Naturgesetz
Definition
Basiswissen
Das Gravitationsgesetz, das Gesetz von Gay-Lussac oder das Wiensche Verschiebungsgesetz: als Naturgesetz bezeichnet man eine feste Regelmäßigkeit im Ablauf der Welt, die man in Worten oder mit Mathematik formuliert hat. Naturgesetze schränken ein, was wir erwarten dürfen.[15] Die Idee von Naturgesetzen ruht jedoch a) auf unsicherem Boden und sie bringt b) eine Entseelung der Welt mit sich. Diese beiden Aspekte sind hier behandelt.
Das Wichtigste zum Naturgesetz in Kürze
- Naturgesetze unterliegen dem Gebot der Objektivität[11] ↗
- Naturgesetze der Physik basieren auf Mittelwerten, sie sind statistisch[4] ↗
- Naturgesetze unterliegen dem Kausalitätsprinzip[1] ↗
- Naturgesetze sind eine Idealisierung[2] ↗
- Sie stehen für eine Einschränkung unserer Erwartungen.[15]
- Der Begriff hat sich über die Jahrhunderte gewandelt.[9]
Einführung: das klassische Naturgesetz
Ein Stein, der aus 4 Sekunden lang nahe der Mondoberfläche nach unten fällt ist dann 6,72 Meter pro Sekunde schnell. Die Zuverlässigkeit mit der solche Regeln - über Jahrhunderte - in Versuchen bestätigt wurden verleitet zu dem Annahme, dass sie immer und überall gelten. Und die große Anzahl solcher Naturgesetze verleitet zur Verallgemeinerung: dort, wo wir noch keine Naturgesetze kennen werden wir sie doch nach ausreichend langer Zeit auffinden können. Letztendlich, so die Annahme, sind alle Abläufe der Welt strikt durch Naturgesetze geregelt.[13] Betrachten wir diesen Punkt etwas näher.
Naturgesetze sind empirisch, nicht logisch
Naturgesetze sind keine logisch zwingenden Gesetzmäßigen: es gibt zum Beispiel keinen logischen Grund, dass Massen sich gegenseitig anziehen müssen. Sie könnten sich rein theoretisch gedacht auch gegenseitig abstoßen. Das wird zum Beispiel im Zusammenhang mit Einsteins Relativitätstheorie[6] oder der geheimnisvollen dunklen Energie[7] diskutiert. Naturgesetze entstehen aus der Beobachtung der Welt, wie sie tatsächlich ist (aber vielleicht nicht immer sein muss)[8] und sind damit nur Beobachtungsgesetze oder Erfahrungstatsachen.[14] Man nennt sie auch empirisch, aus der Erfahrung abgeleitet, im Gegensatz zu einer logischen Herleitung aus sicher gültigen Voraussetzungen. Siehe mehr dazu im Artikel empirisch ↗
Naturgesetze als Mittelwert-Angaben
Der einflussreiche österreichische Physiker Franz Serafin Exner legte großen Wert auf die Erkenntnis, dass jedes Naturgesetz immer nur für Mittelwerte einer größeren Anzahl von Messungen gilt. Misst man mit einer sehr feinen Waage zum Beispiel 10 mal die Masse einer kleinen Knetkugel, dann wird man möglicherweise 10 verschiedene Ergebnisse erhalten. Man bildet von den verschiedenen Ergebnissen dann einen Durchschnitt, auch arithmetisches Mittel genannt. Die Naturgesetze beziehen sich oft nur auf solche arithmetischen Mittelwert und nicht auf einen konkreten Einzelfall[4]. Siehe auch arithmetisches Mittel ↗
Naturgesetze als Kausalität
Der österreichische Physiker und Nobelpreisträger Erwin Schrödinger definiert ein Naturgesetz eindeutig: "Die Umstände, die einem gewissen, oft beobachteten Erscheinungsablauf (A) vorangehen, scheiden sich typisch in zwei Gruppen, beständige und wechselnde. Und wenn weiter erkannt wird, daß die beständige Gruppe auch umgekehrt immer von A gefolgt wird, so führt das dazu, diese Gruppe von Umständen als die bedingenden Ursachen von A zu erklären.[1, Seite 9 und 10.]" Als anschauliches Beispiel kann man sich einen Lichtschalter vorstellen. Dem Aufleuchten eines Lichtes, geht immer ein Umlegen des Schalters voraus. Und auch führt ein Umlegen des Schalters immer zum Aufleuchten des Lichtes. Schrödinger bemerkt, dass man nun "über die Erfahrung hinaus[1, Seite 10]" verallgemeinert und damit auch gleichzeitig fordert, dass alle Erscheinungsabläufe in der Welt derart determiniert, also durch vorangehende Erscheinung angekündigt seien. Dies, so Schrödinger, nenne man das Kausalitätsprinzip ↗
Naturgesetze und der Laplacesche Dämon
Würde das oben beschriebene Kausalitätsprinzip ausnahmslos auf alle Abläufe in der Welt zutreffen, dann würde sich die Welt nur abspulen wie eine aufgezogene Spielzeugmechanik. Alle Ereignisse wären so fest und vorherbestimmt wie die Zeilen einer spannenden Geschichte in einem Buch. Der gesamt Weltablauf könnte dann in die Zukunft und auch in die Vergangenheit berechnet werden. Dieser Gedankengang ist die Grundidee
Der Mensch als Roboter im Sinne von Naturgesetzen
Bereits im Jahr 1748 wurde ein kleines Buch veröffentlicht, in dem auch der Mensch mitsamt seines gesamten Seelenlebens als roboterhafte Mechanik beschrieben wurde[3]. Der Autor, ein Arzt, betrachtete alle Regungen der menschlichen Seele als reine Mechanik oder Chemismus. Alles basiert auf Reflexen und eindeutigen Abläufen. Einen freien Willen kann Offra nirgends erkennen. Wie auch der Laplacesche Dämon eine logische Konsequenz einer nur naturgesetzlich gedachten Welt ist, so kann es in einer solche Welt auch keine wirklich frei handelnden Wesen geben. Demgegenüber steht die Auffassung, dass die Naturgesetze in der Welt des Organischen nicht mit ganzer Strenge gelten.[12] Siehe auch Die Maschine Mensch ↗
Die ausgeschaltete Persönlichkeit als Erkenntnisvoraussetzung
Der Laplacesche Dämon und der entseelte Mensch als Maschine sind logische Folgen eine strikt naturgesetzlich gedachten Weltablaufs. Aber nicht nur als Folge eines solchen Denkens sondern auch als denknotwendige Voraussetzung muss man die Wegnahme des Seelischen bei Naturgesetzen verstehen. Wenn ein Naturwissenschaftler die Aufspaltung von weißem Licht in bunte Farben an einem Glasprisma beschreibt, dann dürfen die Resultate nicht davon abhängen, ob er rot-grün blind war. Im Idealfall entwirft der Wissenschaftler ein Messgerät, dass Farben von alleine misst und sie zum Beispiel über Wellenlängen benennt. Aus allem muss der Forscher versuchen, sich herauszuhalten. Das Ziel ist Objektivität. Objektivität heißt, dass in Aussagen nichts Subjektives, an der Einzelperson Hängendes mehr enthalten ist. Die Verallgemeinerung führt zu einer Weltbeschreibung, in der subjektive Werturteile und Empfindungen und alles, was nicht verallgemeinbar ist, ausgespart wird. Das Individuum ist nur dort interessant, wo es als Objekt der Statistik Daten liefern kann. Das muss man sich bewusst machen. Und man darf hinterfragen, ob es nicht auch eine Alternative gibt. Höheren wir noch einmal den Physiker Erwin Schrödinger: "Ich verstrete hier nicht, daß in de Naturbetrachtung die eigene Persönlichkeit ausgeschaltet werden soll, sondern daß sie es tatsächlich wird.[1, Seite 63]" Siehe auch unter Determinismus ↗
Naturgesetze sind immer nur idealisiert
s=½at²: viele Naturgesetze sind als Formeln formuliert: "Mathematische Formeln verleiten leicht zu dem Glauben, daß der mathematischen Exaktheit auch eine physikalische entsprechen müsse.[2, Seite 647]" Siehe auch Ideenlehre ↗
Bis wann gilt ein Gesetz als Naturgesetz?
Ein Naturgesetz wird von Wissenschaftlern solange akzeptiert, wie es mit Beobachtungen und Versuchsergebnissen übereinstimmt. Dieses Prinzip nennt man Empirismus: Die Gültigkeit von Gesetzen wird nicht von Autoritäten, über Zitate, logische Schlussfolgerungen oder demokratische Prozesse sondern alleine über die Überprüfung mit Versuchen und Beobachtungen bestimmt. Lies mehr unter Empirismus ↗
Wandlung über die Jahrhunderte, Verlust der Moral
Noch im Jahr 1798 fasst ein deutschssprachiges Lexikon die Moral mit unter die Naturgesetze.[9] Man ging von "natürlich erkannten Wahrheiten" aus, von denen die Vernunft dann Schlüsse ableiten konnte. Dieses Mitdenken des Moralischen in der Idee einer natürlichen Ordnung verschwand aber spätestens im 19ten Jahrhundert, das Moralische wurde von den naturgesetzlichen abgetrennt, etwa als Sittengesetzt.[10] Ein Naturgesetz beantwortet also nicht die Frage, wie etwas sei soll[13] sondern wie etwas sein wird. Die Idee, dass die Welt der natürlichen Dinge, der Objekte und Gegenstände dennoch Hinweise auf moralische Grundzüge unserer Welt vermitteln kann, wird betrachtet im Artikel natürliche Religion ↗
Fußnoten
- [1] Erwin Schrödinger: Was ist ein Naturgesetz? Beiträge zum naturwissenschaftlichen Weltbild. Scientia nova, 5. Auflage, Oldenbourg, München 1997, ISBN 978-3-486-56293-4.
- [2] Franz Serafin Exner: Über Naturgesetze (Kapitel 86 bis 94). In: Vorlesungen über die physikalischen Grundlagen der Naturwissenschaften. Deuticke, Wien 1919, OBV, siehe auch Grundlagen der Naturwissenschaften (Exner) ↗
- [3] Julien Offray de la Mettrie: Der Mensch eine Maschine. 1748. Siehe auch Die Maschine Mensch ↗
- [4] Franz Serafin Exner: Physikalische Gesetze als Durchschnittsgesetze. Fragliche Gültigkeit derselben in kleinen Gebieten (7. Vorlesung). In: Vorlesungen über die physikalischen Grundlagen der Naturwissenschaften. Deuticke, Wien 1919, OBV. Seite 665 — 670. Siehe auch Grundlagen der Naturwissenschaften (Exner) ↗
- [5] Ein Lexikon aus dem Jahr 1914 betont den reinen Erfahrungscharakter von Naturgesetzen: "Gesetz (Naturgesetz). Da alle unsre Naturgesetze durch die Erfahrung gewonnen und aus ihr abgeleitet sind, gelten sie im allgemeinen nur innerhalb des Bereichs, innerhalb dessen sie durch die Erfahrung bestätigt worden sind und fortwährend bestätigt werden. Ihre Gültigkeit kann auch durch neue, mit ihnen im Widerspruch stehende Erfahrungen erschüttert, sogar ganz umgestoßen werden. Von absoluten, für alle Ewigkeit gültigen Gesetzen dürfen wir daher – streng genommen – nicht reden, da wir die zukünftigen Erfahrungen nicht voraussehen können." Als Beispiel für eine "Erschütterung" bekannter Naturgesetze stellt der Artikel detailliert das "Lorentz-Einsteinsche Relativitätsprinzip" dar. In: Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 9 Stuttgart, Leipzig 1914., S. 319-320. Online: http://www.zeno.org/nid/20006158056
- [6] Gravitation könnte auch abstoßend wirken: "…the gravitational interaction in Einstein's theory even altered the attraction-only property, characteristic of Newton's theory, the law of universal gravitation, and became both attractive and repulsive." In: Arifov, L.Y. Phenomenon of gravitational repulsion in the general theory of relativity. Soviet Physics Journal 24, 346–351 (1981). https://doi.org/10.1007/BF00898270
- [7] Manuel Hohmann, Mattias N. R. Wohlfarth: Repulsive gravity model for dark energy. In: Physical Review D 81 (2010): 104006.
- [8] Naturgestze sind empirisch überprüfbar, aber nicht mathematisch beweisbar: "Die Geradlinigkeit kräftefreier Bahnen kann daher allenfalls ein Naturgesetz sein, das wir nicht mathematisch beweisen, sondern durch Messungen (mit der uns zur Verfügung stehenden Genauigkeit) überprüfen können." In: Franz Embacher: Spezielle Relativitätstheorie: Argumentationen zur Herleitung der wichtigsten Aussagen, Effekte und Strukturen. Dort das Kapitel "Das Kreuz mit dem Inertialsystem". Internetseite der Universität Wien. Stand 27. November 2024. Online: https://homepage.univie.ac.at/franz.embacher/SRT/Inertialsystem.htm
- [9] Noch im Jahr 1798 gehörten zu einem Naturgesetz nicht nur physikalische Gesetze der Bewegung sonder auch Gesetze einer als natürlich empfunden Moral: "Das Naturgesêtz, des -es, plur. die -e. 1) In der Naturlehre, die Gesetze, d.i. Regeln, nach welchen sich die Veränderungen in der Natur, d.i. in der Körperwelt, zutragen; die Bewegungsgesetze. In weiterer Bedeutung werden auch wohl die Vorstellungsgesetze in der Geisterwelt mit unter den Naturgesetzen begriffen. 2) In der Moral sind die Naturgesetze Regeln, Vorschriften für unsere freyen Handlungen, welche aus natürlich bekannten Wahrheiten hergeleitet werden, welche wir durch den richtigen Gebrauch der Vernunft lernen. Der ganze Umfang dieser Gesetze wird auch collective das Naturgesetz oder das Gesetz der Natur genannt; da denn der Plural ungewöhnlich ist." In: Adelung, Grammatisch-kritisches Wörterbuch der Hochdeutschen Mundart, Band 3. Leipzig 1798, S. 445. Online: http://www.zeno.org/nid/20000335703
- [10] Naturgesetz wird von Sittengesetzen unterschieden: "Gesetz, 1) jede Vorschrift od. Regel, welcher geschaffene Wesen unterworfen sind, daher Naturgesetz die Nothwendigkeit, welche sich in den sich gleichbleibenden Erscheinungen der Naturwelt kund gibt; Denkgesetz die Regel, nach welcher sich das Denken eines vernünftigen Menschen ordnet; Sittengesetz die Vorschrift, welche Gewissen u. vernünftige Anschauung der Dinge dem Menschen in Beziehung auf sein Streben u. Handeln vorschreibt". In: der Artikel "Gesetz". Pierer's Universal-Lexikon, Band 7. Altenburg 1859, S. 289-291. Online: http://www.zeno.org/nid/20010002383
- [11] Naturgesetze müssen objektiv gelten, unabhängig von menschlichem Denken. Zum Beispiel ist das Gesetz des "dekadischen Zahlensystems, das uns in einfacher Form Nomenklatur und Schriftzeichen für beliebig viele Zahlengrößen liefert, ist kein Naturgesetz. Im Gegenteil befiehl das Naturgesetz objektiv, unabhängig vom menschlichen Denken, und Galileis Fallgesetz bestand, ehe der menschliche Geist in diesem Gesetze eine unendliche Anzahl von Einzelbewegungen fallender Körper umfaßte." In: der Artikel "Naturgesetz". Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 4 Stuttgart, Leipzig 1906., S. 443-445. Online: http://www.zeno.org/nid/20006030211
- [12] Naturgesetze kennzeichnen sich durch Regelmäßigkeit, die aber in der Welt des organischen aufgeweicht sein kann: "Gesetz (Naturgesetz). Die denkende Vergleichung der Naturveränderungen läßt in denselben Regelmäßigkeiten erkennen ähnlich dem durch Gesetze geregelten Handeln der Menschen, Regelmäßigkeiten, die teilweise von diesem durch eine absolute Unverbrüchlichkeit sich unterscheiden, die allgemeinen Naturgesetze. Ein andrer Teil scheint Ausnahmen und Abweichungen unterworfen zu sein und trägt mehr den Charakter von Regeln, das sind die Gesetze der Lebenserscheinungen der organischen Natur." In: der Artikel "Naturgesetz". Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 4 Stuttgart, Leipzig 1906., S. 443-445. Siehe auch Leben ↗
- [13] Bei einem Naturgesetz gibt es strenge Notwendigkeiten, kein Sollen: "Gesetz ist der Inhalt eines Imperativs, einer Willensforderung bezw. was analog einem solchen Inhalte (ursprünglich) betrachtet wird. Gesetz ist der Ausdruck für ein Sein-sollendes, Gewolltes, notwendig zu Geschehendes. Bei juridischen Gesetzen ist die Notwendigkeit eine teleologische (»man muß, soll – wenn man nicht Strafe haben will«), beim ethischen, logischen, geistigen Gesetze ebenfalls (»man muß, soll – wenn man vernünftig leben, vernünftig denken will«), beim Naturgesetz eine psychologische (triebartige) oder mechanische Notwendigkeit. Naturgesetze sind begrifflich formulierte Notwendigkeits-Relationen, mit denen die Constanz, Regelmäßigkeit von selbst gesetzt ist. »Es ist ein Naturgesetz« heißt: das Wesen, die Natur, die constitution der Dinge, des Alls fordert, bedingt den Zusammenhang, die Art, das Quale und das Quantum von Geschehnissen. Unter gleichen Bedingungen verhält sich Gleiches stets (zu allen Zeiten, in allen Räumen) gleich – das ist die logische Grundlage (das Identitätsprincip) aller Gesetzlichkeit." Und weiter so, sehr ausführlich, auch etwa zu Gesetzen der Soziologie. In: Eisler, Rudolf: Wörterbuch der philosophischen Begriffe, Band 1. Berlin 1904, S. 378-383. Online:
- [14] Naturgesetze als Erfahrungstatsachen: "Auf diese Weise gelingt die Naturwissenschaften zur Ausstellung empirischer, d. h. aus Erfahrungstatsachen abgeleiteter Naturgesetze, welche die ursächliche Bedingtheit gewisser Vorgänge durch bestimmte andre aussprechen. Diese empirischen Gesetze sucht die Naturwissenschaft weiter auf allgemeinere Gesetzmäßigkeiten zurückzuführen, indem sie das demselben Gemeinsame ermittelt und durch Hypothesen (s. d.) miteinander verknüpft." In: der Artikel "Naturwissenschaft". Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 14. Leipzig 1908, S. 460-462. Online: http://www.zeno.org/nid/20007138768
- [15] "Man spricht oft von Naturgesetzen. Was bedeutet dieser Ausdruck? Gewöhnlich wird man der Meinung begegnen, die Naturgesetze seien Regeln, nach welchen die Vorgänge in der Natur sich richten müssen, ähnlich den bürgerlichen Gesetzen, nach welchen die Handlungen der Bürger sich richten sollen. Einen Unterschied pflegt man darin zu sehen, daß die letzteren Gesetze auch übertreten werden können, während man Abweichungen der Naturvorgänge von ersteren für unmöglich hält." Und: Naturgesetze schränken ein: " Ihrem Ursprunge nach sind die »Naturgesetze« Einschränkungen, die wir unter Leitung der Erfahrung unserer Erwartung vorschreiben". In: Ernst Mach: Erkenntnis und Irrtum. Leipzig 1917. Dort das Kapitel "Sinn und Wert der Naturgesetze". Online: http://www.zeno.org/nid/20009213600