Philosophie und die Naturwissenschaften

Rationalität, Revolution und Realismus

Scientific Revolutions and Scientific Realism

What is Scientific Realism?

Der Stand der Wissenschaft zu einem gegebenen Zeitpunkt wird teilweise durch die Theorien charakterisiert, die zu diesem Zeitpunkt 'akzeptiert' sind. Gegenwärtig akzeptierte Theorien umfassen die allgemeine Relativitätstheorie, die Quantentheorie, verschiedene Theorien über Elementarteilchen und beispielsweise die moderne 'Synthese' von Darwin und Mendel sowie 'niedrigere', aber dennoch theoretische Behauptungen, wie dass chemische Elemente eine gewisse atomare Struktur besitzen, dass Elektronen negativ geladen sind, dass DNA eine Doppelhelixstruktur hat und so weiter. Diese Theorien befassen sich unter anderem mit Elektronen und anderen Elementarteilchen, einer Raum-Zeit-Struktur mit bestimmten interessanten Eigenschaften, Genotypen, Arten einst lebender, aber jetzt ausgestorbener Tiere und ähnlichem.

Was genau bedeutet es, eine Theorie zu akzeptieren? Was sollten wir über akzeptierte Theorien und die damit verbundenen theoretischen Begriffe glauben? Die scheinbar naheliegendsten und attraktivsten Antworten besagen, dass das (rational) Akzeptieren einer Theorie bedeutet, rational zu glauben, dass sie wahr ist und somit die Ontologie, die die Theorie postuliert, real ist. Oberflächlich betrachtet versuchen akzeptierte Theorien (oder zumindest viele von ihnen) schlichtweg, eine Welt von Entitäten zu beschreiben, die 'unter' den Phänomenen verborgen sind, Entitäten, die in Übereinstimmung mit bestimmten allgemeinen Gesetzen funktionieren und dadurch, in Verbindung mit den Gesetzen unserer eigenen Konstitution, die Phänomene hervorrufen, die den Menschen manifestiert werden. Oberflächlich betrachtet behaupten diese Theorien die Existenz von Elektronen, Raum-Zeit-Krümmungen, Genotypen und dergleichen. Es erscheint natürlich zu sagen, dass die 'Akzeptanz' dieser Theorien impliziert, dass es vernünftig ist zu glauben, dass die Theorien wahr sind und daher die Entitäten, die sie beinhalten, real sind.

Dies entspricht einer besonders starken Version des 'wissenschaftlichen Realismus'. Zu stark, um sinnvoll zu sein: Wissenschaftsrealisten empfehlen zwar, akzeptierte Theorien ernst zu nehmen, aber kein realistischer Denker vertritt eine so einfache Sicht auf die Theorieakzeptanz. Zunächst sind realistische Behauptungen ausdrücklich auf akzeptierte Theorien in 'reifen' Wissenschaften beschränkt. Auch wenn es keine Einigkeit über eine präzise Definition von Reife gibt, besteht Übereinstimmung in Einzelfällen: Die gegenwärtige Physik ist definitiv ausgereift, und sie erreichte spätestens mit Newton Reife; die Physik zur Zeit des Aristoteles hingegen war 'unreif', ebenso wie die Chemie vor Lavoisier, die Optik vor Newton (oder vielleicht Fresnel) und die Phrenologie des neunzehnten Jahrhunderts sowie die heutige Parapsychologie und andere Fälle, die sich bis hin zu pseudowissenschaftlichen Bereichen erstrecken. In all diesen Bereichen wurden Theorien im rein faktischen, soziologischen Sinne akzeptiert, indem sie von einer Gruppe von Menschen geglaubt wurden, deren Forschung auf diesem Glauben basierte. Der Realist wird diese Überzeugungen nur als rational verteidigen, wenn sie Theorien aus 'reifen' Wissenschaften betreffen. Er wird beispielsweise nicht das Bedürfnis verspüren, die Phlogistontheorie als auch nur annähernd wahr zu verteidigen oder die postulierten Entitäten, insbesondere das Phlogiston selbst, als reale Elemente des Universums anzuerkennen.

Darüber hinaus wird kein relativ anspruchsvoller Realist eine einheitliche Haltung gegenüber akzeptierten Theorien vertreten, selbst innerhalb reifer Wissenschaften. Nicht jede akzeptierte Theorie ist gleich fest verankert. Ein Wissenschaftler würde es kaum glauben, dass die Theorie der Elektronen nicht in zukünftiger Wissenschaft erhalten bleibt, hätte jedoch nicht dieselbe Haltung gegenüber der gesamten Quantentheorie, die bekanntlich modifiziert werden muss. Die Haltung der meisten Wissenschaftler gegenüber Quarks oder Superstrings beispielsweise ist, dass sie möglicherweise existieren, dass es dafür viele Belege gibt und vieles ohne sie nicht erklärt werden könnte, dass sie jedoch vorerst noch einen hypothetischen Charakter behalten, der bei Elektronen nicht besteht. Es gibt also unterschiedliche Grade der 'Akzeptanz': Einige Theorien sind zu einem gegebenen Zeitpunkt völlig verankert, so dass keine Alternativen gesucht oder ernsthaft erwogen werden; andere werden als die einzigen ernstzunehmenden Kandidaten angesehen, haben ein gewisses Maß an Unterstützung, behalten jedoch einen definitiv hypothetischen Charakter. Der Realist könnte seinen Realismus auf Theorien erster, sehr fest verankerter Art beschränken oder plausiblerweise zwischen Graden rationalen Glaubens unterscheiden: Der rationale Glaube ist, dass alle akzeptierten Theorien eine gute Wahrscheinlichkeit haben, wahr zu sein, wobei diese Wahrscheinlichkeit bei tief verankerten Theorien nahezu eins erreicht.

Ein dritter Aspekt, in dem das Konzept der Akzeptanz verfeinert werden muss, ist die Erkenntnis, dass einige wissenschaftliche Theorien idealisierenden Charakter haben. Bei einigen Theorien, wie dem idealen Gasgesetz, ist dies offensichtlich, viele Theorien zeigen jedoch Elemente der Idealisierung bei genauer Betrachtung. Die newtonsche Teilchenmechanik war beispielsweise eine erfolgreiche Theorie und im achtzehnten und neunzehnten Jahrhundert fest akzeptiert, doch es wurde erkannt, dass es möglicherweise keine Newtonschen Teilchen gibt und dass keines der Entitäten, auf die diese Theorie erfolgreich angewendet wurde, streng dieser Beschreibung entspricht. Der wissenschaftliche Realist argumentiert, dass theoretische Wissenschaft ernst genommen werden sollte; selbst oberflächlich betrachtet sind jedoch nicht alle akzeptierten Theorien als direkte Beschreibungen der Realität zu verstehen, einige idealisieren. Innerhalb eines grundsätzlich realistischen Ansatzes sind einige theoretische Begriffe also auf kompliziertere Weise mit der Realität verbunden als durch direkte Bezugnahme auf reale Entitäten.

Schließlich wird der anspruchsvolle Realist erkennen, dass 'akzeptierte theoretische Wissenschaft' immer intern problematisch ist. Es ist kaum umstritten, dass die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantentheorie zu den derzeit akzeptierten Theorien zählen. Es ist jedoch bekannt, dass beide Theorien nicht gleichzeitig strikt wahr sein können, nicht aus philosophischen, sondern aus rein wissenschaftlichen Gründen. Im Wesentlichen ist die Quantentheorie keine kovariante Theorie, wie es die Relativität erfordert; während die Felder der Relativitätstheorie nicht quantisiert sind, wie es die Quantentheorie verlangt. Allgemein wird angenommen, dass eine Synthese beider Theorien notwendig ist, die jedoch nicht beide Theorien vollständig intakt lassen kann. Die Quantenfeldtheorie soll die erforderliche Synthese darstellen, doch die vollständige Formulierung ist noch unbekannt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die aktuellen Quanten- und Relativitätstheorien als hypothetisch angesehen werden. Vielmehr wird erwartet, dass diese Theorien in leicht modifizierter Form als Grenzfälle in der zukünftigen vereinheitlichenden Theorie bestehen bleiben, weshalb eine Synthese bewusst angestrebt wird.

Aus all diesen Gründen wird ein anspruchsvoller wissenschaftlicher Realist sehr vorsichtig sein, was es vernünftig ist, über gegenwärtig akzeptierte Theorien zu glauben. Realisten behaupten im Allgemeinen nicht, dass der rationale Glaube ist, dass diese Theorien wahr sind. Stattdessen, und zusätzlich zur Beschränkung auf Theorien reifer Wissenschaften, könnte er vorschlagen, dass der rationale Glaube nur darin besteht, dass gegenwärtig akzeptierte Theorien ungefähr wahr sind oder dass es sehr wahrscheinlich ist, dass sie ungefähr wahr sind.

Arguments for Scientific Realism

The ‘Miracle Argument’

Es wäre unangebracht zu leugnen, dass Wissenschaft auf der Ebene empirischer Vorhersage und technologischer Anwendung bemerkenswert erfolgreich war. Fernseher funktionieren, und sie funktionieren zumindest teilweise, weil die Vorhersage von Maxwells Theorie über die Existenz elektromagnetischer Wellen korrekt war. Ob es gefällt oder nicht, Atombomben funktionieren und sie funktionieren zumindest teilweise, weil die Vorhersagen der fundamentalen Theorien über die Struktur der Materie, auf denen sie basieren, empirisch zutrafen. Der empirische Erfolg gegenwärtig akzeptierter Theorien in reifen Wissenschaften, wie der Physik, ist enorm beeindruckend. Abgesehen von vereinzelten Fällen von 'Kuhns Verlust', die meist schnell korrigiert wurden, hat die Wissenschaft auf empirischer Ebene eine kumulative Entwicklung erlebt: Die gegenwärtig akzeptierten Theorien erfassen alle Phänomene früherer Theorien und darüber hinaus. Wie sonst sollte man diesen Erfolg erklären, außer durch die Annahme, dass das, was unsere Theorien über das Geschehen 'unter' den Phänomenen aussagen, im Wesentlichen korrekt ist? Wenn das, was die Theorien über die 'transempirische' Realität sagen, wahr oder nahe der Wahrheit ist, dann ist es kein Wunder, dass ihre empirisch überprüfbaren Konsequenzen auf so beeindruckende Weise korrekt sind. Wären diese theoretischen Behauptungen nicht zutreffend oder gar nicht als Beschreibung dessen gedacht, was 'hinter' den Phänomenen geschieht, wäre ihr empirischer Erfolg völlig rätselhaft.

Dieser oft wiederholte Punkt ist nie mehr als ein Plausibilitätsargument; es ist logisch möglich, dass eine Theorie falsch ist und dennoch eine beeindruckende Anzahl wahrer empirischer Konsequenzen hat. Versuche, das Argument formal als wissenschaftliche Erklärung für den Erfolg der Wissenschaft zu fassen, sind meist gescheitert. Zudem ist es, wie van Fraassen betont hat, nicht nötig, den empirischen Erfolg der Wissenschaft zu erklären – das wissenschaftliche Unternehmen kann nicht alles erklären, ohne in einen unendlichen Regress zu geraten; die schwächste Behauptung, die den empirischen Erfolg gegenwärtiger Theorien impliziert, ist einfach, dass diese Theorien hochgradig empirisch adäquat sind.

Der empirische Erfolg gegenwärtiger wissenschaftlicher Theorien bleibt dennoch ein starkes Plausibilitätsargument für die Annahme, dass sie in gewisser Weise die Wirklichkeit erfasst haben. Der Hauptgrund liegt darin, dass ein bedeutender Teil des empirischen Erfolgs theoriegeleitet war. Unterschiedliche theoretische Rahmenwerke sind stets elastisch genug, um bekannte Phänomene nachträglich zu integrieren, doch bemerkenswert ist, dass viele empirische Gesetze zunächst nur entdeckt wurden, weil sie von Theorien vorhergesagt wurden. So wurde beispielsweise die Helligkeit des Zentrums des Schattens einer kleinen undurchsichtigen Scheibe erst entdeckt, weil sie von Fresnels Wellentheorie des Lichts vorhergesagt wurde. Wie hätte diese Theorie ein derart überraschendes und bisher unbekanntes Ergebnis richtig vorhersehen können, wenn das, was sie über das Geschehen hinter den Phänomenen aussagt, nicht zumindest teilweise korrekt wäre?

The Argument that Realism is Heuristically more Potent

Es wurde oft vorgeschlagen, lange zuvor von Feigl und Popper, dass die realistische Sicht von Theorien sich heuristisch als fruchtbarer erwiesen hat: Wissenschaftler, die theoretische Durchbrüche erzielten, bestanden darauf, gegenwärtige Theorien als erfolgreiche Versuche zur Beschreibung einer zugrunde liegenden Realität zu interpretieren, anstatt sie als bloße instrumentelle Rahmenwerke zu sehen.

Ein scharfes Beispiel lautet wie folgt: Jeder erkennt nun an, dass 'Hintergrundinformationen' eine bedeutende Rolle in der Entwicklung theoretischer Wissenschaft spielen. Bei genauer Betrachtung liefert dies jedoch ein wichtiges Argument für den Realismus. Hintergrundinformationen enthalten realistisch interpretierte Aussagen über Kausalzusammenhänge und theoretische Entitäten, die wesentlich für die Nutzung dieser Informationen sind, sowohl bei der Akzeptanz bestimmter Theorien als auch bei der Entwicklung weiterer Theorien. Die auf diese Weise entwickelten Theorien haben im Allgemeinen bedeutende instrumentelle Erfolge erzielt. Der instrumentelle Erfolg dieses Aspekts wissenschaftlicher Praxis ist nur erklärbar, wenn die Hintergrundinformationen tatsächlich Informationen liefern, das heißt, dass die realistischen Behauptungen über Kausalzusammenhänge im Wesentlichen korrekt sind und die zugehörigen theoretischen Entitäten real.

Ein einfaches Beispiel: Richard Boyd argumentierte, dass Hintergrundinformationen verwendet werden, um die wahrscheinlichen Schwachstellen vorgeschlagener Theorien zu identifizieren und dadurch die Durchführung strenger Tests dieser Theorie zu leiten. Was als geeigneter Test einer Theorie über den genauen Wirkmechanismus eines Medikaments D auf ein Bakterium B gilt, wird durch Hintergrundinformationen angezeigt, die Plausibilitätsurteile über alternative versteckte Mechanismen untermauern, durch die D auf B wirken könnte. Diese Plausibilitätsurteile basieren wiederum auf bereits akzeptierten Theorien über verborgene Mechanismen in anderen pharmakologischen Fällen. Diese Methode zur Identifizierung geeigneter Tests einer Theorie hat häufig zur Akzeptanz von Theorien geführt, die sich danach empirisch als zuverlässig erwiesen haben.

The Argument that erstwhile ‘Theoretical Entities’ may later become ‘Observable’

Schließlich argumentieren Realisten, dass die Unterscheidung zwischen theoretischen und beobachtbaren Behauptungen im Laufe der Wissenschaft veränderlich ist. Eine Entität mag zunächst ausdrücklich 'theoretisch' sein, um beobachtbare Phänomene zu erklären; mit dem Fortschritt der Technik kann sie jedoch beobachtbar werden. Körper im Sonnensystem außerhalb der Erde, verstanden als aus gewöhnlicher Materie bestehend, waren lange Zeit theoretische Entitäten, doch mit der Entwicklung der Raumfahrttechnik konnten sie deutlich direkter beobachtet werden. Fotos und Gesteinsproben konnten genommen werden, und schließlich konnte ein solcher Körper annähernd so direkt beobachtet werden wie die Erde.

Viele ähnliche Beispiele stammen aus der Biologie: Mitochondrien, die Organellen im Zellkern, in denen Verbrennungsprozesse stattfinden, wurden zunächst als erklärende Entitäten eingeführt, können heute aber mit dem Elektronenmikroskop beobachtet werden. Solche Beispiele zeigen, dass keine prinzipielle, feste Unterscheidung zwischen 'beobachtbar' und 'theoretisch' gezogen werden kann und liefern starke Belege gegen jede Philosophie, die Beobachtbares und Theoretisches epistemologisch radikal unterschiedlich behandelt. Anti-Realismus in seinen verschiedenen Varianten ist genau eine solche Philosophie. Er behandelt Beobachtungsbehauptungen und deren Entitäten als eindeutig real, theoretische Aussagen und ihre Ontologien hingegen als nützliche Fiktionen. Van Fraassen versucht jedoch, dieses Argument zugunsten des Anti-Realismus umzudeuten und liefert dabei eine viel diskutierte Darstellung dessen, was als 'beobachtbar' gilt.

Arguments against scientific realism

Mehrere Argumente gegen den Realismus basieren auf der philosophischen Idee, dass diese Position unnötig inflationistisch ist und metaphysische Annahmen beinhaltet, die von der Wissenschaft ausgeschlossen werden können und sollten. Es gibt zudem eine Reihe von Argumenten, die auf der Unterbestimmtheit von Theorien durch Daten beruhen, ein methodologisches Phänomen, das von einigen Kritikern sowohl dazu genutzt wird, den Realismus als unplausibel erscheinen zu lassen, als auch die Wirkung eines der wichtigsten Unterstützungsargumente des Realismus ganz zu entkräften. Die überzeugendsten Argumente betreffen meiner Ansicht nach Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Idee der approximativen Wahrheit und insbesondere die Probleme, die sich für den Realismus aus Theorieänderungen in der Wissenschaft ergeben.

The problems of ‘approximate truth’

Theorien werden oft akzeptiert, obwohl bekannt ist, dass sie modifiziert werden müssen; die Wissenschaftsgeschichte zeigt zudem, dass Theorien, die ursprünglich als korrekt angesehen wurden, häufig später modifiziert oder vollständig verworfen werden. Realisten behaupten, dass es dennoch vernünftig sei zu glauben, dass gegenwärtig akzeptierte Theorien in den reifen Wissenschaften im Wesentlichen oder annähernd wahr sind. Aber was bedeutet dies genau?

Realisten übernehmen im Allgemeinen eine Tarskische Korrespondenzauffassung von Wahrheit und wünschen sich eine Analyse approximativer Wahrheit, die Tarskis klarer und eindeutiger Analyse entspricht. Popper versuchte, eine solche Darstellung für die schwächere Auffassung zu liefern, dass eine Theorie einer anderen näher an der Wahrheit ist. Die Grundidee ist, dass eine Theorie A (als deduktiv abgeschlossener Satz von Aussagen betrachtet) der Wahrheit näher ist als eine andere Theorie B, wenn entweder A mehr wahre Konsequenzen als B hat, ohne gleichzeitig mehr falsche Konsequenzen zu besitzen, oder A weniger falsche Konsequenzen als B hat, ohne gleichzeitig weniger wahre Konsequenzen zu haben. Jede Theorie hat jedoch unendlich viele Konsequenzen, und jede falsche Theorie hat unendlich viele wahre und unendlich viele falsche Konsequenzen. Die Relation „mehr als“ kann daher nicht durch die Kardinalität der Mengen definiert werden, da jede falsche Theorie ebenso viele wahre wie falsche Konsequenzen hat wie jede andere falsche Theorie.

Popper schlug vor, dass in vielen Fällen die Teilmengenrelation besser geeignet sei, die erforderliche Ordnung zu liefern: A habe mehr wahre Konsequenzen als B, wenn die Menge der wahren Konsequenzen von B eine echte Teilmenge der wahren Konsequenzen von A ist. Leider zeigen die unabhängigen Beweise von Tichy und Miller, dass nach Poppers Definition zwei falsche Aussagen immer die gleiche Verisimilitude besitzen; keine falsche Aussage hat mehr Verisimilitude als eine andere. Popper definiert, dass Theorie A mehr Verisimilitude als Theorie B besitzt, wenn entweder die Menge der wahren Konsequenzen von A die Menge der wahren Konsequenzen von B richtig umfasst, während die Menge der falschen Konsequenzen von A in der Menge der falschen Konsequenzen von B enthalten ist, oder die Menge der falschen Konsequenzen von A die Menge der falschen Konsequenzen von B richtig umfasst, während die Menge der wahren Konsequenzen von B in der Menge der wahren Konsequenzen von A enthalten ist. Es zeigt sich jedoch, dass diese Bedingungen für jede Paarung falscher Theorien nicht erfüllt werden können. Andere Definitionen für gesteigerte Verisimilitude wurden vorgeschlagen, haben jedoch keine allgemeine Akzeptanz gefunden. Dies führt zu einer schwierigen Situation für den anspruchsvollen Realisten: Er behauptet, dass gegenwärtige Theorien in den reifen Wissenschaften annähernd wahr sind, kann jedoch keine präzise Analyse liefern, was approximative Wahrheit bedeutet.

The ‘pessimistic induction’

Ein Realist des achtzehnten oder neunzehnten Jahrhunderts hätte es für vernünftig gehalten, dass Newtons Theorie im Wesentlichen oder annähernd wahr ist. Newtons Theorie beschreibt Kräfte, die über absolute, unendliche Räume wirken, und eine absolute Zeit, in der zwei Ereignisse, die für einen Beobachter simultan sind, für alle simultan sind. Ein zeitgenössischer Realist hingegen hält eine realistische Haltung gegenüber der allgemeinen Relativitätstheorie für angemessen. Newtons Theorie ist zwar in vielen Anwendungen eine gute Näherung, doch ihre grundlegenden theoretischen Aussagen sind falsch: Es gibt keine Fernwirkung; Körper bewegen sich entlang geodätischer Linien in einer gekrümmten Raumzeit, in der die Zeit untrennbar integriert ist, was die Relativität der Gleichzeitigkeit zur Folge hat. Es ist schwer zu erkennen, wie Newtons Grundannahmen selbst annähernd das erfassen könnten, was die Relativitätstheorie als Wahrheit ansieht.

Ähnlich hätte ein Optik-Realist des frühen neunzehnten Jahrhunderts Fresnels elastische Äthertheorie für im Wesentlichen korrekt gehalten. Doch auch diese Theorie wurde später durch radikal unterschiedliche Theorien ersetzt. Der pessimistische Induktionsschluss legt nahe, dass auch in Zukunft radikale Veränderungen gegenwärtig akzeptierte Theorien betreffen werden könnten, was die rationale Grundlage für eine realistische Haltung infrage stellt und zugleich den Realismusargumenten vom empirischen Erfolg die Stärke nimmt.

Realist rejoinders to these arguments

Explizite Antworten führender Realisten auf die Schwierigkeiten der Definition approximativer Wahrheit sind schwer zu finden. Implizit scheint die Haltung zu sein, dass wir ein ausreichend festes intuitives Verständnis von Wahrheit-ähnlichkeit besitzen, um uns nicht um formale Probleme zu sorgen. Drei mögliche Strategien der Realisten zeichnen sich ab. Erstens könnten sie argumentieren, dass die Berichte über revolutionäre Brüche in der Wissenschaft übertrieben wurden. Beispielsweise war der elastische feste Äther in der klassischen Lichttheorie möglicherweise nur eine überflüssige Komponente. Zweitens könnte der Realist seinen Realismus auf Theorien und Entitäten beschränken, die nicht durch die pessimistische Induktion infrage gestellt werden. Solche selektiven Realisten befürworten nur eine realistische Haltung gegenüber Theorien, deren Geschichte annähernd kontinuierlich ist. Drittens könnte argumentiert werden, dass selbst bei radikalen Brüchen auf der grundlegenden theoretischen Ebene ein Kontinuitätsniveau existiert, das zwischen fundamentalen Theorien und reinen Beobachtungen liegt. Im Fall des elastischen Äthers liefert Maxwell’s elektromagnetische Theorie eine strukturelle Kontinuität: Obwohl Fresnels Annahmen über Materie falsch waren, beschreibt seine Theorie korrekt die Struktur der Lichtphänomene und ihre mathematische Übertragung. Dies ist die Grundlage des strukturellen Realismus, der die Beibehaltung der Struktur früherer Theorien durch wissenschaftliche Revolutionen betont.