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Stephen Hawking: Einsteins Traum

Wer sich ein bisschen mit zeitgenössischer Physik beschäftigt hat und einige der heute berühmten Physiker kennt, kann sicher auch das folgende Bild deuten:

Es zeigt Stephen Hawking in seinem Rollstuhl, beide geformt aus Lego-Steinen.

In Stephen Hawkings Buch „Einsteins Traum“ sind eine Reihe von Artikeln vereinigt, die er zu unterschiedlichen Zeiten an verschiedenen Stellen veröffentlicht hat. Zu seinen physikalischen Theorien, die auch im Buch diskutiert werden, will ich hier nichts schreiben. Seine Beiträge zur Theorie schwarzer Löcher sind inzwischen gut bekannt und an vielen anderen Stellen bereits ausführlich diskutiert und kommentiert worden. Im Weiteren soll es nur um einige seiner philosophischen Überlegungen gehen, vor allem zur Physik selbst, zu Schlussfolgerungen, die er daraus z.B. zum „freien Willen“ gezogen hat, und über seine Einstellung zu Gott.

Mein Standpunkt

Einer der ersten Texte im Buch ist mit „Mein Standpunkt“ betitelt. Hier ist leider nicht angegeben, wann und aus welchem Anlass Stephen Hawking ihn geschrieben hat. Ich nehme an, dass er hier seine wissenschaftsphilosophischen Überlegungen extra für sein Buch zusammengefasst hat. Es ist erstmalig 1993 herausgegeben worden.

Von den meisten neuzeitlichen Philosophen hat er offenbar keine gute Meinung:

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Doch viele von ihnen sind gescheiterte Physiker, denen es zu schwer war, neue Theorien zu entwickeln, und die sich deshalb entschlossen haben, lieber über die Philosophie der Physik zu schreiben. Noch immer zerbrechen sie sich den Kopf über die naturwissenschaftlichen Theorien der ersten Dekaden unseres Jahrhunderts – etwa die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik -, während sie in den vordersten Reihen der physikalischen Forschung noch nie gesichtet wurden.

Die Forscher, die tatsächlich für die Fortschritte in der theoretischen Physik sorgen, denken nicht in den Kategorien, die Philosophen und Wissenschaftshistoriker anschließend für sie erfinden. Ich bin sicher, daß Einstein, Heisenberg und Dirac sich nicht darum gekümmert haben, ob sie Realisten oder Instrumentalisten waren. Ihnen ging es einfach darum, daß die vorhandenen Theorien nicht zusammenpaßten.

Aber dann leiht er sich doch ziemlich deutlich Erkenntnisse bekannter Philosophen aus. Kenner lesen im folgenden Abschnitt eindeutig Thesen von Karl Popper und Thomas Kuhn heraus:

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In der theoretischen Physik war für den Fortschritt die Suche nach logischer Stimmigkeit immer wichtiger als Experimentalergebnisse. Zwar sind schon elegante und schöne Theorien aufgegeben worden, weil sie nicht mit den Beobachtungsdaten übereinstimmten, aber ich kenne keine wichtige Theorie, die ihre Entwicklung allein Experimentaldaten zu verdanken hätte. Immer kommt zunächst die Theorie, die dem Wunsch entspringt, über ein elegantes und in sich schlüssiges mathematisches Modell zu verfügen. Dann macht die Theorie Vorhersagen, die sich anhand von Beobachtungen überprüfen lassen. Wenn die Beobachtungen mit den Vorhersagen übereinstimmen, ist die Theorie damit noch nicht bewiesen, aber sie überlebt und macht weitere Vorhersagen, die dann wieder an Beobachtungsdaten überprüft werden. Stimmen die Beobachtungen nicht mit den Vorhersagen überein, gibt man die Theorie auf.

Stephen Hawking hat sich zwar eingangs vehement gegen eine Schubladisierung als Realist oder Instrumentalist gewehrt, doch mit den folgenden Sätzen outet er sich doch als Konstruktivist, ohne selbst diesen Begriff zu verwenden, und zeigt, dass er auch über eine Menge anderer philosophischer Strömungen, z.B. den Solipsismus, nachgedacht hat:

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… ist es in der Wissenschaftstheorie schwierig, Realist zu sein – also die Auffassung zu vertreten, daß die Wirklichkeit unabhängig von unserer Erfahrung existiert -, denn das, was wir für wirklich halten, ist den Bedingungen der Theorie unterworfen, an der wir uns jeweils orientieren.

Wenn das, was wir für wirklich halten, von unserer jeweiligen Theorie abhängt, wie können wir dann die Wirklichkeit zur Grundlage unserer Philosophie machen? Ich würde sagen, ich bin tatsächlich insofern ein Realist, als ich glaube, daß uns ein Universum umgibt, das darauf wartet, untersucht und verstanden zu werden. Die solipsistische Position, nach der alles nur ein Produkt unserer Einbildungskraft ist, halte ich für reine Zeitverschwendung. Auf dieser Basis handelt kein Mensch. Aber ohne eine Theorie können wir nicht erkennen, was am Universum real ist. Deshalb vertrete ich die Auffassung, die man als schlicht oder naiv bezeichnet hat, daß eine physikalische Theorie nur ein mathematisches Modell ist, mit dessen Hilfe wir die Ergebnisse unserer Beobachtungen beschreiben. Eine Theorie ist eine gute Theorie, wenn sie ein elegantes Modell ist, wenn sie eine umfassende Klasse von Beobachtungen beschreibt und wenn sie die Ergebnisse weiterer Beobachtungen vorhersagt.

Es hat keinen Zweck, sich auf die Wirklichkeit zu berufen, weil wir kein modellunabhängiges Konzept der Wirklichkeit besitzen. Nach meiner Meinung ist der unausgesprochene Glaube an eine modellunabhängige Wirklichkeit der tiefere Grund für die Schwierigkeiten, die Wissenschaftsphilosophen mit der Quantenmechanik und dem Unbestimmtheitsprinzip haben.

Ist alles vorherbestimmt?

Der zweite Artikel, den ich hier kommentieren möchte, hat den Titel „Ist alles vorherbestimmt?“ und wurde im Sigma Club in Cambridge 1990 gehalten. In diesem Artikel werden die Konsequenzen des Determinismus diskutiert. Zunächst erläutert Hawking den Grundgedanken des Determinismus:

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In jüngerer Zeit ist der Determinismus auf wissenschaftliche Argumente gegründet worden. Offenbar gibt es eindeutige Gesetze, die festlegen, wie sich das Universum und alles, was es enthält, mit der Zeit entwickeln. Obwohl wir noch nicht die exakte Form für alle diese Gesetze gefunden haben, wissen wir doch schon genug, um, von einigen Extremsituationen abgesehen, bestimmen zu können, was geschieht. Ob wir die verbleibenden Gesetze in naher Zukunft entdecken können, ist Auffassungssache. Ich bin Optimist: Ich glaube, die Chancen stehen fünfzig zu fünfzig, daß wir sie in den nächsten zwanzig Jahren finden. Doch selbst wenn uns das nicht gelingt, würde es an dem Argument nichts Wesentliches ändern. Entscheidend ist die Annahme, daß es ein System von Gesetzen gibt, die die Evolution des Universums von Anfang an vollständig bestimmen.

Da Hawking den Vortrag 1992 gehalten hat, sind die von ihm genannten 20 Jahre jetzt herum. Im weiteren Text benennt er die Schwierigkeiten, die der Determinismus aufwirft:

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Zunächst einmal ist die große vereinheitlichte Theorie wahrscheinlich, mathematisch gesehen, kompakt und elegant. Die «Theorie für Alles» müßte schon einen besonderen und einfachen Charakter haben. Doch wie kann eine bestimmte Anzahl von Gleichungen die vielfältigen und trivialen Details erklären, die wir um uns her erblicken? Ist es wirklich vorstellbar, daß die große vereinheitlichte Theorie vorherbestimmt hat, daß Sinead O’Connor in dieser Woche auf Platz eins der Hitparade ist oder daß Madonna auf der nächsten Titelseite des Cosmopolitan erscheinen wird?

Bei der Vorstellung, alles sei von einer großen vereinheitlichten Theorie vorherbestimmt, stellt sich ein zweites Problem: Dann wäre nämlich auch alles, was wir sagen, durch die Theorie festgelegt. Und warum sollte vorherbestimmt sein, daß unsere Äußerungen stimmen? Wäre die Wahrscheinlichkeit nicht viel größer, daß sie falsch sind, da es zu jeder einzelnen wahren Aussage viele mögliche falsche gibt? Jede Woche finde ich in meiner Post zahlreiche Theorien, die die Leute mir zuschicken. Sie sind alle verschieden, und die meisten widersprechen sich. Und doch soll die große vereinheitlichte Theorie bestimmt haben, daß ihre Autoren sie für richtig halten. Warum sollte also irgend etwas, was ich sage, gültiger sein? Bin ich nicht der Bestimmung durch die große vereinheitlichte Theorie ebenso unterworfen?

Schließlich wirft der Prädestinationsgedanke noch ein drittes Problem auf: Wir haben das Gefühl, daß wir einen freien Willen besitzen – daß wir nach Belieben entscheiden können, ob wir etwas tun oder nicht. Doch wenn alles von den Naturgesetzen bestimmt ist, dann muß der freie Wille eine Illusion sein. Und wenn wir keinen freien Willen haben, wie können wir dann für unsere Handlungen verantwortlich sein ? Psychisch kranke Täter bestrafen wir nicht für ihre Verbrechen, weil wir meinen, daß sie nicht anders handeln konnten. Doch wenn wir alle von einer großen vereinheitlichten Theorie bestimmt sind, kann niemand anders handeln, als er es tut. Wie kann dann irgend jemand für seine Taten zur Rechenschaft gezogen werden?

Das erste Problem ist klar, ein strenger Determinismus würde alles bis ans Ende der Zeit festlegen, könnte man nur genügend genau rechnen, wüsste man alles im Voraus. Das zweite Problem stellt einen kuriosen Selbstbezug dar. Wenn alles vorherbestimmt wäre und wir das erkennen könnten, dann wäre auch vorherbestimmt, dass wir die Vorherbestimmung erkennen (oder nicht erkennen) könnten. Zum dritten Problem, dem des freien Willens, äußert er sich noch ausführlicher:

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Den einzigen objektiven Test seines freien Willens scheint die Frage zu liefern: Läßt sich das Verhalten des Organismus vorhersagen? Ist dies der Fall, hat er ganz offensichtlich keinen freien Willen, sondern ist in seinem Handeln vorherbestimmt. Läßt sich andererseits das Verhalten nicht vorhersagen, kann man das als operative Definition verstehen, die besagt, daß der Organismus einen freien Willen hat.

Hier sind die von Hawking gescholtenen Philosophen schon ein Stück weiter. Es ist sicherlich kein Ausdruck eines freien Willens, wenn eine Entscheidung aus der Sicht eines Beobachters zufällig erfolgt ist. Und ebenso kann eine Entscheidung frei-willig sein, auch wenn sie jemand, der den Handelnden gut kennt, vorhersagen konnte.

Und dann kommt es in Hawkings Text zu der Passage, in der er erläutert, wie er den Determinismus der Physik mit dem freien Willen versöhnen will:

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Tatsächlich können wir menschliches Verhalten nicht vorhersagen, weil es schlicht zu schwierig ist. Die grundlegenden physikalischen Gesetze, denen die Gehirnaktivität folgt, kennen wir bereits, und sie sind vergleichsweise einfach. Aber es ist zu schwer, die Gleichungen zu lösen, wenn mehr als ein paar Teilchen beteiligt sind. Selbst in der einfacheren Gravitationstheorie von Newton lassen sich die Gleichungen nur im Falle zweier Teilchen exakt lösen. Bei drei oder mehr Teilchen muß man schon auf Näherungsverfahren ausweichen, und die Schwierigkeiten wachsen mit der Anzahl der Teilchen rasch an.

Hawking zieht daraus folgende Konsequenzen:

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Wir können unser Verhalten nicht nach dem Glauben ausrichten, alles sei vorherbestimmt, weil wir nicht wissen, was vorherbestimmt worden ist. Statt dessen müssen wir uns an die operative Theorie halten, daß wir einen freien Willen haben und daß wir für unser Handeln verantwortlich sind. Diese Theorie taugt nicht besonders zur Vorhersage menschlichen Verhaltens, aber wir machen sie uns zu eigen, weil es keine Möglichkeit gibt, die Gleichungen zu lösen, die sich aus den fundamentalen Gesetzen herleiten. Es gibt außerdem einen darwinistischen Grund für unseren Glauben an den freien Willen. Eine Gesellschaft, deren Mitglieder sich für ihre Handlungen verantwortlich fühlen, wird besser kooperieren können und eher in der Lage sein, zu überleben und ihre Wertvorstellungen zu verbreiten.

Ich würde Hawking hier gern eine einfache Frage stellen: Welchen Sinn hat es zu behaupten, der (physikalische) Determinismus sei richtig, wenn es prinzipiell unmöglich ist, diese Aussage zu beweisen (=zu berechnen)? Das macht nämlich diese Behauptung zu einer Glaubensthese. Viel besser gefällt mir aber sein zweiter Gedanke: Nicht die Annahme eines freien Willens, sondern dessen tatsächliche Existenz stellt im evolutionären Sinn für uns einen Überlebensvorteil dar.

Desert Island Discs

In einem dritten Text im Buch ist ein Interview Hawkings durch die BBC wiedergegeben. Dort gibt es seit 1942 eine Sendung namens „Desert Island Discs“, bei der berühmte Personen interviewt werden. Aufhänger der Sendung ist die Vorstellung, der interviewte Prominente würde auf eine einsame Insel verschlagen und dürfte dorthin nur ein Buch mitnehmen (die Bibel oder den Koran und eine Enzyklopädie gäbe es auf der Insel schon), dazu einen Gebrauchsgegenstand und ein paar Schallplatten (auch einen Plattenspieler gibt es auf der imaginierten Insel). Das Interview mit Hawking wurde in der Weihnachtszeit 1992 gesendet. Interessant für mich war dabei vor allem die Passage, in der Sue Lawley mit ihm über Gott spricht. Das ist insofern interessant, weil Hawking ja die Auffassung vertritt, wir könnten bald eine physikalische Theorie finden, die das Universum vollständig erklärt:

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LAWLEY: Wenn man Ihre Theorien stark vereinfacht – ich hoffe, Sie werden mir das verzeihen, Stephen -, haben Sie, soweit ich das verstehe, früher geglaubt, es habe einen Schöpfungsaugenblick, einen Urknall gegeben, aber heute sind Sie nicht mehr dieser Meinung. Sie glauben, daß es keinen Anfang und kein Ende gibt, daß das Universum in sich selbst abgeschlossen ist. Heißt das, es hat kein Schöpfungsakt stattgefunden, und deshalb bleibt auch kein Raum mehr für Gott ?

HAWKING: In der Tat, Sie haben das allzusehr vereinfacht. Ich glaube immer noch, daß das Universum einen Anfang in der realen Zeit hat, einen Urknall. Aber es gibt eine andere Art von Zeit, die imaginäre, rechtwinklig zur realen Zeit, in der das Universum keinen Anfang und kein Ende hat. Das würde bedeuten, daß die Art und Weise, wie das Universum begonnen hat, von den physikalischen Gesetzen bestimmt würde. Man müßte nicht sagen, daß Gott das Universum auf irgendeine willkürliche Weise in Gang gesetzt hat, die wir nicht verstehen können. Über die Frage, ob Gott existiert oder nicht, ist damit überhaupt nichts gesagt, nur daß er nicht willkürlich ist.

LAWLEY: Aber wenn die Möglichkeit besteht, daß Gott nicht existiert, wie erklären Sie sich dann all die Dinge, die es außerhalb der Wissenschaft gibt — Liebe, den Glauben, den die Menschen in Sie gesetzt haben und weiterhin setzen, oder Ihre eigene Inspiration ?

HAWKING: Liebe, Glaube und Moral gehören einer anderen Kategorie an als die Physik. Aus den physikalischen Gesetzen können Sie nicht ableiten, wie wir uns verhalten sollen. Es wäre allerdings zu wünschen, daß das logische Denken, das wir aus der Physik und Mathematik lernen können, uns auch in unserem moralischen Verhalten bestimmt.

LAWLEY: Aber ich glaube, daß viele Menschen der Meinung sind, Sie hätten Gott praktisch überflüssig gemacht. Leugnen Sie das?

HAWKING: Meine Arbeit hat lediglich gezeigt, daß man nicht behaupten muß, das Universum habe als eine persönliche Laune Gottes begonnen. Trotzdem bleibt die Frage: Warum macht sich das Universum die Mühe zu existieren ? Wenn Sie wollen, können Sie Gott als die Antwort auf diese Frage definieren.

In der Tat, die grundlegende Frage, warum ist nicht einfach nichts?

  1. 13. November 2012, 20:43 | #1

    Danke, interessant und mit den Anmerkungen bzw. Fragen gut nachgehakt. Wie interpretiert Hawking eigentlich den in der Kopenhagener Interpretation der Quantenphysik als real angenommenen Zufall?

  2. Ananse
    14. November 2012, 12:06 | #2

    @metepsilonema
    Darüber hat Hawking in seinem Buch nichts geschrieben. Wenn ich allerdings seine Ausführungen zum Verhältnis zwischen Physik und Wirklichkeit nehme, dann sind die verschiedenen Interpretationen der QM für ihn irrelevant – weil die Interpretationen außerhalb der Physik liegen, an den Messergebnissen ändern sie nichts. Ein sehr schöner Artikel von einem anderen Physiker ist dieser. Die entscheidenden Sätze:

    Der Unterschied zwischen der Kopenhagener Deutung und der Viele-Welten-Interpretation liegt außerhalb der Physik. In der Ontologie, der Lehre von dem Sein. Die Frage ist, ob die nicht realisierten Möglichkeiten in der Wellenfunktion tatsächlich nach der Messung verschwunden oder nur unerreichbar geworden sind.

    Meine Herangehensweise an solche weltanschaulichen Fragestellungen ist pragmatisch. Ich versuche … zu unterscheiden zwischen Dingen, die wir wissen können, und Spekulationen. Dass es die vielen Parallelwelten der Viele-Welten-Interpretation gibt, ist Spekulation. Dass es einen tatsächlichen Kollaps der Wellenfunktion durch Dekohärenz gibt, ist auch Spekulation. Aber dass wir mit der Quantenmechanik unter Hinzunahme der Wahrscheinlichkeits-Interpretation von Max Born sehr genaue Vorhersagen von Messergebnisse machen können, ist keine Spekulation. Das ist Physik.

    Die Wahrscheinlichkeits-Interpretation ist die erste, rein physikalische Interpretation der Wellenfunktion. Die Annahme, entweder der Kollaps oder die nicht messbaren parallelen Welten seien real, ist eine darüber hinausgehende philosophische Spekulation.

  3. günther
    15. November 2012, 15:58 | #3

    Hawkings sagt:
    ‚Eine Gesellschaft, deren Mitglieder sich für ihre Handlungen verantwortlich fühlen, wird besser kooperieren können und eher in der Lage sein, zu überleben und ihre Wertvorstellungen zu verbreiten.‘
    Daraus lese ich eher, dass die Illusion des freien Willens einen Überlebesvorteil darstellt.

    ‚Nicht die Annahme eines freien Willens, sondern dessen tatsächliche Existenz stellt im evolutionären Sinn für uns einen Überlebensvorteil dar.‘
    Woraus folgt das?

  4. Jalella
    17. November 2012, 23:45 | #4

    @Ananse
    Ich glaube, dass metepsilonema mit der Bemerkung über die Kopenhagener Deutung eher die Tatsache meint, dass in der QM gewisse Dinge eben gerade nicht deterministisch sind, sondern nur Wahrscheinlichkeitsaussagen möglich sind (wo landet das Elektron nach dem Doppelspalt genau?). Und das ist mir auch aufgestoßen. Wie kann Hawking da von Determinismus der makroskopischen Welt sprechen? Und das ist ja auch keine Frage der Deutung, sondern messbare Wahrheit. Die Wahrscheinlichkeiten sind determiniert über die physikalischen Gesetze, aber das sind sie für den Wurf eines Würfels auch.

    Und ich finde das hat auch einen Einfluss auf die Frage nach dem freien Willen. Wir laufen nicht ab wie ein mechanisches Uhrwerk (wie Leibnitz es ja meinte), sondern die Vorgänge im Hirn sind eben quantenmechanisch (un)bestimmt. Aber einen freien Willen gibt es danach immer noch nicht. Die Frage nach dem freien Willen ist meiner Meinung nach eher die Frage nach einer „Person“ außerhalb uns selbst, die dann diesen freien Willen haben soll. Denn was heißt freier Wille? Wenn meine Gedanken und Handlungen das Ergebnis der Funktionsweise meines Hirns sind, wer hat dann den „freien Willen“ und die Macht diese zu steuern? Ich glaube für mich, dass wir in einem weiteren Sinne tatsächlich nicht Herr über das sind, was wir tun und denken. Es passiert einfach mit uns. Erstaunlich genug, dass es auf uns so oft den Eindruck macht, es wäre anders. Aber das ist möglicherweise ein Trick der Evolution, weil das Leben mit dieser Erkenntnis nicht einfacher wird;-)

    Ich negiere damit nicht die moralsche Verantwortung für unser Handeln, aber ich denke, wir handeln auf Grund der Prozesse in unserem Hirn – deterministisch oder nicht.

  5. Ananse
    18. November 2012, 20:48 | #5

    @günther
    Ich habe das tatsächlich sehr unglücklich formuliert. Vielleicht wird mein Gedanke so besser verständlich: Die Evolution wird (da sie sich ihrer nicht bewusst ist), nicht empfänglich gegenüber Illusionen sein. Es gibt also einen tatsächlichen Unterschied zwischen Wesen, die sich als frei handelnd empfinden und solchen, die das nicht so empfinden. Man kann dann den freien Willen nur noch als Illusion betrachten, wenn man ihn (bzw. seine Empfindung) als ein ebensolches Nebenprodukt der Evolution ansieht wie z.B. Dawkins die Religion als Nebenprodukt von etwas anderem ansieht – was er übrigens nicht benennen kann. 😉

  6. Ananse
    18. November 2012, 20:55 | #6

    @Jalella

    Determinismus bei Hawking bedeutet, dass die Naturgesetze (bzw. seine Theorie von Allem) die Entwicklung festlegen. Das schließt Zufallsereignisse nicht aus, da die mathematische Beschreibung dieser Ereignisse ja deterministisch ist.

    Was den freien Willen betrifft: Da bin ich Emergentist. Und was ich von Hawkings herbeigeträumter Theorie von Allem halte, hatte ich ja schon als Frage an ihn formuliert:

    Welchen Sinn hat es zu behaupten, der (physikalische) Determinismus sei richtig, wenn es prinzipiell unmöglich ist, diese Aussage zu beweisen (=zu berechnen)? Das macht nämlich diese Behauptung zu einer Glaubensthese.