11. Januar 2005 Einstein hat offenbar vielen etwas zu bieten. In diesem Jahr, in dem wir die hundertste Wiederkehr seines "Wunderjahres" feiern, ist man versucht, sich aus seinem Mythos eine Art Zaubertrank zu destillieren, aus dem sich neue Innovationskraft schöpfen läßt. Wie aber konnte es zu dem beispiellosen Innovationsschub kommen, bei dem der Technische Experte dritter Klasse am Berner Patentamt die klassische Physik aus den Angeln hob? Es mangelt nicht an Rezepturen für die Einsteinsche Kreativität. Mal erklärt man sein Gehirn zum Hauptingrediens, mal sein vermeintlich kindliches Gemüt, mal sein Verhältnis zu Frauen, mal meint man aus Einsteins Genialität ableiten zu können, daß Phantasie letztlich wichtiger sei als Wissen.
Aus der Sicht einer Geschichte des Wissens taugen solche Hausrezepte wenig. Die Bedingungen der Einsteinschen Revolution erschließen sich erst, wenn man das gesamte intellektuelle Laboratorium in den Blick nimmt, aus dem die neuen Ideen von 1905 hervorgegangen sind. Dabei wird deutlich, daß Einsteins Innovation kein Alchemistenstück war, für das sich eine Rezeptur angeben ließe, sondern das Ergebnis einer Transformation von Wissen, bei der die Bewahrung von Überliefertem mindestens ebenso wichtig war wie dessen Veränderungen.
Wurzeln der Revolution in der Antike
Wo aber liegen die Wurzeln der Revolution von 1905? Die Begriffe und Vorstellungen, die sie verändert hat, gehen auf die Anfänge der Wissenschaft in der Antike zurück. Es sind Begriffe, die aus jenem intuitiven Alltagswissen kommen, mit dem wir uns in unserer Lebenswelt praktisch zurechtfinden - etwa solche, die unsere Sprache für die Veränderungen von Körpern und die Wechselwirkungen zwischen ihnen bereithält. Die ersten dieser Begriffe stammen aus den Denksystemen der griechischen Philosophen vor Sokrates. Deren Systeme waren Konkurrenzunternehmen zu den Göttermythen. Von diesen setzten sie sich ab, indem sie Naturprozesse universalisierten: Sie hoben einen Naturvorgang heraus, um alles andere daraus abzuleiten. So führte Thales von Milet alles auf das Wasser und seine Verwandlungen zurück, sein Landsmann Anaximenes alles auf die Verdichtung und Verdünnung der Luft. Die Beliebigkeit derartiger Erklärungen ist bereits früh aufgefallen. Ein Versuch, ihr zu entkommen, unternahm Parmenides von Elea, der an die Stelle der Universalisierung von Naturvorgängen eine Reflexion auf die Sprache setzte, mit der wir über die Wirklichkeit reden. So gelangte Parmenides zu der Auffassung, das "Sein" schlechthin sei unzerstörbar, einzig und von höchster Einfachheit.
Die großen Naturtheorien der Antike, der Atomismus, der Platonismus und der Aristotelismus, haben die vorsokratischen Erklärungsansätze aufgenommen und weiterentwickelt. Aber auch sie blieben im wesentlichen von einer Reflexion des intuitiven Alltagswissens als ihrer empirischen Grundlage abhängig. So entstand der Atomismus durch die Verlagerung eines intuitiven Denkmodells in die Mikrowelt: Sein Hauptvertreter Demokrit faßte die Atome als kleine, unzerstörbare Einheiten des Seins auf, die sich in einem absolut leeren Raum bewegen. Damit schien sich der Atomismus der Kritik des Parmenides zu entziehen. Doch diese ließ sich auch als Erkenntniskritik auffassen. So bei Platon, der zum einzig legitimen Ausgangspunkt für Erkenntnisgewinn eine Ideenwelt erklärte, auf die er aus der Existenz abstrakter Begriffe in der Mathematik schloß. Aristoteles dagegen stellte aus dem reichen Begriffsvorrat des intuitiven Alltagswissens einen Kernbestand zusammen, dessen universelle Geltung er durch ein umfassendes theoretisches System abzusichern versuchte. Es sind Begriffe wie "Stoff" und "Form", deren Verhältnis im Zentrum seiner Auffassung der körperlichen Wirklichkeit steht. Aristoteles hatte sie der Erfahrung natürlicher oder künstlicher Erzeugungsprozesse nachgebildet. Er gliederte die körperliche Welt in verschiedene konzentrische Sphären und unterschied zwischen dem himmlischen Äther und vier irdischen Elementen. Diese stellte er sich als Kontinua vor, die alles erfüllen, so daß es nirgends leeren Raum gibt.
Kopernikus: Neues Weltbild, neue Physik
Am Beginn der Neuzeit schlug Kopernikus eine Interpretation der Himmelserscheinungen vor, die eine neue Ordnung in das überlieferte Wissen brachte. Dies geschah aber nicht aus dem Nichts, sondern auf der Grundlage einer langen Tradition beobachtender und berechnender Astronomie. Seine Verlegung des Zentrums der Himmelsbewegungen von der Erde in die Sonne sollte sich bald auch auf die irdische Physik auswirken. Denn das System des Kopernikus stellte nicht nur die aristotelische Sicht des Kosmos als "Zwiebel" konzentrischer Sphären in Frage, sondern war auch eine Herausforderung für das hergebrachte Verständnis von Bewegungen. Insbesondere wurde die Unterscheidung zwischen wahren und scheinbaren Bewegungen zu einer brisanten Frage, deren Studium letztlich den Anlaß für die Einführung des neuzeitlichen Begriffs von der Relativität der Bewegung bildete.
Die neuzeitliche Wissenschaft war aber nicht nur das Ergebnis langfristiger Akkumulations- und Transformationsprozesse von Wissen. Sie war auch eine Folge des Aufstiegs neuer Eliten, die das Potential dieses Wissens zur Bewältigung praktischer Herausforderungen einzusetzen vermochten. Das überlieferte aristotelische Weltbild verwandelte sich für sie zu einer Folie, vor deren Hintergrund die neugewonnenen Erkenntnisse zu Bausteinen für ein neues Weltbild wurden: das Weltbild der klassischen Mechanik. Aber auch für dieses blieb das intuitive Alltagswissen die entscheidende Grundlage. Sowohl der neuzeitliche Atomismus eines Galilei oder Newton als auch Vorstellungen eines raumerfüllenden Kontinuums wie bei Descartes oder Huygens knüpften direkt an antike Vorstellungen an. Im 19. Jahrhundert wurde daraus schließlich der alles durchdringende Äther als Träger des Lichts und der elektromagnetischen Erscheinungen.
Wachstum des Wissens
So schien die klassische Mechanik die Grundlage aller weiteren Naturwissenschaften darzustellen, wenn nicht überhaupt aller Wissenschaft. Dies gilt insbesondere für ihre Begriffe von Raum und Zeit, die von Philosophen wie Kant zur unerschütterlichen Grundlage des menschlichen Denkens erklärt wurden. Im Verlaufe des 19. Jahrhunderts drangen die mathematischen Begriffe von Raum und Zeit durch die ökonomische und technische Entwicklung dann immer mehr in das Alltagsleben vor, wie etwa die Standardisierung von Maßsystemen zeigt. Zugleich nutzte die klassische Physik zunehmend Erkenntnisquellen aus dem Bereich des praktischen Wissens, zu dem nun zunehmend auch Technologien beitrugen, die nicht mehr rein mechanisch waren - etwa die der Dampfmaschine. Eine wichtige Rolle spielten forschende Ingenieure wie Sadie Carnot, die solche Technologien gezielt unter dem Gesichtspunkt des Erkenntnisgewinns betrachteten.
Umgekehrt wurde die reine Naturwissenschaft nun zunehmend nützlich. Im Verlauf des 19. Jahrhunderts wuchs sie zu einem Großbetrieb heran, in dem nicht mehr über Weltsysteme gestritten, sondern innerhalb abgezirkelter Disziplinen nach jeweils eigenen Methoden Wissen produziert wurde. Die Begriffe der Mechanik blieben dabei gemeinsamer Bezugspunkt, der durch Versuche, auch nichtmechanische Wechselwirkungen wie Elektrizität, Wärme oder Licht durch mechanische Denkmodelle zu erklären, zunächst noch an Bedeutung zunahm. Im Anschluß an Michael Faradays Überlegungen zu elektrischen und magnetischen Kraftlinien und in der Tradition von Huygens' Optik versuchte James Clerk Maxwell elektromagnetische Erscheinungen einschließlich des Lichts mit Hilfe eines mechanischen Äthers zu erklären. Auch als Grundlage für die Erklärung von Wärmeerscheinungen wurden mechanische Modelle herangezogen, etwa die Vorstellung, daß Wärme nichts anderes sei als die Bewegung von Atomen.
Mit dem Wachstum des Wissens wurde es jedoch immer schwieriger, widerspruchsfreie mechanische Theorien zu formulieren. Äther und Atome litten zunehmend an einem "Figaroproblem": Sie mußten gleichzeitig auf verschiedenen Gebieten - von der Optik bis zur Wärmelehre - immer zahlreichere Funktionen erfüllen, die sich im Rahmen der klassischen Physik schließlich als unvereinbar herausstellten. Zugleich emanzipierten sich die Elektrodynamik Maxwells und die Thermodynamik von Rudolf Clausius zu selbständigen Teilgebieten der Physik, deren zentrale Begriffe "Feld" und "Entropie" letztlich keiner mechanischen Begründung mehr bedurften. Wissenschaftsphilosophen und -historiker wie Ernst Mach nahmen diese Situation zum Anlaß, auch die Grundbegriffe der Mechanik kritisch zu überprüfen.
Physik zerfällt in drei Teilgebiete
Gegen Ende des 19. Jahrhunderts war auf diese Weise eine völlig neue Situation entstanden. Die klassische Physik zerfiel in drei Teilgebiete: den Elektromagnetismus, die Mechanik und die Thermodynamik. Zwischen diesen begrifflichen Kontinenten bildeten sich Verwerfungszonen aus, in denen sich Grenzprobleme häuften und die Wahrscheinlichkeit für ein wissenschaftliches Erdbeben wuchs.
Diese Grenzprobleme bildeten zentrale Forschungsgegenstände von Wilhelm Wien, Max Planck, Hendrik Antoon Lorentz und Ludwig Boltzmann, den Meistern der klassischen Physik. Sie alle untersuchten diese Grenzprobleme aber vor allem aus dem Blickwinkel ihres jeweiligen Wissenskontinents. Ihnen fehlte die umfassende Perspektive, aus der ihnen die Brisanz dieser Probleme hätte auffallen können.
Einstein mit umfassender Perspektive
Diese umfassende Perspektive nahm erst Einstein ein. Die Arbeiten der Meister der klassischen Physik zu deren Grenzproblemen waren dabei der Ausgangspunkt seiner wissenschaftlichen Revolution von 1905. Einsteins weitgehend autodidaktisches Studium und die Diskussionen mit den Freunden der Boheme seiner Züricher Studentenzeit bildeten den intellektuellen Reaktor, in dem sich die Einsichten von Wien, Planck, Lorentz und Boltzmann nun in die Grundlagen einer neuen Physik verwandelten. Die Substanz dieser Revolution war nicht neu, sondern das Ergebnis einer Jahrhunderte währenden Anhäufung und Umorganisation von Wissen. Neu war jedoch der begriffliche Aufbau, den dieses Wissen jetzt durch eine Art kopernikanische Revolution erhielt. An die Stelle des Äthers traten neue Begriffe von Raum und Zeit. An die Stelle der Wellenvorstellung des Lichts trat ein Dualismus von Welle und Teilchen, der sich nicht mehr mit den Begriffen der Mechanik fassen läßt. Und an die Stelle der klassischen Atome und ihrer Bewegungen traten neuartige Teilchen, deren Existenz zwar nicht länger hypothetisch blieb, deren Eigenschaften sich jedoch nur noch statistisch beschreiben lassen.
Die Voraussetzungen von Einsteins revolutionärer Erneuerung der Physik lagen also ebensosehr in der Art, wie er das Überlieferte zu bewahren verstand, wie in seinem Orientierungswissen, das ihn dessen Grenzen erkennen ließ. Zu Einsteins Orientierungswissen gehörte nicht zuletzt ein erkenntniskritischer Blick auf die langfristige Entwicklung des Wissens. Diesem Überblick ist es wohl auch zu verdanken, daß er nach dem Durchbruch von 1905 nicht übersah, daß die Revolution der klassischen Physik keineswegs abgeschlossen war. Wie sehr es sich auch weiterhin lohnte, ihre überlieferten Grundlagen zu hinterfragen, zeigt die allgemeine Relativitätstheorie von 1915, die wiederum von der historisch-philosophischen Kritik Machs wesentliche Anregungen bezog und die das Rätsel der Schwerkraft auf eine überraschende Art löste. Hatte sich Newton bei seinem Begriff der Schwerkraft eng an unserer Alltagserfahrung orientiert, erklärte Einstein dieses Phänomen nun durch die Krümmung von Raum und Zeit. Damit hatte sich die Naturwissenschaft um ein weiteres Stück von der begrifflichen Verhaftung im intuitiven Alltagswissen emanzipiert. Andererseits waren aus den Erkenntniskategorien Raum und Zeit wieder Gegenstände der physikalischen Erkenntnis geworden. Die materielle Welt wurde unanschaulicher, aber zugleich der Erforschung zugänglicher. Dieser Prozeß sollte sich im weiteren Verlauf des 20. Jahrhunderts bei der Frage nach den Grundstrukturen der Materie fortsetzen und ist heute noch nicht zu Ende.
Jürgen Renn ist Direktor am Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte und organisiert die Ausstellung "Albert Einstein - Ingenieur des Universums", die am 16. Mai 2005 im Berliner Kronprinzenpalais eröffnet wird. Vom Frühjahr an erscheinen in der von ihm herausgegebenen Reihe "Abenteuer Wissensgeschichte" im Verlag Wiley VCH mehrere Bücher zum Thema.
Text: Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung, 09.01.2005, Nr. 1 / Seite 58/59
Bildmaterial: F.A.Z., FAZ.NET
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