Natur: Naturgesetz
- Albert Einstein
„Man muß die Welt nicht verstehen, man muß sich nur darin zurechtfinden.“
Was sind Naturgesetze ?
[Bearbeiten]Im Lauf der menschlichen Kultur- und Wissenschaftsgeschichte wurden immer mehr Regeln und Tatsachen über die Natur zusammengetragen. Dabei waren sehr einfache Gesetze dabei, wie beispielsweise der Satz:
- „Auf der Erde fällt alles nach unten auf den Boden, es sei denn es kann fliegen, es ist leichter als Luft oder es ist fest verankert.“
Viele dieser Regeln waren dem Menschen ohne großes Nachdenken klar: Fast jeder Mensch wußte beispielsweise, daß hungrige Raubtiere gefährlich sind.
Viele dieser Regeln mussten immer wieder umformuliert werden, da sie sich als teilweise falsch erwiesen. Einige Regeln wurden auch völlig verworfen, da sie komplett falsch waren. Ein berühmtes Beispiel dafür war das vermeintliche Naturgesetz: Die Erde ist der Mittelpunkt der Welt und die Sonne bewegt sich um die Erde. Dieses Gesetz musste in einem langen schmerzlichen Prozess überwunden werden.
Eine entscheidende Verbesserung in der Erarbeitung des Regelwerkes der Natur, war die Idee direkte Fragen an die Natur zu stellen. Es wurde nicht mehr so viel nachgedacht und spekuliert, sondern es wurde probiert und beobachtet. Einige Bereiche der Natur entzogen sich allerdings direkten Experimenten, da sie wie beispielsweise Sterne zu weit weg oder zu schwer waren.
Eine weitere Verbesserung war die Idee, Naturgesetze mathematisch zu formulieren, soweit dies möglich war. Dabei erwiesen sich insbesondere die Physik und die Astronomie als einfach mathematisierbar. Die Chemie und die Biologie kamen lange Zeit ohne Mathematik aus.
Jedes Fach der Naturwissenschaften hat so im Laufe der Zeit ein weit verästeltes Regelwerk aus überprüften Aussagen und Gesetzen gewonnen. Immer wieder tauchen dabei Widersprüche auf, die allerdings nur noch selten das ganze Gebäude der Naturgesetze erschüttern, sondern in Details Änderungen mit sich bringen oder spezielle Regeln in einem größeren Rahmen verallgemeinern.
- Francis Bacon
„Wir können die Natur nur dadurch beherrschen, dass wir uns ihren Gesetzen unterwerfen.“
Dabei stellte sich auch heraus , dass manche Abläufe in der Natur zwar historisch richtig beschreibbar aber nicht naturgesetzlich zwangsweise aus den Anfangsbedingungen berechenbar sind. Der Zufall wurde als Einflussfaktor anerkannt, der solchen historischen Prozessen meist zu Grunde liegt. So ist es mehr oder minder Zufall, wann und wo die Erde von Meteoriten getroffen wurde und welchen Einfluss so ein Meteoriteneinschlag auf die Entwicklung der biologischen Evolution genommen hat.
Da der Begriff Naturgesetz positiv besetzt ist und ein vermeintlich sicheres Wissen suggeriert, gibt es Aussagen, die angeblich ein Naturgesetz sind, dies aber bei näherer Überprüfung gar nicht sein können. Hier sollte man kritisch mit dem Begriff umgehen und seine allzu breite Verwendung vermeiden.
Voraussagen über die Zukunft
[Bearbeiten]Naturgesetze ermöglichen aus Beobachtungen über den vergangenen Zustand der Welt Vorhersagen über die Zukunft.
Die Vergangenheit liegt fest. Die Zukunft ist offen, aber in manchen Punkten vorhersagbar.
Kein Naturgesetz
[Bearbeiten]Der folgende Text stammt von dem berühmten Philosophen Thomas Hobbes. Er deklariert zwei Regeln des menschlichen Zusammenlebens zum Naturgesetz. Damit meint Hobbes jedoch nicht eine beobachtbare Regelmäßigkeit, die Vorgänge in der Natur bestimmt, sondern eine Anweisung für menschliches Verhalten, die sich aus einem Zustand ohne andere Gesetze ergibt.
- Thomas Hobbes, Leviathan, XIII. Kapitel
„Wie im letzten Kapitel gezeigt worden ist, befindet sich der Mensch in dem Zustand des Krieges aller gegen alle. Jeder wird nur von seiner eigenen Vernunft geleitet und es gibt nichts - so man es nur in den Griff bekommt - was einem nicht dabei helfen könnte, sein Leben vor seinen Feinden zu schützen. So hat dann in einer solchen Lage jeder ein Recht auf alles, selbst auf das Leben seiner Mitmenschen. Und folglich kann es keine Sicherheit für den Menschen geben (er mag noch so stark oder klug sein), sich in der Zeit seines Lebens, die ihm die Natur im Allgemeinen schenkt, zu erfreuen, solange dieses natürliche Recht eines jeden auf alles besteht. Als eine Vorschrift oder allgemeine Regel der Vernunft hat daher zu gelten: Jeder Mensch suche Frieden, solange er hoffen kann, dieses Ziel zu erreichen, und nehme allen Nutzen und Vorteil eines Krieges wahr, wenn du zu keinem Frieden gelangen kannst. Die erste Hälfte dieser Regel ist das erste und wichtigste Naturgesetz, nämlich: Suche Frieden und bewahre ihn. Die zweite Hälfte besagt: Verteidige dich, ganz gleich auf welche Art, und schließt somit jegliches Naturrecht in sich. Auf dieses erste und grundlegende Naturgesetz, welches den Menschen befiehlt, nach Frieden zustreben, gründet sich das zweite: Zur Erhaltung des Friedens und zu ihrer eigenen Verteidigung sollen alle Menschen - sofern es ihre Mitmenschen auch sind -, bereit sein, ihrem Recht auf alles zu entsagen und sich mit dem Maße an Freiheit zu begnügen, das sie bei ihren Mitmenschen dulden...“
Das Zitat soll verdeutlichen, dass solche „ Regeln der Natur“ etwas anderes sind als Naturgesetze im Sinne der Naturwissenschaft. Die Natur kann man in diesem Fall auch als einen Gesetzgeber ansehen, der zudem Verstöße gegen die Regel oft durch Mißerfolg bestraft. Im Naturgesetz der Naturwissenschaft funktioniert die Metapher anders: Hier ist es die Natur, die das Gesetz befolgt und, wenn eine konsistente Welt angenommen wird, niemals außerhalb des Gesetzes „handelt“, auch nicht in einer sogenannten Laune der Natur.
Die Regeln der belebten Natur
[Bearbeiten]Meist geht man bei der Definition des Begriffes Naturgesetz von Fakten in der Physik, Chemie oder Astronomie aus. Die Biologie läßt sich nicht mehr so einfach mit Naturgesetzen erfassen. Oft gibt es in der Biologie wichtige Regeln, die sich manchmal auch gut mathematisch darstellen lassen, oft gibt es aber auch Außnahmen, Zufallseinflüsse und historische Abläufe, die man nicht mehr so einfach als naturgesetzlich bezeichnen kann. Ein immer noch sehr lesenswertes und antiquarisch erhältliches Buch zu diesem biologischen Grenzbereich der Naturgesetze stammt von Veronika Straaß und heißt Spielregeln der Natur.
Gott und die Naturgesetze
[Bearbeiten]Es gibt ( oder besser es gab) zwei gute theologische Argumente für die Existenz Gottes, die sich auf die Naturwissenschaften beziehen. Das eine Argument besagt, das die Existenz der Naturgesetze die ordnende Hand Gottes bei der Erschaffung der Welt belegt. Gott ist quasi der Gesetzgeber der Natur.
Das zweite Argument war der anthroposophische Gottesbeweis, das nämlich so etwas Kompliziertes wie ein Tier oder der Mensch niemals von alleine entstanden sein kann. Beide Begründungen sind durchaus brauchbar und bedenkenswert. Trotzdem können sie die meisten Naturwissenschaftler nicht mehr überzeugen.
Denn Argument 1, das Gott der Gesetzgeber der Natur ist, ist gleichzeitig auch ein starkes Gegenargument gegen Gott. Zumindest ist es ein starkes Gegenargument gegen einen ins Weltgeschehen eingreifenden Gott. Ein Gott, der sich nicht an seine eigenen Naturgesetze hält, ist aus naturwissenschaftlich Sicht unlogisch und wissenschaftlich unbrauchbar.
Das Argument 2, das es zu jeder komplizierten Sache wie beispielsweise einer Uhr auch einen Uhrmacher gibt, wurde in der Biologie durch Darwin und all seine Nachfolger überzeugend außer Kraft gesetzt. Darwin war, wenn man so will, tatsächlich der Mörder des menschlichen Schöpfergottes.
Der naturwissenschaftliche Gott ist in diesem Sinne vielleicht noch der Urknaller, der die Welt ins Rollen brachte und die Gesetze der Physik festlegte. Ein eingreifender, von Menschen beeinflußbarer, biologischer Schöpfergott ist er nicht mehr.
Naturkonstanten
[Bearbeiten]Die Drei
[Bearbeiten]Die drei grundlegendsten Naturkonstanten sind nach heutiger Ansicht:
- die Gravitationskonstante
- die Lichtgeschwindigkeit (Meter pro Sekunde)
- und das Plancksche Wirkungsquantum (Joule mal Sekunde)
Mit Ehrfurcht liest man als Nichtfachmann die Werte dieser Naturkonstanten. Man kann dann unter Physikern aber sofort eine lebhafte Diskussion herbeiführen, wenn man fragt, warum gerade diese 3 Konstanten so grundlegend sind und ob sie sich vielleicht auf eine noch grundlegendere einzelne Konstante oder auf die mathematischen Konstanten wie Pi oder die Eulersche Zahl e zurückführen lassen.
Die Sechs
[Bearbeiten]Manche meinen auch sechs weitere Konstanten wären essentiell:
- nu (das Verhältnis der elektrischen Kraft, die die Atome zusammenhält, zur Schwerkraft
10^37
- epsilon Wie stark binden Atomkerne an einander ?
0,004
- omega Gesamtmenge an Materie im Universum
- lambda Stärke der Antigravitation die 1998 entdeckt wurde
eine sehr kleine Zahl
- Q Verhältnis zweier fundamentaler Energien
1/100,000
- delta Zahl der Raumdimensionen unseres Universums
Literatur:
- Just Six Numbers: The Deep Forces That Shape the Universe (Science Masters) [Taschenbuch]
- Martin Rees
Die fünf mathematischen Konstanten
[Bearbeiten]- 0
- 1
- i
- e
- Pi
Fragen
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Eine interessante Frage ist die nach den einfachsten und wichtigsten Naturgesetzen. Auf welchen Fundamenten ruht das Gebäude der Naturgesetze? Nach allgemeiner Meinung gehören dazu:
- die Newtonschen Gesetze der Mechanik und Schwerkraft
- die drei Gesetze der Thermodynamik
- die Maxwellschen Gleichungen des Elektromagnetismus
- die allgemeine und spezielle Relativitätstheorie
- die Gesetze der Quantenphysik
Eine weitere wichtige Frage ist die Abgrenzung des Begriffes Naturgesetz von historisch richtigen Aussagen, denen man aber eher keinen Rang als Naturgesetz zubilligen will. Ein Beispiel dazu: Der Mensch ist genetisch eng mit dem Affen verwandt.
Sind mathematische Sätze als Naturgesetze anzusehen oder nicht? Die geometrische Aussage: Die Winkelsumme eines Dreiecks in der Ebene beträgt 180 Grad ist richtig. Ist das aber ein Naturgesetz?