Warum ist die Physik so erfolgreich?

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1 Warum ist die Physik so erfolgreich?
„In der Welt geht es mit rechten Dingen zu!“ B. Kanitscheider „Wir irren uns empor!“ G. Vollmer

2 Warum ist die Physik so erfolgreich?
Konzentration auf einfache Systeme Hypothesen müssen an der Erfahrung scheitern können! Experiment als Gerichtshof der Naturgesetze Evolution ist konstitutiv für alles im Universum Suche nach „ewigen“ Prinzipien“ Physik ist das Paradebeispiel für den Prozesscharakter der Forschung Nach dem Experiment ist vor dem Experiment „Wir können die ganz große Geschichte erzählen“

3 Das moderne Bild von der Welt basiert auf der Physik

4 Wie man es auch dreht und wendet: Physik - Physik - Physik
Die Teile & das Ganze

5 Das ganze Bild auf einen Blick

6 Erst kommt der Urknall und dann kommt die Moral
Elementar- teilchen Hintergrundstrahlung Quantentheorie Galaxien/Sterne Relativitätstheorie Bewusstsein DNS Erde Planetensystem Biologie Leben Chemie/Molekularbiologie Gesellschaft Neurowissenschaften Mensch/ Sprache Kultur Religion Kognitionswissenschaften Soziobiologie Moral

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8 Fluktuationsgenerator
Kurze Geschichte des Universums Fluktuationsgenerator Fluktuationsverstärker Heiss dicht homogen Kalt dünn geklumpt

9 Pfeile und Kreisläufe: Zeit und Zufall

10 Evolution 1

11 Evolution 2

12 Machen wir es kurz … Physik/Technik

13 Ein Ergebnis von 400 Jahren erfolgreicher Physik
Ein Ergebnis von 400 Jahren erfolgreicher Physik! Ein Planet wird beleuchtet!

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15 Vom Helium zum Higgs-Feld
46 Größenordnungen ! 10-18 m 1028m Gassner, Lesch & Arenhövel Publ. in: Int. J. Theor. Phys., 47, 438, 2008 & Astrophysical Journal 685, 681, 2008

16 Physik ist die Form der

17 Physik ist experimentelle Philosophie
NATURALISMUS EXPERIMENT & THEORIE REDUKTION NATURGESETZE EVOLUTION ARBEIT – STURHEIT- NEUGIER GLÜCK DER TÜCHTIGEN

18 Naturalismus als naturphilosophisch-anthropologische Position
1. Universeller Anspruch 2. Beschränkung der zur Beschreibung & Erklärung zugelassenen Mittel 3. Evolutionärer Charakter 4. Entwirft ein kosmisches Gesamtbild 5. Weist dem Menschen einen bestimmten Platz zu 6. Fähigkeiten des Menschen sind evolutionär, naturalistisch erklärbar Naturalismus ist eine Hintergrundannahme, ein Weltbild, ein forschungsleitendes Paradigma, eine metaphysische Grundentscheidung.

19 Es gibt eine Einheit der Natur, die sich in einer Einheit der Wissenschaft spiegeln könnte.
Einheit der Natur: materiell –energetisch, zusammenhängend, ohne transzendente Instanzen Einheit der Gesetze: Für die gesamte Natur gilt eine einzige fundamentale Theorie (QM?) Einheitlichkeit der Objekte: Alle natürlichen Objekte sind aus Elementarbausteinen aufgebaut, die in nur wenige Klassen fallen Allheit der Objekte: Die Welt als Ganzes kann man als ein einziges Objekt ansehen. Einheit der Erfahrung: Alle Erfahrungen lassen sich als widerspruchsfrei in eine einheitliche Raumzeit einbetten. Einheit von Mensch & Natur: Auch der Mensch als erkennendes Subjekt ist Teil der Natur in genetischer Kontinuität mit den Tieren, damit letztendlich auch mit den unbelebten Systemen. (C.F. von Weizsäcker) Für den Naturalisten ist die Idee von der Einheit der Natur richtungweisend!

20 Was sind Naturgesetze? Regelmäßigkeiten im Verhalten realer Systeme
Mathematische Formulierungen natürlicher Vorgänge C.F. von Weizsäcker: „Im mathematischen Naturgesetz verstehen wir genau das, was überhaupt an ihr verstanden werden kann.“ Hypothese ↔ Experiment ↔ Theorie ↔ Gesetz Was bleibt beim Rückgang und Durchgang durch die Natur und ihre Geschichte? Das Letzte: Mathematische Naturgesetze!

21 lauert immer und überall:
Das Übel lauert immer und überall: die Mathematik

22 Maxwellgleichungen Lagrangesche Gleichungen Einstein´sche Feldgleichungen Zeitabhängige Schrödingergleichung

23 Mittelbeschränkung – nur mit rechten Dingen
Nur so viel Metaphysik wie nötig So viel Realismus wie möglich Verzicht auf teleologische Erklärungsmuster Mittelbeschränkung ist programmatisch Sparsamkeitsprinzip (Ockhams Razor, Denkökonomie) Konkurrenz von Hypothesen, Modellen, Theorien Sparsam Einfach Elementar Pragmatisch – Programmatisch - Antidogmatisch

24 Thesen des Naturalismus Nur so viel Metaphysik wie nötig
Ohne metaphysische Annahmen geht es nicht, auch nicht in der Wissenschaft. Der kritische Rationalismus lehnt die Metaphysik auch nicht völlig ab, sucht sie aber von der Erfahrungswissenschaft abzugrenzen: „Eine empirisch-wissenschaftliche Theorie muss an der Erfahrung scheitern können!“ (Poppersche Falsifizierung) Wie viel Metaphysik ist nötig? nötig für Forschung nötig für Erkenntnisfortschritt nötig fürs Leben

25 Thesen des Naturalismus Nur so viel Metaphysik wie nötig
Minimalmetaphysik Annahme einer bewusstseinsunabhängigen, strukturierten, zusammenhängenden Welt. Partielle Erkennbarkeit durch Wahrnehmung Erfahrung => Hypothetischer Realismus Intersubjektive Wissenschaft

26 Thesen des Naturalismus So viel Realismus wie möglich
Im Gegensatz zu anderen Positionen kann der Realist insbesondere folgende Fragen beantworten: Warum gehen nicht alle unsere Wünsche in Erfüllung? Warum gelingt uns nicht alles, was wir anstreben? Woran scheitern wissenschaftliche Theorien?

27 Thesen des Naturalismus So viel Realismus wie möglich
Antwort des Realisten Weil die Welt anders ist, als wir erhofften, vermuteten, erwarteten. Warum liefern unabhängige Meßmethoden für Naturkonstanten dieselben Werte? Warum erweist sich von konkurrierenden Theorien in der Regel eine als allen anderen überlegen? Antwort des Realisten: Konvergenz der Forschung erklärt sich durch die Einzigartigkeit der von uns untersuchten realen Welt

28 Thesen des Naturalismus So viel Realismus wie möglich
Warum ist unsere Suche nach Invarianten, etwa nach Naturkonstanten, allgemeinen Naturgesetzen oder Erhaltungsgrößen so erfolgreich? Antwort des Realisten: Invarianzen sind der Hinweis für die Objektivität von Erkenntnissen, also auf ihren Wirklichkeitsbezug und ihre Unabhängigkeit vom erkennenden Subjekt.

29 Beobachtungen – Messungen – gezielte Experimente
Bei der Erforschung der Natur ist die empirische Methode allen anderen überlegen Theorie ↔ Erfahrung Unmittelbare Erfahrung führt nicht direkt auf Theorie Versuch und Irrtumsbeseitigung Irrtum die Regel, die Wahrheit die Ausnahme Hypothesen werden krítisch geprüft. Soweit möglich werden sie dazu an der Erfahrung überprüft Beobachtungen – Messungen – gezielte Experimente

30 Bei der Erforschung der Natur ist die empirische Methode allen anderen überlegen
Empirische Prüfung faktischer Aussagen ist eine besonders strenge Form der Kritik => Empirie dort wo sie tatsächlich anwendbar sind. „Wir irren uns empor“ (G. Vollmer)

31 Bei der Erforschung der Natur ist die empirische Methode allen anderen überlegen
Überlegenheit der empirischen Methode beruht auf der Schärfe der kritischen Instrumente Mit Natur im Sinne des Naturalismus befassen sich nicht nur die Naturwissenschaften, sondern auch Geisteswissenschaften. In einer Hierarchie jedoch, in der Wissenschaften auf anderen aufbauen, stehen die Naturwissenschaften ganz unten, und die PHYSIK bildet dort das Fundament.

32 Alle realen Systeme - einschließlich des Kosmos als Ganzen – unterliegen der Evolution.
Moderner Naturalismus ist evolutionärer Naturalismus! Jede Entwicklung kann einen Anfang und ein Ende haben. SELBSTORGANISATION Bildung von komplexen Strukturen „von unten“ Verwirklichung des naturalistischen Programms

33 Das Universum als Selbstorganisationsprozess
Zeitsymmetrische Naturgesetze (Urknall) Kleine Abweichungen erzeugen neue Möglichkeiten (Fluktuationen) Instabilitäten versuchen Ungleichgewichte auszugleichen (Bildung von Galaxien) Energieflüsse treiben die Welt (Kernfusion in Sternen, Strahlung) Kritische Situationen treiben Entscheidungen Im Meer der Unordnung entstehen Inseln der Ordnung (Planeten, Leben, Intelligenz) Evolutionsgedanke verbindet viele wissenschaftliche Disziplinen Entwicklung verschiedener Systeme wird als Teil oder Phasen einer universellen Evolution angesehen und eingeordnet => Evolution fördert die Einheit der Wissenschaft!

34 Alle realen Systeme - einschließlich des Kosmos als Ganzen – unterliegen der Evolution.
Ausdehnung des evolutionären Paradigmas nach unten ist unproblematisch Entstehung von Leben aus einfachen Bausteinen Evolutive Entstehung des Menschen: eine von vielen biologischen Arten

35 Naturalismus ist immer Erklärung „von unten“
Alle realen Systeme - einschließlich des Kosmos als Ganzen – unterliegen der Evolution. Naturalismus ist immer Erklärung „von unten“

36 Alle realen Systeme - einschließlich des Kosmos als Ganzen – unterliegen der Evolution.
Der Evolutionsgedanke verbindet viele wissenschaftliche Disziplinen miteinander: Indem der dazu anregt, die Entwicklung verschiedener Systeme als Teile oder Phasen einer universellen Evolution anzusehen und einzuordnen, trägt er zur Einheit der Wissenschaft bei.

37 Komplizierte Systeme be- und entstehen aus einfacheren Teilsystemen
Die Evolution hat nicht mit komplexen Systemen oder besonders komplizierten Supersystemen begonnen, die nun allmählich zerfallen und dabei mehr und mehr Eigenschaften verlieren (von wegen früher war alles besser!). Es ist genau umgekehrt: Die komplizierteren Systeme entstehen später und zeigen Eigenschaften, die keines der Teilsysteme je besaß.

38 Komplizierte Systeme be- und entstehen aus einfacheren Teilsystemen
Wenn komplizierte Systeme aus einfachen entstehen, dann liegt der Versuch nahe, die emergenten Eigenschaften aus denen der Teilsysteme zu erklären, erstere auf letztere zurückzuführen, zu reduzieren. Der Naturalist steht dem Reduktionismus nahe, ohne unauflöslich an ihn gebunden zu sein.

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40 Komplizierte Systeme be- und entstehen aus einfacheren Teilsystemen
Sind die realen Systeme immer weiter teilbar, oder gibt es eine untere Grenze der Teilbarkeit? Eine endgültige Antwort wird es nie geben, denn wir können nicht herausfinden, ob unsere Unfähigkeit Elementarbausteine weiter zu zerlegen, prinzipielle oder nur praktische Gründe hat. Zur Zeit: Materie besteht aus Quarks und Leptonen (punktförmig und unteilbar)

41 Die reale Welt ist zusammenhängend und quasi-kontinuierlich
Kontinuität: Keine Sprünge, zusammenhängend mit der Umgebung, wechselwirkend: die realen Systeme Raum & Zeit sind kontinuierliche Parameter, die sich hervorragend bewährt haben. Achtung: Über völlig isolierte Systeme können wir nicht nichts erfahren, denn sie sind mit uns als Beobachtern in keiner Wechselwirkung. Die Existenz isolierter Objekte kann man risikolos behaupten oder bestreiten, eine Widerlegung ist nicht möglich Aus Sparsamkeitsgründen nimmt der Naturalist jedoch eine räumlich und zeitlich zusammenhängende Welt an!

42 Die reale Welt ist zusammenhängend und quasi-kontinuierlich
Aber: die Prozesse, mit denen wir zu tun haben, könnten durchaus sprunghaft verlaufen Scheinbare Diskontinuitäten Quantensprünge, Mutationen, Phasenübergänge, Bekehrungserlebnisse, Katastrophen, Revolutionen. Meistens kann man bei genauerer Betrachtung die vermeintlich als sprunghaft Empfundenen Vorgänge als zwar sehr schnell, aber doch als stetig Identifizieren. DIES GILT NICHT FÜR QUANTENEREIGNISSE SIE BRINGEN EIN UNSTETIGES ELEMENT IN UNSERE WELT (Radioaktiver Zerfall, Übergänge im Atom, etc…) DESHALB QUASI-KONTINUITÄT!

43 Was ist für den Naturalismus unabdingbar?
Alle Thesen sind als Arbeitshypothesen zu verstehen sie sind kritisierbar und korrigierbar, einige indirekt prüfbar. Naturalist ist bereit, seine Postulate zu überdenken und nötigenfalls zu ändern oder zu ergänzen kritischer Rationalismus. Programmatische Forderungen sind Nur so viel Metaphysik wie nötig Mindestrealismus Primat von Materie-Energie Aufbau realer Systeme aus einfacheren Teilen Keine erfahrungstranszendenten Instanzen Deshalb keine Wunder Auch die geistigen Leistungen des Menschen führen nicht über die Natur hinaus

44 Warum ist die Physik so erfolgreich?
Konzentration auf einfache Systeme Hypothesen müssen an der Erfahrung scheitern können! Experiment als Gerichtshof der Naturgesetze Evolution ist konstitutiv für alles im Universum Suche nach „ewigen“ Prinzipien“ Physik ist das Paradebeispiel für den Prozesscharakter der Forschung Nach dem Experiment ist vor dem Experiment „Wir können die ganz große Geschichte erzählen“