Kurt Gerich:

Die erkenntnistheoretischen Grundpositionen von Albert Einstein

Dass Einstein in der von Paul A. Schilpp herausgegebenen Buchreihe "Philosophen des 20. Jahrhunderts" erscheint und unter dem Titel "Albert Einstein als Philosoph und Naturforscher" (1) als Philosoph in den Vordergrund des Interesses rückt, ist vor allem Ausdruck dafür, dass sein naturwissenschaftliches Werk für die Philosophie von eminenter Bedeutung ist. In diesem Buch findet sich auch sein erkenntnistheoretisches Bekenntnis: "Die gegenseitige Beziehung von Erkenntnistheorie und Wissenschaft ist von merkwürdiger Art. Sie ist aufeinander angewiesen. Erkenntnistheorie ohne den Kontakt mit Wissenschaft wird zum leeren Schema; Wissenschaft ohne Erkenntnistheorie ist soweit überhaupt denkbar primitiv und verworren" (S. 507).

Einsteins erkenntnistheoretische und philosophische Überzeugungen waren - auch wenn sie heute nicht die ihnen angemessene Würdigung finden - konstitutiv und fundamental für sein wissenschaftliches Denken, seine Leitbegriffe und Leitideen, seine schöpferische Intuition und Erkenntnismethode. Sie zogen aber auch gleichermaßen die Grenzen seines grenzenlosen Erkenntnisoptimismus und Erkenntnisideals. 

Im Verlaufe seines Forscherlebens hat Einstein eine Vielzahl philosophischer Positionen eingenommen und sich nach eigenem Bekenntnis als skrupelloser Opportunist bezeichnet. In der Verbindung der untrennbaren Elemente von Empirie und Ratio, Praxis und Theorie fühlte er sich in den verschiedenen Perioden seiner philosophischen Entwicklung dem skeptizistischen Empirismus David Humes ebenso verbunden wie dem sensualistischen Monismus Ernst Machs und den neopositivistischen Strömungen des Wiener Kreises. Immer war er aber Rationalist, stimmte prinzipiell mit den Grundpositionen von Poppers Philosophie des kritischen Rationalismus überein. Seine philosophische Grundüberzeugung, an der er aber zeitlebens in dogmatischer Strenge unverrückbar festhielt, war geprägt von einem uneingeschränkten, deterministischen Realismus, nach dem die reale Welt den Ordnungsprinzipien einer widerspruchsfreien und streng kausalen Naturgesetzlichkeit unterliegt. 

Einsteins Forschungsziel war die Grundlegung von Fundamentaltheorien, die sich auf die Totalität der physikalischen Wirklichkeit in der Natur erstrecken. Durch den hohen Grad von Allgemeingültigkeit setzen Fundamentaltheorien eine abstrakte und theoretische Axiomen und Begriffsbasis voraus, die nicht mehr allein aus der Erfahrung und dem klassisch heuristischen Erkenntnisideal induktiver Verallgemeinerung abgeleitet werden kann. Einsteins heuristische Konzeption versuchte das gegensätzliche Begriffspaar von Empirie und Ratio mit der hypothetisch deduktiven Erkenntnismethode zu verbinden. Dennoch gab es für ihn keine eindeutige Methodologie der Theorienbildung: Zu den elementaren Gesetzen der Physik führt kein logischer Weg, sondern nur die auf Einfühlung in die Erfahrung sich stützende Intuition. Im Entstehungszusammenhang einer nach fundamentalen Gesetzen suchenden, physikalischen Theorie erlangt eine empirische Aussage erst dann Bedeutung, wenn sie sich auf die intuitive Eingebung stützen kann. 

In der Bewertung von Theorien legte Einstein strenge Kriterien zugrunde: Die äußere Bewährung und innere Vollkommenheit von Theorien. Unter äußerer Bewährung versteht er die notwendigen Bedingungen der empirischen Überprüfbarkeit einer Theorie. Die Aussagen einer Theorie dürfen den Erfahrungstatsachen nicht widersprechen und müssen sich unter empirisch reproduzierbaren Bedingungen in der Verifikation bestätigen und in der Falsifizierbarkeit bewähren. Die innere Vollkommenheit einer Theorie war bestimmt von Willhelm von Ockhams denkökonomischen Prinzip der Einfachheit und Sparsamkeit der Begriffe verbunden mit der Forderung nach Kohärenz, Widerspruchsfreiheit, signifikantem Erklärungswert, hohem Grad an Verallgemeinerung und prognostischem Gehalt. 

In der langjährigen Vorbereitung der Theorienentwürfe spielte Einstein mit idealisierten, rein theoretischen Gedankenexperimenten, die ihm eine wichtige Verständnisgrundlage erschlossen, ihm in der Auswahl der Axiomen und Begriffssystemen ein intuitives Vorwissen vermittelten, mit dem er sein Theorienfundament systematisch entwickelte. 

Am deutlichsten hat sich Einstein über seine erkenntnistheoretische Methode in einem Brief an seinen langjährigen Freund Maurice Solovine vom 7. Mai 1952 in einem Erklärungsmodell anhand einer Skizze geäußert (2, S. 113). Das Erklärungsmodell beschreibt die Theorienbildung als einen iterativen Prozess, der den Bedeutungszusammenhang zwischen Sinneserfahrung und rationaler Axiomen und Begriffssystemen herstellt. Auf dieser Grundlage führt er mit Hilfe seiner schöpferischen Intuition und logischem Denken einen Begründungszusammenhang zwischen hypothetisch deduktiven Folgerungen mit der Erfahrungsbasis herbei. Einstein spricht von dem ewigen Gegensatz der beiden unzertrennlichen Komponenten unseres Wissens, Empirie und Ratio. 

Einsteins Gedankenmodelle zur Speziellen Relativitätstheorie 

Die Tatsache, dass der absolute Raum, die absolute Zeit durch keine Erscheinung der Erfahrung dargestellt werden kann, Bewegung nicht absolut sondern nur relativ zu anderen Bezugssystemen (Inertialsystemen) ermittelt werden kann, war der zentrale Kritikpunkt von Ernst Mach an der Newtonschen Mechanik. Der methodische Ansatz einer nur relativen Bestimmung führte Einstein zu der hypothetischen Vermutung, dass die Gesamtheit der physikalischen Gesetze in allen geradlinig und gleichförmig bewegten Inertialsystemen gleichberechtigte Geltung haben muss. Zu einem erweiterten Verständnis des Relativitätsprinzips verschaffte er sich durch idealisierte, rein theoretische Gedankenexperimente richtungsweisende Einsichten. 

Dass die Lichtgeschwindigkeit, je nach der Bewegungsrichtung eines Beobachters verschieden sein könne, widersprach seinem untrüglichen physikalischen Instinkt. Was würde aus den Maxwellschen Gleichungen des elektromagnetischen Feldes und aus der empirisch gewonnenen Überlegung, wenn die Lichtgeschwindigkeit von der Bewegung der Lichtquelle abhängig sein sollte. Die Bewegungszustände eines Bezugssystems können willkürlich gewählt sein, aber in der Beschreibung reproduzierbarer, physikalischer Ereignisse müssen die Grundgesetze der Physik unabhängig d. h. invariant bleiben.

Der Gestaltpsychologe Max Wertheimer führte mit Albert Einstein 1916 Gespräche über die schrittweise und gedankliche Entstehung der Speziellen Relativitätstheorie (3). Darin sind retrospektiv einige Gedankenexperimente Einsteins festgehalten.

Angesichts der endlichen Lichtgeschwindigkeit erschien ihm die Zeitmessung, die das Kriterium der Gleichzeitigkeit voraussetzt, ein physikalisches Problem. Wie lässt sich Gleichzeitigkeit von Ereignissen an verschiedenen Orten herstellen? 

"Wenn zwei Ereignisse am selben Ort stattfinden, verstehe ich klar, was Gleichzeitigkeit bedeutet. Zum Beispiel ich sehe, wie diese beiden Bälle dasselbe Ziel gleichzeitig treffen. Aber ... bin ich mir wirklich klar über das, was Gleichzeitigkeit bedeutet, wenn sie sich auf Ereignisse an zwei verschiedenen Orten bezieht? Was bedeutet es, wenn man sagt, daß dieses Ereignis sich in meinem Zimmer abspielte wie ein anderes Ereignis an irgendeinem fernen Platz? Sicher kann ich den Begriff der Gleichzeitigkeit auf verschiedene Orte ebenso anwenden wie auf einen und denselben Ort  aber darf ich das? Ist es mir im ersten Fall so klar wie im zweiten? ... Nein!" (3, S. 201)

Dass der Begriff der Gleichzeitigkeit zu einem Widerspruch führt, macht er an weitergehenden Gedankenexperimenten deutlich: 

"Stellen wir uns in einem Inertialsystem I einen gleichförmig, geradlinig fahrenden Zug vor. Genau in der Mitte des Zuges befindet sich ein Beobachter, der nach beiden Richtungen längs des Zuges Lichtsignale aussendet, die durch eine Spiegelvorrichtung am Anfang und Ende des Zuges zurück reflektiert werden. Der Beobachter wird feststellen, dass die gesendeten Lichtsignale gleichzeitig eintreffen, und er wird die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit bestätigt finden. Ein ruhender Beobachter am Bahndamm, gekennzeichnet als Inertialsystem II, führt zur gleichen Zeit und am selben Ort und Objekt exakt dieselbe Messung aus. Er wird eine geringfügig frühere Ankunft des Lichtsignals vom Zugende konstatieren, weil der Zug dem Lichtstrahl entgegen fährt. Das in Fahrtrichtung ausgestrahlte Lichtsignal wird etwas später empfangen, weil der Zug dem Lichtstrahl davonfährt. Wenngleich sich der Zug im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit nur relativ langsam fortbewegt, muss zumindest theoretisch ein Unterschied des zurückkommenden Lichtsignals feststellbar sein. Die beiden Beobachter in den verschiedenen Inertialsystemen I und II werden bei der Messung der Gleichzeitigkeit unterschiedliche Ergebnisse feststellen.  Ereignisse, welche in bezug auf den Bahndamm gleichzeitig sind, sind in bezug auf den Zug nicht gleichzeitig und umgekehrt (Relativität der Gleichzeitigkeit). Jeder Bezugskörper (Koordinatensystem) hat seine besondere Zeit; eine Zeitangabe hat nur dann einen Sinn, wenn der Bezugskörper angegeben ist, auf den sich die Zeitangabe bezieht (3, S. 204)"

Die Absolutbegriffe von Raum, Zeit und Bewegung müssen als irrelevante und widersinnige Größen aufgefasst werden. Verallgemeinert folgt daraus:

"Jedes System hat seine besonderen Zeit und Raumwerte. Eine Zeit und Raumangabe hat nur einen Sinn, wenn wir das System kennen, in bezug auf welches die Angabe gemacht wurde." (3, S. 205).

Einsteins Spezielle Relativitätstheorie

Nach der klassischen Physik Newtons gehören der absolute Raum, die absolute Zeit und die absolute Bewegung zu den fundamentalen, naturwissenschaftlichen Prinzipien. Dieses Weltbild, das die Naturvorgänge ihrem Wesen nach mechanistisch betrachtete, stieß bei der Begründung der Maxwellschen Elektrodynamik an ihre Grenzen. Die Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes lassen sich prinzipiell nicht durch den mechanistischen Ansatz der Newtonschen Physik erklären. Nach dem klassischen Weltbild der Physik wies man zur Beschreibung des Feldbegriffs dem Medium Äther eine existentielle Bedeutung zu, um das Phänomen der Ausbreitung von Licht im Vakuum in analoger Weise so zu veranschaulichen, wie der Trägerfunktion von Luft bei der Übertragung von Schallwellen. Die Existenz des Äthers wurde als notwendige Bedingung für einen absoluten Bezugspunkt der Ruhe verstanden. Aber alle experimentellen Versuche in der Elektrodynamik, wie auch das berühmte Ätherexperiment von Michelson und Morley scheiterten an einem substantiellen Äthernachweis. Das klassische Weltbild der Physik schien in einem unauflösbaren Dilemma befangen, weil die physikalische Realität der Absolutbegriffe von Raum und Zeit nicht darstellbar war, und das gescheiterte Ätherexperiment nur noch mit der AdhocHypothese der LorentzTransformation gerechtfertigt werden konnte: Um die Ätherhypothese vom Standpunkt der klassischen Mechanik zu retten, wurde das Ergebnis des MichelsonMorleyExperimentes durch die LorentzKontraktion erklärt, die den gegenüber dem absolut ruhenden Äther bewegten Körper exakt um das Maß verkürzt, wie sich aus der nichtbeobachtbaren Ätherdrift die Lichtgeschwindigkeit theoretisch verringern müsste. 

Einstein empfand die Hilfshypothese als ad hoc gebildet, als eine, die nicht an den Kern der Sache ging. Er fühlte, dass die Schwierigkeit weit tiefer ging als nur der Widerspruch zwischen Michelsons tatsächlichem und dem erwarteten Ergebnis. 

Inspiriert von Machs Kritik an dem klassisch absoluten Raum, Zeit und Bewegungsbegriff, dem wie auch der Ätherhypothese keine beobachtbaren und messbaren Eigenschaften und Erscheinungen in der Erfahrungswelt zukommen, entschloss sich Einstein, sein Axiomensystem von dem Ballast irrelevanter, metaphysischer Absolutbegriffe zu befreien. Die Eliminierung des absoluten Begriffssystems legte in der Konsequenz den Schluss eines verallgemeinerten Relativitätsprinzips nahe. Daraus leitet sich dann die Forderung nach Gleichheit der physikalischen Bedingungen einschließlich der Elektrodynamik für alle gleichförmig bewegten Inertialsysteme logisch zwingend ab. 

Mit dieser Ideenkonstruktion Einsteins konnte das Ätherexperiment von Michelson und Morley in einen neuartigen Erklärungskontext gebracht werden. Durch ein verallgemeinertes Relativitätsprinzip, einer allgemeingültigen Zugrundelegung der LorentzTransformation und der Annahme gleicher Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in allen Inertialsystemen erweist sich die Existenz des Äthers als überflüssig. Die Ätherhypothese wird nicht in ihrer Existenz widerlegt, sie wird, weil ihr keine physikalisch nachweisbaren Eigenschaften zukommen, aus dem Theorienkontext einfach eliminiert. Einstein durchschlug den Gordischen Knoten eines konventionalistischen, zirkelhaften Paradigmas, indem die klassische Physik mit ihrem Denken in absoluten Begriffen befangen war, und zog den geradezu bizarr anmutenden Schluss, anstelle des absoluten Raumes und der absoluten Zeit die Lichtgeschwindigkeit als universelle und absolute Naturkonstante in allen gleichförmig bewegten Bezugssystemen anzunehmen. Durch die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen Inertialsystemen werden die Absolutbegriffe von Raum und Zeit irrelevant. Die LorentzTransformation erhält einen tieferen Sinn und wird zu einem Kernbestandteil einer neuen relativistischen Physik. 

Nach der aus den Lorentzschen Transformationsformeln hervorgehenden LängenKontraktion und ZeitDilatation hat jedes Inertialsystem als Folge der Relativierung des Gleichzeitigkeitsbegriffes sein eigenes Raum und Zeitmaß. Die Zeit wird nicht mehr durch die Erdumdrehung, sondern durch die Lichtgeschwindigkeit als nichtüberschreitbare Grenzgeschwindigkeit definiert. Die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit schließt die Gleichzeitigkeit von Ereignissen in unterschiedlichen Bezugssystemen aus und wird für distante Ereignisse irrelevant. Raum und Zeit sind keine absoluten Größen mehr, sie werden zu einem vierdimensionalen RaumZeitKontinuum verschmolzen. 

In der klassischen Bewertung führte der negative Befund des gescheiterten Ätherexperimentes zu der AdhocHypothese der LorentzTransformation, um die Ätherhypothese zu retten. Nach Einsteins hypothetisch deduktivem Denkschema wurde die LorentzTransformation zu einem fundamentalen Prinzip der Relativität von Raum und Zeit in allen Inertialsystemen erklärt und die Ätherhypothese verworfen. Auf der Grundlage ein und desselben Experimentes wurden fundamental verschiedene Schlussfolgerungen gezogen von einer Tragweite, die schließlich über das Schicksal eines physikalischen Weltbildes entschied. 

Einsteins Gedankenmodelle zur Allgemeinen Relativitätstheorie 

Neben den idealisierten Gedankenkonstruktionen von der Unabhängigkeit der Naturgesetzlichkeit des Bewegungszustandes in den Inertialsystemen und der Wesensgleichheit von schwerer und träger Masse waren für die Grundlegung der Allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins geometrische Gedankenexperimente von prinzipieller Bedeutung. In seinem Beitrag Geometrie und Erfahrung bekennt er: "Wie ist es möglich, daß die Mathematik, die doch ein von aller Erfahrung unabhängiges Produkt des menschlichen Denkens ist, auf die Gegenstände der Wirklichkeit so vortrefflich paßt. Kann denn die menschliche Vernunft ohne Erfahrung durch bloßes Denken Eigenschaften der wirklichen Dinge ergründen?" Auf diese selbstgestellte Frage gibt er eine ebenso viel zitierte wie auch beziehungsreiche Antwort: "Insofern sich die Sätze der Mathematik auf die Wirklichkeit beziehen, sind sie nicht sicher, und insofern sie sicher sind, beziehen sie sich nicht auf die Wirklichkeit" (4, 119f.). Das bedeutet, dass die Erfahrung als das Wahrheitskriterium in der Physik verstanden werden muss, die Mathematik aber die Methode liefert, die Prinzipien der Natur zu finden: Die Frage, ob die praktische Geometrie der Welt eine euklidische sei oder nicht, hat einen deutlichen Sinn, und ihre Beantwortung kann nur durch die Erfahrung geliefert werden.

Schon als Jugendlicher soll Einstein die Frage beschäftigt haben: Wie verhalten sich die Naturgesetze in einem frei fallenden Fahrstuhl? In seiner Arbeit Über den Einfluss der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes (5, S. 898 ff.) wurde eine Antwort auf dieses idealisierte Gedankenexperiment gegeben. Ausgehend von der Speziellen Relativitätstheorie, in der für alle gleichförmig bewegten Inertialsystemen die gleichen physikalische Gesetze gelten, stellte sich Einstein die weitergehende Frage: 

"Sollte die Unabhängigkeit der physikalischen Gesetze vom Bewegungszustand des Koordinatensystems auf gleichförmige Translationsbewegungen der Koordinatensysteme zueinander beschränkt sein? Was hat die Natur mit den von uns eingeführten Koordinatensystemen und deren Bewegungszustand zu tun? Wenn es schon für die Naturbeschreibung nötig ist, sich eines von uns willkürlich eingeführten Koordinatensystems zu bedienen, so sollte die Wahl von dessen Bewegungszustand keiner Beschränkung unterworfen sein." (4, S. 130)

Diese Fragestellung führt zum Prinzip der Äquivalenz von schwerer und träger Masse, die in dem Gedankenexperiment eines geschlossenen Kastens eine anschauliche Erklärung findet. Befindet sich der Kasten in einem Gravitationsfeld, so erfahren frei fallende Körper eine konstante Beschleunigung in der Richtung des Gravitationsfeldes. Dieselbe Wirkung erfahren frei fallende Körper, wenn sich der Kasten in entgegengesetzter Fallrichtung gleichförmig beschleunigt. Die Wesensgleichheit von schwerer und träger Masse lieferte Einstein den entscheidenden Anstoß, die Gravitation in das Relativitätsprinzip einzubeziehen, d. h. die Spezielle Relativitätstheorie auf ungleichförmig zueinander bewegte Inertialsysteme zu erweitern. 

Von ausschlaggebender Bedeutung für die Grundlegung der Allgemeinen Relativitätstheorie waren geometrische Gedankenexperimente, die erste Hinweise lieferten, dass eine wahrhaft umfassende, relativistische Physik nicht auf der Grundlage der euklidischen Geometrie aufgebaut sein könne. In seinen Ausführungen Geometrie und Erfahrung (4, S. 119 ff.) spielt er auf idealisierte Gedankenmodelle an, die auf der Grundlage der Speziellen Relativitätstheorie aufbauen, aber in den Konsequenzen über sie hinausweisen. Zur vereinfachten Veranschaulichung dieses komplexen Zusammenhanges stellen wir uns eine mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotierende Scheibe vor. Auf der rotierenden Scheibe befindet sich ein Beobachter und relativ dazu ein Beobachter außerhalb der rotierenden Scheibe. Der Innenbeobachter misst innerhalb seines Bezugssystems den Radius und den Umfang des Scheibenrandes mit einem entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit bewegten Messstabes. Der Außenbeobachter führt relativ zu der rotierenden Scheibe die gleichen Messungen mit einem ruhenden Messstab aus. Bei dem Radiusvergleich zeigt sich Übereinstimmung im Messergebnis beider Beobachter, da der bewegte Messstab des Innenbeobachters senkrecht zur Rotationsgeschwindigkeit angelegt ist, und die LorentzKontraktion nicht auf die Längsrichtung des Messstabes einwirken kann. Bei der Ausmessung des Umfanges an der Peripherie der rotierenden Scheibe sind für den Innenbeobachter sowohl die tangentialen Linienelemente des Außenrandes wie auch der in Längsrichtung angelegte Messstab durch die LorentzKontraktion im selben Maße verkürzt, so dass sich bei der Verhältnisbildung des Umfanges zum Durchmesser exakt der erwartete Wert p errechnet, und die euklidische Geometrie ihre Bestätigung findet. Der Außenbeobachter, dessen Messstab nicht der Rotationsgeschwindigkeit ausgesetzt ist, wird aber bei der Ausmessung des Umfanges den durch die LorentzKontraktion verkürzten Außenrand ermitteln, sodass sich bei der Verhältnisbildung von Umfang zu Durchmesser ein prinzipiell kleinerer Wert von p ergibt, und die euklidische Geometrie ihre Gültigkeit verliert. 

In einem relativ zu einem Inertialsystem rotierendem Bezugssystem entsprechen die Lagerungsgesetze starrer Körper wegen der LorentzKontraktion nicht den Regeln der euklidischen Geometrie: Also muss bei der Zulassung von NichtInertialsystemen als gleichberechtigten Systemen die euklidische Geometrie verlassen werden. (4, S. 122)

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie 

Für Einstein war vom rein kinematischen Standpunkt nicht einzusehen, dass in der speziellen Relativitätstheorie der Geschwindigkeit der Status der Relativität zukommt, während die Beschleunigung ein absoluter Begriff sein soll. Die Allgemeine Relativitätstheorie strebt eine umfassendere Anwendung des Relativitätsprinzips von Raum und Zeit an, die alle Bewegungszustände auch in nichtgleichförmig bewegten Inertialsystemen einer Gleichbehandlung zuführt. Die Erweiterung des Relativitätspostulats begründet Einstein so: 

"Die Gesetze der Physik müssen so beschaffen sein, daß sie in bezug auf beliebig bewegte Bezugssysteme gelten... Die allgemeinen Naturgesetze sind durch Gleichungen auszudrücken, die für alle Koordinatensysteme gelten, d.h. die beliebigen Substitutionen gegenüber kovariant (allgemein kovariant) sind. (6, S. 769ff.)

Die verallgemeinerte Theorie der Relativität, die ihren Ursprung in der numerischen Gleichheit von träger und schwerer Masse hat, erhält eine neue physikalische Interpretation, wenn Gravitationsfelder mit der Raumstruktur verknüpft werden. Diese Betrachtung führt zu der weitreichenden Konsequenz, die bei beschleunigten oder kraftfeldabhängigen Bewegungszuständen einen grundsätzlichen Verzicht der euklidischen Geometrie fordert. Die Axiome der euklidischen Geometrie auf die Gerade, die Ebene, den Raum haben in einem relativistischen System ihre Gültigkeit verloren. Die Gravitation ist demnach keine Kraft mehr. Das Vorhandensein von Gravitationsfeldern bedingt abhängig von seiner Intensität eine von Ort zu Ort wechselnde Krümmung des Raumes. Welche RaumZeitMetrik Gültigkeit hat, und wie die Struktureigenschaft des Raumes die Entfernung oder den Abstand zweier Punkte zu definieren hat, wird durch die Verteilung der Materie in der Umgebung eines Raumpunktes bestimmt. In vereinfachter Zuspitzung lässt sich dieser extrem unanschauliche Zusammenhang qualitativ so beschreiben: "Der Raum wirkt auf die Materie und schreibt ihr vor, wie sie sich zu bewegen hat. Umgekehrt wirkt die Materie auf den Raum zurück und schreibt ihm vor, wie er sich zu krümmen hat." (Misner/Thorne/Wheeler, in: Gravitation, 1973, Übersetzung von Bernulf Kanitscheider).

Gravitationsfeld und Raumkrümmung sind in demselben Sinne Funktionen der umgebenden Materie, wie analog Magnetfelder oder elektrische Felder Funktionen vorhandener Pole und Ladungen sind. In der Beschreibung der Metrik wird die Geometrie, die nach konventioneller Auffassung als eine vor aller physikalischen Erfahrung unabhängigen Wissenschaft verstanden wurde, zu einer Physik des Raumes und damit zu einem Bestandteil der Physik. Die Begriffspaare von Raum und Gravitation, Geometrie und Erfahrung, die in der klassischen Physik und der traditionellen Philosophie scharf getrennt wurden, werden zu einer Einheit verknüpft. Einstein hat mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie bewiesen, dass nicht die euklidische Geometrie, sondern allein die rein empirisch begründete Riemannsche Geometrie die physikalische Wirklichkeit des Kosmos zutreffend zu beschreiben vermag. 

Die Frage der Geltung der Geometrie ist somit nicht mehr der Mathematik als formaler Wissenschaft überlassen, sondern wird von den Erfahrungswissenschaften bestimmt. Bei der Allgemeinen Relativitätstheorie wird das Problem des Verhältnisses zwischen Geometrie und Physik nicht danach entschieden, wie nach konventioneller Praxis die Physik geometrisiert wird, sondern umgekehrt, wie die Geometrie des realen Raumes von physikalischen Sachverhalten bestimmt wird. Einstein hat auf die Frage, welche Geometrie das Universum am besten beschreibt, eine naturwissenschaftlich begründete Antwort gegeben: Nach der Newtonschen Physik verläuft die Bewegung der Planeten durch die Gravitationskraft der Sonne auf Ellipsen. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie beschreiben die Planeten infolge ihrer Trägheit die kürzeste Bahn in einem gekrümmten, nichteuklidischen Raum, der von der Masse der Sonne bestimmt ist. Die von Newton postulierte universelle Schwerkraft ist keine unabhängige, physikalische Erscheinung mehr, sie wird zum Maß der lokalen Raumkrümmung und damit zu einer geometrischen Größe. Der abstrakte und absolut gedachte Raum wird zur einer physikalischen Realität mit dynamischen Eigenschaften.

In dem Bemühen die Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie auch dem Laien begreiflich zu machen, hat Einstein sie in seinem Beitrag Was ist Relativitätstheorie? (4, S. 127 ff.) mit einem Gebäude verglichen, das aus zwei gesonderten Stockwerken besteht, der speziellen und der allgemeinen Relativitätstheorie. Die spezielle Relativitätstheorie, auf der die allgemeine ruht, bezieht sich auf alle physikalischen Vorgänge mit Ausschluß der Gravitation; die allgemeine Relativitätstheorie liefert das Gesetz der Gravitation und deren Relationen zu den anderen Naturkräften.

Die Spezielle wie auch die Allgemeine Relativitätstheorie sind im klassischen Sinne deterministische Theorien, sie erfüllen in idealer Weise die Forderung nach innerer Vollkommenheit und äußerer Bewährung, die Einstein an eine Fundamentaltheorie stellte:

Die Relativitätstheorie ist ein schönes Beispiel für den Grundcharakter der modernen Entwicklung der Theorie. Die Ausgangshypothesen werden nämlich immer abstrakter, erlebnisferner. Dafür aber kommt man dem vornehmsten wissenschaftlichen Ziele näher, mit einem Mindestmaß von Hypothesen oder Axiomen ein Maximum von Erlebnisinhalten durch logische Deduktion zu umspannen. (4, S. 144)

Die Spezielle Relativitätstheorie löst den Widerspruch zwischen der klassischen Mechanik und Elektrodynamik und macht die LorentzTransformation zu einem integralen Bestandteil relativistischer RaumZeitBetrachtung. Sie gilt im Hinblick auf ihre mathematische Repräsentation als eine abgeschlossene Theorie. Ihre wichtigsten und praktisch relevanten Schlussfolgerungen sind bewiesen. Sie negiert prinzipiell die Gültigkeit der Newtonschen Mechanik, und reduziert sie in ihrem Geltungsbereich auf einen Sonderfall, wenn die Bewegungsgeschwindigkeiten im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit vernachlässigbar sind. 

In der Speziellen Relativitätstheorie wird Raum und Zeit zu der vierdimensionalen RaumZeitUnion zusammengefasst, in der Allgemeinen Relativitätstheorie wird die Struktur von Raum und Zeit von den Existenzformen verschiedenartiger Bewegungszustände der Materie bestimmt. Sie liefert eine theoretische Begründung der experimentell gesicherten und auch schon von Newton erkannten Äquivalenz schwerer und träger Masse. Auch die Allgemeine Relativitätstheorie gilt in ihren Schlussfolgerungen als weitgehend gesichert. Durch die abstraktere Axiomen und Begriffsbasis hat sich aber der Abstand zwischen Theorie und Empirie erweitert, und die Kriterien der äußeren Bewährung waren schwieriger zu erfüllen. So dauerte es drei Jahre, bis die Allgemeine Relativitätstheorie nach der Veröffentlichung in den Annalen der Physik 1916 erstmals einer experimentellen Überprüfung unterzogen werden konnte. Mit dem Nachweis der Lichtablenkung am Sonnenrand konnte im Jahre 1919 bei einer totalen Sonnenfinsternis erstmals eine zentrale Kernaussage der Allgemeinen Relativitätstheorie empirisch bestätigt werden. Im Gegensatz zur Speziellen Relativitätstheorie kann die Allgemeine Relativitätstheorie aber nicht als abgeschlossen betrachtet werden und steht in ihrer Weiterentwicklung noch immer im Zentrum physikalischer Forschung. Im Bereich vernachlässigbarer Gravitationsfelder ist die Spezielle Relativitätstheorie ein Spezialfall der Allgemeinen Relativitätstheorie, in der Einbeziehung von Gravitationsfeldern wird sie aber prinzipiell von der Allgemeinen Relativitätstheorie negiert.

An dem Beispiel der Allgemeinen Relativitätstheorie wird auf besonders exemplarische Weise demonstriert, welche entscheidende Rolle Einsteins heuristischer Konzeption und seiner schöpferischen Intuition in der Theorienbildung zukommt. Dem klassisch induktiven Erkenntnisideal fehlte das verbindende Element, die logisch unüberbrückbare Kluft von Empirie und Ratio zu überwinden, weil es für die erlebnisferne, abstrakte Allgemeine Relativitätstheorie keine unmittelbare empirisch überprüfbare Basis gab. Allein Einsteins Imaginationskraft und seine hypothetisch deduktive Erkenntnismethode lieferte den Schlüssel zur Allgemeinen Relativitätstheorie.

Rückblickend hat Carl Friedrich von Weizsäcker die Relativitätstheorie mit folgenden Worten gewürdigt: "Die spezielle Relativitätstheorie hatte Einstein wie eine reife Frucht gepflückt. Die Weiterführung zur allgemeinen Relativitätstheorie ist seine eigenste Leistung. Unter allen bekannten großen Theorien der Physik ist sie die einzige, bei der man zweifeln kann, ob sie bis heute überhaupt gefunden worden wäre...(9, S. 128).

Einstein und das Quantenproblem

In der gesamten Geschichte der Naturwissenschaft hat es wohl keinen Forscher gegeben, der so entscheidend zu den begrifflichen Grundlagen einer Theorie beigetragen hat, um sie nach Abschluss der Theorie ebenso vehement und entschieden abzulehnen. Gemeint ist Einsteins Stellung zur Quantentheorie, an der sich in der naturphilosophisch begründeten Frage nach der Existenz einer kausal determinierten, realen Welt eine fundamentale, erkenntnistheoretische Kontroverse im zwanzigsten Jahrhundert entzünden sollte.

Im Jahre 1905, Einsteins annus mirabilis, veröffentlichte er in den Annalen der Physik drei epochemachenden Arbeiten. Neben den beiden Ausarbeitungen Untersuchung der Brownschen Bewegung, die einen empirischen Nachweis molekularer und atomarer Strukturen liefern sollte, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, auf deren Grundlage die Spezielle Relativitätstheorie entstand, begründete er mit der Arbeit Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt (7, S. 132ff.) das Zeitalter der Quantentheorie. In dieser Arbeit, für die er 1922 mit dem Nobelpreis rückwirkend für das Jahr 1921 ausgezeichnet wurde, wurde den Lichtquanten erstmals eine heuristische Eigenständigkeit zugeschrieben, indem er einen quantenfeldtheoretischen Begriff verwendete, der mit dem Begriffsschema der klassischen Physik unvereinbar war. Indem er den antagonistischen Dualismus von Welle und Teilchen nicht als entweder oder Phänomen sondern ein sowohl als auch Phänomen auffasste, glaubte Einstein einen wichtigen Ansatzpunkt in der Quantentheorie gefunden zu haben, auf deren Grundlage er die wechselwirkenden Zustände von Welle und Teilchen mit seiner einheitlichen Feldtheorie aufzulösen hoffte. Der Aspekt des sowohl als auch Phänomens ist der zentrale Grundgedanke, dem auch Niels Bohrs Komplementaritätsprinzip zugrunde liegt. 

Der tiefgreifende Konflikt, der sich aus den grundsätzlichen Konsequenzen der Heisenbergschen Matrizenmechanik und Unschärferelation, dem Bohrschen Komplementaritätsprinzip in der Interpretation der Quantenmechanik ergab, entzündete sich an der Infragestellung der kausalen Determination und der grundsätzlichen Reduktion physikalischer Prognosen auf Wahrscheinlichkeiten, die Einsteins Leitprinzip eines uneingeschränkten Determinismus fundamental widersprach.

Für Einstein ist der deterministische Realismus die Vorbedingung wissenschaftlicher Forschung. Sie setzt eine objektive Wirklichkeit voraus, die unabhängig vom subjektiv Wahrgenommenen existiert. Dass die Objektivierbarkeit von Elementarteilchen nicht eindeutig bestimmbar ist, wenn wir sie beobachten, dass vielmehr der subjektive Einfluss eines Beobachters in einem Ausmaß mit dem Objekt wechselwirkt, dass ihm keine unabhängige Existenz mehr zugebilligt werden kann, ist für ihn eine unakzeptable Vorstellung. Der subjektive Geist kann der objektiven Realität keine Ordnung auferlegen, er ist denselben Gesetzen unterworfen, die die Natur beherrschen.

Für Einstein bedeuteten die Konsequenzen der Quantenmechanik das Ende der Physik. Sie waren prinzipiell unvereinbar mit seinen erkenntnistheoretischen Leitprinzipien, seiner Erkenntnismethode und seinen physikalischen und weltanschaulichen Überzeugungen. Er lehnte die Quantenmechanik nicht grundsätzlich ab, er selbst arbeitete ja auch mit probabilistischen Theorien auf dem Gebiete der statistischen Mechanik und hatte damit wichtige, naturwissenschaftliche Resultate erzielt. Probabilistische Theorien führt man aus rein pragmatischen Gründen wegen des fragmentarischen Charakters unseres Wissens ein, sie entbehren aber der fundamentalen und objektiven, physikalischen Grundlage und können nicht den Anspruch einer Fundamentaltheorie erheben. An Max Born schrieb er: "Die Quantenmechanik ist sehr achtungsgebietend. Aber eine innere Stimme sagt mir, daß das nicht der wahre Jakob ist. Die Theorie liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns kaum näher. Jedenfalls bin ich überzeugt, daß der nicht würfelt." (8, 129 f., "der" ist eine Anspielung auf Einsteins berühmtes Zitat, dass Gott nicht würfelt).

Neben den gravierenden, erkenntnistheoretischen Differenzen hatte Einsteins Ablehnung der Quantenmechanik vor allem einen metaphysisch begründeten Hintergrund, und er war sich dessen bewusst. Während seines ganzen Lebens hielt er an einem für alle physikalischen, biologischen und mentalen Phänomene uneingeschränkten Determinismus fest, wonach jedes Geschehen seine Ursache hat. Es war ein Leitprinzip von kosmischer Religiosität. Sein vom deterministischen Realismus erfülltes Denken, das keine Unterscheidung zwischen kritischer Vernunft im Streben nach wissenschaftlicher Erkenntnis, und praktischer Vernunft im moralischen und ethischen Handeln des Menschen zuließ, war in seinem spinozistischen Glauben begründet. In seinen späten, autobiographischen Aufzeichnungen bekennt er: 

"Ich glaube an Spinozas Gott, der sich in der gesetzlichen Harmonie des Seienden offenbart, nicht an einen Gott, der sich mit den Schicksalen und Handlungen der Menschen abgibt." (10, S. 187)

Der Gott Spinozas war für Einstein Synonym für eine rationalistische und deterministische Welt von innerer Harmonie und logischer Einfachheit der Naturgesetze. Seine naturwissenschaftlich geprägte Weltanschauung war identisch mit dem Glauben an einen ontologischen Monismus, wonach alles Seiende aus einem einzigen Grundprinzip erklärbar sei, der Identität und Einheit von Subjekt und Objekt, Geist und Natur, Denken und Sein.

Albert Einstein war von der Notwendigkeit einer fundamentaleren, nichtklassischen Theorie überzeugt, für die bis heute immer noch kein Ansatz gefunden wurde. Einsteins Standpunkt einer determinierten, realen Welt ist bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht widerlegt, die Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik ist nicht endgültig bestätigt. Die epochalen Errungenschaften des 20. Jahrhunderts, die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik, die ein neues physikalisches Weltbild schufen, stehen einander fremdartig gegenüber: 

"Die nichtquantenmechanische Relativitätstheorie und die nichtrelativistische Quantenmechanik müssen beide als Spezialfälle in einer noch allgemeineren und umfassenderen Quanten-Elektrodynamik enthalten sein. Eine Verallgemeinerung kann keine Rückkehr zu dem Begriffssystem einer noch spezielleren Theorie der klassischen Physik bedeuten." (1, S. 113 f.)

[online: 09/01/2006  - Print: Heft 5/2005]

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(1) Schilpp, Paul Arthur (Hrsg.): Albert Einstein als Philosoph und Naturforscher, 1949, Kohlhammer, Stuttgart (im Buchhandel vergriffen).

(2) Peter C. Aichelburg und Roman U. Sexl (Hrsg.): Albert Einstein. Sein Einfluss auf Physik, Philosophie und Politik, 1979, Vieweg, Braunschweig (im Buchhandel vergrif fen). 

(3) Wertheimer, Max: Produktives Denken. 1957,Waldemar Kramer, Frankfurt a. M. (im Buchhandel vergriffen).

(4) Einstein, Albert: Über den Einfluß der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes, Annalen der Physik, Band 35, S. 11

(5) Einstein, Albert: Mein Weltbild. Herausgegeben von Carl Seelig. 295 S., Ln., € 19.90, 2005, EuropaVerlag. Taschenbuchausgabe: 240 S., kt., € 8.95, UllsteinTB 36728, UllsteinTaschenbuchverlag

(6) Einstein, Albert: Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie, Annalen der Physik, Band 39, 1916

(7) Einstein, Albert: Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik, Band 17, 1905.

(8) Einstein, Albert /Born, Hedwig und Max Briefwechsel 19161955 . Vorwort von Werner Heisenberg und Bertrand Russell, Neuauflage 1991, 320 S., Ln., € 18.90, Nymphenburger. 

(9) Weizsäcker, Friedrich von Weizsäcker: Wahrnehmung der Neuzeit. 5. Auflage 1984, 440 S., Ln., € 23.50, Hanser, München, Taschenbuchausgabe € 8.10, Deutscher Taschenbuchverlag, München.

(10) Seelig, Carl: Albert Einstein. Eine dokumentarische Biographie, 1954, EuropaVerlag, Zürich, im Buchhandel vergriffen.