar. Dieses Problem und die Abstraktheit der bislang vorgestellten theoretischen Ansätze der Vereinheitlichung weisen auch auf die grundsätzliche Problematik des Reduktionismus hin: Die von der Physik erwünschte Vermeidung von Kontingenzen und die angestrebte Ausweitung des Geltungsbereiches nomologischer Beschreibungen könnte zu einer universellen Theorie führen, die die natürlichen Phänomene nur auf einer derart abstrakten mathematischen Ebene zu erfassen vermag, daß der Bezug ihrer theoretischen Terme zur physikalischen Realität zunehmend verloren geht und im ungünstigen Fall nicht mehr hergestellt werden kann.

Literatur:

A. Bartels, Grundprobleme der modernen Naturphilosophie, Paderborn, Schöningh, 1996.

B. Kanitscheider, Philosophie und Physik: Systeme, Strukturen, Synthesen, Darmstadt, Wissenschaftliche Buchgesellschaft, 1979.

B. Kanitscheider, Wissenschaftstheorie der Naturwissenschaft, Berlin, de Gruyter, 1981.

L. Krüger und B. Falkenburg (Hrsg.), Physik, Philosophie und die Einheit der Wissenschaften, Heidelberg, Spektrum Akademischer Verlag 1995.

C.F.v. Weizsäcker, Aufbau der Physik, München, Hanser, 1985.

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Prof. Dr. Hans Berckhemer, Frankfurt [HB1] (A, B) (29)
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Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
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Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
Prof. Dr. Gerd Graßhoff, Bern [GG] (A) (02)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
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Dr. Christoph Heinze, Hamburg [CH3] (A) (29)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Florian Herold, München [FH] (A) (20)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Dr. Georg Hoffmann, Gif-sur-Yvette, FR [GH1] (A) (29)
Dr. Gert Jacobi, Hamburg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Dr. Catherine Journet, Stuttgart [CJ] (A) (Essay Nanoröhrchen)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen, [JK] (A) (04; Essay Numerische Methoden in der Physik)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Freiburg [CK] (A) (14, 15; Essay Quantengravitation)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [UK] (A) (19)
Dr. Uwe Klemradt, München [UK1] (A) (20, Essay Phasenübergänge und kritische Phänomene)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, USA [AK3] (A) (02)
Dr. Berndt Koslowski, Ulm [BK] (A) (Essay Ober- und Grenzflächenphysik)
Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
Dr. Jens Kreisel, Grenoble [JK2] (A) (20)
Dr. Gero Kube, Mainz [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdeburg [VL] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, München [AL] (A) (20)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, NZ [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Prof. Dr. Karl von Meyenn, München [KVM] (A) (02)
Dr. Rudi Michalak, Augsburg [RM1] (A) (23)
Helmut Milde, Dresden [HM1] (A) (09)
Günter Milde, Dresden [GM1] (A) (12)
Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33)
Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20; Essays Molekularstrahlepitaxie, Ober- und Grenzflächenphysik und Rastersondenmikroskopie)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexico [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, München [RAP] (A) (14)
Dr. Andrea Quintel, Stuttgart [AQ] (A) (Essay Nanoröhrchen)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15; Essay Quanteninformatik)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15; Essay Quantenmechanik und ihre Interpretationen)
Prof. Dr. Siegmar Roth, Stuttgart [SR] (A) (Essay Nanoröhrchen)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Dr. Margit Sarstedt, Leuven, B [MS2] (A) (25)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Michael Schmid, Stuttgart [MS5] (A) (Essay Nanoröhrchen)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Paul Steinhardt, Princeton, USA [PS] (A) (Essay Quasikristalle und Quasi-Elementarzellen)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, München [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, München [SS1] (A) (22)
Cornelius Suchy, Brüssel [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, München [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Gerald 't Hooft, Utrecht, NL [GT2] (A) (Essay Renormierung)
Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Köln [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Dr. Hildegard Wasmuth-Fries, Ludwigshafen [HWF] (A) (26)
Manfred Weber, Frankfurt [MW1] (A) (28)
Priv.-Doz. Dr. Burghard Weiss, Lübeck [BW2] (A) (02)
Prof. Dr. Klaus Winter, Berlin [KW] (A) (Essay Neutrinophysik)
Dr. Achim Wixforth, München [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, USA [SW] (A) (16)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23; Essay Organische Supraleiter)
Priv.-Doz. Dr. Jörg Zegenhagen, Stuttgart [JZ3] (A) (21; Essay Oberflächenrekonstruktionen)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, München [WZ] (A) (20)

Mitarbeiter Band V

Dr. Ulrich Kilian (verantwortlich)
Christine Weber

Redaktionsassistenz:

Matthias Beurer

Physikhistorische Beratung:

Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin

Autoren (A) und Berater (B):

In eckigen Klammern steht das Autorenkürzel, die Zahl in der runden Klammer ist die Fachgebietsnummer; eine Liste der Fachgebiete findet sich im Vorwort.

Prof. Dr. Klaus Andres, Garching [KA] (A) (10)
Markus Aspelmeyer, München [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
Doz. Dr. Hans-Georg Bartel, Berlin [HGB] (A) (02)
Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Frankfurt [HB1] (A, B) (29; Essay Seismologie)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Prof. Dr. Martin Dressel, Stuttgart (A) (Essay Spindichtewellen)
Dr. Michael Eckert, München [ME] (A) (02)
Dr. Dietrich Einzel, Garching (A) (Essay Supraleitung und Suprafluidität)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Wien [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmern [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Essays Symmetrie und Vakuum)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Dr. Sascha Hilgenfeldt, Cambridge, USA (A) (Essay Sonolumineszenz)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Dr. Gert Jacobi, Hamburg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen [JK] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Freiburg [CK] (A) (14, 15)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [UK] (A) (19)
Thomas Kluge, Jülich [TK] (A) (20)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, USA [AK3] (A) (02)
Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
Dr. Gero Kube, Mainz [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdeburg [VL] (A) (04)
Dr. Anton Lerf, Garching [AL1] (A) (23)
Dr. Detlef Lohse, Twente, NL (A) (Essay Sonolumineszenz)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, München [AL] (A) (20)
Prof. Dr. Jan Louis, Halle (A) (Essay Stringtheorie)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, NZ [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Dresden [RM1] (A) (23; Essay Tieftemperaturphysik)
Günter Milde, Dresden [GM1] (A) (12)
Helmut Milde, Dresden [HM1] (A) (09)
Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
Prof. Dr. Andreas Müller, Trier [AM2] (A) (33)
Prof. Dr. Karl Otto Münnich, Heidelberg (A) (Essay Umweltphysik)
Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexico [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, München [RAP] (A) (14)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Prof. Dr. Erhard Scholz, Wuppertal [ES] (A) (02)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14; Essay Spezielle Relativitätstheorie)
Dr. Erwin Schuberth, Garching [ES4] (A) (23)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, München [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, München [SS1] (A) (22)
Dr. Berthold Suchan, Gießen [BS] (A) (Essay Wissenschaftsphilosophie)
Cornelius Suchy, Brüssel [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, München [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Stefan Theisen, München (A) (Essay Stringtheorie)
Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Köln [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Dr. Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Manfred Weber, Frankfurt [MW1] (A) (28)
Dr. Martin Werner, Hamburg [MW] (A) (29)
Dr. Achim Wixforth, München [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, USA [SW] (A) (16)
Dr. Stefan L. Wolff, München [SW1] (A) (02)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, München [WZ] (A) (20)

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