DIE SPRACHE DER BILDER IN DER WISSENSCHAFT
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philoSCIENCE
DIE SPRACHE DER BILDER
IN DER WISSENSCHAFT
Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte.
In der Wissenschaft können Bilder
oder Graphiken sogar die Weltsicht
revolutionieren. Bilder und
Grafiken sind heute – mehr noch
als je in der Vergangenheit – in
wissenschaftlichen Abhandlungen
unverzichtbar. Wir können heute
jene genialen Bilder identifizieren,
die in der Vergangenheit die
Weltsicht revolutionieren konnten.
Es gab damals aber natürlich auch
Bilder, welche die – wie wir heute
wissen – falschen Vorstellungen
Abb. 1: Rückläufigkeit des Mars Foto: NASA im Bewusstsein fixierten.
Im ersten Teil des Artikels
werden zwei der wichtigsten wissenschaftlichen Weichenstellungen der letzten Jahrhunderte behandelt.
Aber wichtiger als der Blick in die Vergangenheit ist natürlich jener in die Zukunft. So wie es in der
Vergangenheit Bilder gab, die falsche, aber damals natürlich noch „moderne“ Vorstellungsbilder im
Bewusstsein fixierten, so muss es auch heute Bilder geben, die falsche Vorstellungen fixieren. Es ist fatal, wenn
falsche Bilder in der Lehre eingesetzt werden und damit falsche Vorstellungen über Generationen festigen.
Es ist aber herausfordernder und auch wesentlich schwieriger, jene Bilder zu identifizieren, die momentan
die Weiterentwicklung der Weltsicht behindern. Noch viel größer sind die Schwierigkeiten, einen
leicht verständlichen Nachweis zu führen, dass das besprochene Bild tatsächlich die Weiterentwicklung
der Weltsicht behindert. Dies soll im 2. Teil des Artikels anhand eines Bildes versucht werden.
Von Wigbert Winkler
14 Abenteuer Philosophie / Nr. 123
philoSCIENCE
Bilder, die die Welt veränderten1
Wie Kopernikus mit einem nicht einfach ein allgemein anerkanntes dies ebenfalls mit einem Bild, einer Grafik.
Bild die Welt veränderte. Paradigma als falsch zu entlarven. Es gelang Der Wandel im Weltbild ist gewaltig, denn
ihm schließlich mit einer Grafik, welche die er hat damit dem Begriff der Schöpfung
Eines der größten Rätsel der antiken Ast- Rückläufigkeit der Planeten in einem helio- eine neue Idee entgegengestellt, die Idee
ronomie war die so genannte Rückläufigkeit zentrischen Weltbild sehr logisch erklären der Entwicklung der Arten, die Idee der
der Planeten. konnte. Evolution.
In dem nebenstehenden Foto aus dem Das Bild, mit dem er dies schaffte,
Jahre 2003 ist die Rückläufigkeit des Mars tauchte schon 1837 in seinem Notizbuch
genial dargestellt. Es entstand, indem man auf. Die ersten beiden Worte, „I think“,
die obige Himmelsregion während des sind bezeichnend. Es zeigt einen Stamm-
Durchgangs des Mars täglich fotografierte. baum, eine zunehmende Spezialisierung
Die Fixsterne veränderten ihren Platz logi- der Arten, es zeigt auch die Möglichkeit
scherweise nicht, der Mars aber war jeden einer Sackgasse der Entwicklung und damit
Tag weitergewandert und schließlich – für das Aussterben eines Spezialisierungsastes.
die Antike unerklärlich – umgekehrt, um
sich dann schließlich wieder in die gewohnte
Richtung zu bewegen. In der Antike gab es
hier einige Erklärungen. Ptolemäus, ein
Bibliothekar in Alexandria, entwickelte
ein komplexes System aus übereinander
gelegten Kreisbahnen, um die seltsamen
Rückläufigkeiten zu erklären. Abb. 3: Erklärung der Rückläufigkeit durch
Kopernikus
Diese augenscheinliche Erklärung ent-
larvte die Rückläufigkeit als ein optisches
Phänomen, das sich aus den Bahnbewegun-
gen von Erde und dem jeweiligen Planeten Abb. 4: Blatt aus Darwins Notizbuch mit der
ganz einfach erklären lässt. Diese Augen- Idee des „Stammbaumes“ der Arten
scheinlichkeit setzte sich schließlich durch.
Diese moderne Erklärung hatte nun einen Diese inzwischen allem zugrunde
Abb. 2: Erklärung der Rückläufigkeit im weiteren gewichtigen Vorteil. Man hatte liegende Idee der Entwicklung hat das
ptolemäischen Weltbild durch die Epizykel nun erstmals auch einen Ansatz für eine Bewusstsein der Welt nachhaltig beein-
physikalische Deutung des Phänomens, die flusst.
Die Erde konnte bei diesem Erklärungs- Gravitation. Mit ihr konnten sehr viele bis Hier muss man allerdings anmerken,
system im Mittelpunkt bleiben. Die Planeten dahin unabhängige Phänomene, die Fall- dass die Idee der Evolution nicht ganz so
bewegten sich auf Kreisbahnen um die Erde, gesetze, die Planetenbewegungen wie dann siegreich war wie jene des Heliozentrismus
wobei zur Erklärung der Rückläufigkeit dar- später auch die Entstehung von Himmels- des Kopernikus. Der Kampf zwischen dem
auf noch eine zweite Kreisbahn angeordnet körpern, Galaxien und sogar des gesamten Kreationismus und der Evolutionstheorie
wurde, so genannte Epizykel. Damit konn- Universums erklärt werden. ist noch immer nicht vollständig entschie-
ten die scheinbaren Bahnen am Himmel den. Dies ist auch logisch, denn, auch wenn
sehr gut berechnet werden. Was fehlte, war Wie Darwin die Entstehung die Evolutionstheorie weite Strecken der
allerdings eine physikalische Erklärung für der Arten erklärte Entwicklung von Pflanzen, Tieren und
die komplexe Bewegung. auch dem Menschen verständlich machen
Gegen diese allgemein anerkannte Erklä- Darwin hat das Bewusstsein der Welt kann, so ist doch die Frage des (letzten)
rung musste Kopernikus antreten. Es war ähnlich stark verändert wie Kopernikus und Ursprungs von allem damit nicht erklärt.
1 Die Beispiele dieses ersten Teiles hat der US-amerikanische Universitätsprofessor Alan Gross im Sommersemester bei einem Vortrag an der Alpe-Adria-Uni-
versität in Klagenfurt erwähnt. Dieser Vortrag hat mich auch zu dem vorliegenden Artikel inspiriert.
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Ein Bild, das die Weiterentwicklung des Strömung. Der andere Schwimmer muss
eine Boje, die sich normal zur Fließrich-
Weltbildes behindert tung befindet, erreichen. Damit er nicht
abdriftet, muss er etwas gegen die Fließrich-
tung schwimmen, sowohl beim Hinweg als
Um das Bild (Abb. 5) zu verstehen, müs- auch beim Rückweg. Dies bedeutet, dass er
Es muss zu jeder Zeit immer eine Fülle sen wir ein wenig in der Zeit zurückgehen einen weiteren Weg zurücklegen muss als
von Vorstellungen geben, die sich in der und uns klar werden, vor welchem Problem der andere Schwimmer und es ist somit
Zukunft als falsch erweisen werden. Natür- man am Ende des 19. Jahrhunderts stand. zu erwarten, dass er für diesen Weg länger
lich ist es da interessant, sich VOR dem Im 19. Jh. zählte der Lichtäther zum Para- braucht.
Wandel Gedanken zu machen, was an der digma der Physik. Man erklärte damit die
gängigen Weltsicht falsch sein könnte. Wellen-eigenschaften des Lichts. Da Licht
Man kann für jede Zeit Visualisierungen nachgewiesenermaßen als Welle erkannt Fließweg
oder zumindest Vorstellungsbilder iden- war, brauchte es auch ein Transportme-
tifizieren, die eine zum damaligen Zeit- dium, so wie der Schall die Luft oder das
punkt zwar moderne, aber dennoch falsche, Wasser als Transportmedium braucht. So
Vorstellung unterstützen. Es müssen somit wie der Schall ein Erregungszustand im
derartige „falsche“ Bilder natürlich auch jeweiligen Transportmedium ist, so wäre
heute existieren. Licht als Welle ein Erregungszustand in
Wenn man ein derartiges Bild identifi- seinem Transportmedium, dem Lichtäther.
zieren und seine Fehler nachweisen kann, Dieser Erregungszustand pflanzt sich mit
dann könnte dies den (sicher kommenden) der jeweiligen für das Transportmedium
Wandel von morgen schon heute beginnen charakteristischen Geschwindigkeit fort. Fließweg
lassen. Um diesen Lichtäther zu beweisen, hatte
Hier möchte ich eines dieser den Wandel der amerikanische Physiker Albert Abra- Abb. 7. Das Prinzip des Michelson-Morley-
behindernden Bilder vorstellen: ham Michelson ein geniales Experiment Versuches. Die Zeitdifferenz ergibt sich aus
dem längeren Weg, wenn man sich normal zur
entwickelt, das er 1881 alleine und 1887
Flussrichtung bewegen muss.
mit dem amerikanischen Chemiker Edward
Das Bild vom Ätherwind
Morley durchführte. Bei dem Experiment
Es sei voraus geschickt, dass es sich bei wurde Licht in zwei Strahlen aufgespaltet Dies nun umgelegt auf das Licht, ist die
diesem Bild nicht um eine der gängigen und in zwei Richtungen geführt und dann Idee des Michelson-Morley-Versuches.
Vorstellungen handelt, sondern um ein Bild, wieder in Interferenz gebracht. Allerdings wusste man vom - unsichtbaren
das einen so genannten „Irrtum“ der Wis- - Äther keine Richtung, aus der er kommen
senschaft illustriert und „erklärt“. Die sich könnte. Wenn es gelänge, eine Zeitdifferenz
daraus ergebende falsche Interpretation für die beiden normal zueinander stehen-
hat zu einer wichtigen Weichenstellung in den Lichtwege zu messen, dann hätte man
der Physik geführt, die deren Entwicklung nur eine beliebige Differenzkomponente in
noch heute behindert. einem Ätherwind gemessen. Bei dem Expe-
riment konnte man aber die Vorrichtung
horizontal drehen und so den Winkel mit
Abb. 6: Aufbau des Michelson-Morley- der größten Differenz für die beiden Licht-
Versuches wege bestimmen. Da sich die Erde um die
eigene Achse dreht und so im Laufe eines
Um zu verdeutlichen, wie man damit Tages doch sehr unterschiedliche Stellungen
einen Ätherwind messen wollte, denken zu einem angenommenen Ätherwind ein-
wir uns zwei vollkommen gleich schnelle nimmt, sollte die Richtung des Ätherwindes
Schwimmer, die in einem Fluss von einer auch gut eruierbar sein.
Plattform aus jeweils eine vollkommen Das von uns besprochene Bild (Abb. 5)
gleich weit entfernte Boje anschwimmen vom Ätherwind zeigt nun noch, dass man
Abb. 5: Grafik zu den Vorstellungen des Äthers und wieder zur Plattform zurückkehren innerhalb eines Jahres doch sehr unter-
bzw. des Ätherwinds, das zur Erklärung sollen (Abb. 7). Der eine Schwimmer ist schiedliche Positionen zu dem angenom-
des „Misserfolges“ des Michelson-Morley-
in Flussrichtung unterwegs, zuerst mit der men Ätherwind einnehmen kann. Da die
Versuches verwendet wird
Strömung und dann am Rückweg gegen die Erde sich mit einer Geschwindigkeit von
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etwa 30 km/sec um die Sonne bewegt, soll- Äther als für seine Überlegungen nicht not- Aber wir wollen nun das obige Bild
ten doch ziemlich große Differenzwerte wendig und erstaunlicherweise genügte dies, genauer untersuchen, um die dadurch sug-
messbar sein. um den Äther zunächst aus der Physik zu gerierten falschen Vorstellungen zu entde-
Obwohl man damals fast nichts über den verbannen. cken. Bei dieser Untersuchung geht es vor
Äther wusste, erwartete man Werte in der So gab es dann gute Voraussetzungen für allem um die mögliche Ausrichtung des
Größenordnung von 30 km/sec. Als dann die Durchsetzung der Speziellen Relativi- Ätherwindes und die dabei zu erwartenden
aber nur erheblich geringere Werte von 5 tätstheorie und auch für die Quantentheorie, Ergebnisse.
km/sec (1881) und 7,5 km/sec (1887 in die von einer körnigen Struktur der Materie In der Abb. 8 wird ein hypothetischer
größerer Höhe) gemessen wurden, erklärte ausging, mit nichts, also vollkommenem Ätherwind genau in der Ebene der Eklip-
man den Versuch für gescheitert. Damit Vakuum, zwischen den Teilchen. (Es sei tik, also der Bahnebene der Erde um die
noch vermerkt, dass man sich damit einige Sonne, dargestellt. In einem so ausgerich-
bis heute ungelöste Probleme einhandelte. teten Ätherwind ist in der Nähe der Posi-
Sehr augenscheinlich ist die Schwierigkeit, tionen A und A’ ein großer Messwert zu
Fließrichtung die Übertragung von Kräften insbesondere erwarten, weil sich die Erde einmal gegen
im zunächst als leer gedachten Vakuum zu den Ätherwind bewegen muss. Wenn man
erklären, seien es magnetische oder Gra- allerdings, wie dies Michelson und Morley
vitationskräfte und auch die Kernkräfte.) gemacht haben, nur an 3 aufeinander fol-
A
Ätherwind
B D
war der Äther diskreditiert, ein Weltbild C
war angekratzt.
Einen Ausweg suchte Hendrik Antoon
Lorentz, ein holländischer Mathematiker
und Physiker, der nun annahm, dass sich Abb. 8: Ätherwind in der Ekliptikebene
einer der beiden Arme der Versuchseinrich-
tung durch den anströmenden Ätherwind
verkürzt hätte. Er entwickelte dafür mit dem
phytagoräischen Lehrsatz die als Lorentz-
Transformation bekannt gewordene Formel. A
Ein zweiter Erklärungsversuch Lorentzs war Ätherwind
auch, einen völlig ruhenden Äther zu postu-
lieren, wo man keine Differenz messen kann.
Da die Erde auf ihrem Weg um die Sonne
doch ihre Richtung verändert, erschien B D
auch der zweite Erklärungsversuch ziem-
lich unlogisch. Seine Vorschläge wurden
zwar beachtet, aber schließlich verworfen.
Ein junger Physiker in Bern nahm die C
Formel von Lorentz und setzte (statt der
Länge) die Zeit relativ. Dieser Physiker war
Einstein, der damit die Relativitätstheorie
begründete, die dann alsbald sehr ernst Abb. 9: Bei der Richtung des Ätherwindes senkrecht zur Ekliptik wirkt sich die
genommen wurde. Einstein erklärte den Bahngeschwindigkeit der Erde nicht aus.
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chen Versuchen von Dayton Miller auch
saisonale Maxima. All dies war erwartet
A Äthermitnahme
worden, ist eingetreten und deutet somit
keineswegs auf einen Messfehler.
durch die Erddrehung
B
D
C Ätherwirbel
im Sonnensystem
Abb. 10: Der Effekt der Äthermitnahme führt zu geringen Messwerten für den
Ätherwind Abb 11: Darstellung der Veränderungen der
Messwerte von Dayton Miller (1925 - 1926) im
Tagesverlauf = Erddrehung im Raum
genden Tagen misst, dann kann man auch disqualifizieren, weil auch ein Nullergebnis Dayton Miller hat 1926 seine umfangrei-
das Pech haben, in der Nähe der Potionen B das Vorhandensein eines Äthers nicht hätte chen Daten benutzt, um die Richtung des
kaum unterschiedliche Messwerte zu erhal- ausschließen können. Dann wäre man bei Ätherwindes abzuschätzen. Er ist zu einem
ten, weil sich die Erde mit dem Ätherwind der Abschätzung der Lichtgeschwindig- interessanten Ergebnis gekommen und hat
mitbewegt. keitsdifferenzen zu viel geringeren Werten sogar einen Ätherwind von ca. 208 km/sec
Da die Richtung des Ätherwinds aber gekommen. ermittelt. Dies wird bis heute vollkommen
völlig unbekannt war, dürfen auch andere Für diese Annahme spricht auch, dass ignoriert.
Richtungen keineswegs ausgeschlossen wer- sich eine Abhängigkeit der gemessenen Interessant ist in diesem Zusammenhang
den. Wenn wir ein anderes Extrem anneh- Werte von der Meereshöhe ergeben hat – auch der Umstand, dass das Ergebnis des
men, nämlich die Richtung senkrecht auf je höher der Versuchsstandort, desto höher Michelson-Morley-Versuches heute von
die Bahnebene der Erde um die Sonne, dann die Messwerte.
sind keinerlei jahreszeitliche Unterschiede Es ist allerdings auch eine Ätherbewe-
zu erwarten (Abb. 9). Es gibt keine Auswir- gung um die Sonne denkmöglich. In all
kung der Bahngeschwindigkeit der Erde diesen Fällen, sind nur kleine Messwerte
um die Sonne. Damit zeigt sich der mit zu erwarten (Abb. 10).
30 km/sec angenommene Erwartungswert Es gibt aber noch einige wichtige Aspekte,
als willkürlich und wissenschaftlich nicht die über das Bild hinausgehen, aber deutlich
gerechtfertigt. zeigen, dass es unwissenschaftlich war, den
Ein wesentlicher, aber damals schon Äther zu verwerfen und den Michelson-
experimentell ermittelter Aspekt wurde Morley-Versuch als Nullergebnis auszu-
völlig vernachlässigt – die Äthermitführung. weisen.
Der Fizeau-Versuch mit fließendem Wasser Der Fizeau-Versuch hat sehr geringe
hatte schon einige Jahrzehnte vorher erge- Geschwindigkeitsdifferenzen im Bereich
ben, dass die Lichtgeschwindigkeit von strö- von m/sec nachweisen können. Ein Mes-
mendem Wasser erheblich beeinflusst wird. sergebnis in der Größenordnung von km/
Schon eine geringe Wassergeschwindigkeit sec als Messfehler abzutun, erscheint danach
im Bereich von m/sec hatte zu messbaren völlig unverständlich.
Lichtgeschwindigkeitsdifferenzen geführt. Die Ergebnisse der verschiedenen Ver-
Hätte man die berücksichtigt, wäre zu suche zeigen auch eine deutliche Struktur.
erwarten gewesen, dass ein Äther sich mit Die Ergebnisse jeder Versuchsreihe ergeben
der Erdoberfläche einigermaßen mitbewegt, eine klare Messrichtung, in der die Licht-
so wie sich auch die Atmosphäre mit der geschwindigkeitsdifferenz ein klares Maxi- Abb. 12: Die als falsch identifizierten
Erdoberfläche mitbewegt. Im Extremfall mum ergibt. Ebenso gibt es klare Tagesma- Bilder sollten an geeigneter Stelle als
könnte dies sogar die Versuchsanordnung xima und es gibt bei den sehr umfangrei- falsch gekennzeichnet werden.
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anerkannten Physikern als Nullergebnis Das dargestellte Beispiel zeigt nun wie
dargestellt wird, obwohl alle Originalar- sehr ein Bild die Vorstellungen beeinflus-
beiten von Michelson, Morley und Miller sen kann. Das Bild vom Äther (Abb. 5) ist
von erheblichen gemessenen Geschwin- grob irreführend. Die Annahme eines in
digkeiten zwischen 5 und 15 km/sec (bzw. Richtung der Ekliptik „wehenden“ Äthers
sogar 208 km/sec) angeben. Wahrscheinlich ist und war voreilig und, wie die Analyse
wird hier eine einmal oberflächliche Beur- zeigt, sogar naiv. Es ist Zeit für klare und
teilung des Michelson-Morley-Versuches vor allem bessere Analysen.
immer wieder zitiert. Diese Beurteilung
hat sich inzwischen vom ursprünglichen Wie wichtig ist das Bild
falschen Zitat getrennt und ist zu einem
Paradigma geworden. Problematisch ist, vom Ätherwind?
dass damit jede angemessene Diskussion Das Bild stützt die Vorstellung, dass
der Ergebnisse verhindert wird. Sehr es keinen Äther gibt. Die Vorstellung der
bedenklich ist, dass der falsche Begriff Existenz eines Äthers, einer sehr feinen
„Nullergebnis“ auch in Schulbüchern auf- und trotzdem sehr dichten Materienart,
taucht und somit falsche Vorstellungen in würde unser Weltbild grundlegend revo-
Generationen von Schülern und Studenten lutionieren, weil es alle Lebensbereiche
verankert. betrifft. In der Physik fallen dann die
Aus all dem kann nun klar geschlos- Relativitätstheorien, die Urknalltheorie
sen werden, dass das Vorhandensein des und die Quantenphysik. Es würde zu einer
Lichtäthers durch den Michelson-Morley- neuen Gravitationstheorie und zu neuen
Versuch als erwiesen gelten sollte. Natürlich Theorien in vielen anderen Bereichen der
könnte man dies durch moderne Versuche Wissenschaft führen. Es wäre zu erwarten,
untermauern. So wäre ein Michelson-Mor- dass es damit für die in nächster Zeit zu
ley-Versuch in der Stratosphäre hochinter- erwartenden Energieengpässe neue Lösun-
essant, denn er könnte, über den Beweis des gen geben würde (Stichwort: freie Energie).
Äthers hinaus, noch viel über die Struktur Die Medizin würde ihre Vorstellungen
und Dynamik des Ätherwinds zeigen. von Krankheit und Heilung modifizieren,
denn man hätte nun eine Möglichkeit die
Grenzbereiche der Medizin genauer zu
untersuchen. Die Religionen würde lang-
fristig bestätigt werden, denn die feinstoff-
lichen Ebenen ermöglichen es, viele Glau-
bensgrundsätze, wie das Weiterleben nach
dem Tod, das Thema der Reinkarnation,
in einem neuen Licht zu betrachten. Die
ewigen Fragen des Menschen nach dem
„Woher komme ich“, „Wer bin ich?“, „Wohin
gehe ich?“ würde zu neuen Sichtweisen
über Leben und Existenz führen.
Wie kann man die Macht der
falschen Bilder brechen?
In unserer heutigen Zeit sind Bilder
wichtiger denn je. Es gibt noch viele andere
in den Wissenschaften oft benutzte Bilder
und Grafiken, die einer genauen Analyse
nicht standhalten. Wenn wir wirklich „fort-
schreiten“ wollen, sollten wir diese iden-
tifizieren und da wir sie nicht eliminieren
können, als falsch identifizieren. ☐
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