Thomas Warzog
Metaphysik
Quintessenzen
Hardcover März 2023
137 Seiten | ca. 17,0 x 24,0 cm
ISBN: 978-3-96014-984-2
Metaphysik
Quintessenzen
Hardcover März 2023
137 Seiten | ca. 17,0 x 24,0 cm
ISBN: 978-3-96014-984-2
In diesem Essay werden wesentliche Grundlagen und Prinzipien der Metaphysik offengelegt. Dabei wird zwischen der Physik, wie sie im Labor der Experimentalphysiker stattfindet, und der Metaphysik unterschieden. Dabei werden besonderes die Quellen der physikalischen Erkenntnis sowie ihre Deduktionen und Deutungen in den Blick gestellt. Die Grundlagen und Prinzipien der Mechanik, Elektrodynamik, der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie sowie der Quantenmechanik werden vorgestellt.
Dieser Essay richtet sich primär an Leser, welche sich für die Grundlagen und Prinzipien in wesentlichen Disziplinen der theoretischen Physik interessieren. Ich habe den mathematischen Formalismus so weit wie möglich eingegrenzt, um die wesentlichen physikalischen Konstruktionen in den Vordergrund zu stellen. Dabei lasse ich gelegentlich auch meine Sicht in die Erkenntnisgewinnung einfließen. Der Leser kann über den einzelnen Formalismus hinweglesen, um sich auf das verbale Ergebnis des Abschnitts zu konzentrieren, welche in den Fazits und Hinweisen zusammengefasst werden.
Die Betrachtung der Auswirkungen der Physik und der Metaphysik auf die gesellschaftliche, aber auch geistige Entwicklung der Menschheit ist immens. Sie beginnen mit den alltäglichen Einrichtungen von der Handhabung von Strom und elektrischen Geräten bis zur Nutzung des Internets und moderner Kommunikationsmöglichkeiten. Die Grundlagen hierfür hat zweifelsohne die Physik geschaffen. Ist es nicht genau deshalb ratsam, sich mit den Grundlagen der Metaphysik auseinanderzusetzen, um hierfür ein Grundverständnis zu gewinnen? Dieser Essay möchte den Leser dazu einladen.
In diesem Essay möchte ich die wesentlichen Grundlagen und Prinzipien der Metaphysik offenlegen. Dabei unterscheide ich zwischen der Physik, wie sie im Labor der Experimentalphysiker stattfindet, und der Metaphysik, welche einerseits die theoretischen Begrifflichkeiten und Naturgesetze zur Beschreibung der physikalischen Abläufe bereitstellt und andererseits aus den induktiven Erkenntnissen der Physik gespeist wird. Dabei stelle ich besonders die Quellen der physikalischen Erkenntnis sowie ihre Deduktionen und Deutungen in den Blick.
Es ist mir ein Anliegen, den Leser besonders auf die Quellen der Erkenntnis hinzuweisen. Es ist meines Erachtens zulässig von der Existenz bestimmter Begrifflichkeiten wie beispielsweise der Existenz von Elementarteilchen und der Zuordnung von Energie, Impuls oder dem Ort auszugehen. Da diese Be- grifflichkeiten im öffentlichen Diskurs oft verwendet werden, kann es hilfreich sein, den Ursprung dieser Begriffe besser zu verstehen. Dieser Essay möchte hierzu einen Beitrag leisten.
Der Physiker und Philosoph Ernst Mach (1838-1916) soll zu Beginn der stürmischen Entwicklung der Atomtheorie zu Beginn des 20. Jahrhunderts auf die Frage nach der Existenz von Atomen die Standardantwort gegeben ha- ben: „Ham‘s welche gesehen?“. Die hervorragendsten theoretischen Physiker des 20. Jahrhunderts wie unter anderem Albert Einstein (1879-1955) haben sich intensiv mit den philosophischen Positionen eines Ernst Machs und den Quellen der physikalischen Erkenntnis auseinandergesetzt und ihre Hochachtung vor der unmittelbaren Erfahrung mit der Natur ausgedrückt.
Spätestens mit der Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik wurde eine positivistische Sicht, wie sie ein Ernst Mach gefordert hatte, in der theoretischen Physik zurückgestellt. Die Physik bedarf der Deutung und Begründung physikalischer Erkenntnisse. Der Philosoph Arthur Schopenhauer (1788-1860) stellte in seinem Hauptwerk „Die Welt als Wille und Vorstellung“ folgerichtig fest:
„Die Physik vermag nicht auf eigenen Füßen zu stehen, sondern bedarf einer Metaphysik, sich darauf zu stützen; so vornehm sie auch gegen diese tun mag.“
Dieser Essay richtet sich primär an Leser, welche sich für die Grundlagen und Prinzipien in wesentlichen Disziplinen der theoretischen Physik interessieren. Ich habe den mathematischen Formalismus so weit wie möglich eingegrenzt, um die wesentlichen physikalischen Konstruktionen in den Vordergrund zu stellen. Dabei lasse ich gelegentlich auch meine Sicht in die Erkenntnisgewinnung einfließen. Der Leser kann über den einzelnen Formalismus hinweglesen, um sich auf das verbale Ergebnis des Abschnitts zu konzentrieren, welche in den Fazits und Hinweisen zusammengefasst werden.
Ich beginne meine Darlegung mit einem kurzen geschichtlichen Abriss zur Metaphysik. Dabei stelle ich fest, dass in der ursprünglichen Bedeutung des griechischen Wortes die Metaphysik sich mit der Deutung der physikalischen Wirklichkeit beschäftigt. Von der Antike bis zu Kant hat der Begriff der Metaphysik einen Bedeutungswandel erfahren. Während im Mittelalter Thomas von Aquin die Metaphysik verwendet hat, um die christliche Theologie mit dem antiken Neuplatonismus einer Synthese zuzuführen, hatte Immanuel Kant die Metaphysik auf die Grundlagen der Erkenntnistheorie zurückgeführt. Spätestens seit der Aufklärung hat die Metaphysik keinen Bezug mehr zu ihrer ursprünglichen Definition.
Aus meiner Sicht wäre es notwendig, zwischen der Wirklichkeit der Natur, der Physik, welche diese in Experimenten erforscht und der Metaphysik, welche der Physik eine theoretische Beschreibung gibt, zu unterscheiden. Dabei kommt selbst die Metaphysik nicht ohne philosophische Fundamente aus. Die Metaphysik setzt beispielsweise das Kausalitätsprinzip sowie die Objektivierbarkeit physikalischer Erkenntnisse durch das Prinzip der Induktion und das Prinzip der Deduktion in der Metaphysik voraus. Dabei wird bekanntlich ausgiebig von der Formelsprache der Mathematik Gebrauch gemacht, in deren Sprache physikalische Gesetze und Ableitungen formuliert werden. Physikalische Erhaltungsgrößen können in der Regel aus einer Symmetrie des physikalischen Systems abgeleitet werden. Dieser Zusammenhang ist fundamental in allen Disziplinen der Physik, welcher in diesem Essay eine besonders hohe Aufmerksamkeit erfährt. Was ist der tiefere Grund dafür?
Platonische Ideen stellen laut dem antiken Philosophen Platon eine überzeitliche Wirklichkeit dar, welche er in dem Höhlengleichnis seines Werks „Politeiea“ eindrucksvoll veranschaulicht hatte. Physikalische Naturgesetze, Erhaltungsgrößen und Prinzipien können daran erinnern. Sind die Deduktionen der Metaphysik als wirklicher anzusehen als die Induktionen in der Physik selbst?
Unstrittig ist, dass die Metaphysik sich auch mit religiösen Fragen auseinandersetzt, auch da wo die Bedeutung der Religion für die Physik negiert wird. Auffällig ist, dass bedeutende Physiker seit der Aufklärung eher ein pantheistisches Weltbild vertreten haben. Jenseits der Erfahrungen mit der Physik haben sich selten Physiker zu einem persönlichen Gottesbild öffentlich bekannt. Ist womöglich die Fokussierung der Physik auf die materielle Wirklichkeit der Grund dafür?
Die Betrachtung der Auswirkungen der Physik und der Metaphysik auf die gesellschaftliche, aber auch geistige Entwicklung der Menschheit ist immens. Sie beginnen mit den alltäglichen Einrichtungen von der Handhabung von Strom und elektrischen Geräten bis zur Nutzung des Internets und moderner Kommunikationsmöglichkeiten. Die Grundlagen hierfür hat zweifelsohne die Physik geschaffen. Ist es nicht genau deshalb ratsam, sich mit den Grundlagen der Metaphysik auseinanderzusetzen, um hierfür ein Grundverständnis zu gewinnen? Dieser Essay möchte den Leser dazu einladen.
Er beginnt mit der Betrachtung der klassischen Mechanik. Die Axiome der Newtonschen Mechanik werden kritisch betrachtet, weil diese von einem sogenannten Inertialsystem ausgehen, welches es in der Natur nicht gibt und daher eine Fiktion ist, welches aber als Grundlage zur Beschreibung mechanischer Abläufe außerordentlich erfolgreich ist. Die nach William Rowan Ha- milton (1805-1865) benannte Hamiltonsche Mechanik führt die Beschreibung der Mechanik auf eine besonders harmonische und allgemeingültige Form, welche auf eine spezielle Form der Geometrie, der symplektischen Geometrie, basiert. Diese wird gegen Ende des Kapitels zur Mechanik skizziert.
Die Elektrodynamik beschreibt die Wechselwirkung elektrischer und magnetischer Kräfte auf elektrische Ladungen. Die Gesetze der Elektrodynamik hatte der britische Physiker James Clark Maxwell (1831-1879) in seinen Maxwell-Gleichungen zusammengefasst. Diese haben die Poincaré-Gruppe als Symmetriegruppe für ihre Forminvarianz und nicht die Galilei-Gruppe der Newtonschen Mechanik. Durch Einführung eines vierdimensionalen Minkowski-Raums können die Maxwell-Gleichungen wesentlich einfacher formuliert werden. Die Auflösung dieser Diskrepanz führte schließlich zur Formulierung der Speziellen Relativitätstheorie durch Albert Einstein, welcher die Symmetriegruppe der Elektrodynamik auf die klassische Mechanik übertragen hatte.
Die Einführung einer vierdimensionalen Raumzeit im Minkowski-Raum, sowie das Relativitäts- und Äquivalenzprinzip führten Albert Einstein zur For- mulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie. Durch ihre Formulierung wird die Gravitation gewissermaßen „geometrisiert“. Zum Beispiel laufen die Planeten auf den kürzesten Verbindungen, den Geodäten, einer vierdimensionalen gekrümmten Raumzeit-Mannigfaltigkeit. Die Bestätigung der Allgemeinen Relativitätstheorie durch Experimente, wie die korrekte Beschreibung der Periheldrehung des Merkur um die Sonne, bewog nicht zuletzt Albert Einstein bereits ab dem Jahr 1917 seine Theorie auf den Kosmos selbst zu übertragen und somit zu geometrisieren. Ist der daraus entstandene Absolutheitsanspruch des kosmologischen Modells auf die Entstehung und Entwicklung des Universums nicht ein wenig gewagt?
Spätestens mit der Behandlung der Quantenmechanik wird die Physik geradezu mystisch. Es ist angesichts der merkwürdigen physikalischen Grundlagen der Quantenmechanik erstaunlich, dass es mit ihr gelungen ist, die mikrophysikalischen Prozesse zu verstehen und zu begreifen. Das wird sichtbar, wenn wir von der Einteilchentheorie eines Elektrons zur Ableitung des Aufbaus des Periodensystems der Elemente gelangen. Viele Prinzipien der Mechanik und der Elektrodynamik finden hier eine quantenmechanische Entsprechung. Auf die Paradoxa der Quantenmechanik gehe ich nur beiläufig ein, weil diese hinlänglich in der populärwissenschaftlichen Literatur besprochen wurden.
Um den Rahmen dieses Essays nicht zu überziehen, begnüge ich meine Darstellung der Metaphysik auf diese wesentlichen physikalischen Theorien. Diese sollen dem Leser beispielhaft aufzeigen, wie die Metaphysik in diesen Teilgebieten der Physik aufgebaut ist.
Meinen Essay runde ich mit einer abschließenden Betrachtung zur Bedeutung der Metaphysik für unsere naturwissenschaftliche Anschauung ab.
……
Nach dieser Vorbereitung sollten die folgenden Definitionen der Abstraktionsstufen zur Beschreibung der physikalischen Wirklichkeit besser verständlich sein.
Die materielle Wirklichkeit stellt den Gegenstand der physikalischen Forschung dar. Diese kennt keine Begriffe zu ihrer Beschreibung. Sie gibt die Antworten, die ihr die physikalische Forschung stellt. Sie kann somit nicht verifiziert oder falsifiziert werden. An ihr müssen sich letztlich alle theoretischen Zuordnungen messen lassen. Sofern keine physikalischen Fragen an sie gerichtet werden, ruht sie in ihrem materiellen Sein.
Mit Hilfe der Physik wird die materielle Wirklichkeit beschrieben und erforscht. Die Begriffe dafür liefert die Metaphysik. Durch die Physik werden die theoretischen Modelle der Metaphysik geprüft und verifiziert oder falsi- fiziert. Diese Abstraktionsebene ist der materiellen Wirklichkeit und somit der Natur am nächsten. Die Herausforderung dieser Ebene besteht darin, zur Erforschung der materiellen Wirklichkeit Fragen in Form von Experimenten an sie zu richten. Die Antworten der materiellen Wirklichkeit stützen die Modelle der Metaphysik, sofern sie kompatibel sind, oder verlangen nach einer Modifikation, sofern sie inkompatibel sind. Der Naturforscher ist seinem Forschungsgegenstand auf dieser Ebene am Nächsten.
Auf der Abstraktionsebene Physik werden wesentlich induktive Methoden angewandt, um entweder einen physikalischen Satz der Metaphysik zu bestätigen, zu falsifizieren oder neue physikalische Resultate zu liefern, welche nicht Bestandteil der Metaphysik sind. Der Schluss durch Induktion von Einzelfällen auf ein allgemeingültiges Gesetz ist grundsätzlich vorläufig, weil jederzeit neue Einzelfälle auftreten können, welche dem avisierten Gesetz nicht entsprechen. Das Induktionsproblem ist in der Philosophie ausgiebig erörtert und wurde erstmals von David Hume (1711-1774) in seinem berühmten Werk „An Enquiry Concerning Human Understanding“ aus dem Jahr 1748 grundlegend erörtert.
Wesentliches Postulat der Physik ist die Objektivierbarkeit physikalischer Resultate. Die Objektivierbarkeit physikalischer Resultate bedeutet, dass die Ergebnisse von Messungen unabhängig von der Weltanschauung der Physiker allgemeingültig und jederzeit von anderen Physikern reproduzierbar sind und überprüft werden können. Die Allgemeingültigkeit physikalischer Resultate und Naturgesetze bewirkt eine tiefere Einsicht in die Vielfalt der physikalischen Phänomene, indem sie auf einfache Formen zurückgeführt und sozusagen in der Sprache der Antike das „Viele“ in dem „Einen“ entdeckt wird.
Die Metaphysik stellt die Sprache, d. h. die Begriffe, zur Erforschung der materiellen Wirklichkeit für die Physik bereit. Sie stellt zudem die Metamodelle bereit, mit deren Hilfe die Physik ihre Fragen an die materielle Wirklichkeit in Form von Experimenten stellt. Die Herausforderung dieser Abstraktionsebene besteht darin, der Physik logisch konsistente Metamodelle bereitzustellen, die der Validierung durch Experimente unterzogen werden können. Sofern das Metamodell Aussagen enthält, welche einer Verifikation nicht unterzogen werden können, dient es lediglich der Poesie der theoretischen Betrachtung ohne physikalischen Bezug.
Die Metaphysik ist hinsichtlich ihres Wahrheitsgehalts deshalb besonders mit Vorsicht zu behandeln, weil ihre Begriffe leicht mit der physikalischen Wirklichkeit verwechselt werden. Eine philosophische Interpretation der mathematischen Metamodelle ist nicht Bestandteil dieser Abstraktionsebene.
Die Metaphysik beinhaltet nach Definition ausschließlich deduktive Methoden, um physikalische Sätze abzuleiten. Die Deduktion verwendet Methoden der mathematischen Logik, um konsistente Metamodelle bereitzustellen. Dabei stellt die Metaphysik bestimmte Postulate auf, um auf dieser Grundlage mathematische Schlussfolgerungen zu ziehen. Eine wichtige Forderung an die Postulate ist, dass die daraus abgeleiteten Schlussfolgerungen nicht zu logischen Widersprüchen führen.
Als Mittel zur Ausgestaltung der Metaphysik wird also die formale mathematische Logik angewandt. Die Postulate der Metaphysik können, müssen aber nicht einen Bezug zu unserer sinnlichen Anschauung haben. Sie müssen auch nicht unmittelbar physikalisch überprüfbar sein. Ein Beispiel ist das fundamentale Postulat der Heisenberg Algebra in der Quantenmechanik, aus der die Unschärferelationen abgeleitet werden können, welche auf der Ebene der Physik geprüft werden können, nicht jedoch die Heisenberg Algebra selbst.
Im Unterschied zur Mathematik bezieht sich die Metaphysik auf die materielle Wirklichkeit, welche in Raum und Zeit unserer sinnlichen Anschauung eingebunden ist. Zu ihrer Beschreibung werden makroskopische Begriffe der Geometrie und der Materie wie Masse, Kraft, Impuls etc. verwendet, um bei- spielsweise mikroskopische Phänomene zu beschreiben.
Der Begriff des Metamodells umfasst alle Modelle der theoretischen Physik. Das Modell stellt den Ablauf der physikalischen Prozesse auf der Ebene der Physik dar. Diese erfahren durch das Metamodell einen theoretischen Rahmen. Beispielsweise können die Ergebnisse der unterschiedlichen Abläufe bei elastischen Stößen in der Mechanik als Modell zusammengefasst werden. Ihre Deutung in Form der Stoßgesetze liefert das Metamodell der theoretischen Mechanik.
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