Die Welt als Rechenmaschine - Zehnter Brief aus meiner Mühle (Teil 1)
Newton war sich darüber im Klaren, dass er zwar eine Gleichung des Phänomens
Schwerkraft aufgestellt, aber keine Erklärung geliefert hatte. „Hypotheses non fingo!“ entgegnete er seinen Kritikern nach außen hin, was etwa heißt. „Ich stelle keine Spekulationen an!“. Aber in der Abgeschiedenheit seines Labors spekulierte er eben doch darüber. So, wie er in alchimistischen Experimenten versuchte, den vegetativen Geist zu isolieren, ein „außerordentlich feines und unvorstellbar
kleines Teilchen…ohne dass die Erde tot oder inaktiv wäre“, suchte er auch in der Jagd nach dem alchimistischen Stein der Weisen die Geheimnisse der Schwerkraft („ eine Art sehr feiner Geist, der in der Substanz der Körper verborgen ist“) und des Lichts („eine Vielzahl von unvorstellbar schnellen und kleinen Teilchen“) zu entziffern. (Er hatte, anders als oft dargestellt wird, aber auch keine Hemmungen, das Licht als Wellenerscheinung zu interpretieren, etwa, wenn es um die Erklärung der nach ihm benannten Interferenz ("Newtonsche Ringe") ging. Er entschied sich nicht. Hypotheses non fingo.)
Newton hatte aber gezeigt, wie Kraft und Gesetze wirken, die das Universum zusammenhalten. Er wurde daher verehrt wie ein Gott. Mehr als 200 Jahre lang galt der Spruch des Lagrange: „So wie es nur ein Universum gibt, das der Erklärung bedarf, so kann niemand zum zweiten Mal tun, was Newton getan hat, der glücklichste aller Sterblichen.“ Und in der Meinung des Mathematikers Laplace blieben nur noch drei Dinge zu tun, um das Weltall endgültig zu verstehen: „…die Zeitmessung, die Winkelmessung und die Vervollkommnung der optischen Instrumente.“ Noch war keine Rede vom Spektroskop, vom Radioteleskop. Schwarze Löcher, Quasare, Pulsare, Neutronensterne, dunkle Materie; das alles war noch unbekannt und unvorstellbar. Aus diesem –aus heutiger Sicht völlig naiven- Optimismus, der in einem erstickend engen Universum prächtig gedieh, entwickelte sich der Geist der Aufklärung, entstanden Staatsphilosophien, die uns bis heute in Atem gehalten haben. Überspitzt formuliert: Man hat damals gelernt, alles zu erklären ohne irgendetwas zu verstehen. Die allgemeine Gravitation erlaubte den Astronomen, mit Hilfe schwieriger, letztlich unergründlicher Rechenmethoden, Geschehnisse am Himmel vorherzusagen, ohne dass jemand gewusst hätte, wie diese Kraft durch den leeren Raum hindurch greift. Das wissenschaftliche Denken hatte sich erstmals vom anschaulichen Verständnis, vom gesunden Menschenverstand, getrennt. Stehen Hawking, Newtons später Nachfolger auf dem Lehrstuhl für Physik in Cambridge, beschließt sein Buch „Eine kurze Geschichte der Zeit“ folgendermaßen: „Isaac Newton war kein angenehmer Mensch …und wurde schließlich mit dem einträglichen Posten eines Direktors des königlichen Münzamts belohnt. Dort konnte er seine Heimtücke und Bösartigkeit in den Dienst der Gesellschaft stellen, indem er einen erbarmungslosen Feldzug gegen die Falschmünzerei führte, der für einige Männer am Galgen endete.“
Nicht nur das. Newton ließ Foltern, Rädern und Vierteilen, aber immerhin: es gelang ihm, die Falschmünzerei, die England an den Rand eines Staatsbankrotts gebracht hatte, zurückzudrängen. Um zu verhindern, dass Fälscher unbemerkt Edelmetall von den Münzrändern abfeilten, erfand er die Rändelung. Auch Euro-Münzen zeigen noch heute diese Riffeln im Rand. Diese sind aber nicht zu verwechseln mit den so genannten„Newtonschen Ringen“.
Zwei Generationen nach Newtons Tod, gegen Ende
des 18. Jahrhunderts, waren die bedeutenden Vertreter der „rationalen
Mechanik“, die Newtonianer, nahezu ausnahmslos in Paris etabliert. Neben
D’Alembert, Lagrange, Fourier und Legendre war der Marquis
Pierre-Simon de
Laplace (1749-1827, s. Bild) einer der einflussreichsten Physiker und
Philosophen in ihren Reihen. Die zahlreichen Veröffentlichungen der Newtonianer
in Mathematik und Physik begründeten die damals überragende Bedeutung der
französischen Naturwissenschaften (die allerdings um 1830 herum aus bestimmten
Gründen schon wieder verfiel). Der damals berühmteste französische
Mathematiker, Jean le Rond d'Alembert, war so beeindruckt von den
mathematischen Fähigkeiten des jungen Laplace, dass er Anfang 1773 bei Lagrange
nachfragte, der von 1766 bis 1787 als Direktor der Preußischen Akademie der
Wissenschaften und als Nachfolger Leonard Eulers in Berlin lebte, ob er einen
Posten für Laplace an der Preußischen Akademie habe. (Auch Lagrange war einem
Ruf Friedrichs II gefolgt). Laplace wäre also fast ein deutscher
Wissenschaftler geworden. Laplace blieb dann aber doch in Frankreich, weil er
im gleichen Jahr, im Alter von gerade 24 Jahren, in die Académie française
aufgenommen wurde.
1814 veröffentlichte Laplace einen Aufsatz mit dem Titel: „Essai philosophique sur les probabilités“, („Philosophischer Versuch über die Wahrscheinlichkeit“), worin er einen hypothetischen Geist beschrieb, der später zum „Laplaceschen Dämon“ mutierte. Laplace schrieb:
„Wir müssen also den gegenwärtigen Zustand des Weltalls als die Wirkung seines früheren und die Ursache des folgenden Zustands betrachten. Eine Intelligenz, welche für einen gegebenen Augenblick alle in der Natur wirkenden Kräfte sowie die gegenseitige Lage der sie zusammensetzenden Elemente kennte, und überdies umfassend genug wäre, um diese gegebenen Größen der Analysis zu unterwerfen, würde in derselben Formel die Bewegungen der größten Weltkörper wie des leichtesten Atoms umschließen; nichts würde ihr ungewiss sein und Zukunft wie Vergangenheit würden ihr offen vor Augen liegen.“
Das Weltall als „große Maschine“, als Rechenautomat. Ohne es direkt anzusprechen bezog Laplace den Menschen in sein mechanisches Weltensystem ein und sprach ihm einen freien Willen zwangsläufig ab. Auch der Zufall verlor das Bürgerrecht im System des Laplace. „Sidhi, auch dein Schicksal ist im Buche verzeichnet“, sagt Hadschi Halef Omar zu Kara Ben Nemsi. Auch im säkularen Schicksalsbuch des Marquis de Laplace ist alles verzeichnet. Allerdings hat dieses Buch keinen Autor. „Wo haben Sie denn Gott gelassen?“ soll Napoleon ihn gefragt haben. „Sire“, antwortete Laplace, „für diese Hypothese habe ich keinen Bedarf.“
(Anmerkung: Nun mag man sich fragen, worin sich die von Laplace beschriebene allwissende Intelligenz von einem Gott unterscheidet. Aber das wäre unfair. Die reale Existenz einer solchen Intelligenz hielt Laplace ebenfalls für unmöglich. Es war nur ein Gedankenexperiment, mit dem er zeigen wollte, dass die Naturgesetze dem Lauf der Welt nur einen einzigen, unentrinnbaren Weg offen lassen. Damit steht er in der Tradition von Leibniz, der ebenfalls schon geglaubt hatte, dass Gott nicht an den von ihm zu Anfang geschaffenen Naturgesetzen vorbei agieren könne. Kurz gesagt: auch Gott kann nach dieser Auffassung keine Wunder wirken. Das fasste Leibniz in dem Gedanken zusammen, dass wir in der „besten aller Welten“ leben. Er meinte damit nicht, dass die Welt in einem absoluten Sinne „gut“ sei, sondern dass es keine bessere geben könne. Dennoch steht diese Argumentation auf schwachen Füssen. Denn wenn Gott, wie Leibniz annahm, allmächtig und gütig ist, dann hätte er eine bessere Welt ohne Leid schaffen können, wenn er nur gewollt hätte. Hatte er es hingegen nicht gewollt, dann war Gott nicht gütig, sondern boshaft. Wegen dieses inneren Widerspruchs zog Leibniz den Spott des boshaften Voltaire auf sich.)
Nun hatte sich Laplace den Glauben an die grundsätzliche Berechenbarkeit von Zukunft und Vergangenheit nicht aus den Fingern gesogen. Das Ansehen der „Newtonschen“ Mechanik war –zumindest in den Augen einer breiten gebildeten Öffentlichkeit- überwältigend. Das war nicht nur Newton selbst zu verdanken, sondern auch dem unablässigen Rückverweis auf Newtons großes Werk, auf die „Principia“. Aber, wer hatte denn diesen schwierigen lateinischen Text wirklich gelesen? Auch den meisten Physikern blieb Newtons Buch zu unverständlich. Bemerkenswerterweise findet sich nicht eine Differentialgleichung für Bewegungen in den "Principia". Die heute gängige Methodik in der mathematischen Behandlung, angefangen beim Begriff der „mathematischen Funktion“ bis hin zum Konzept des „Massepunktes“ stammen von Leonhard Euler, dargelegt in einem Aufsatz aus dem Jahr 1749: „Untersuchungen über die Bewegungen himmlischer Körper im allgemeinen“. So gesehen wird Eulers Verdienst sicher ständig unterbewertet und Newtons Bedeutung überhöht und (bei aller unbestreitbaren Genialität seiner Person) verfälscht. (Die Überhöhung hat Newton auch seinen französischen Verehrern und Trommelschlägern zu verdanken, die den frommen und esoterischen Newton als Vorkämpfer der Rationalität und des Atheismus vereinnahmen wollten. Newton hätte sich im Grabe umgedreht).
Nun darf man nicht glauben, dass das Gravitationsgesetz die Bewegung aller Himmelkörper erklären kann. Will man nämlich die Bewegung von drei Körpern unter ihrem gegenseitigen
Schwerkraftreinfluss berechnen (ein Spezialgebiet des oben genannten Lagrange,
der dabei die fünf „Lagrange-Punkte“
entdeckte, s. Abb.), muss man erkennen, dass es keine direkte Lösung des
Gleichungssystems gibt. (Ganz zu schweigen von Vielkörpersystemen.) In der Astrophysik nennt man es das
„Dreikörperproblem“. Einen mühsamen Ausweg aus diesem Dilemma eröffnet die sogenannte
„Störungsrechnung“, welche immerhin eine Annäherung an die Realität erlaubt.
Unter den Händen von Laplace und Le Verrier entwickelte sich die
Störungsrechnung zu einer solchen (scheinbaren) Blüte, dass bald ein
großer Coup daraus folgte: die Entdeckung des Planeten Neptun. Damit sind wir
wieder in Berlin.
Und nun wieder zu den zwei Fragen:
1. Ein für die Kosmologie wichtiger Satellit läuft auf dem L2-Punkt um. Welcher?
2. Wo befinden sich die Trojaner (nicht die aus der Ilias)?
Druckansicht



Zu Frage 1:
Der WMAP-Satellit (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), welcher die kosmische Hintergrundstrahlung des Urknalls untersucht, befindet sich seit Oktober 2001 in einer Umlaufbahn um den L2-Punkt des Systems Erde-Sonne.
Flugbahn von WMAP:
http://de.wikipedia.org/...imestamp=20090606153058
Die ESA hat im Mai 2009 das bisher größte Infrarot-Weltraumteleskop Herschel und das Teleskop Planck zur Untersuchung der Hintergrundstrahlung gestartet.
Beide haben ihren L2-Orbit im Juli 2009 erreicht.
Zu Frage 2:
Trojaner sind im weiteren Sinn Asteroiden, die einem Planeten in seiner Bahn um das Zentralgestirn um 60° vorauseilen (L4) oder ihm um 60° nachlaufen (L5).
Im engeren Sinn sind mit den Trojanern die Jupiter-Trojaner gemeint.
Im ganz engen Sinn sind mit den Trojanern nur die L5-Jupiter-Trojaner gemeint.
Die L4-Jupiter-Trojaner nennt man nach ihren Namensgebungen "die Griechen".
Nur der Trojaner Hektor hat sich in die L4-Gruppe verirrt.
Bild dazu:
http://de.wikipedia.org/...imestamp=20070415031130
Anhang:
Konrad Zuse, Rechnender Raum:
ftp://ftp.idsia.ch/pub/juergen/zuse67scan.pdf
Stephen Wolfram, Is the Universe a Computer?
http://www.nybooks.com/articles/15762
Bild nach Stephen Wolfram:
http://members.chello.at/karl.bednarik/EIDU-9.jpg
Wie dieses Bild entstand:
http://members.chello.at/karl.bednarik/EIDU-4.txt
Völlig richtig. Vielen Dank für die Ausführlichkeit und die neuen Anregungen.
Wer die Entwicklung der Physik für eine Ansammlung von unumstößlichen Wahrheiten hält, der übersieht, dass ihre grundlegenden Themen schon längst vorgedacht sind, wie sehr der Zeitgeist hindurchrauscht und dass sich physikalische Anschauungen in dessen Wind biegen wie die Grashalme. Schon Platon (er beschäftigte sich viel mit Geometrie) dachte sich alles aus geometrischen Körpern aufgebaut. Pythagoras (er beschäftigte sich viel mit Zahlen) dachte, alles sei irgendwie Zahl. Manche Mathematiker denken, Zahlen seien real, ein mag Quantentheoretiker denken, die Welt entstehe erst, wenn er messe, Computerwissenschaftler identifizieren die Welt manchmal mit einem Automaten. Dann lösen unschuldige Schmetterlinge Wirbelstürme (meist in USA) aus. Bleibt am Ende nur die Frage, wer das Programm des Kosmos geschrieben hat. So weit waren schon Laplace und Napoleon.
Der Artikel von Weinberg ist sehr aufschlussreich, auch im Hinblick auf den letzten Satz. Nichts wünscht sich ein Kosmologe mehr als Einfachheit. Er selbst glaubt (glaubte zumindest), die ersten drei Minuten des Universums mit einem untauglichen Modell beschreiben zu können. Die Ankündigung, dass man den Stein der Weisen nun bald finden werde, zieht sich nicht nur durch die Alchimie, seit Physiker sich auch für die Philosophie zuständig fühlen, auch durch die Physik. Man beobachte nur die Ankündigungen hinsichtlich neuer Beschleuniger, neuer Gravitationswellendetektoren etc. etc. The game must (and will) go on. Aber das macht natürlich gerade den Reiz.