Philosophie und die Naturwissenschaften

Rationalität, Revolution und Realismus

Der Einfluss von Kuhns Struktur der wissenschaftlichen Revolutionen

Obwohl Karl Popper bereits viele Jahre zuvor die Bedeutung von „revolutionären“ Veränderungen in der Wissenschaft betonte, brachte Thomas Kuhns 1962 erschienenes Buch Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen radikale Theorieänderungen wirklich in den Mittelpunkt der Wissenschaftsphilosophie. Kuhns Ansichten erschienen herausfordernder für ältere Auffassungen als die von Popper. Doch was genau diese Ansichten sind, war sofort umstritten und blieb es seither. Manche, die von Kuhn beeinflusst wurden, angeregt durch seine Rede von „Unvergleichbarkeit“ und dem angeblichen völligen Zusammenbruch der Kommunikation zwischen Wissenschaftlern in unterschiedlichen Paradigmen, von totalen „revolutionären“ Revisionen selbst der empirischen Grundlage der Wissenschaft und sogar von einer Veränderung der Welt mit dem dominanten Paradigma, sahen das Buch als Zerstörung der Vorstellung, dass Theorieänderung in der Wissenschaft ein rationaler Prozess sei.

Ich werde hier nicht in eine Kuhnische Exegese eintreten: Wer den Wendungen der Neuinterpretationen oder Klärungen von Kuhns markant klingenden Aussagen folgen möchte, findet Hinweise in der Bibliografie. Ich betone stattdessen, was ich als positiv und wertvoll an Kuhns Darstellung erachte. Zuerst erkläre ich, was mir an Kuhns Darstellung wertvoll und korrekt erscheint, und versuche dann, die schärfste Herausforderung für die wissenschaftliche Rationalität aufzuklären, die diese korrekten und wertvollen Ansichten darstellen.

Paradigmen versus Theorien

Kuhn bestand darauf, dass Wissenschaft und ihre Entwicklung nicht zufriedenstellend in Form einzelner Theorien analysiert werden können: Die Einheit des wissenschaftlichen Engagements ist nicht die Theorie, sondern das „Paradigma“. Dieser Begriff ist berüchtigt unklar, was seine weitverbreitete Nutzung oder missbräuchliche Verwendung begünstigte. Die Hauptbedeutung von Kuhns Idee lässt sich am besten durch ein vereinfachtes und etwas idealisiertes Beispiel aus der Wissenschaftsgeschichte erläutern.

Die vorherrschende Auffassung über die Natur des Lichts im achtzehnten Jahrhundert war, dass es aus winzigen materiellen Teilchen besteht; diese werden von Quellen wie der Sonne ausgesendet und folgen Bahnen, die wie die aller anderen Teilchen den Newtonschen Gesetzen unterliegen. Insbesondere bewegen sie sich in geraden Linien mit konstanter Geschwindigkeit, sofern keine resultierende äußere Kraft auf sie wirkt; und umgekehrt, immer wenn die Teilchen aus ihrer geradlinigen Bahn abgelenkt werden, wie etwa bei Reflexion an einem Spiegel oder Brechung beim Eintritt in ein transparentes Medium wie Wasser, muss eine Kraft diese Ablenkung erklären.

Zwei Merkmale seien hervorgehoben. Erstens handelt es sich um ein sehr allgemeines Ideenpaket – um einen detaillierten Kontakt mit empirischen Phänomenen herzustellen, müssen spezifische Annahmen sowohl über die Lichtteilchen selbst (was unterscheidet etwa Teilchen, die das Gefühl von blauem Licht erzeugen, von solchen, die rotes Licht hervorrufen) als auch über die auf sie wirkenden Kräfte unter besonderen Umständen ergänzt werden (wie wirken genau die Reflexions- und Brechungskräfte und wie interagieren sie?). Zweitens erfolgt dieser Prozess der Spezifizierung innerhalb des allgemeinen Rahmens nicht blindlings; die Arten von Annahmen, die funktionieren könnten, werden durch den allgemeinen Rahmen selbst in Verbindung mit vorhandenem Hintergrundwissen angezeigt. Die allgemeine Idee war, die Optik auf die Teilchenmechanik zu reduzieren. Die Teilchenmechanik war durch die Arbeiten von Newton und seinen Nachfolgern bereits hoch entwickelt. Verschiedene Kandidaten für die differenzierenden Eigenschaften der Lichtteilchen standen bereits zur Verfügung – blau machende Teilchen könnten etwa eine andere Masse oder Geschwindigkeit haben als rot machende; Arbeiten in anderen Bereichen lieferten Ideen über die Art von Kräften, die in der Optik wirken könnten. Zudem bedeutete die mathematische Durchdringung der Teilchenmechanik, dass jede spezifische Theorie innerhalb dieses Rahmens mathematisch handhabbar wäre, sodass Wissenschaftler deren empirische Konsequenzen ableiten konnten.

Im achtzehnten Jahrhundert existierte demnach keine einzelne Theorie des Lichts, sondern eine allgemeine zugrunde liegende Idee, dass Licht eine Art Teilchen sei, auf die bestimmte Kräfte wirken, zusammen mit einem Set von Ideen zur Identifikation der spezifischen Teilchenarten und der Kräfte – ein Set von Ideen, das frühere wissenschaftliche Erfolge bereitstellten. Die Aufgabe war, spezifische Theorien zu konstruieren, die die Phänomene innerhalb des durch das Paradigma der korpuskularen Optik vorgegebenen Rahmens erklären. Paradigmen sind also vor allem durch eine allgemeine Theorie und ein Set von Ideen gekennzeichnet, um diese allgemeine Theorie zu spezifischen Theorien zu entwickeln, die die relevanten Phänomene erfassen und erklären. Kuhn bezeichnet dieses Set von Ideen als Träger einer „Rätsellösungstradition“, wobei frühere Erfolge häufig „Exemplare“ für spätere Entwicklungen liefern. Obwohl Kuhns detaillierte Ausarbeitung dieser Ansicht, insbesondere seine Betonung nicht artikulierbarer Fähigkeiten, „disziplinäre Matrizen“ und Ähnliches, herausgefordert werden kann und sicherlich Klärung bedarf, wies er sicher auf einen wichtigen und damals relativ vernachlässigten Aspekt reifer Wissenschaft hin. Imre Lakatos mit seinem Forschungsprogrammbegriff samt „positiver Heuristik“ und Larry Laudan mit seiner Vorstellung einer Forschungstradition unterstrichen später denselben Punkt auf leicht unterschiedliche und deutlich präzisere Weise.

Anomalien versus experimentelle Widerlegungen

Einige Phänomene wurden als besonders problematisch für das Paradigma der korpuskularen Optik erkannt – besonders schwer für jede innerhalb dieses Paradigmas entwickelte spezifische Theorie zu erfassen. Eines dieser Phänomene war die partielle Reflexion: Wenn ein Lichtstrahl in Luft auf die Oberfläche eines transparenten Materials wie Glas oder Wasser trifft, wird in der Regel nur ein Teil des Lichts in das Material gebrochen, während der Rest in die Luft zurückreflektiert wird. Der Ansatz der korpuskularen Optik setzte eine abstoßende Reflexionskraft und eine anziehende Brechungskraft voraus; aber warum, wie die partielle Reflexion zu zeigen schien, wirken manche Kräfte auf einige Teilchen und andere auf die restlichen? In Kuhns Terminologie handelte es sich um eine experimentelle Anomalie für das Paradigma der korpuskularen Optik. Wie Kuhn allgemein behauptet, wurde die Anomalie zumindest anfänglich als ein zu lösendes Problem innerhalb des Paradigmas und nicht als „Falsifikation“ oder Grund, das Paradigma abzulehnen, angesehen.

Sobald erkannt wird, dass spezifische Theorien innerhalb allgemeiner Rahmenwerke durch detaillierte Annahmen erzeugt werden, lässt sich die gesamte Debatte über Anomalien und „Falsifikationen“ bemerkenswert leicht lösen. Manchmal gibt es ein privilegiertes Set detaillierter Annahmen – vielleicht, weil die daraus abgeleitete spezifische Theorie bei anderen Phänomenen erfolgreich war – und diese Theorie ist tatsächlich inkonsistent mit dem anomalen Phänomen. Manchmal, und häufiger, befinden sich spezifische Theorien für einen bestimmten Phänomenbereich im Entstehungsprozess, sodass kein bestimmtes Set detaillierter Annahmen bevorzugt wird; doch es ist klar, dass das anomale Phänomen eine besondere Schwierigkeit für diese Konstruktion darstellt, weil jede offensichtliche oder einfache detaillierte Annahme innerhalb des Rahmens zu insgesamt inkonsistenten Theorien führen würde. In diese zweite Klasse fällt zum Beispiel die partielle Reflexion.

Keine der beiden Anomalien liefert einen direkten Grund, die allgemeine Rahmentheorie aufzugeben. Wenn zum Beispiel die ursprüngliche korpuskulare Darstellung dessen, was geschieht, wenn Licht die Kante eines undurchsichtigen Objekts passiert – nämlich dass es unbeeinträchtigt auf seiner geraden Bahn weitergeht – sich als inkonsistent mit dem Phänomen der „Beugung an gerader Kante“ herausstellte, nahmen die Korpuscularisten einfach an, dass eine zusätzliche Beugungskraft wirken müsse und versuchten, deren Eigenschaften zu bestimmen. Kuhns Punkt über Anomalien dieser ersten Art entspricht im Wesentlichen der bereits lange bekannten Argumentation von Duhem: Die deduktive Logik erfordert in einem solchen Fall nicht, die allgemeine Theorie aufzugeben, sondern lediglich entweder diese Theorie oder eine der bisher bevorzugten spezifischen Annahmen. Sollte eine Beobachtung O nicht allein aus T (der allgemeinen Theorie) folgen, sondern nur aus T und S (S ein Satz detaillierter Annahmen innerhalb desselben Rahmens), und O empirisch falsch sein, folgt lediglich, dass auch T oder zumindest eine spezifische Annahme in S falsch sein muss.

Es gibt keinen allgemeinen Grund, warum ein Wissenschaftler in einer solchen Situation T aufgeben sollte. Im Gegenteil, es gibt gute Gründe, T zumindest zunächst zu behalten. Die allgemeine Theorie T stützt einen gesamten Ansatz der Optik – sie erhält in Kuhns Worten eine „Rätsellösungstradition“; T zu behalten bedeutet also, einen Rahmen zu bewahren, der zumindest teilweise die Konstruktion von Ersatzspezifischen Theorien leitet. Der Wissenschaftler, der die Beugung an gerader Kante als Rätsel innerhalb des korpuskularen Optikansatzes sieht, wird lediglich gezwungen, die Vorstellung aufzugeben, dass keine Kraft auf die Lichtteilchen wirkt, während sie die Kante undurchsichtiger Körper passieren, und wird dazu angeleitet, eine „Beugungskraft“ zu postulieren – eine Kraft, die in bestimmten Abständen anziehend und in anderen abstoßend sein kann. Sobald eine Annahme über die Kräfte getroffen wird, erlaubt die bestehende Mathematik der Teilchenmechanik die Ableitung logischer Konsequenzen. Ein Wissenschaftler, der geneigt wäre, T aufgrund dieses Phänomens abzulehnen, stünde zumindest anfänglich in einem intellektuellen Vakuum.

Die zweite Art von Anomalie, historisch veranschaulicht durch die partielle Reflexion, verdeutlicht indirekt dieselbe methodologische Lektion. Eine solche Anomalie liefert eher ein potentielles Duhem-Problem als ein wirkliches: Wenn irgendein Set verfügbarer detaillierter Annahmen zur allgemeinen korpuskularen Sicht hinzugefügt würde, entstünde eine spezifische Theorie, die mit den Fakten über die partielle Reflexion inkonsistent wäre, doch gab es in diesem Fall keinen unabhängigen Grund, ein bestimmtes Set solcher Annahmen zu bevorzugen. Das gesamte Problem bestand von Anfang an darin, eine spezifische Theorie zu formulieren, die das Phänomen korrekt wiedergibt. Die partielle Reflexion war eine Anomalie, weil klar war, dass kein einfaches Set von Annahmen sie erfassen konnte. Es überrascht daher nicht, dass die Option, T zu behalten, attraktiv war: Diese Option schränkt das Problem ein und macht es handhabbar. Eine relativ offensichtliche Idee, die Newton selbst untersuchte, war, die Vorstellung aufzugeben, dass Licht aus Punktteilchen besteht, und stattdessen zu versuchen, dass die Teilchen als Körper von endlicher Ausdehnung unterschiedliche Eigenschaften auf verschiedenen Seiten haben könnten, sodass Teilchen, die mit einer Seite an der Grenzfläche ankommen, reflektiert werden, während die mit der anderen Seite ankommenden in das Glas gebrochen werden könnten.

Revolutionen und Vernunft

Nach Kuhn praktiziert ein bestimmtes Fachgebiet normale Wissenschaft, wenn nur eine entfernt plausible allgemeine Rahmentheorie zur Verfügung steht und Anomalien routinemäßig als Probleme betrachtet werden, die das Paradigma lösen muss, anstatt das Paradigma selbst infrage zu stellen. Wie die Terminologie nahelegt, ist dies nach seiner Auffassung der Standardzustand eines wissenschaftlichen Fachgebiets, jedenfalls sobald dieses Fachgebiet eine gewisse Reife erreicht hat. Kuhn scheint inzwischen zu akzeptieren, dass er anfangs die Sicht eines Paradigmenmonopols übertrieben hatte – obwohl die meisten Wissenschaftler des achtzehnten Jahrhunderts den korpuskularen Ansatz in der Optik bevorzugten, gab es immer bedeutende abweichende Stimmen, eine davon gehörte Euler. Zudem existieren offenbar auch heute noch Fachbereiche, in denen mehrere konkurrierende allgemeine Ansichten um Akzeptanz ringen. Dennoch ist es, besonders in Physik und Chemie, vorgekommen, dass über lange Zeiträume hinweg eine allgemeine Sichtweise, ein Paradigma, dominierte. Es gibt jedoch auch Perioden, in denen die allgemeine Sichtweise herausgefordert und durch eine ihr widersprechende ersetzt wird. Warum treten diese Veränderungen auf? Kuhns Ansichten über den Prozess des Paradigmenwechsels oder über außergewöhnliche beziehungsweise revolutionäre Wissenschaft boten stets den Hauptangriffspunkt für Kritiker, die etwa behaupteten, Kuhns Sichtweise mache Theorieänderungen zu einer Angelegenheit von Massenpsychologie.

Der korpuskulare Ansatz mag im achtzehnten Jahrhundert die Optik nicht monopolisiert haben, scheint jedoch der am weitesten akzeptierte Ansatz gewesen zu sein. In den ersten Jahrzehnten des neunzehnten Jahrhunderts setzte sich die Theorie durch, dass Licht aus periodischen Störungen besteht, die durch ein mechanisches, elastisches Medium übertragen werden. Geschah dieser Wechsel aus guten, objektiven Gründen? Der Bericht in The Structure of Scientific Revolutions – mit der Rede von einer Vertrauenskrise innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die dazu führte, dass einige meist jüngere Wissenschaftler eine Art religiöser Bekehrung zu einem alternativen Ansatz erfuhren, was wiederum einen sogenannten Mitläufereffekt erzeugte, der einen neuen Konsens um die Alternative bildete – erschien vielen Kommentatoren als eindeutig irrationalistische Sichtweise des Theoriewechsels. Zwar entsteht nach Kuhn ein Krisenzustand stets durch eine Zunahme von Anomalien oder deren hartnäckige Unlösbarkeit, doch machte er deutlich, dass es keine allgemeinen Regeln gibt, um Anomalien zu zählen oder zu gewichten, und daher keinen Schwellenwert, ab dem eine Krise gerechtfertigt ist. Ebenso gibt es nach Kuhn keine Regeln dafür, wann der Wechsel zu einem neuen Paradigma rational geboten ist und die fortgesetzte Treue zum alten Paradigma irrational wird: Entweder entsteht ein neuer Konsens um die neue Grundidee oder nicht, und das ist alles.

Die meisten kritischen Einwände gegen Kuhns Darstellung des Theoriewechsels spiegeln sich in seinen Bemerkungen zu den „Widerständlern“ gegenüber wissenschaftlichen Revolutionen wider. Er behauptete, dass man bei jeder Änderung einer fundamentalen Theorie stets herausragende Wissenschaftler findet, die dem neuen Paradigma lange Zeit widerstanden, während die Mehrheit ihrer Kollegen bereits gewechselt hatte. Diese Widerständler – Priestleys Verteidigung des Phlogistons gegen die Chemie Lavoisiers ist ein bekanntes Beispiel – sind oft ältere Wissenschaftler, die wesentliche Beiträge zum älteren Paradigma geleistet haben. Kuhn ergänzte diese interessante, jedoch relativ unstrittige deskriptive Feststellung durch eine herausfordernde normative Behauptung: Diese älteren Widerständler waren nicht weniger gerechtfertigt als ihre flüchtigeren Zeitgenossen; sie hielten nicht nur am älteren Paradigma fest, sondern taten dies auch nicht unrecht. Nach Kuhn geht es in diesen Fällen weder um Beweis noch um Irrtum; es gibt immer gute Gründe für jede mögliche Wahl – sowohl für den Wechsel zum revolutionären neuen Paradigma als auch für die Beibehaltung des alten. Daher können die Widerständler nach Kuhn nicht als unlogisch oder unwissenschaftlich verurteilt werden, und ebenso wenig können diejenigen, die zum neuen Paradigma wechseln, als unlogisch gelten. Dieses Fehlen eines einzigen „richtigen“ Handlungswegs oder einer einzigen korrekten Überzeugung für einen Wissenschaftler erschien als die bedrohlichste Seite von Kuhns Position.

Welche Argumente führte Kuhn für diese Ansicht an? Warum hält er diejenigen, die das neue Paradigma ablehnen, für nicht weniger rational als ihre mobileren Kollegen? Nach seiner Darstellung liegt die Ursache des Widerstands in der Überzeugung, dass das ältere Paradigma letztlich alle Probleme lösen werde, dass die Natur in die von diesem Paradigma bereitgestellte Ordnung gedrängt werden könne. Dieses Gefühl der Gewissheit ist weder unlogisch noch unwissenschaftlich und macht normale oder problemlösende Wissenschaft überhaupt erst möglich.

Dieses Argument ist jedoch unbefriedigend. Zwar kann man den Widerständlern nicht vorwerfen, unlogisch zu sein, sofern Unlogik erfordern würde, der deduktiven Logik zu widersprechen. Wie Duhem einst anmerkte, haben die allgemeinen Theorien, die einem Paradigma zugrunde liegen, keine direkt überprüfbaren deduktiven Konsequenzen für sich, weshalb stets Hilfsannahmen notwendig sind, die zu den allgemeinen Theorien hinzugefügt werden müssen, um bestimmte empirische Aussagen abzuleiten. In der Optik beispielsweise werden Beugungs- und Interferenzphänomene heute oft als direkte Widerlegung des korpuskularen Ansatzes betrachtet, doch das ist falsch und entsprach auch damals nicht der Sichtweise der Wissenschaftler. Verteidiger der korpuskularen Theorie behaupteten tatsächlich, dass sich diese Phänomene in die emissionistische Ordnung einfügen ließen. Sie entwickelten sogar Erklärungen – zumindest in Umrissen – wie diese Phänomene angepasst werden könnten, etwa durch die Annahme einer komplizierten Beugungskraft oder indem Interferenz als physiologisches Phänomen betrachtet wurde, das durch Welleninterferenz im Auge erzeugt wird. Solche Erklärungen sind notwendig, wenn von ihnen nur verlangt wird, dass sie die Phänomene deduktiv korrekt beschreiben. Es stellt sich jedoch die Frage, ob das Erstellen einer solchen Erklärung automatisch die Evidenzwaage ausgleicht. Nur wenn man annimmt, dass jede empirische Aussage, die von zwei Theorien abgeleitet wird, beide Theorien gleichermaßen bestätigt, könnte man dies behaupten. Vernünftige Bestätigungsbegriffe müssen jedoch Konzepte wie Einfachheit, Einheit und Abwesenheit von ad hoc-Konstruktionen berücksichtigen. Korpuskularisten konnten eine Theorie entwickeln, die Beugung korrekt abbildet, doch das Phänomen könnte objektiv die Wellentheorie bevorzugen, wenn es sich aus dieser auf natürliche Weise ergibt, während die korpuskulare Theorie nur eine ad hoc-Erklärung liefert. Intuitiv entspricht dies dem Unterschied zwischen einem Phänomen erklären und es nur nachträglich erfassen.

Angenommen, das Hauptziel einer Theorie wissenschaftlicher Rationalität besteht darin, eine nachvollziehbare und verteidigbare Erklärung dafür zu liefern, wann Evidenz eine wissenschaftliche Theorie objektiv stützt. Weiter angenommen, dass die Behauptung, die Entwicklung der Wissenschaft sei weitgehend rational verlaufen, bedeutet, dass Theorieänderungen stets von empirisch schwächer gestützten zu besser gestützten Theorien geführt haben. Dann stellen Kuhns Punkte zu den Widerständlern keine Bedrohung für die wissenschaftliche Rationalität dar, sofern eine Theorie der Bestätigung oder empirischen Unterstützung eine Konsequenz liefert: Die Unterstützung, die einer allgemeinen Theorie oder einem Paradigma durch ein in die Ordnung eingefügtes Phänomen zuteilwird, ist generell geringer als die Unterstützung durch ein Phänomen, das auf natürliche Weise aus der Theorie hervorgeht und eine klare, einfache Erklärung liefert.

Kuhns spätere Darstellung der Theorienwahl

In Kapitel 13 seines Buches The Essential Tension entwickelt Kuhn eine weitaus explizitere und herausforderndere Darstellung der Faktoren, die er als Grundlage der Theorienwahl bezeichnet. Er betont, dass er niemals geleugnet habe, dass Vernunft in Form der objektiven Faktoren der traditionellen Liste von Philosophen – einschließlich empirischer Genauigkeit, Umfang, Konsistenz, Einfachheit und Fruchtbarkeit – eine entscheidende Rolle bei Theorieänderungen spielt. Diese Faktoren liefern jedoch keinen Algorithmus für die Theorienwahl. Wenn die Wahl zwischen konkurrierenden Theorien aktuell ist, diktieren die objektiven Faktoren niemals eine eindeutige Entscheidung. Erstens liefern einzelne Faktoren oft keine eindeutige Präferenz, wenn sie auf die Theorien zur Zeit der Wahl angewendet werden. Zweitens können unterschiedliche Faktoren in verschiedene Richtungen weisen: Während Einfachheit die kopernikanische Theorie bevorzugte, sprach Konsistenz mit anderen akzeptierten Theorien eindeutig für die ptolemäische Theorie.

Daher müssen nach Kuhn die objektiven Faktoren stets durch subjektive Faktoren ergänzt werden, um eine eindeutige Präferenz zu liefern: Jede individuelle Wahl zwischen konkurrierenden Theorien hängt von einer Mischung aus objektiven und subjektiven Faktoren oder gemeinsamen und individuellen Kriterien ab.

Diese spätere Darstellung wirft viele interessante Fragen auf. Zum Beispiel erscheint Kuhns Liste der objektiven Faktoren wenig strukturiert, als seien sie unabhängig voneinander und könnten nicht unterschiedlich gewichtet werden. Philosophen, die Theorieentscheidungen objektiv zeigen wollen, würden etwa den empirischen Erfolg mit anderen Tugenden wie Fruchtbarkeit verbinden und ihn über andere Kriterien dominieren lassen. Zudem lässt sich die Frage stellen, ob Kuhns Darstellung von der aktuellen Philosophie der Wissenschaft wirklich wenig abweicht. Aufgrund der wesentlichen Rolle subjektiver Faktoren lässt sie sich gut mit dem personalistischen Bayesianismus vereinbaren, wobei Kuhn explizit festhält, dass es immer gute Gründe für jede mögliche Wahl gibt, und dass die Auflösung von Revolutionen lediglich darin besteht, dass ein neuer Konsens um das neue Paradigma entsteht, während die Gründe für das Festhalten an der alten Sichtweise enden, sobald die Gemeinschaft diejenigen nicht mehr ernst nimmt, die solche Gründe subjektiv sehen.