Theorie geht in Rauch auf

WENN THEORIEN IN RAUCH AUFGEHEN

Was passiert, wenn die Kohle in Ihrem Grill verbrennt? Ganz klar: Die Kohle enthält eine Menge Feuerstoff, das sogenannte Phlogiston, das bei Erhitzung der Kohle entweicht und in Flammen aufgeht.

Wie, das wussten Sie nicht? Nun, die europäischen Naturwissenschaftler waren sich darüber vor vier Jahrhunderten noch recht einig.

Phlogiston stellten sie sich als elementaren Stoff vor, der in allen Substanzen zu einem größeren oder kleineren Anteil vorhanden ist und ihre Eigenschaften mitbestimmt. Brennbare Stoffe wie Holz oder Kohle enthalten viel davon, Metalle weniger.

Viel Rauch um nichts

Die Theorie entstand im 17. Jahrhundert und hielt sich, bis Antoine Laurent de Lavoisier etwa 100 Jahre später das Prinzip der Oxidation entdeckte und damit die Phlogiston-Theorie widerlegte. Seitdem verbrennen die Kohlen auf Ihrem Grill durch Zuführung von Luftsauerstoff in einer Oxidationsreaktion.

Vor Lavoisier jedoch war die Verbrennung ein Rätsel, das die Wissenschaftler sich nicht erklären konnten. Der Feuerstoff war die vermeintliche Rettung aus der Bredouille.

Was den Naturwissenschaftlern damals wohl nicht auffiel: Das Erklärungsproblem war damit nur verschoben. Die Frage, die zwangsläufig hätte folgen müssen, war: „Wieso brennt das Phlogiston, wenn es erhitzt wird?“ Die Erklärung via Phlogiston war also vor allem viel Rauch um nichts.

Viel Rauch um nichts – Reloaded

Lustigerweise wiederholt sich das Muster der Scheinlösung durch Problemverschiebung im Wissenschaftsbetrieb immer wieder. Winston Churchill bemerkte ganz richtig: „Wer darin versagt, aus der Geschichte zu lernen, ist dazu verdammt, sie zu wiederholen.“

Eine verblüffend ähnliche Problemverschiebung wie die des Phlogistons geht auf eine Vermutung zurück, die der niederländische Astronom Jan Hendrik Oort 1932 erstmals äußerte. Er hatte beobachtet, dass die Sterne in den Randbezirken der Galaxien viel schneller liefen als erwartet. In meinem letzten Blogbeitrag mit dem Titel „Dunkel war’s, der Mond schien helle …“ gehe ich näher auf dieses Thema ein.

Oort konnte keine gute Erklärung für das merkwürdige Umlaufverhalten der Sterne finden und vermutete deshalb, es müsse noch mehr Materie in den Galaxien geben – eine Materie, die nicht sichtbar war, allerdings eine Gravitationswechselwirkung hatte. Die Theorie von der Existenz Dunkler Materie, damals noch „missing mass“ genannt, war geboren. Ein Großteil dieser Dunklen Materie wurde zwar später als Gas und Staub identifiziert, aber die zu schnell laufenden Sterne hat man bei Hunderten von Galaxien beobachtet. Die Idee hielt sich jedoch – einmal in die Welt gebracht – hartnäckig, auch wenn sie eigentlich naiv ist: denn man geht davon aus, dass das Gravitationsgesetz im Galaxienmaßstab gilt, obwohl diese millionenfach größer als das Sonnensystem sind.

Noch heute suchen Teilchenphysiker und Kosmologen nach dieser mysteriösen Dunklen Materie und es wurden auch neue, unerklärbare Phänomene gefunden, die mit ihr wunderbar erklärt – Verzeihung: verschoben – werden können. Eine hübsche Parallele zur Phlogiston-Theorie. Handelte es sich um einen Kinofilm, würde er wahrscheinlich den Titel „Viel Rauch um nichts – Reloaded“ erhalten.

Viel Rauch um nichts – Reloaded Reloaded

Die modernen Physiker haben sich aber mit der Problemverschiebung via Dunkler Materie nicht zufriedengegeben. Naturgemäß erzeugen solche Verschiebungen neue Probleme. So auch hier: Um das Verhalten von Galaxien und Galaxiehaufen mit Hilfe der Dunklen Materie erklären zu können, muss das Universum eine bestimmte Menge davon enthalten, die man in große Computersimulationen hineinsteckte. Ergebnis: ein völlig falsches Bild, man konnte die Entstehung von so viel Struktur im Universum nicht verstehen

Inzwischen wurde für das Problem der Strukturbildung wieder etwas neues erfunden, der sogenannte Bias. Was das ist? Keiner weiß es. Es ist die Verschiebung der Verschiebung sozusagen oder wenn Sie bei den Filmtiteln bleiben wollen: „Viel Rauch um nichts – Reloaded Reloaded“.

Wenn Ihnen das zu viel Rauch ist, kann ich Sie gut verstehen. Die Weigerung, etwas aus der Geschichte zu lernen, erscheint hier wirklich allzu hartnäckig. Interessanterweise ergibt die Kombination einer Idee von Einstein mit den Vorstellungen von Paul Dirac einen Erklärungsansatz, warum sich so viel Struktur im Universum gebildet hat: Vielleicht war die Gravitation im frühen Universum stärker.

Damit setze ich mich übrigens – unter anderem – in meinem neuen Buch „Einsteins verlorener Schlüssel: Warum wir die beste Idee des 20. Jahrhunderts übersehen haben“ auseinander.

4 Gedanken zu „WENN THEORIEN IN RAUCH AUFGEHEN“

  1. Wenn ich die lange Reihe Ihrer Blogs zusammenfassen darf: Es geht Ihnen im Wesentlichen um die Qualität heutiger Veröffentlichungen – und „heute“ ist ein recht dehnbarer Begriff.

    Insbesondere greifen Sie – völlig zu Recht – die Methode des „quick and dirty“ an, die dazu führt, dass jeweils in Windeseile wenig durchdachte Ansätze als „Theorien“ in die Welt hinausposaunt und als „Standard“ akzeptiert werden; ihre Verkünder müssen in der Hierarchie der Institutionen nur weit genug oben stehen, sodass der Inhalt keiner kritischen Prüfung mehr seitens seiner Claqueure unterzogen wird.

    Später tut man sich dann unheimlich schwer damit, von solchen Positionen wieder Abstand zu nehmen. Diesen Prozess einer „Gesichtswahrung“ halte ich für eine der fundamentalen Ursache für die Misere gegenwärtiger Grundlagenphysik (Teilchen + Kosmologie).

    Dieser Rückzug der Theoretichen Physik in die (schön gefärbt ausgedrückt:) „Elfenbeintürme“ einer selbstgewählten Isolation nahm mindestens bereits in den 1920/30-er Jahren ihren Anfang, als man mit der Kopenhagener (Fehl-)Deutung des Messprozesses begann, physikalische Gesetze nicht mehr zu „entdecken“, sondern stattdessen nach juristischer Manier zu „beschließen“. Dies leitete das Ende einer Epoche freier Forschung ein.

    In der damit betretenen Sackgasse irren wir bis heute blind und planlos umher. Einige wenige Institutionen bestimmen tagespolitisch und nach Gutdünken, wo es entlang zu gehen habe. Ihre Lobbyisten beraten längst Parlamente, um dort die benötigten Gelder für ihre Scheuklappen-Grossprojekte loszueisen. Prestige regiert die Welt, nicht Erkenntnis. Freie Forschung wird in den Müllkasten ungesichteter Geschichte gekehrt. Das Mittelalter lässt grüßen.

    Bürokratische Fortschreibung („Entwicklung“) ersetzt kreative Gedankengänge („Forschung“). Man lebt von der Substanz. Wie lange mag dies wohl noch gut gehen??

    Seit einem Jahrhundert steht die Verknüpfung der Allgemeinen Relativitätstheorie mit der quantisierten Welt offen im Raume. Jeder weiß um das Problem einer Quantengravitation (Einsteins „Weltformel“), doch niemand arbeitet ernsthaft (!) an einer Lösung. Alles, was man noch betreibt, ist Fortschreibung. Man hängt hier einen Balkon an und dort noch einen, und die linke Hand weiß nicht, was die rechte tut.

    Die „Standardmodelle“ bilden einen wirren Haufen mehr oder minder zusammenhangsloser Datenansammlungen. Experimentalphysikern mag das zum Interpolieren reichen. Für Theoretiker stellen sie jedoch ein Armutszeugnis dar.

    Sensualisten („unsere Sinne sind die einzigen Quellen von Wissen“), wie auch ein gewisser Dr. A. Unzicker, halten von Modellen sowieso nicht viel, sie akzeptieren nur, was man direkt anfassen kann – es sei denn (Unzicker), der Autor heißt Einstein. Sie wollen nicht wahr haben, dass erst die im Modell wirksame Mathematik eine (nicht „anfassbare“) Verknüpfungslogik zwischen zusammenhanglosen Daten herstellt!

    Selbstverständlich kann solch eine Verknüpfungslogik, da menschlich, nicht eindeutig sein. Hier greifen andere Kriterien, wie „Einfachheit“ u.Ä. Seit 300 Jahren aber klammern sich physikalische Theorien an die Infinitesimalrechnung von Leibniz et al. Für die kontinuierliche Mechanik mag die daraus abgeleitete Variationsrechnung recht brauchbar sein, nicht aber mehr für Plancks diskrete Quantisierung, geht man über die reine Quantenmechanik hinaus.

    Selbst Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie krankt an dieser „Kontinuität“, wenn sie auf der Basis einer Differenzialgeometrie aufbaut, statt auf deren allgemeineren Grundlagen aufzusetzen. Folge dieser Sackgasse ist z.B. die Urknall-Singularität, die in der Quantengravitation nicht vorhanden ist.

    Einsteins ART gilt schlicht nicht mehr für hinreichend starke Gravitationsfelder, sie bildet lediglich den kontinuierlich-asymptotischen Genzfall der Quantengravitation, wie ich nachgewiesen habe. Und in diesem Grenzfall fallen beispielshalber auch diejenigen Eigenschaften heraus, die in der Kosmologie als „dunkle Energie“ bzw. „kosmische Inflation“ bezeichnet werden.

    Man sollte also in seiner Ablehnung allem Unbekannten gegenüber („was der Bauer nicht kennt, das frisst er nicht“) nicht auch gleich „das Kind mit dem Bade ausschütten“, Herr Unzicker! Selbst Einsteins Modell ist lückenhaft! Hätte er sich nicht derartig auf seine Differenzielgeometrie versteift, so hätte er zweifelsohne sofort bemerkt, dass seine „Hintergrundunabhängigkeit“ nichts weiter als eine Irreduzibilitätseigenschaft bezeichnet, wie wir sie schon von der Spin-Addition her kennen. Deren Erweiterung liefert dann Einsteins gekrümmte Raumzeit, wie er sie mit seinem metrischen Tensor unvollständig definiert – aber in vollständiger Form: inklusive dunkler Energie und inklusive kosmischer Inflation.

    Der Teilchenphysik hingegen muss man ihre Verweigerung gegenüber der ART vorwerfen. Erst die Quantengravitation zeigt, was Raum, Zeit und, vor allem, Masse wirklich sind. Sie erklärt, was „virtuelle Zustände“ sind, sie leitet den Wert der Feinstruktur-Konstante korrekt her. Niemand gibt sich in der Teilchenphysik die Mühe, deren ach so viele Inkonsistenzen und Willkürlichkeiten aus dem Wege zu räumen. Man hat sich ja so bequem in seinem Kartenhaus des Variationsprinzips eingerichtet; wie prächtig lässt es sich doch mit jenen längst überholten Bottom-Up-Methoden einer Funktionentheorie aus seliger Schulzeit im Kreise herum rotieren. Darüber hinaus weisende Top-Down-Gedanken sind tabu, die schaffen nur Umgewöhnungsaufwand.

    Nichts für ungut, Herr Unzicker. Kritik sollte nicht zum Selbstzweck entarten. Selbst in Zeiten des Internet rangiert „Besser machen“ noch immer vor einer Rundum-Kritik. Kritik selber ist aber ein Muss – vorausgesetzt, sie ist hinreichend qualifiziert. Bloggen Sie weiter!

    1. Hallo,

      sie haben ja teilweise recht, aber erwähnen ein paar Punkte, die mich zweifeln lassen, ob Sie sich auf meine Veröffentlichungen beziehen. Z.B. wird ja gerade in „EInsteins verlorener Schlüssel“ der differnzialgeometrische Zugang etwas entmystifiziert. Im übrigen liegen Sie falsch, wenn Sie meinen, man dürfe erst über Missstände reden, wenn man selbst eine komplette Alternative hat. Übertragen Sie das mal auf die Politik :-)

  2. Manche Kommentare hier sind schon merkwürdig.
    Von Unzickers sachlicher Kritik am mainstream in Teilchenphysik und Kosmologie scheinen sich nicht zuletzt die angesprochen zu fühlen, die abstrusen Ideen anhängen.

    1. Lieber Herr Cleve,

      ich verstehe Ihre Bedenken schon, und sehr viele Theorien, die hier propagiert werden, teile ich keineswegs (wie Sie meistens an meiner (Nicht-)reaktion sehen). Allerdings will ich hier wirklich möglichst wenig Beiträge blockieren. Denn das Problem der heutigen Wissenschaft ist viel mehr das Unterdrücken alternativer Meinungen. Und seien wir ehrlich: manche Mainstream-Vorstellung wie Infaltion und Multiversen halte ich für noch deutlich absurder als vieles, was vom Eand der Wissenschaft kommt…

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