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Jedes Gewerk braucht seine Methode
Der Maurer und der Dachdecker hat seine Arbeitsmethode, mit der er eine standfeste Mauer und ein wetterfestes Dach zustande bringt. Der Chirurg muß wissen, wie er eine Operation am besten durchführen kann, damit der Patient gesund wird.
Der experimentierende Forscher muß sich darüber im Klaren sein, wie er seinen Versuch aufbaut, damit er daraus etwas über den Gegenstand seiner Arbeit erfährt. Aber mit den vorliegenden Beobachtungsergebnissen endet die Arbeit noch lange nicht. Was sagen sie uns? Wie sind sie zu deuten? Erst danach kann aus der Beobachtung eine Erkenntnis werden.
Deswegen machen wir hier einige Gedankenexperimente zum Thema Erkenntnismethode. Die Erkenntnis ist stets ein vielschichtiger Prozeß, bei dem weder die visuelle Beobachtung noch die mathematische Berechnung oder andere Feststellungen allein unbedingt zuverlässig sein müssen.
"Ich habe es mit eigenen Augen gesehen!"
Was könnte wohl ein überzeugenderer Beweis sein, beispielsweise vor Gericht?
Zur Unterhaltung ihrer Zuschauer veranstalten Zauberkünstler manche ungewöhnlichen Dinge. Wir sehen, wie der Zauberer die Zeitung zusammenrollt, Wein hineingießt, die Zeitung ausrollt und zeigt, daß sie trocken ist. Dann rollt er sie wieder zusammen und schüttet den verschwundenen Wein heraus. Unsere direkte Erkenntnis aus der anschaulichen Beobachtung: Die Zeitung kann den Wein auf wunderbare Weise aufsaugen und nach dem Zusammenrollen wieder abgeben.
Oder der Zauberer zersägt seine Assistentin. Wiederum unsere visuell gesicherte direkte Erkenntnis: einige Frauen, zumindest die Assistentinnen von Zauberern, kann man gefahrlos zersägen und wieder zusammenfügen. Wir haben das ganz deutlich gesehen, den Vorgang genau beobachtet, also stimmt es. Hier allerdings wehrt sich unser bisheriges Weltbild, unsere übliche Erfahrung, die in diesen Fällen offensichtlich zuverlässiger ist (das gilt durchaus nicht immer). Die Erfahrung sagt uns, daß wir unseren sonst so zuverlässigen Augen doch nicht immer trauen dürfen. Das experimentelle Nachvollziehen des Gesehenen bei anderer Gelegenheit würde die Zweifel schnell bestätigen. Zum Glück reicht hier eine normale Lebenserfahrung, um Irrtümer mit schlimmen Folgen zu vermeiden.
In der wissenschaftlichen Arbeit ist es meist nicht so einfach, Fehldeutungen, Selbsttäuschungen und Wunschdenken zu durchschauen. Da die wissenschaftliche Forschung sich in weit weniger bekannten Bereichen bewegt, nützt eine normale Lebenserfahrung des Einzelnen meist nicht so viel. Die gesamte Erfahrung aller Wissenschaftler kann aber durchaus etwas nützen. Allerdings ist sie fast nicht mehr überschaubar. Erschwerend kommt hinzu, daß eine direkte experimentelle Nachprüfung bei den Vorgängen, die sich im Weltall oder im Erdinneren abspielten, wegen der Größe der Massen oder wegen der Länge der Zeit oft nicht möglich ist.
Hier ein Beispiel, das zeigt, wie Wissen nicht beachtet wird, das an anderer Stelle längst vorhandenes ist. Ich erwähne es vorab schon an dieser Stelle, weil es für die Klärung vieler Dinge von erheblicher Bedeutung ist. Ausführlicher wird das besonders in den Kapiteln 11 und 12 abgehandelt.
Es ist seit Langem bekannt, daß chemische Bindungen unterhalb eines bestimmten Abstandes zwischen den Atomen um so mehr Energie einlagern, d.h. chemisch binden, je geringer der Abstand ist, oder anders gesagt, je weniger Platz vorhanden ist.
Oder noch allgemeiner gesagt: Nach einem universellen Naturprinzip, mit dem wir uns noch ausführlich beschäftigen werden, paßt sich ein System äußeren Zwängen entsprechend seinen Möglichkeiten an (Le Chatelier). Nun bedeutet Wärme ja nichts Anderes als heftige Bewegung der Teilchen. Für heftige Bewegung wird aber Platz benötigt. Wenn der nicht vorhanden ist, muß die Materie sich anders einrichten.
Ein immer heißer werdendes Erdinneres ist also eine Annahme, bei der einfach von der Oberfläche her extrapoliert wird, ohne Rücksicht auf allgemeine Naturgesetze. Deswegen sind gegenüber der Behauptung, die Erde werde zum Erdkern hin immer heißer, erhebliche Zweifel angebracht.
Je mehr Druck ausgeübt wird, je weniger Platz folglich vorhanden ist, um so energiereichere Verbindungen müssen entstehen. Dieses chemische Binden der Kompressionsenergie gelingt freilich nur im Rahmen der den Atomen innewohnenden chemischen Möglichkeiten. In der Sonne, wo es zu Kernfusionen kommt, kann die ungeheure Energie selbstverständlich nicht mehr chemisch gebunden werden, weil weitaus mehr Energie gebildet wird, als chemische Systeme aufnehmen können.
Aus den Zauberer-Beispielen ergeben sich zwei allgemeine Schlußfolgerungen:
1. Auch eine exakt gesehene und gemessene Beobachtung kann falsch sein. Sei es, daß verschiedene Objekte oder Zustände die gleichen Erscheinungen oder Meßwerte zeigen, sei es, daß unsere Beobachtung oder Messung im vorliegenden Fall durch das Objekt anders beeinflußt wird, als wir das gewohnheitsmäßig annehmen, sei es, daß das Objekt in einem Zustand ist, den wir uns nicht vorstellen können und ihn deshalb so deuten, wie wir es aus bisheriger Erfahrung gewohnt sind.
2. Selbst wenn wir sicher sein können, daß unsere eigentliche Beobachtung oder Messung fehlerfrei war, weil sich die Methode vielfach bewährt hatte, können wir bei der Deutung Fehler machen, sobald wir darauf verzichten, ihre Gültigkeit für weitere Gebiete zu überprüfen, auf die sie sich auswirken müßte, oder ihre Verträglichkeit mit anderen Naturgesetzen zu kontrollieren. Das anfängliche Beispiel vom Kohlendioxid der Venus zeigt, daß diese Bedingung oft vernachlässigt wird, denn wenn behauptet wird, daß das CO2 der Venus durch die Reaktion von Siliciumdioxid mit Calciumcarbonat entstanden sei, dann muß doch wenigstens erklärt werden können, wie das Sedimentgestein Calciumcarbonat auf der nahezu wasserfreien Venus entstanden sein soll. Wir können doch nicht eine ungewöhnliche Erscheinung mit einer noch ungewöhnlicheren und zudem höchst unwahrscheinlichen Behauptung erklären wollen.
Leider weist die Geschichte der Wissenschaft eine Menge ähnlicher voreiliger Schlüsse auf, besonders da, wo sie es mit Objekten zu tun hat, die uns hinsichtlich Zeit, Raum oder Größe sehr fern sind. Solches Entferntsein muß aber keineswegs notwendig zu mehr Irrtümern führen.
Die Natur antwortet gern und exakt, wenn man sie nur vernünftig und bedacht fragt. Auch wenn es dem anmaßenden Zeitgeist vielleicht nicht so paßt, ist nach wie vor Fausts ehrfürchtige Verbeugung vor der Natur gültig, wenn er sagt:
"und was sie deinem Geist nicht offenbaren mag,
das zwingst du ihr nicht ab mit Hebeln und mit Schrauben".
Das Faszinierende ist dabei, daß die Natur immer richtig antwortet, wie man die Frage auch gestellt hat. Nur muß man die Antwort auch verstehen. Darin liegt das Problem aller Naturerkenntnis.
Mit diesem Konzept wollen wir im Folgenden versuchen, die Erde und ihre Umgebung von innen und außen, am Gestern und am Morgen abzufragen und nach einem kohärenten Ablauf suchen.
Das Gegenteil der faustischen Ehrfurcht vor der Natur war die anmaßende Erklärung eines Zeitgenossen, der einige Zeit vor den Mondlandungen gesagt hatte:
"Gebt mir ein Stück Mondmaterie, und ich sage euch, wie das Weltall entstanden ist."
Inzwischen hat er Mondmaterie tonnenweise, es wurden einige zehntausend Seiten darüber geschrieben, doch viel klüger ist man dabei nicht geworden.
Die Natur verhält sich recht menschlich, oder das übliche Verhalten der Menschen ist sehr natürlich.
Le Chatelier:
Am 8. Oktober 1850 wurde in Paris ein Mensch geboren, dessen Namen man außerhalb der Chemie oder Metallurgie leider kaum kennt. Es war Henry Louis Le Chatelier, Sohn eines Bergbauingenieurs.
Henry Le Chatelier interessierte sich bereits während der Schulzeit für Chemie, Metallurgie und Mathematik. Nach Abschluß der Schule studierte der junge Le Chatelier ab 1869 an der "École Polytechnique" sowie an der "École national Superieure des Mines". Gleichzeitig besuchte er Chemievorlesungen. Nach seinem Studium unterrichtete er seit 1878 an verschiedenen Hochschulen, unter anderem auch an der Sorbonne. Im Jahr 1907 wurde er zum Generalinspekteur der "École des Mines" berufen.
Le Chatelier setzte sich für eine breitere Anwendung der Chemie in der französischen Industrie ein; seine Forschungen zahlten sich bei Erzeugnissen wie Ammoniak, Zement, Stahl und Keramik aus. Zu seinen Werken gehört u. a. "De la méthode dans les sciences expérimentales" (1936). Le Chatelier war Mitglied zahlreicher wissenschaftlicher Institutionen und erhielt zahlreiche Auszeichnungen.
Die weiter oben geäußerten Zweifel an einer nach innen immer heißer werdenden Erde sind begründet durch jenes umfassende Prinzip der Natur, das Le Chatelier im Jahr 1888 formuliert hat.
Dieses LE CHATELIER- BRAUNSCHE "Prinzip des kleinsten Zwanges" wollen wir kurz erläutern, denn es spielt in der Natur eine sehr große Rolle, und auch in diesem Buch wird mehrmals von ihm die Rede sein.
Das Prinzip "Prinzip des kleinsten Zwanges" ist allgemeingültig und schließt viele speziellere Naturgesetze ein. Es besagt, daß ein System sich seiner Umgebung so anpaßt, daß es möglichst wenig Konflikt mit ihr hat bzw. am besten überleben kann. Natürlich kann es das nur im Rahmen der Möglichkeiten, die in der Materie vorhandenen sind. Oder anders gesagt, es paßt sich mit den Vorgängen und Reaktionen an, für die unter den gegebenen Verhältnissen auch die Voraussetzungen vorhanden sind. Die wichtigsten Voraussetzungen sind die verfügbare Reaktionszeit und die Aktivierungsenergie. Die Aktivierungsenergie ist der Anregungszustand, der notwendig ist, damit die entsprechende Reaktion überhaupt ablaufen kann.
Wenn auf ein reaktionsfähiges Gasgemisch höherer Druck ausgeübt wird, dann bildet sich mehr von der Komponente, durch die sich das Volumen verkleinert. Das System versucht also, dem Druck nachzugeben. Das wird beispielsweise bei der technischen Ammoniaksynthese ausgenutzt, bei der ja aus drei Volumenteilen Wasserstoff und einem Volumenteil Stickstoff zwei Volumenteile Ammoniak entstehen.
3 H2 + N2 - 2 NH3
Zudem läßt sich Ammoniak auch noch leichter verflüssigen als die Ausgangsgase, womit der Platzbedarf zusätzlich stark verringert wird.
Ein anderes Beispiel dieses Prinzips sei noch aus der Atomphysik genannt. Der auf unserer Erdoberfläche herrschende Druck ist vergleichsweise sehr niedrig. Hier können Atomkerne daher eher zerfallen als daß sie sich bildeten bzw. vergrößerten. Im Vergleich dazu ist der Druck in unserem Muttergestirn Sonne ungeheuer groß. Der Druck und die in Form von Wärme vorhandene Bewegungsenergie reichen immerhin aus, mehrere Wasserstoffatomkerne zu einem Heliumkern zu verschmelzen und in weiteren Prozessen Atomkerne bis zur Größe des Sauerstoffatoms zusammenzuschmelzen. Als Stern ist unsere gewaltige Sonne jedoch nur mittelgroß. Die Kerne der schwereren Elemente könnte sie nicht erzeugen. Diese konnten nur in einer Riesensonne entstehen, in der der Druck noch wesentlich größer war. Auch hier wich also die Materie dem höheren Druck aus, indem sie kompaktere Atomkerne bildete.
Weiter mit Goethes "Faust". Faust sagt über seinen Famulus Wagner, daß er
"Mit gierīger Hand nach Schätzen gräbt
und froh ist, wenn er Regenwürmer findet"
Faust äußert sich abfällig über die wissenschaftliche Kleinarbeit, weil er selbst verzweifelt nach wesentlichen und umfassenden Erkenntnissen sucht. Freilich besteht das Forschen zum überwiegenden Teil aus der Kleinarbeit, aus "Regenwürmer finden", nur darf man nicht vergessen, daß es "Regenwürmer" sind. Im Übrigen hält Faust besonders deswegen nicht viel von seinem Famulus, weil dieser recht ideenarm ist und wenig erfolgreich forscht. Zudem verachtet Faust die Selbstgefälligkeit Wagners, der von sich selbst sagt:
"Zwar weiß ich viel, doch möcht' ich alles wissen."
Auch diese Anmaßung scheint zeitlos zu sein. Wird uns doch immer wieder ein vollkommenes, scheinbar abgeschlossenes Weltbild so lange offeriert, bis es nicht mehr haltbar ist und aufgegeben werden muß, weil ihm immer mehr unwiderlegbare Erkenntnisse entgegenstehen. Das kann allerdings oftmals lange dauern. Liebgewordene Hypothesen, zumal von Autoritäten, werden für bewährte Theorien ausgegeben, und Erkenntnisse, die dazu nicht passen, werden ignoriert oder in unsinnige Hilfshypothesen gequetscht.
Wir wollen uns hier bemühen, die wirklich gesicherten Tatsachen und die sich daraus zwingend ergebenden Schlüsse zu einem möglichst zusammenhängenden Bild von unserer Erde und ihren Geschwistern zu verbinden.
Versuchen wir zunächst, der Venus weitere Fragen zu stellen.
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