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Geschichte der Physik

Übersicht | Inhalt | Vorwort | Einführung

Wolfgang Schreier (Hrsg.) Geschichte der Physik Ein Abriss 447 Seiten, 126 Abb., Pb., 30,00 Euro ISBN 978-3-928186-62-9 Ein Abriss der Entwicklung der Physik von den Anfängen bei den Griechen bis zum Ende des 20. Jahrhunderts.

Einleitung

Einleitung

Zur Entstehung der Wissenschaft

Das 20. Jahrhundert brachte eine enorme Erweiterung und eine tiefgreifende Umwälzung der Erkenntnisse über den Mikro- und Makrobereich der Physik. Dennoch ist die „moderne Physik“ aus der Physik des 19. Jahrhunderts, der „klassischen Physik“, hervorgegangen. Geht man von dem Forschungsbereich und der Methodologie der letzteren aus, dann ist die Physik, gemessen etwa an der Mathematik oder Astronomie, eine junge Wissenschaft. Erst durch die naturwissenschaftliche Revolution im 17. Jahrhundert begann der komplexe Formierungsprozess, aus dem die eigenständige Fachwissenschaft Physik hervorging, deren Konsolidierung im 19. Jahrhundert erfolgte.

Trotzdem beginnt der vorliegende Abriss der Geschichte der Physik nicht erst mit der Herausbildung der axiomatisierten klassischen Mechanik und der Gravitationstheorie in der Epoche des Frühkapitalismus.

Die Wissenschaft als kognitives und soziales System ist bereits in der Sklavereigesellschaft entstanden. Nach Laitko wird „das Erscheinen von Wissenschaft als ein Phänomen gesellschaftlicher Arbeitsteilung, als eine Seite der direkt mit der Spaltung der Gesellschaft in antagonistische Klassen verbundenen Trennung von körperlicher und geistiger Arbeit“ [264, S. 107] verstanden. Diese durch die Erzeugung eines Mehr­produktes ermöglichte besondere Tätigkeit zielte über das Sammeln und Ordnen empirischer Fakten und Verfahren hinaus auf die Systematisierung und Theoretisierung des angehäuften Wissens, letztlich auf die Gesetzeserkenntnis. So gesehen, bildeten Empirie und Theorie konstitutive Elemente der Wissenschaftsentstehung.

Deshalb wurde auch auf die Entstehung und Entwicklung der Wissenschaft bzw. die Gewinnung naturwissenschaftlich-physikalischer Erkenntnisse in der griechischen Antike, in Indien, China und in den islamischen Reichen eingegangen und deren Tradierung und Weiterentwicklung in der Zeit des Feudalismus wurden skizziert.

Diese Auswahl sucht einem Eurozentrismus entgegenzuwirken, wenn auch der Hauptstrom wissenschaftlichen Denkens von der griechischen Antike ausging. In Gegenüberstellung zur griechischen Antike soll damit gezeigt werden, wie die Wissenschaft in Indien und China, gesellschaftlich bedingt, in anderer Form historisch gewachsen ist. Dagegen wurde auf die für die spätere Fachwissenschaft Physik unerheblichen Ansätze wissenschaftlichen Denkens in der Urgemeinschaft, im alten Ägypten und in Vorderasien verzichtet.

Der Höhepunkt der Wissenschaft im Altertum wurde jedoch in der griechischen Antike erreicht. Hier findet man in den jeweiligen Institutionen Gruppen von Menschen, die über geeignete Forschungsmethoden verfügen und Erkenntnisse mittels der Schrift­sprache weitergeben. Hier prägt sich nach dem Übergang von der mythisch-religiösen zur rationalen Erklärung der Welt und der Natur die theoretisch-erklärende Forschungs­methode in eindrucksvoller Weise aus. Mehr oder minder auf empirischem Material fußend, werden erstmals wissenschaftliche Systeme erarbeitet, die als relative Wahrheiten über 2000 Jahre überlebten und mit denen sich Naturforscher bis in die Gegenwart intensiv auseinandersetzen. Es ist zu hoffen, dass sich daraus ein Bild der frühen Wissenschaft ergibt und der Wandel im Wissenschaftsverständnis, beginnend mit der Renaissance, verdeutlicht werden kann.

Zum Aufbau des Buches

Die Anfänge einer Fachwissenschaft Physik, mit der Herausbildung der klassischen Mechanik als Kern, liegen also in der historischen Epoche des Übergangs vom Feudalismus zum Kapitalismus, genauer im 16. und 17. Jahrhundert. Diese wichtige Zäsur wurde als Angelpunkt für den Aufbau des Buches benutzt. Für die Frühzeit in der Sklaverei- und Feudalgesellschaft wurde eine Einteilung nach „Kulturkreisen“ gewählt. Diese Teile sollen zeigen, wie wissenschaftliche Erkenntnisse, die dann zur Etablierung der Fachwissenschaft Physik beitrugen, unter verschiedenen gesellschaftlichen Bedingungen gewonnen wurden. (Bei diesen Abschnitten wurde der Begriff „Physik“ in Anführungszeichen gesetzt, um zu kennzeichnen, dass es sich noch nicht um die spätere Fachwissenschaft Physik handelt.) Die Kapitelgliederung in der folgenden Zeit, beginnend mit „der Formierung der Fachwissenschaft Physik“ ab 1450, verfolgt das Ziel, markante Entwicklungsperioden der Physik mit Epochen der Universalgeschichte in Einklang zu bringen. Wohl wissend, dass revolutionäre Wandlungen im Wissenschaftsgefüge chronologisch selten mit Umwälzungen der politischen bzw. Universalgeschichte zusammenfallen, konnte man aber doch aus der gesellschaftlichen Determination der Wissenschaften einen übergreifenden Zusammenhang erkennen.

Mit dem Entstehen der Fachwissenschaft Physik wurde auch begonnen, die Darstellung nach Teildisziplinen der Physik zu gliedern. Obwohl diese Einteilung nach Prinzipien der Wissenschaftsgeschichte problematisch ist, so konnte doch damit der logisch-historische Charakter des Buches gewahrt werden, indem innerhalb einer historischen Periode der Physik vorzüglich die Entwicklung jener Teildisziplinen behandelt wurde, die durch ihren Auf- und Ausbau, verbunden mit tiefgreifenden Wandlungen, den Fortschritt der Physik bestimmten. Allerdings hatte ein solches Vorgehen die Konsequenz, dass bei der Schilderung des Vorlaufes bzw. der Nachwirkung der Rahmen der geschichtlichen Epoche bzw. der Entwicklungsperiode der Physik überschritten werden musste.

Im Ganzen gesehen, wurden nur wesentliche Entwicklungslinien der Physik verfolgt, deren Herkunft und Fortführung verdeutlicht, aber keineswegs Vollständigkeit angestrebt. So mussten ganze Teildisziplinen wie etwa die Akustik und viele interdisziplinäre Forschungsgebiete wie etwa die Astro-, Bio- oder Geophysik außerhalb der Betrachtung bleiben.

Diese Beschränkungen, die vornehmlich für die „Darstellung des einheitlichen Entwicklungsprozesses der wissenschaftlichen Erkenntnis“ [295, S. 66] schmerzlich sind, werden dadurch gemildert, dass den einzelnen Entwicklungsperioden bzw. historischen Epochen gesellschaftlich-geschichtliche Überblicke vorangestellt werden. Sie haben die Funktion, über die politische Geschichte, die Produktionsweise, aber auch über allgemeine Entwicklungstendenzen der Physik sowie über deren Organisations- und Kommu­nikationsformen, die Wechselbeziehungen zur Philosophie und die Entwicklung weiterer Naturwissenschaften in der jeweiligen Epoche zu informieren. So formal dieses Verfahren auch erscheinen mag, wird doch damit die Möglichkeit geboten, die im Text erörterten bzw. nur angedeuteten Wechselbeziehungen von Physik und Gesellschaft in einen großen historischen Zusammenhang zu stellen.

Über den Wert und die Bedeutung der Physikgeschichte

Namhafte Physiker haben sich nicht nur aus Traditionsbewusstsein mit der Geschichte ihres Faches beschäftigt. Sie erhofften sich daraus auch Anregungen für ihre aktuelle Forschung und wurden nicht enttäuscht. Des Öfteren fanden sie unter den Denkweisen ihrer Vorgänger Erkenntnisansätze für die Gegenwart, die dazu beitrugen, sie aus einer wissenschaftlichen Erstarrung zu befreien.

Außerdem folgt aus der Schilderung des mühsamen Erkenntnisgewinns vergangener Zeiten mit mancherlei Ab- und Irrwegen, dass heute wie damals nur mit Zähigkeit und Ausdauer ein Mosaikstein neuen Wissens zu gewinnen ist. Jedoch wird im Gegensatz etwa zur Literatur- oder Kunstgeschichte die Bedeutung der Geschichte einer naturwissenschaftlichen Einzeldisziplin, wie der Physik, noch öfter verkannt, weil man glaubt, das Vergangene sei überholt, das Richtige in den jetzt geltenden Lehrmeinungen dialektisch aufgehoben. Der Wert des Buches liegt deshalb zunächst darin, Entwicklungslinien physikalischer Erkenntnis nachzuzeichnen und so bewusst werden zu lassen, dass die Wissenschaft sich im Fluss befindet und auch der gegenwärtige Stand nichts Endgültiges ist. Obgleich das wohl eine triviale Tatsache ist, gewinnt man bei der Beschäftigung mit der Geschichte ein tieferes Verständnis für das Gegenwärtige, werden beispielsweise heute abstrakt eingeführte Begriffe durch die Erläuterung ihres Herkunftszusammenhanges deutlicher und manchmal auch „greifbarer“. Darüber hinaus bildet eine Physik­geschichte schon durch ihren Informationsgehalt eine Komponente der Allgemeinbildung, und zwar nicht nur für Physiker. Auf diese Weise soll dieser Abriss, der sich auf einen historischen Realismus gründet, auch zur Herausbildung eines umfassenden Geschichtsbewusstseins beitragen.

Die Historiographie der Physik erlebte im 19. Jahrhundert einen ersten Höhepunkt. Daran haben deutschsprachige Gesamtdarstellungen wie die von Rosenberger [31] einen nicht unerheblichen Anteil. Im 20. Jahrhundert, nach dem Beginn der Revolution in der Physik, dominierten Detailstudien, die verschiedene Gebiete der modernen Physik, aber auch historisch fernere Perioden unter soziologischen und kognitiven Gesichtspunkten behandelten. Es ist vornehmlich das Verdienst einer realistischen Wissenschaftshistoriographie, die Wissenschaften als gesellschaftliche Erscheinung aufgefasst und deren Geschichte in die Entwicklung der Gesellschaft eingegliedert zu haben. Auch die Geschichte der Physik ist demnach mehr als die Aneinanderreihung von Erkenntnissen, Theorien und Methoden; sie wird zugleich geformt durch die ideellen und materiellen Interessen und Bedürfnisse der jeweils herrschenden Klassen.

Im vorliegenden Abriss wird versucht, einige daraus hervorgehende Aspekte hervorzuheben, die sowohl die Einbindung der Physik in den gesamtgesellschaftlichen Prozess als auch deren innerwissenschaftliche Entwicklung kennzeichnen.

Die Wechselbeziehungen zur Entwicklung der Technologie und Industrie spielen in der Geschichte der Physik eine wesentliche Rolle. War die Produktivkraftfunktion der Wissenschaft in der Sklavereigesellschaft und im Mittelalter geradezu ausgeschlossen, so steht die Begründung der Fachwissenschaft Physik in engem Zusammenhang mit der Entfaltung der Technologie und der Herausbildung frühkapitalistischer Produktions­verhältnisse. Aber erst nach der industriellen Revolution werden physikalische Teilsysteme in die Produktion integriert und tragen zur Fundierung oder Entstehung neuer Produktionsbereiche bei. Diese bildeten die Ausgangsposition für die wissenschaftlich-technische Revolution. Letztere Wechselwirkungen, die die rapid gestiegene gesellschaftliche Wertschätzung der Physik charakterisieren, werden durch Abschnitte über die Herausbildung der technischen Mechanik, Elektrotechnik und wissenschaftlich-technischen Optik verdeutlicht.

Jedoch wäre diese Entwicklung undenkbar ohne die innerwissenschaftliche ­Dynamik, die auf Gesetzeserkenntnis und Theorienbildung gerichtete Komponente der Physik. Ohne die Problem- und Begriffsgeschichte bliebe der Aufbau des Gesamtsystems der Physik unverständlich. Die Entstehung und Wandlungen zentraler Begriffe wie Atom, Feld, Kraft, Energie u. a. und die Aufstellung und Überwindung von Theorien zur Mechanik, Optik, Wärme, Elektrodynamik zeigen die Eigenständigkeit der physikalischen Entwicklung. Erkennt man in der vorherrschenden Produktionsweise und in der Eigendynamik der Physik zentrale Entwicklungsfaktoren, so ist nicht minder wichtig, dass jede Erkenntnis in einer konkreten historischen Situation gewonnen wurde, die durch das gesamtgesellschaftliche Umfeld bestimmt wird.

Große Naturforscher wie Aristoteles oder Descartes waren noch bedeutendere Philosophen, und Anfang des 20. Jahrhunderts behauptete Harnack, dass man zu Unrecht klage, dass unsere Zeit keine Philosophen mehr habe; denn sie säßen jetzt in der anderen Fakultät, und ihre Namen seien Planck und Einstein. Trotz dieser engen Beziehungen zwischen Physik und Philosophie, zuvörderst in Problemen der Struktur der Materie und erkenntnistheoretischen Fragen, konnten aus Platzgründen nur wichtige Strömungen der Naturphilosophie knapp erörtert werden, die entweder die Physik nachhaltig beeinflussten oder aus physikalischen Problemstellungen hervorgegangen sind. Hier muss auf die umfangreiche Literatur zu diesem Thema verwiesen werden, die an entsprechender Stelle ausgewiesen ist.

In gleichem Maße konnten die historischen Bindungen der Physik zur Mathematik und zu anderen Naturwissenschaften (insbesondere Chemie) nur in Ansätzen behandelt werden. Obwohl bedeutende Physiker auch große Mathematiker waren und zumindest seit dem 17. Jahrhundert die Verflechtung von Mathematik und Physik immer enger wird, sollte doch das Aufkommen und die Ausführung der leitenden physikalischen Ideen im Vordergrund stehen. Um aber aufzuzeigen, welche mathematischen Methoden den Physikern zu einer bestimmten Zeit zur Verfügung standen und welche Fortschritte die Chemie erzielte, wurde in den Überblicken eine Kurzfassung der Entwicklung von Mathematik und Chemie in der jeweiligen Epoche aufgenommen. Diese Überblicke lassen auch andeutungsweise erkennen, dass die Geschichte der Physik nur vor dem Hintergrund der Entwicklung der anderen Naturwissenschaften vollständig durchschaubar ist und die historisch bedingte Trennung von Physik und Chemie seit dem 20. Jahrhundert zunehmend wieder aufgehoben wird.

Letztlich geben die Bemerkungen über die Organisations- und Kommunikationsformen der Physik in den Überblicken darüber Auskunft, dass wissenschaftlicher Fortschritt sich auch in einer Erweiterung, Spezialisierung oder im Wechsel der Institutionen und Fachzeitschriften niederschlägt und darin auch eine Reaktion der Gesellschaft auf die Stellung der Physik im Wissenschaftsgefüge zu sehen ist.

Damit ist die Vielfalt der Faktoren, die zur Entwicklung der Physik beitragen, keineswegs erschöpft. Lediglich aus der notwendigen Beschränkung des Buchumfanges konnten die Rolle der Persönlichkeit des Forschers, ihre Kreativität, aber auch ihre gesellschaftliche Stellung und Haltung kaum gewürdigt werden. Hier ist auf die umfangreiche biographische Literatur zu verweisen. Und nur an wenigen Stellen konnte verdeutlicht werden, welche Bedeutung neuartige Instrumente und Untersuchungsverfahren für die Erschließung neuer Forschungsgebiete hatten.

Der Abriss versucht lediglich unter Verzicht auf Untersuchungen zu speziellen Gebieten wesentliche Entwicklungsrichtungen der Physik in der Geschichte und einige bestimmende Entwicklungsfaktoren aufzuzeigen.

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