Damit ist eine Ordnung der Wirklichkeit bezeichnet, die als Vorbild für die von der modernen Wissenschaft gesuchte gelten kann. Vor der Durchführung einer solchen Ordnung muss aber genau auseinandergesetzt werden, was eine solche Einteilung bedeuten und was sie nicht bedeuten kann.

Zunächst handelt es sich hier offenbar nicht um eine Einteilung der Dinge (im allgemeinsten Sinne). Es mag zwar zunächst so scheinen, als könnte man auch die Dinge nach solchen Kategorien ordnen, etwa in dem Sinne, dass der Stein den untersten Bereichen: Mechanik, Physik, Chemie, dagegen Pflanzen und Tiere dem Gebiet des Organischen angehören, während die höheren Bereiche dem beseelten Menschen vorbehalten sind. Aber wir wissen ja längst, dass auch die "tote" Materie in irgendwelchen chemischen Verwandlungen in den Organismus eingebaut werden und dadurch am Leben teilnehmen kann, dass ferner die Funktionen des Organismus durch die Wirkung physikalischer und chemischer Gesetze ausgeübt werden und dass schliesslich psychische und physische Vorgänge aufs engste gekoppelt verlaufen. Eine Einteilung der Dinge ist mit jener Ordnung also sicher nicht gemeint.

Verlassen wir daher den ersten Gedanken und gehen einen Schritt weiter, so bietet sich die Auffassung dar, dass es sich um eine Ordnung der Verhaltensweisen der Substanz handele. Man gelangt etwa zu der Vorstellung, dass ein und dieselbe Sussstanz sich in die verschiedenartigsten Zusammenhänge einschalten kann, dass etwa derselbe Tropfen Wasser einmal im fliessenden Bach nur den Gesetzen der Physik zu folgen habe, dann in seiner Mischung mit den Salzen des Bodens von den chemischen Kräften geleitet würde, dass er dann, durch die Wurzeln der Pflanze aufgenommen, in den Wirkungsbereich der organischen Gesetze trete und so fort. Folgt man diesem Gedanken, so scheint es sich bei jener Einteilung um eine Ordnung der gesetzmässigen Zusammenhänge zu handeln, die gewissermassen als leitende Ideen dem "anderen", der Substanz, gegenübertreten. Etwas ähnliches mag auch Goethe gemeint haben, da er von den verschiedenen "Tätigkeiten" spricht. Aber auch diese Vorstellung muss noch in einem wesentlichen Punkt verbessert werden. Vom Standpunkt der neueren Naturwissenschaft aus ist es nicht allgemein möglich, den Substanzbegriff von dem Begriff der Gesetzmässigkeit abzulö- sen. Verfolgt man die Entwicklung des Materiebegriffs in der modernen Physik, so erscheint schliesslich die Materie ebenso wie die Kraft als eine Art Struktur des Raumes. Diese Struktur ist den Naturgesetzen unterworfen, und es liegt an gewissen einfachen »Invarianz«eigenschaften dieser Gesetze, dass in vielen Fällen das Wort »Materie« zur Beschreibung der Vorgänge verwendet werden kann. Aber das Bleibende im Wandel der Erscheinungen ist nicht der Stoff, sondern das Gesetz.

Erst wenn dieser Schritt vollzogen ist, wenn erkannt ist, dass es keinen "Stoff" gibt, der bestimmten Gesetzen folgt, sondern dass es eben nur gesetzmässige Zusammenhänge gibt, die wir erfahren können und zu deren Beschreibung wir auch gelegentlich Wörter wie Stoff oder Materie verwenden - erst dann kann der Satz richtig verstanden werden, dass es sich bei der gesuchten Einteilung um eine Ordnung der Wirklichkeit nach gesetzmässigen Zusammenhängen handeln soll.

Unter einem "Bereich der Wirklichkeit«"- soweit das Wort Bereich in diesem speziellen Sinne der Einteilung gebraucht wird - verstehen wir also eine Gesamtheit von gesetzmässigen Zusammenhängen. Eine solche Gesamtheit muss einerseits eine feste Einheit bilden, sonst könnte man nicht mit Recht von einem "Bereich" sprechen, andererseits muss sie scharf gegen andere Gesamtheiten abgegrenzt werden können, damit eben eine Einteilung der Wirklichkeit möglich wird. Es entsteht damit die Frage, wie eine Gesamtheit von Gesetzen in sich geschlossen und scharf gegen andersartige Gesetze abgegrenzt werden kann.

Hier ist in erster Linie daran zu erinnern, dass die Sprache, in der wir über die Wirklichkeit sprechen, im Zusammenwirken von Handeln und Erfahren entsteht. In dem Masse, in dem die Begriffe im Lauf der Zeit einen immer schärferen Sinn erhalten, verknüpfen sie sich auch mit ganz bestimmten Voraussetzungen über unser aktives Verhalten. Eben dadurch wird von selbst ein gewisser Abschluss eines Begriffssysterns und des mit ihm gemeinten Wirklichkeitsbereiches erreicht, da sich dieses System auf ein ganz bestimmtes aktives Verhalten zur Wirklichkeit bezieht und daher nicht mehr angewendet werden kann dort, wo wir uns zu einem anderen Verhalten entschliessen. Andererseits wird in dieser Weise der Anwendungsbereich des betreffenden Begriffssysterns überhaupt problernatisch, da ja nur durch die Erfahrung entschieden werden kann, in wieweit das vorausgesetzte aktive Verhalten überhaupt möglich ist. Zum Beispiel werden bei der Beschreibung des Bereiches der Wirklichkeit, den die klassische Physik des vergangenen Jahrhunderts erfassen konnte, Begriffe wie Masse, Ort, Geschwindigkeit, Gerade, Ebene verwendet. Dabei bestehen klare Vorschriften darüber, wie eine Masse oder ein Ort gemessen, wie eine Ebene technisch hergestellt oder geprüft werden kann. Erst durch diese Vorschriften erhalten die genannten Begriffe ihren physikalischen Sinn. Dabei kann nur durch die Erfahrung entschieden werden, wo und inwieweit diese Vorschriften durchgeführt werden können. Trotzdem kann man von einem abgeschlossenen Bereich der Wirklichkeit sprechen, der eben durch diese Begriffe erfasst werden kann.

Obwohl es also grundsätzlich möglich erscheint, verschiedene Begriffssysterne und Bereiche der Wirklichkeit klar auseinanderzuhalten, weil sie mit verschiedenen Verhaltensweisen und damit Fragestellungen verknüpft sind, so ist doch mit dem allgemeinen Hinweis auf eine solche Möglichkeit noch wenig gewonnen. Denn einerseits muss es das Ziel der wissenschaftlichen Betrachtung sein, die Bereiche der Wirklichkeit nicht nur aufzuzeigen, sondern die Gesamtheit der Zusarnmenhänge, die den Bereich bedeutet, lückenlos exakt zu formulieren. Andererseits lehrt die Betrachtung der einfachsten Vorgänge in der Natur, dass sich in den Dingen, die wir zum Gegenstand der Untersuchung machen, stets die verschiedenen Bereiche treffen oder überschneiden. Wenn es also möglich sein sollte, verschiedene Bereiche auseinanderzuhalten, indem man sich klarmacht, dass die verschiedenen Gesetze mit verschiedenen Fragestellungen zu tun haben, so ergibt sich doch, dass auch die verschiedenartigen Gesetze in enger Beziehung miteinander stehen müssen. Zum Beispiel kann man etwa das Knochengerüst eines Tieres von den Fragestellungen der Physik aus behandeln und untersuchen, wie es als statisches System auf äussere Beanspruchungen, auf Druck, Stoss und Zug reagiert; man kann es andererseits als Glied eines Organismus studieren. Da es aber nun das gleiche Ding ist, das einmal als Wirkungsfeld der physikalischen, das andere Mal als das der biologischen Gesetze erscheint, so müssen offenbar die physikalischen und die biologischen Gesetze so aufeinander abgepasst sein, dass an solchen Stellen der Überschneidung kein Widerspruch entsteht. Diese gegenseitige Beziehung verschiedenartiger Gesetzmässigkeiten ist einerseits eine Selbstverständlichkeit, denn die Gesetze sind ja einfach der Ausdruck der Erfahrung und die Erfahrung beginnt mit der Erkenntnis, dass es Dinge gibt. Andererseits stellt dieser Sachverhalt etwa für die mathematisch formulierten Gesetzmässigkeiten eine sehr hohe Forderung; er verlangt, dass zwei verschiedenartige Formalismen so vollständig aufeinander abgepasst sind, dass auch in den unendlich mannigfaltigen Konsequenzen der Formalismen nirgends Widersprüche auftreten. Dies kann in vielen Fällen nur dadurch erreicht werden, dass der eine Formalismus als Grenzfall in dem anderen enthalten ist. Es wird also in dem System der Bereiche, in die sich für uns die Wirklichkeit gliedert - zum mindesten in gewissen Teilen -, so etwas wie eine Rangordnung geben in dem Sinne, dass gewisse niedere Bereiche als spezielle und einfache Grenzfälle in höheren Bereichen enthalten sind. Das bedeutet nicht, dass es sich bei dem niederen Bereich etwa nicht um eine selbständige Gesamtheit von Gesetzen handelte; zu dem einfachen Grenzfall können andere und einfachere Begriffe gehören als zum ursprünglichen Bereich.

Die Ordnung der Wirklichkeit, die wir suchen, soll vom Objektiven zum Subjektiven aufsteigen. Sie soll also anfangen mit einem Teil der Wirklichkeit, den wir ganz ausserhalb von uns stellen können, in dem wir ganz absehen können von den Methoden, mit Hilfe derer wir von seinem Inhalt Kenntnis erlangen. An der Spitze der Ordnung aber stehen, wie in dem Goethe'schen Entwurf, die schöpferischen Kräfte, mit deren Hilfe wir selbst die Welt verwandeln und gestalten. Dabei darf das Wort "subjektiv" nicht in dem Sinne missverstanden werden, als handele es sich bei den höheren Bereichen etwa zum Teil um Sachverhalte, die nur für unser Gefuhl oder nur für bestimmte Menschen existierten, oder um irgendeine Art von eingebildeter Wirklichkeit. Mit dem Wort "subjektiv" ist keineswegs der blosse Schein gemeint. Im Gegenteil enthält jeder dieser Bereiche zum grössten Teil Zusammenhänge, die sich vollständig objektivieren lassen. Mit dem Wort "subjektiv" soll nur angedeutet werden, dass es bei einer vollständigen Beschreibung der Zusammenhänge eines Bereiches vielleicht nicht möglich ist, davon abzusehen, dass wir selbst in die Zusammenhänge verwoben sind. So kann zum Beispiel in der Atomphysik, wenn ihre Gesetze vollständig formuliert werden sollen, nicht mehr davon abgesehen werden, dass unser Körper und die Apparate, mit denen wir beobachten, selbst den Gesetzen der Atomphysik unterworfen sind; ferner tritt in ihr unsere Kenntnis eines Sachverhaltes an Stelle eines physikalischen Faktums. In noch viel stärkerem Masse wird das Entsprechende etwa in der Psychologie gelten. Die Existenz der menschlichen Seele ist zwar ein objektiver Tatbestand, den wir ganz ausserhalb von uns stellen können. In die Formulierung psychologischer Gesetze wird aber der Umstand wesentlich eingehen, dass wir selbst beseelte Wesen sind. Auch die Kräfte, von denen das Gleichnis der Religion spricht, sind "objektiv".

Wenn also gesagt wird, dass es sich um eine Ordnung handeln soll, die vom Objektiven zum Subjektiven aufsteigt, so ist damit gemeint, dass in immer steigendern Masse das Erkenntnisverfahren, das uns von der Wirklichkeit Kunde gibt, selbst einen Bestandteil der Zusammenhänge bildet, die den betreffenden Bereich ausmachen. Es mag sein, dass eine solche Formulierung noch zu grob erscheinen würde, wenn man von höheren Bereichen schon so genaue Kenntnisse besässe, wie sie uns in den niedersten zur Verfügung stehen. Wir müssen uns aber jetzt damit bescheiden, die allgemeine Richtung zu kennen, in der die grundlegenden Unterschiede der höheren Bereiche von den niederen gesucht werden müssen.

Gegen den Plan der Einteilung, der in diesen Vorbemerkungen zum Vorschein kommt, wird man einwenden können, dass hier eigentlich nicht von Bereichen, sondern von bestimmten Idealisierungen der Wirklichkeit die Rede sei. Man kann z. B. sagen, dass die klassische Physik diejenige Idealisierung darstellt, bei der wir von dem Erkenntnisverfahren, das uns über die Wirklichkeit unterrichtet, ganz absehen können. Es sieht also so aus, als ob der eingeschlagene Weg nicht zu einer Ordnung der Wirklichkeit, sondern zu einer Ordnung unseres Verständnisses oder unserer Kenntnis der Wirklichkeit fuhren würde. Nun hat allerdings schon der Begriff Ordnung nicht nur die zu ordnende Sache sondern auch uns selbst zur Voraussetzung, und insofern erscheint es nicht verwunderlich, wenn bei einer Ordnung nicht entschieden werden kann, ob sie uns als eine Ordnung der Wirklichkeit oder unseres Verständnisses der Wirklichkeit entgegentritt. Ferner versteht es sich von selbst, dass jede ordnende Einteilung der Wirklichkeit eine Idealisierung erfordert, denn die Wirklichkeit umfängt uns zunächst als ein stetig in sich fliessender Zusammenhang, aus dem wir erst durch den Eingriff unseres Denkens - das eben insofern idealisiert - bestimmte Vorgänge, Erscheinungen, Gesetze herauslösen. Schliesslich aber muss man sich immer wieder klar machen, dass die Wirklichkeit, von der wir sprechen können, nie die Wirklichkeit "an sich" ist, sondern eine gewusste Wirklichkeit oder sogar in vielen Fällen eine von uns gestaltete Wirklichkeit. Wenn gegen diese letzte Formulierung eingewandt wird, dass es schliesslich doch eine objektive, von uns und unserem Denken völlig unabhängige Welt gebe, die ohne unser Zutun abläuft oder ablaufen kann und die wir eigentlich mit der Forschung meinen, so muss diesem zunächst so einleuchtenden Einwand entgegengehalten werden, dass doch schon das Wort "es gibt" aus der menschlichen Sprache stammt und daher nicht gut etwas bedeuten kann, das gar nicht auf unser Erkenntnisvermögen bezogen wäre. Für uns "gibt es" eben nur die Welt, in der das Wort "es gibt" einen Sinn hat.

Die hier angestrebte Ordnung soll also mit jenem "objektivsten" Bereich der Welt beginnen, von dem wir sprechen können, ohne direkt auf die Methoden Bezug zu nehmen, durch die wir von ihm erfahren. Dieser Bereich enthält in erster Linie den Teil der Welt, den in wissenschaftlicher Form die sogenannte "klassische Physik" zu beschreiben gestattet. Die erste vollständig entwickelte Disziplin dieser klassischen Physik war die Newton'sche Mechanik, die als Vorbild für die Art, wie eine Gesamtheit gesetzmässiger Zusammenhänge in der Natur vollständig mathematisch formuliert werden kann, für die Entwicklung der Naturwissenchaft entscheidende Bedeutung erlangt hat. Deshalb soll auch hier zuerst von der klassischen Mechanik die Rede sein.

a) Die Mechanik

Die Newton'sche Mechanik beginnt mit dem Begriff der Substanz. Sie nimmt an, dass jeder Körper aus einer bestimmten, durch Form oder Bewegungsänderungen nicht beeinflussbaren Menge "Materie" besteht, die als seine "Masse" bezeichnet werden kann ("Quantitas materiae" bei Newton). Diese Masse kommt dem Körper an sich zu, sie ist völlig unabhangig von den Methoden, durch die sie bestimmt werden kann. Offenbar stellt schon diese erste Annahme eine Idealisierung dar, die in der Natur nicht genau verwirklicht wird; denn die Körper, die unserer Beobachtung zugänglich sind, stehen stets in einem Austausch von Wirkungen mit anderen Körpern, der auch dauernd kleine Änderungen der Masse zur Folge haben kann. Der Umstand, dass diese Wirkungen geringfügig sind, gestattet jedoch den Begriff »Masse« zu bilden, und nachträglich kann dieser Begriff in der exakten Formulierung der mechanischen Gesetze so verfeinert werden, dass auch von diesen kleinen "Änderungen der Masse" gesprochen werden kann.

Ferner geht die Mechanik davon aus, dass jedem Körper (oder den einzelnen Teilen des Körpers) zu jeder Zeit ein bestimmter Ort zugehöre. Raum und Zeit erseheinen als zwei feste, von einander unabhängige Ordnungsschemata, in die die Vorgänge der Welt eingereiht werden können. Die Newton'sche Theorie verzichtet von vornherein auf den seit der griechischen Philosophie naheliegenden Gedanken, dass Raum und Materie miteinander verknüpft sein könnten, etwa in dem Sinne, dass der Raum gewissermassen von der Materie aufgespannt würde oder dass die Materie als Struktur des Raumes betrachtet werden müsste. Vielmehr begnügte sie sich damit, Raum und Zeit in der uns bekannten Form zu objektivieren, weil eben die Erfahrung lehrt, dass eine solche Objektivierung in einem weiten Bereich von Erfahrungen möglich ist. Dabei wird vorausgesetzt, dass im Raum die euklidische Geometrie »gelte«. Hier handelt es sich einerseits um eine Setzung, die keiner Prüfung an der Erfahrung fähig ist. Denn wenn etwa eine mit physikalischen Massstäben durchgeführte Messung eine Abweichung von den Gesetzen der euklidischen Geometrie ergibt, so können hierfür stets die physikalischen Eigenschaften der Stäbe verantwortlich gemacht werden. Wenn der Mechaniker in der Werkstatt die Frage, ob Metallplatten genau eben sind, dadurch prüft, dass er von drei Platten je zwei aufeinander legt und gegenseitig verschiebt und zusieht, ob sie sich stets überall berühren, so sichert er durch sein Verfahren, wenn es gelingt, die Gültigkeit der euklidischen Geometrie in den Ebenen der Platten. Andererseits ist diese Setzung der euklidischen Geometrie doch insofern eine Folge der Erfahrung, als sie sich uns deshalb aufdrängt, weil wir mit ihr der Erfahrung gegenüber so viel Erfolg haben. Tatsächlich kann der Mechaniker die drei Metallplatten so schleifen, dass sie sich aufeinandergelegt auch bei beliebiger Verschiebung überall berühren; wenigstens gilt dies in der Genauigkeit, die seinen Werkzeugen zu Gebote steht. Es ist eine Erfahrung, dass es sich so verhält, und nichts gibt uns das Recht zu glauben, dass der geschilderte Prozess auch mit immer weiter gesteigerter Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die Newton'sche Mechanik setzt ferner eine feste vom Ort unabhängige Zeitskala voraus. Es wird also auch hier an eine objektiv unabhängig von allem Geschehen "ablaufende" Zeit gedacht und es wird angenommen, dass diese Zeit etwa durch gleichgestellte Uhren an beliebigen Orten messend verfolgt werden kann. Auch diese Voraussetzung bewahrt sich in einem weiten Bereich von Erfahrungen.

Die Newton'sche Mechanik betrachtet also die Vorgänge in der Natur, insofern den Körpern (- unabhangig von allen Beobachtungsmethoden -) eine feste Masse und ein zu jedem Zeitpunkt bestimmter Ort in einem Raum euklidischer Metrik zugeschrieben werden kann. Wie weit diese Begriffe: Masse, Ort, Geschwindigkeit usw. bei der Beschreibung der Natur reichen, wird durch die Erfahrung entschieden.

Der materiellen »Masse« steht in der Mechanik als das »Bewegende« die immaterielle »Kraft« gegenüber. Dieser Gegensatz hat insofern etwas Befremdliches, als die Kraft ja ebenso wie die Materie eine ganz objektive in Raum und Zeit festgelegte Wirkung sein soll, was es schwierig macht zu verstehen, warum sie als etwas von der Materie durchaus Verschiedenes gedacht wird. Trotz der Erfolge, die mit der Vorstellung einer solchen immateriellen auf einen Körper wirkenden Kraft erzielt werden, meldet sich hier das Bedürfnis an, nur Gleiches auf Gleiches wirken zu lassen, also die Kraft selbst wieder als eine Form der Materie anzusehen. Tatsächlich ist dieser Schritt dann im 19. Jahrhundert in der Entwicklung der Elektrizitatslehre vollzogen worden, wovon später die Rede sein soll.

Die besondere Vorzugsstellung, die die Mechanik gegenüber allen anderen Teilen einer wissenschaftlichen Naturbeschreibung einnimmt, beruht einerseits darauf, dass sie das objektive Verhalten materieller Körper in Raum und Zeit - also etwas besonders Einfaches und Anschauliches - zum Gegenstand hat; andererseits aber auch darauf, dass kein Zustand der Materie vorgestellt werden kann, in dem nicht das Wirken der mechanischen Gesetze sichtbar in Erscheinung träte. Während es sehr wohl Zustände von Materie gibt, in denen sich die Wirkung weder chemischer noch biologischer Gesetze unmittelbar äussert (- man denke etwa an die glühenden Gase im Inneren der Sterne -), bleibt das Walten der mechanischen Gesetze sichtbar, solange überhaupt von Materie gesprochen werden kann. Die Mechanik kann also einerseits als eine besonders eingeschränkte Form der Naturbeschreibung bezeichnet werden, da sie die Vorgänge der Natur nur betrachtet, insoweit sie vollständig objektiviert werden können, andererseits kann sie als die umfassendste Naturgesetzlichkeit gelten, die überall in Erscheinung tritt, wo üerhaupt Materie angetroffen wird.

Die Gesetze der Newton'schen Mechanik werden vollständig durch einen mathematischen Formalismus abgebildet. In diesem Formalismus können aus den zu Grunde gelegten Voraussetzungen unendlich viele verschiedenartige Folgerungen hergeleitet werden, die alle zwangsläufig aus den Voraussetzungen folgen. Insofern könnte gesagt werden, dass sich der Ausgang irgendeines mechanischen Experiments mit mathematischer Sicherheit vorausberechnen lasse. Hiergegen kann zunächst eingewendet werden, dass die Voraussetzung, nämlich die Gültigkeit der in mathematischer Form aussprechbaren Gesetze, ja eine Frage der Erfahrung sei. Aus der Tatsache, dass die Sonne bisher jeden Tag aufgegangen ist, kann niemals logisch folgen, dass sie am nächsten Tag wieder aufgehen müsse. Dieser Einwand hat aber praktisch nur zur Folge, dass der Grad der Sicherheit, mit dem wir auf den bestimmten Ausgang des Experimentes rechnen, etwas eingeschränkt werden muss. Das Versuchsergebnis kann vorausgesetzt werden mit dem Grad von Sicherheit, mit dem wir wissen, dass am nächsten Tag die Sonne aufgehen wird. Dieser Grad von Sicherheit genügt uns immer. Eine weitere Einschränkung dieser Sicherheit ergibt sich freilich aus der Frage, ob üerhaupt von einem »mechanischen« Experiment die Rede sei. Dies ist ja stets nur in einer gewissen Annäherung der Fall; und im allgemeinen kann aus der Art, wie das Experiment angestellt wird, beurteilt werden, mit welchem Grad von Genauigkeit die experimentellen Voraussetzungen in den Begriffen: Masse, Ort, Geschwindigkeit usw. ausgedrückt werden können. Das Ergebnis eines Experiments kann aus den mechanischen Gesetzen nur mit einer diesem Genauigkeitsgrad entsprechenden Sicherheit vorhergesagt werden. Zur Erläuterung dieser verschiedenen Abstufungen von Sicherheit kann das folgende Beispiel dienen: Einem Erfinder, der sich bemüht, ein Perpetuum mobile zu bauen, kann - wenn er sich nicht auf mechanische (oder andere uns in ihren Gesetzmässigkeiten völlig bekannte) Vorgänge beschränkt - nur entgegengehalten werden, dass, nach den uns bisher bekannten Naturgesetzen zu urteilen, ein Perpetuum mobile wahrscheinlich unmöglich ist. Wenn dieser Erfinder ein rein mechanisches Perpetuum mobile zu bauen versucht, so kann man seine Bemühungen als sinnlos bezeichnen mit dem Grad von Sicherheit, mit dem wir wissen, dass morgen die Sonne aufgehen wird. Wenn der Erfinder jedoch die gedankliche Konstruktion eines solchen mechanischen Perpetuum mobile unter Anwendung der Newton'schen Gesetze unternimmt, so begeht er einen mathematischen Fehler.

b) Elektrizität und Magnetismus

In der klassischen Physik ist der erste entscheidende Fortschritt über die Newton'sche Mechanik hinaus durch die Entwicklung der Elektrizitätslehre erzielt worden. Diese Disziplin hat die besonderen Kräfte zum Gegenstand, die zwischen elektrisch geladenen oder magnetischen Körpern auftreten; sie führt gleichzeitig zu einer ganz allgemeinen Analyse des in der Newton'schen Mechanik noch etwas fremdartigen Kraftbegriffs. In der Elektrizitätslehre wird die Kraft in ähnlicher Weise durch den Begriff des Kraft»feldes« objektiviert und raum-zeitlich festgelegt, wie die Materie in der Mechanik. Die Kraft erscheint nicht nur als eine Wirkung von einem Körper zum anderen, sondern sie ist selbst ein in Raum und Zeit ablaufender Vorgang, der sich von aller Materie völlig ablösen kann. Durch diese Verselbständigung der Kraft wird die enge Wesensverwandtschaft von Kraft und Materie klargestellt, die schliesslich ihren deutlichsten Ausdruck in den Gesetzmässigkeiten findet, die erst zu Anfang dieses Jahrhunderts im Zusammenhang mit der speziellen Relativitätstheorie entdeckt worden sind. Von dem heute gewonnenen Standpunkt aus erscheint es nicht als unnatürlich, etwa die Strahlung, d. h. das elektromagnetische Kraftfeld, als eine besondere Form der Materie zu bezeichnen; denn Materie kann sich in Strahlung verwandeln und Strahlung in Materie. Der Satz von der Erhaltung der Substanz erweitert sich zum Satz von der Erhaltung der Energie, und die Energie kann in den verschiedensten Formen auftreten: als Strahlung, als Bewegung, als Gewicht.

Diese Entwicklung von der Mechanik zur Elektrizitätslehre ist zunächst bei vielen Naturforschern auf Widerstand gestossen, weil die Verselbständigung des Kraftfeldes offenbar zu einer Auflösung des primitiven Substanzbegriffes der Newton'schen Mechanik führt. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, den ursprünglichen Substanzbegriff wieder durch die Einführung eines hypothetischen Äthers in seine Rechte einzusetzen, der als der Träger der im Raum scheinbar selbständigen elektromagnetischen Felder betrachtet werden sollte. Aber eine Substanz, die sich nicht lokalisieren lässt und die wir weder fühlen noch wiegen noch sehen können, wie der Äther, verdient diesen Namen noch weniger als das elektromagnetische Kraftfeld, und so hat sich die Forschung zur Aufgabe jenes primitiven Begriffs von der Materie entschliessen müssen. Die Sprache, in der wir über die Natur sprechen, bildet sich eben im Wechselspiel von Handeln und Erfahren und hängt nicht nur von unseren oft historisch bedingten Wünschen ab.

Obwohl also die Erfahrungen über Elektrizitat und Magnetismus die Forschung zur Aufgabe eines grundlegenden Begriffs gezwungen haben, der lange Zeit als der sicherste Pfeiler des naturwissenschaftlichen Gebäudes gegolten hat, so kommt die Natur hier doch unserem Bedürfnis, zu objektivieren und alles Geschehen in einen objektiven Vorgang in Raum und Zeit zu projizieren, in dem weitesten Masse entgegen. In gewisser Weise kann die Elektnzitätslehre als die Vollendung dieses Programms angesehen werden, denn nach ihrem Einbau in das System der physikalischen Gesetze handelt es sich nur noch um ein einheitliches, alle Vorgänge der Natur umfassendes, in Raum und Zeit unabhängig von aller Beobachtung objektiv ablaufendes Geschehen, das wir - je nach der speziellen Situation und den von uns gestellten Fragen - mit den Begriffen Materie, Energie, Strahlung, Kraft usw. in ganz bestimmter Weise verknüpfen können. Die Gesamtheit der Gesetze, die dieses Geschehen beherrschen, kann unter der Bezeichnung »klassische Physik« zusammengefasst werden.

Die Vorgänge im Raum sind dabei in ihrem zeitlichen Verlauf durch den Anfangszustand vollstandig bestimmt. Die klassische Physik befriedigt also auch in der vollkommensten Weise unseren Wunsch, das Geschehen nach Ursache und Wirkung zu ordnen, d. h. alles was geschieht, als kausal bedingt aufzufassen. Sie idealisiert ja gerade die Vorgänge in der Welt in der Weise, dass sie die Geschehnisse als isoliert im Raum ablaufend betrachtet, ohne Rücksicht zu nehmen auf die (- als prinzipiell ausschaltbar angesehenen -) Wechselbeziehungen, die zwischen den gemeinten Vorgängen und der Umwelt bestehen müssen, damit die Vorgänge beobachtet und damit ein Teil unserer Welt werden können. Wenn eine solche Isolierung möglich ist, so lassen sich auch alle Ursachen überschauen, und die Kausalforderung kann in diesem isolierten Teil der Welt nur durch vollständige Determiniertheit befriedigt werden.

Ferner gilt für dieses System der klassischen Physik im Ganzen, was vorher speziell von der Mechanik gesagt wurde: Wenn der Begriff Materie in der Weise erweitert wird, wie dies durch die Entwicklung der Elektrizitätslehre nahegelegt wurde, so kann kein Zustand der Materie vorgestellt werden, in dem das Wirken der Gesetze der klassischen Physik nicht deutlich in Erscheinung träte - während es sehr wohl Zustände der Matene gibt, in denen chemische oder biologische Zusammenhänge nicht unmittelbar zu spüren sind.

Die Gesamtheit der gesetzmässigen Zusammenhänge, die wir als klassische Physik bezeichnen, ist in sich »abgeschlossen«. Damit ist gemeint, dass sie in einem System von Begriffen und Axiomen ausgesprochen werden kann, das keine Widersprüche enthält und das in gewisser Weise »vollständig« genannt werden kann. Vollständig nämlich insofern, als es zwar möglich ist, neue Begriffe dem System hinzuzufügen; aber die neuen Begriffe sind dann notwendig in ihrem formalen Zusammenhang im System so eng verwandt mit schon vorhandenen Begriffen, dass sie eher die Rolle einer neuen »Darstellung« (im mathematischen Sinne) der alten Begriffe spielen. In diesem Sinne also soll eine Gesamtheit von Zusammenhängen als »abgeschlossen« bezeichnet werden. Die Gesetze der klassischen Physik schliessen sich durch die Forderung, es solle sich stets um objektive zeitliche Veränderungen gewisser Grössen im Raume handeln, von selbst ab gegen andersartige Zusammenhänge. Wenn man den Rahmen der »klassischen Physik« so weit fasst -was natürlich nicht historisch, sondern nur begrifflich gerechtfertigt ist -, so gehören zu ihrem Bereich auch verschiedene Gesetzmässigkeiten, die erst in der allerneuesten Zeit entdeckt worden sind und die eben das Merkmal der Festlegung objektiver raum-zeitlicher Vorgänge mit den fruheren Teilen der Physik gemein haben. Als Beispiel seien die von de Broglie entdeckten Materiewellen genannt, die dann, wenn man von der korpuskularen Natur der Materie absieht, als objektive raumzeitliche Wellenvorgänge aufgefasst werden können. Sieht man von der Existenz der Elementarteilchen nicht ab, so gehören allerdings die mit diesem Begriff verbundenen Gesetzmässigkeiten nicht zum Bereich der klassischen Physik, sondern zu den Zusammenhängen, die unter den Gesamtbegriff Quantentheorie unterzuordnen sind. Dieses Beispiel macht deutlich, dass nicht die Dinge nach verschiedenartigen Bereichen geordnet werden können, sondern die Zusammenhänge.

c) Das Unendliche

Zur klassischen Physik gehören ganz bestimmte Annahmen über die Struktur von Raum und Zeit. Die wichtigsten Eigenschaften dieser von aller Materie unabhängig vorgestellten Ordnungsschemata sollen sein:

Da der Raum drei Dimensionen hat, so enthalten diese vier Feststellungen, wenn man die Sätze für jede Raumdimension gesondert zählt, im Ganzen zehn Grundeigenschaften von Raum und Zeit. Diese zehn Grundeigenschaften bilden das eigentliche Fundament der klassischen Physik, und die ganze Struktur der mathematischen Systeme mit denen die klassische Physik formuliert wird, ist entscheidend bestimmt durch diese zehn »Invarianzeigenschaften«. Man kann sagen, dass diese zehn Grundeigenschaften nur eine nähere Präzisierung dessen bedeuten, was hier unter einem »leeren« Raum zu verstehen ist. Denn wenn etwa bestimmte Punkte im Raum ausgezeichnet wären, dann könnten, vom Materibegriff der Feldtheorie aus gesehen, diese Punkte folgerichtig als Orte von Materie gedeutet werden.

Diesen Grundeigenschaften werden noch zwei weitere entscheidende Annahmen in der klassischen Physik hinzugefügt: die Unabhängigkeit von Raum und Zeit und die Gültigkeit der euklidischen Geometrie. Erst durch die Gesamtheit dieser Voraussetzungen wird vollständig festgelegt, in welchen Formen von Raum und Zeit wir die Vorgänge der Welt anschauen.

Schon durch die Existenz solcher Anschauungsformen wird uns die Frage gestellt, wie die Welt aussieht, wenn wir an Räume denken, die entweder ungeheuer gross oder auch sehr klein sind verglichen mit den Räumen, in denen sich unsere gewöhnliche Erfahrung abspielt, oder wenn wir an eine unzählbar viele Jahre zurückliegende Vorzeit oder eine ebenso ferne Zukunft denken. Diese Frage nach dem »Ende der Welt« ist wohl so alt wie das menschliche Denken überhaupt, und verschiedene Zeiten haben auf sie sehr verschiedene Antworten gegeben.

In den früheren Jahrhunderten, in denen solche Probleme noch vom Mythos umwoben waren, erschien die Erde den Menschen als eine flache Scheibe. Das bewohnbare feste Land war rings vom Ozean umflossen, und der Ozean bildete zunächst praktisch das »Ende der Welt«. Dieser Ozean vertrat die Unendlichkeit, indem er überall gleich und leer ins Grenzenlose verläuft, eine einförmige Wüste, von der niemand sich vorstellen kann, wie sie aufhören könnte, wenn doch kein Land am anderen Ufer dem Segler mehr Aufnahme bieten kann. Über dem Ozean wölbte sich der Himmel; und als in späteren Zeiten die Kugelgestalt der Erde schon erkannt worden war, erschien der Himmel, gegliedert durch die kristallnen Sphären der Planeten und schliesslich abgegrenzt durch die letzte Sphäre, die der Fixsterne, gegen das eigentlich Unendliche; etwa gegen das ewige Feuer, das auch einförmig und grenzenlos den ganzen Raum jenseits der Welt erfüllen kann. Die Menschen waren also damals damit zufrieden, dass die unseren Sinnen erreichbare Welt durch bestimmte Grenzen abgeschlossen wird gegen eine jenseits der Grenzen beginnende unendliche Welt. Und obwohl die Vorstellung jener auf der anderen Seite beginnenden Unendlichkeit von den Anschauungsformen ihren Ausgang nehmen musste, so verband sie sich doch wohl mit dem Gedanken, dass unsere gewöhnliche Anschauung für diese Gebiete nicht mehr zuständig sei. Der Raum im gewöhnlichen Sinne war eng mit unserer Erde verbunden, und was sich jenseits der Grenzen noch an Raum fand, schien von anderer Art, schien schon durch seine Unendlichkeit in unmittelbare Verbindung mit den schöpfenschen Kärften zu treten, die wir in der Religion meinen.

In ähnlicher Weise wurde die Zeitspanne, in der das Wort Zeit im gewöhnhchen Sinne angewendet werden darf, als begrenzt gedacht durch Weltschöpfung und Weltuntergang, und es bestand ein deutliches Gefühl dafür, dass man nicht mehr fragen durfe, was vor der Weltschöpfung gewesen sei oder was nach ihrem Untergang kommen werde.

Dieses mythische Weltbild ist, nachdem es längst in vielen Einzelheiten durch ein anderes, der heutigen Wissenschaft näheres ersetzt worden war, wohl erst seit der Zeit der ersten Weltumsegelungen endgültig aus dem Bewusstsein der Menschen verschwunden. Seit jener Zeit wissen wir, dass wir jedenfalls auf der Erde nicht bis ans Ende der Welt reisen können, da jeder Weg, den wir in einer bestimmten Richtung vom Ausgangsort aus immer weiter und weiter verfolgen, schliesslich zum Ausgangspunkt zurückkehrt. Aber ungefähr gleichzeitig brach sich auch die Erkenntnis Bahn, dass sich dort, wo früher die Sphäre der Fixsterne gedacht wurde, erst Räume ganz unvorstellbarer Ausmasse auftun, in die unser Auge beim Betrachten der fernsten Sterne dringen kann. Der Gedanke an eine Grenze der Welt verschwand damit allmählich aus dem wissenschaftlichen Weltbild; und diese fernsten Räume wurden beurteilt nach den Anschauungsformen, in denen wir die Welt auffassen, also nach den Regeln der euklidischen Geometrie. So bildete sich die Vorstellung, dass wir beim geradlinigen Fortschreiten in einer bestimmten Richtung in immer entferntere Räume fort bis ins Unendliche dringen würden, wobei es Aufgabe der Forschung sei zu erkennen, ob wir dabei schliesslich etwa auf völlig leere Räume oder immer wieder auf neue Sternsysteme stossen würden.

Dieser Gedanke, dass man die Naturgesetze und unsere Anschauungsformen bis ins Unendliche anwenden darf, wurde im Lauf der Entwicklung der Naturwissenschaft auch auf die Zeit übertragen. Auch hier verschwand die Vorstellung, dass die Welt nur vom Tage ihrer Schöpfung bis zu ihrem Untergange dauere, und wurde ersetzt durch Annahmen, die etwa auf einem ewigen periodischen Wechsel alles Geschehens, also auf einen im ganz Grossen gesehen stationären Zustand des Alls hindeuten.

Die in der klassischen Physik zu Grunde gelegte völlige Unabhängigkeit der Raum-Zeitstruktur von der Materie nötigte auch zu der Vorstellung, dass in den kleinsten Räumen und Zeiten grundsätzlich die gleichen Verhältnisse anzutreffen seien wie im Grossen. In folgerichtiger Weiterbildung dieses Gedankens entstanden Weltbilder, in denen etwa die kleinsten Teile der Materie wieder jeweils als neuer Kosmos einer um so viel kleineren Welt, und unser sichtbarer Kosmos wieder als ein kleinstes Materiestück eines noch viel grösseren Kosmos (- und so fort bis ins Unendliche -) gedeutet wurden.

Die Annahme, dass es unteilbare letzte Bausteine der Matene gebe, also die Atomhypothese erschien in der klassischen Physik als Fremdkörper. Die Atome konnten in ihr bestenfalls für den Aufbau der Materie eine ähnliche Rolle spielen, wie etwa die Zellen für den Aufbau eines Organismus, wobei vielleicht auch die praktische Unteilbarkeit der Atome zugestanden werden mochte. Grundsätzlich musste jedoch das Atom, ebenso wie jedes andere Stück Materie geteilt werden können, d. h. Atome im eigentlichen Sinne sollte es nicht geben.

Zu einem derartigen Weltbild führen die Grundsätze der klassischen Physik mit ihrer Unabhängigkeit von Raum-Zeitstruktur und Materie. Nun ist ja schon mehrfach betont worden, dass es sich bei dieser Hypothese der Unabhängigkeit offenbar um eine Idealisierung handelt; um eine Begriffsbildung, die sich den täglichen Erfahrungen gegenüber so ausgezeichnet bewahrt, dass sie dadurch von selbst ein Teil der Sprache wird, in der wir über die Natur sprechen. Durch Erfahrungen über ganz grosse oder ganz kleine Räume und Zeiten kann allerdings diese Hypothese kaum gestützt werden. Im Gegenteil musste schon die Existenz der Atome, die in den chemischen Erfahrungen im Lauf der Entwicklung immer deutlicher zu Tage trat, als Argument gegen die Unabhängigkeit der Raum-Zeitstruktur von der Materie betrachtet werden. Merkwürdigerweise hat jedoch die Revision dieses klassischen Weltbildes von einem viel tiefer liegenden, nur durch sehr subtile Beobachtungen zugänglichen Zuge der Wirklichkeit ihren Ausgang genommen.

Die Erfahrung, dass die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Lichtes im leeren Raum von der Farbe und vom Bewegungszustand der Lichtquelle völlig unabhängig ist, kann mit dem Grundsatz, dass im Raum kein Zustand geradlinig-gleichförmiger Bewegung vor einem anderen ähnlichen Zustande ausgezeichnet sei, nur dann in Übereinstimmung gebracht werden, wenn man annimmt, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Bewegung des Beobachters relativ zu ihm stets den gleichen Wert habe. Die Erfahrung bestätigte diese Folgerung. Auf dem Boden der Newton'schen Physik, in der Raum und Zeit als völlig unabhängig gelten, ist dieses Ergebnis aber völhg unverständlich, da in ihr die Geschwindigkeit eines Lichtstrahls relativ zum Beobachter notwendig vom Geschwindigkeitszustand des Beobachters abhängen muss. Die genaue experimentelle und theoretische Analyse dieses Sachverhalts führte schliesslich dazu, die These von der Unabhangigkeit von Raum und Zeit aufzugeben. An ihre Stelle trat eine andere Vorstellung: Als »vergangen« bezeichnen wir die Ereignisse, von denen wir - wenigstens grundsätzlich - etwas erfahren können; als »zukünftig« die Vorgänge, die wir (auch wieder in diesem grundsätzlichen Sinne) noch beeinflussen können. In der Newton'schen Physik waren diese beiden Gruppen von Ereignissen, die vergangenen und die zukünftigen, nur durch ein unendlich schmales Zeitgebiet getrennt, das wir die Gegenwart oder genauer: den gegenwärtigen Moment nennen. Nach den Ergebnissen der »speziellen Relativitätstheorie« sind jedoch diese beiden Gruppen durch ein Zeitgebiet endlicher Ausdehnung getrennt, wobei die Zeitdauer des »gegenwärtigen« oder »gleichzeitigen« Ereignisgebiets um so länger ist, in je grösserer Entfernung von uns die Ereignisse sich abspielen. Einstein hat als erster den Mut gefunden, diese Abhängigkeit von Raum und Zeit auszusprechen, und hat sie in mathematischer Form festgelegt. Spätere Experimente haben die Folgerungen dieser neuen Vorstellung von der Raum-Zeitstruktur immer wieder auf das Genaueste bestätigt, sodass an ihrer Richtigkeit kaum mehr gezweifelt werden kann.

Mit dieser Entdeckung war die erste Bresche in die klassische Raum-Zeitvorstellung geschlagen. Mit ihr war die physikalische Wissenschaft um die Erkenntnis bereichert, dass auch die einfachsten Grundlagen der Physik, die Anschauungsformen, nicht ohne weiteres auf Vorgänge angewendet werden dürfen, die dem Bereich der täglichen Erfahrung weit entrückt sind, dass sie vielmehr in diesen neuen Bereichen stets durch das Experiment neu überprüft werden müssen.

Die Forschung war aufs vernehmlichste daran erinnert worden, dass das Fundament der Wissenschaft, wenn ihr Gebäude höher und höher geführt wird, gleichzeitig in die Tiefe sinken muss, wenn es sein Gewicht noch tragen soll. Denn der Boden, in dem dieses Gebäude ruht, ist ja nicht der Fels einer sicheren vor aller Wissenschaft stehenden Erkenntnis, sondern ist das fruchtbare Erdreich der Sprache, die aus Handeln und Erfahren sich bildet.

Die spezielle Relativitätstheorie setzt an die Stelle der Raum Zeitanschauung der Newton'schen Theorie eine andere, die aber nicht weniger bestimmt ist als jene. Die Unabhängigkeit von Raum-Zeitstruktur einerseits und Materie andererseits ist in ihr genau so gewahrt, obwohl die Einführung der Lichtgeschwindigkeit schon auf eine enge Beziehung zwischen dieser Struktur und dem materiellen Geschehen hinweist. Erst der Versuch, die Gravitation in das Gebäude der Physik einzugliedern, führte zur Aufgabe jener Unabhängigkeit und zur Annahme, dass die Geometrie der Welt in ganz grossen Räumen und Zeiten durch die Verteilung der Materie bestimmt sei. Diese »allgemeine Relativitatstheorie« ist wohl noch nicht im gleichen Masse experimentell gesichert, wie die »spezielle«, da es nur wenige zugehörige Experimente gibt, die mit einer genügenden Genauigkeit ausgefuhrt werden können, um als Prüfstein der Theorie gelten zu können. Aber wenn man überhaupt versuchen will, sich ein Bild von ganz fernen Räumen und Zeiten zu zeichnen, so kann dies ja sinnvoll nur auf dem Boden einer Theorie geschehen, die wenigstens allen bisherigen Erfahrungen über Raum und Zeit gerecht wird; also einstweilen auf dem Boden der allgemeinen Relativitätstheorie, die unsere Erfahrungen über elektromagnetische Wellen mit denen über die Gravitationserscheinungen widerspruchsfrei verknüpft.

Geht man von der Raum-Zeitvorstellung dieser Theorie aus, so muss man annehmen, dass die geometrischen Verhältnisse in ganz fernen Räumen und Zeiten von der Verteilung und dem Verhalten der Materie im Grossen abhängen. Legt man ferner die Erfahrungen zu Grunde, die von den Astronomen in den letzten Jahrzehnten über die Verteilung der Stern-Materie im Weltall gesammelt worden sind, so kommt man merkwürdiger Weise zu einem Weltbild, das in einigen Zügen dem mythischen Weltbild der vorwissenschaftlichen Zeit verwandt erscheint. Die astronomischen Erfahrungen legen nämlich nahe zu glauben, dass der Raum der Welt endlich sei. Zwar sollte dies nicht in dem einfachen Sinn des früheren Weltbildes zutreffen - man wird nicht etwa in weiter Entfernung von unserer Erde schliesslich an eine Grenze stossen; aber man sollte - ähnlich wie bei Reisen auf unserer Erdkugel - durch geradliniges Fortschreiten in immer grössere Entfernungen schliesslich zum Ausgangspunkt zurückkehren. Der hierbei zurückzulegende Weg soll endlich sein und kann ein Mass für die Grösse des Weltalls bilden. Die bisherigen Erfahrungen lassen auf Wege von einigen Milliarden Lichtjahren schliessen. Aus anderen astronomischen Beobachtungen kann gefolgert werden, dass der Zustand des Weltalls vor etwa fünf Milliarden Jahren völlig anders gewesen sein muss als jetzt; die Materie der Welt war damals offenbar auf einen viel engeren Raum unter höchsten Temperaturen zusammengepresst, und Sterne und Sternsysteme haben sich erst später gebildet. Man hat diese Folgerung gelegentlich in die Worte gefasst: das Weltall existiert erst seit etwa fünf Milliarden Jahren. Eine solche Formulierung ist aber stets unter dem Vorbehalt gemeint: soweit der Begriff »Jahr« auf die frühen Stadien jenes Entwicklungsprozesses angewendet werden kann. Es handelt sich hier also um eine Formulierung in wissenschaftlicher Terminologie, die ähnlich aufzufassen ist wie etwa der Satz: Der absolute Nullpunkt der Temperatur liegt bei -273 Grad. Obwohl mit einem solchen Satz ganz bestimmte Erfahrungen richtig bezeichnet sind, so wäre es doch ebensogut möglich, eine Temperaturskala einzuführen, in der der absolute Nullpunkt erst bei - Graden erreicht wird (d. h. richtiger: überhaupt nie erreicht werden kann), ohne dass dabei der Temperaturbegriff in dem unserer täglichen Erfahrung zugänglichen Gebiet geändert zu werden bräuchte. In ähnlicher Weise wird in einem früheren Stadium des Universums, in dem noch kein gleichmässiger Kreislauf der Gestirne das Fortschreiten der Zeit messen konnte, die Masseinheit der Zeit problematisch.

Die astronomischen Erfahrungen deuten also darauf hin, dass die uns anschaulich gegebene Struktur von Raum und Zeit emigermassen gültig ist nur für Räume, die sehr klein sind gegen Entfernungen von einigen Milliarden Lichtjahren und für Zeiten, die sehr kurz sind gegen einige Milliarden Jahre. In noch weiteren Räumen und noch früheren Zeiten stossen wir zwar nicht auf Grenzen, aber auf eine veränderte Raum- und Zeitstruktur, die einer endlichen Ausdehnung der Welt in Raum und Zeit äquivalent ist.

Die unvorstellbar grossen Entfernungen, von denen in diesem Weltbild der modernen Astronomie die Rede ist, erscheinen übrigens noch in einer anderen Perspektive, wenn man sie unter dem Gesichtspunkt der gegenseitigen Abhängigkeit von Raum und Zeit betrachtet. Man kann hier etwa die Frage stellen, in welchen Zeiten ein Weltraumwanderer - und eine solche Vorstellung ist von der heutigen Technik aus gesehen vielleicht nicht mehr völlig absurd-, der sich mit erträglichen Beschleunigungen im Weltraum bewegen könnte, die Reise von unseren Sternen zu ganz entfernten Sternsystemen zurückzulegen vermöchte. Eine theoretische Abschätzung lehrt, dass infolge der merkwürdigen Raum-Zeitstruktur, die in der speziellen Relativitätstheorie mathematisch formuliert ist, eine Zeitdauer von wenigen Jahrzehnten für den Reisenden genügen würde, um die Strecke zu den entferntesten uns bekannten Spiralnebeln zu durchqueren. Nur für den Betrachter, der die Reise von der Erde aus verfolgt, wird die Zeit zu unvorstellbarer Dauer anwachsen.

Wendet man sich nun von den ganz grossen Räumen wieder zu den kleinsten, so wird uns ein Weltbild, in dem das Atom selbst als kleiner Kosmos erscheint, nicht mehr glaubhaft vorkommen. Vielmehr hält die moderne Forschung für durchaus plausibel, dass in ganz kleinen Räumen und Zeiten andere Gesetze - auch eine andere Struktur von Raum und Zeit - gelten, als im Gebiet der täglichen Erfahrung. Die heutige Naturwissenschaft hat sich mit dem Gedanken vertraut gemacht, dass in der Welt ganz bestimmte Ausdehnungen und Zeitdauern vor anderen ausgezeichnet seien. Eine solche Auszeichnung wäre zwar unverständlich, wenn es sich dabei nur um bestimmte Grössen von Dingen handelte - denn warum sollte das gleiche Ding nicht auch in einer beliebigen Verkleinerung oder Vergrösserung existieren können? Aber sie wird verständlich, wenn diese fundamentalen Masseinheiten in den Naturgesetzen vorkommen. Denn das gleichzeitige Bestehen zweier solcher Gesetze mit verschiedenen Werten der Konstanten wäre ein Widerspruch.

In der Entwicklung der Physik von der Newton'schen Mechanik über die Elektrizitätslehre zur Relativitätstheorie und zum Weltbild der neueren Astronomie ist die kritiklose Anwendbarkeit verschiedener Begriffe, die durch ihre grundlegende Bedeutung Bestandteile unserer naturwissenschaftlichen Sprache geworden sind, dem Streben nach Vereinheitlichung und Vereinfachung zum Opfer gebracht worden. Nach dem Abschluss dieser Entwicklung scheinen die Wörter: »Materie«, »Kraft«, »Struktur von Raum und Zeit« nur verschiedene Seiten des gleichen Geschehens zu bezeichnen. Die hierdurch erreichte Vereinheitlichung hat dabei zur Folge, dass keiner dieser Begriffe ohne Vorbehalt in dem einfachen ursprünglichen Sinne verwendet werden kann, sofern es sich nicht um Vorgänge im Bereich der täglichen Erfahrung handelt.

Obwohl sich also die Forschung durch die geschilderte Entwicklung in verschiedenen Weisen entfernt hat von der Idealisierung der Naturvorgänge, die der Newton'schen Mechanik zu Grunde liegt, so hat sie doch bis hierher in einem Punkt an der »klassischen« Idealisierung unverrückbar festgehalten: Sie hat die Vorgänge in der Natur nur insoweit betrachtet, als sie sich vollständig objektivieren, d. h. von uns weg als objektives Geschehen in Raum und Zeit projizieren lassen. Eben dieser Umstand gibt uns das Recht, den Teil der Wirklichkeit, der in den besprochenen physikalischen Disziplinen beschrieben wird, als einen letzten Endes einheitlichen Bereich von Zusammenhängen zu bezeichnen. Dass auch ein solcher einheitlicher Bereich innere Strukturen aufweist - dass aus ihm durch weitergehende Idealisierung einfachere Teilbereiche herausgelöst werden können -, wird uns ja durch die Entwicklung der Naturwissenschaft deutlich genug gezeigt.

Die Sprache der klassischen Physik, in der wir die Dinge der Welt nur mit den Wörtern: Materie, Kraft, Bewegung usw. begreifen, erscheint als sehr arm, wenn man sie mit der unendlichen Fülle der Erscheinungen vergleicht. Die nächste Erweiterung der Sprache, die sich hier von selbst darbietet, hat mit den sinnlichen Qualitäten der Dinge zu tun. Wir bezeichnen die materiellen Dinge als warm oder kalt, als fest oder flüssig, als von irgend einer Farbe, als zäh oder spröde, als hart oder weich; als sauer oder alkalisch, als salzig, als brennbar usw. Die menschliche Sprache verfügt über eine grosse Menge von Wörtern, mit denen Eigenschaften der Dinge bezeichnet werden, die nicht in das Begriffsschema: Bewegung, Kraft, Materie eingeordnet werden können.

Diese Eigenschaften lassen sich ebenso objektivieren, wie die Vorgänge der klassischen Physik: ein Körper ist an sich warm, ganz gleichgültig, wie dies etwa festgestellt werden kann; alle die genannten Eigenschaften kommen ihm objektiv, unabhängig von aller Beobachtung zu. Solange die Forschung sich also damit begnügt, solche Eigenschaften in die wissenschaftliche Sprache aufzunehmen, so erweitert sie dadurch nur jenen objektiven Bereich, den wir als klassische Physik bezeichnet haben. Oder man kann auch sagen: neben jenen Bereich der klassischen Physik tritt ein anderer Bereich der Qualitäten; beiden Bereichen ist jedoch gemeinsam, dass man über objektive Dinge und Vorgänge in Raum und Zeit sprechen kann; nur besitzt eben ein Ding neben seinen mechanischen Eigenschaften auch noch andere, wie etwa Farbe, chemisches Verhalten usw.

Nun belehren uns aber vielfache Erfahrungen, dass zwischen dem mechanischen Verhalten und den Qualitäten noch ein innerer Zusammenhang besteht. Eine allgemeine Vorstellung davon, dass die sinnlichen Qualitäten der Stoffe durch Lage und Bewegung, also durch mechanisches Verhalten der Atome »erklärt« werden könnte, lag ja schon der antiken Atomlehre zu Grunde. Die entstehende wissenschaftliche Chemie und die Entwicklung der Wärmelehre zwangen zu Beginn des vorigen Jahrhunderts die Forschung, die Beziehung zwischen dem mechanischen Verhalten kleinster Materieteilchen und den Qualitäten der Körper näher zu untersuchen. Das erste Gebiet, in dem diese Zusammenhänge grundsätzlich aufgeklärt werden konnten, war die Wärmelehre.

a) Die Wärme

Die Beobachtung sehr kleiner Materieteilchen unter dem Mikroskop lehrt, dass etwa in einer Flüssigkeit freibewegliche Teilchen dauernd eine unregelmässige Zitterbewegung ausführen, die stärker wird, wenn man die Flüssigkeit, in der die Teilchen suspendiert sind, erwärmt. Da sich ferner zeigt, dass diese Bewegung nur von der Masse und Grösse der Teilchen abhängt und mit abnehmender Grösse der Teilchen stärker wird, lag es nahe, die Beobachtung zu verallgemeinern und anzunehmen, dass mit zunehmender Erwärmung stets eine zunehmende Bewegung aller Teile, also letzten Endes aller Atome eines Körpers verknüpft sei; ja man konnte zu der Vermutung kommen, dass Wärme »nichts anderes sei, als der unregelmässige Bewegungszustand der Atome«. Mit dieser letzten Formulierung war nicht gemeint, dass die Wärme als Empfindung aus der wissenschaftlichen Sprache verschwinden sollte, aber der Begriff Wärme sollte in einen objektiven und einen subjektiven Bestandteil zerlegt werden. Insofern die Wärme als objektiver Vorgang in Raum und Zeit aufzufassen ist, sollte sie sich als Bewegung der Atome darstellen. Sie kann daneben auch Inhalt einer Empfindung und insofern Gegenstand der Betrachtung sein, aber dann gehört sie eben zu uns und ist nicht mehr nur objektiver Vorgang in Raum und Zeit. Der Plan, der durch diese Vermutung vorgezeichnet war, konnte von der Physik des letzten Jahrhunderts vollständig durchgeführt werden; nur an einer Stelle haben die Erfahrungen dazu gezwungen, den Plan - allerdings entscheidend - abzuändern.

Aus den Untersuchungen über das Verhalten erwärmter Körper hatte sich zunächst die sogenannte phänomenologische Wärmelehre entwickelt, die in einer der klassischen Physik angemessenen Weise mit den Begriffen Wärmemenge und Temperatur (zusammen mit den Begriffen der klassischen Mechanik) zu einer Ordnung der Erscheinungen vordrang. Bei dem Versuch, die Wärme mit der Bewegung der Atome in Verbindung zu bringen, zeigte sich auch, dass als Wärmemenge eminfach der Inhalt an Bewegungsenergie der Atome aufgefasst werden kann. Eine aus der Mechanik bekannte Grösse, die Energie, tritt also an die Stelle der »Wärmemenge«.

Dagegen gibt es keine einfache mechanische Vertretung des Temperaturbegriffs. Vielmehr stellte sich heraus, dass die Temperatur nicht eine mechanische Eigenschaft des Systems, sondern eine Aussage über unseren Grad der Kenntnis von dem System bedeutet. Wenn wir die Temperatur eines Körpers kennen, so wissen wir damit, dass der Körper ein gewissermassen willkürlich herausgegriffenes Exemplar aus einer grossen Gesamtheit ähnlicher Körper ist, wobei die Temperatur eine Aussage über die Verteilung in der Gesamtheit (der sogenannten »kanonischen Gesamtheit«) enthält. Die Temperatur kommt also nicht dem menschlichen System an sich zu, sondern bezeichnet unsere Kenntnis des Systems. An dieser Stelle unterscheidet sich die atomistische Wärmelehre grundlegend von der klassischen Physik, und der Umstand, dass hier zum ersten Male unsere Kenntnis eines Systems zur physikalischen Gegebenheit wird, veranlasst uns, die atomistische Wärmelehre dem nächsten Bereich der Wirklichkeit zuzuordnen, in dem die Vorgänge nicht mehr ohne Vorbehalt als objektives Geschehen in den Raum und die Zeit projiziert werden können. Eine unmittelbare Folge dieses Umstandes besteht auch darin, dass eine eindeutige Determinierung zukünftiger Vorgänge in der atomistischen Wärmelehre unmöghch ist. Denn wenn uns die Temperatur eines Körpers gegeben ist, so bedeutet dies eben einen bestimmten Grad von Kenntnis und Unkenntnis über das mechanische Verhalten der Atome, und für ihre zukünftige Bewegung lässt sich nur die Wahrscheinlichkeit angeben, mit der ein bestimmter Vorgang eintritt.

Die Erfahrungen der Forschung des vergangenen Jahrhunderts über die Wärme stellen uns also vor folgende eigenartige Situation: Man kann einerseits Wärme und Temperatur als neue objektive Qualitäten der Materie hinnehmen und ihre Gesetzmässigkeiten studieren. Dann verzichtet man allerdings auf den Zusammenhang zwischen Wärme und atomarer Bewegung, der doch aus vielen Erscheinungen unmittelbar zu erkennen ist. Oder man kann die Bewegungen der Atome im Sinne der klassischen Physik idealisieren; auch dann scheint es sich einfach um objektive Vorgänge in Raum und Zeit zu handeln. Schliesslich aber kann man aus vielen Erfahrungen folgern, dass die Begriffe »Wärme« und »Temperatur« etwas für die mechanische Bewegung der Atome bedeuten müssten. Dann lässtt sich zwar der Begriff Wärmemenge objektivieren; die Temperatur aber sagt etwas aus über den wahrscheinlichen Zustand des atomaren Systems, d. h. über unsere Kenntnis des Systems. Die Temperatur kommt den Körpern also nicht mehr »an sich« zu, und wir werden von neuem daran erinnert, dass die Welt, über die wir sprechen können, nicht die Welt »an sich«, sondern die von uns gewusste Welt ist.

Die geschilderte Situation in der Theorie der Wärme könnte nun etwa zu folgender Vermutung führen: Die zur Beschreibung der Qualitäten gebildeten Begriffe, wie etwa »Temperatur«, seien nur beschränkt anwendbar - etwa nur auf Systeme aus unzählbar vielen Atomen, unter geeigneten Bedingungen usw. -, aber sie bezeichnen nicht eigentlich das wirkliche Verhalten der Körper. Es handele sich vielmehr um statistische Begriffe (- wie etwa »das Lebensalter der Menschen« -), die ihrer Entstehung nach nur unter geeigneten Voraussetzungen angewendet werden können. Dieser mit statistischen Begriffen beschreibbaren Welt liege aber eine objektive Realitat zu Grunde, nämlich die Lage und die Bewegung der Atome. Die mechanischen Begriffe wären also vor den Qualitäten dadurch ausgezeichnet, dass sie das eigentlich reale Geschehen erfassen könnten.

Diese Vermutung hat sich als unrichtig erwiesen, und zwar durch die Erfahrungen, die in den letzten Jahrzehnten über die Zusammenhänge zwischen chemischen Eigenschaften und atomarer Bewegung gesammelt worden sind. Bevor über diese Erfahrungen gesprochen wird, muss übrigens betont werden, dass es wohl auch sehr unbefriedigend wäre, zu glauben, dass vom ganzen Reichtum der menschlichen Sprache einzig und allein die Begriffe der Mechanik geeignet wären, das »eigentliche« Verhalten der Welt zu schildern.

b) Die chemischen Gesetze

Die Entwicklung der Chemie weist schon rein äusserlich manche Ähnlichkeit mit der Entwicklung der Wärmelehre auf; in den letzten Jahrzehnten des vergangenen Jahrhunderts haben sich beide Entwicklungen sogar gemeinsam vollzogen. Auch die Chemie beginnt mit einer phänomenologischen Beschreibung der Zusammenhänge, also mit einer Objektivierung der beobachteten chemischen Qualitäten. So entstehen etwa die Begriffe: sauer - alkalisch, Verbindung - Element, fest - flüssig, kristallin - amorph usw. Die Atomhypothese erweist sich als die natürlichste Methode, um die gefundenen Zusammenhänge zu ordnen. Dem Atom müssen dabei spezifische Kräfte, die sogenannten Valenzen zugeschrieben werden, mit denen es Nachbaratome binden kann; Atom- und Valenzbegriff zusammen geben in der Hauptsache schon das Gerüst, mit dessen Hilfe das Gebäude der Chemie errichtet werden kann.

Die elektrochemischen Erfahrungen nötigten weiter zu der Annahme, dass die Atome bestimmte elektrische Ladungen anzunehmen im Stande seien; die natürlichste geometrische Ausdeutung dieses Sachverhalts bestand wieder in der Hypothese, die Atome seien aus elektrisch geladenen Elementarbausteinen zusammengesetzt. Die Entwicklung der Chemie führte also die Forschung von selbst dahin, die Beziehungen zwischen den chemischen Qualitäten und dem mechanischen und elektrischen Verhalten der Elementarteilchen zu untersuchen. Dabei war es für den Ausbau der Chemie nicht unbedingt notwendig, die Atomhypothese in dieser Weise wörtlich zu nehmen. Da die Grösse der Atome in die meisten chemischen Gesetze nicht eingeht, konnte der Atombegriff als reine Arbeitshypothese angesehen werden, die chemischen Kräfte wurden dann als solche hingenommen und nicht weiter erklärt. Aber die zunehmende Verfeinerung der Beobachtungsmittel brachte die Atome und die Elementarteilchen unmittelbar in den zugänglichen Erfahrungsbereich, sodass der Frage nach dem Zusammenhang zwischen den chemischen Gesetzen und dem mechanischen Verhalten der Elementarteilchen nicht mehr auszuweichen war.

Auf dem Boden dieser Situation entstand die Bohr'sche Atomtheorie. Sie enthält das Ergebnis aller der Erfahrungen, die lehren, dass das Atom sich in vieler Hinsicht wie ein mechanisches System aus elektrischen Elementarladungen verhält. Das Atom des chemischen Elementes kann nicht als die unteilbare letzte Materieeinheit betrachtet werden, sondern gilt als zusammengesetzt aus den elektrischen Elernentarteilchen: Elektron, Proton usw. (- Es kann vielleicht als ein unglücklicher Zufall betrachtet werden, dass das Wort Atom durch die historische Entwicklung der kleinsten Materieeinheit eines chemischen Elementes zugefallen ist, während es, der griechischen Bedeutung des Wortes nach, den Elementarteilchen vorbehalten sein sollte. -) Die Bohr'sche Theorie löst in der Verbindung mit der modernen Quantentheorie die Aufgabe, die chemischen Qualitäten der Materie auf das mechanische oder elektrische Verhalten der Atome zurückzuführen. Allerdings gilt diese Feststellung nur mit der Einschränkung, dass das mechanische Verhalten der Elementarteilchen im Atom nicht mit den begrifflichen Mitteln der klassischen Physik behandelt werden kann. Es ist also wohl richtiger zu sagen: die Bohr'sche Theorie führt das chemische Verhalten der Stoffe auf einfache Gesetzmässigkeiten für die Elementarteilchen zurück, die mathematisch exakt festgelegt werden können wie die Gesetze der klassischen Physik, und die ausserdem in einer engen inhaltlichen Beziehung zu jenen Gesetzen stehen. Die Art dieser »engen inhaltlichen Beziehung« ist für das Verhältnis dieses zweiten Wirklichkeitsbereichs der Chemie zu dem der klassischen Physik entscheidend.

Die Gesetze der Quantentheorie haben etwa die folgende Form: Der »Zustand« eines atomaren Systems kann durch bestimmte »Zustandsgrössen« oder »Zustandsfunktionen« beschrieben werden; diese Zustandsgrössen stellen aber nicht unmittelbar einen Vorgang oder eine Situation in Raum und Zeit dar, wie die der klassischen Mechanik; es sind nicht etwa einfach die Orte und die Geschwindigkeiten der Teilchen, die einen Zustand charakterisieren. Sondern diese Grössen haben insofern eine gewisse Verwandtschaft mit dem Temperaturbegriff, als sie uns im allgemeinen nur Auskunft darüber geben, mit welcher Wahrscheinlichkeit gewisse Orte und Geschwindigkeiten der Elementarteilchen erwartet werden können, wenn eine Beobachtung dieser Grössen vorgenommen wird. Ausserdem sind diese Zustandsgrössen vielseitiger als die der klassischen Theorie. Die Atome haben ja noch andere Eigenschaften als die von mechanischen Systemen der klassischen Physik, insbesondere Eigenschaften, die mit den »sinnlichen Qualitäten« der Dinge zu tun haben. Die Zustandsgrössen enthalten auch noch Angaben über die Wahrscheinlichkeit bestimmter Werte dieser anderen Eigenschaften; z. B. die Wahrscheinlichkeit für eine bestimmte Farbe oder fur eine chemische Affinität des Atoms. Die Zustandsgrösse kann nicht selbst mit einem anschaulichen Begriff etwa von der Art: Ort, Geschwindigkeit, Farbe, Temperatur verknüpft werden. Sondern sie kann nur sozusagen im Hinblick auf solche anschaulichen Eigenschaften analysiert werden und bezeichnet dann die Wahrscheinlichkeit dafür, dass jene Eigenschaft, die beobachtet werden soll, ganz bestimmte Werte annimmt. Dabei kann die Wahrscheinlichkeit in besonderen Fällen der Sicherheit beliebig nahe kommen und in diesen Fällen kann daher gesagt werden, dass die Zustandsgrösse eine bestimmte objektive Eigenschaft des Systems bezeichne; aber auch dann enthält die Zustandsgrösse mehr als die Bezeichnung der betreffenden Eigenschaft, und dieses »mehr« ist nicht ein »objektiver« Tatbestand.

An diesern Verhältnis sind zwei Züge besonders wichtig: Der Umstand, dass die Zustandsgrösse mit der Gesamtheit ihrer Aussagen nicht selbst einen objektiven Sachverhalt in Raum und Zeit bezeichnet, und die Notwendigkeit, durch die Beobachtung jene »Analyse« der Zustandsgrösse vorzunehmen, die ihren Zusammenhang mit der Wirklichkeit vermittelt.

Was zunächst den ersten Punkt betrifft, die Unmöglichkeit, die Zustandsgrössen im gewöhnlichen Sinne zu objektivieren, so folgt diese Unmöghchkeit am deutlichsten aus dem abstrakten mathematischen Charakter dieser Grössen. Sie sind häufig formal dargestellt durch Funktionen in mehrdimensionalen abstrakten Räumen, die also sicher nicht unmittelbar einen Vorgang in Raum und Zeit unserer Anschauung bedeuten können. Der Zustandsbegriff der Quantentheorie ist wesentlich abstrakter, als etwa der Temperaturbegriff der Wärmelehre, der sich doch an eine sinnliche Vorstellung anlehnt. Aber erst durch diese Abstraktheit entsteht der Reichtum, der die Zustandsgrösse befähigt, zu sinnlichen Qualitäten ganz verschiedener Art in Beziehung zu treten, über sie etwas auszusagen. Die Zustandsgrösse bezeichnet also im allgemeinen nicht eine bestimmte den Sinnen zugängliche Eigenschaft des Systems, sondern eine besonders geartete Fülle von Möglichkeiten für alle sinnlich wahrnehrnbaren Eigenschaften.

Aus den Möglichkeiten entsteht etwas Objektives erst durch den Akt der Beobachtung. Man versteht hieraus, dass der Akt der Beobachtung und der Eingriff, der zur Beobachtung notwendig ist, einen entscheidenden Zug der quantentheoretischen Zusammenhänge bedeutet. Die Beobachtung verändert im allgemeinen den Zustand des Systems: Einerseits durch den Eingriff, der die Beobachtung ermöglicht und der in dem Gebiet, in dem es sich um die unstetigen Änderungen der kleinsten Materieeinheiten handelt, nicht mehr beliebig klein gemacht und nicht mehr in seinen Auswirkungen genau kontrolliert werden kann. Andererseits dadurch, dass jede Beobachtung unsere Kenntnis des Systems verändert; und da der Inhalt, der rationell mit dem Begriff: »Zustand des Systems« verbunden werden kann, eben eine Kenntnis des möglichen oder wahrscheinlichen Verhaltens ist, so wird durch die Beobachtung unstetig verändert, was wir »Zustand« nennen müssen.

Dieser Eingriff der Beobachtung hat ferner zur Folge, dass nicht alle Eigenschaften des Systems gleichzeitig objektiviert werden können. Vielmehr stehen die einzelnen Eigenschaften vielfach in »komplementären« Verhältnissen zueinander. Damit ist gemeint, dass die Objektivierung, d. h. die beobachtende Festlegung einer bestimmten Eigenschaft die Kenntnis bestimmter anderer Eigenschaften ausschliesst. Durch die Beobachtung einer bestimmten Eigenschaft des Systems wird der Zustand so verändert, dass eine etwa von früheren Beobachtungen übriggebliebene Kenntnis über den Wert oder den wahrscheinlichen Wert einer anderen Eigenschaft dabei verlorengeht.

Was von einem atomaren System gewusst werden kann, also der Inhalt der Zustandsfunktion, kann damit genauer so beschrieben werden: Die Zustandsfunktion bezeichnet zunächst nur Wahrscheinlichkeiten dafür, dass ein bestimmtes Resultat gefunden werden wird, wenn eine Eigenschaft des Systems untersucht wird. Die Wahrscheinlichkeit kann für einzelne Eigenschaften der Sicherheit gleichkommen. Dann bezeichnet die Zustandsgrösse in dieser Hinsicht einen objektiven Sachverhalt. Es gibt aber stets andere komplernentäre Eigenschaften des Systems, für die die Kenntnis der Zustandsfunktion keinen objektiven Sachverhalt vermittelt. Für diese anderen Eigenschaften gibt die Zustandsfunktion wieder nur die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass etwas Bestimmtes gefunden würde, wenn eine Beobachtung jener anderen Eigenschaften vorgenommen würde. Eine solche Beobachtung wird aber erst ermöghcht durch einen äusseren Eingriff. Dieser Eingriff verändert das System in der Weise, dass die gesuchte neue Eigenschaft objektiviert werden kann, womit aber gleichzeitig die Objektivierung der vorher bekannten Eigenschaft verloren geht. Das Resultat der neuen Beobachtung führt also zu einer neuen Kenntnis und, als Darstellung dieser Kenntnis, zu einer entsprechenden neuen Zustandsfunktion, die nun andere Eigenschaften des Systems objektiviert, als die frühere.

Diesen verwickelten Sachverhalt kann man durch Beispiele verständlicher machen. Es kann etwa das chemische Verhalten eines Stoffes bekannt sein. Z. B. sei festgestellt, dass ein bestimmtes Gas chemisch reiner Wasserstoff bei bekannter Temperatur sei; von ihm ist damit bekannt, dass er etwa mit Sauerstoff unter Abgabe einer ganz bestimmten Wärmemenge zu Wasser verbrennen kann. Diese Feststellungen vermitteln einen gewissen Grad von Kenntnis über den Zustand der einzelnen Moleküle, der in einer Zustandsfunktion aufgeschrieben werden kann. In diesem Zustand der Moleküle können die geometrischen Eigenschaften des Atoms, d. h. die Stellung oder die Bewegung der Elektronen, die das Molekül zusammensetzen, nicht objektiviert werden. Man kann dies so ausdrücken, dass man die Bewegung der Elektronen in diesem Zustand als prinzipiell unbekannt bezeichnet. Es ist aber wohl richtiger zu sagen, dass es solche Bewegungen in diesem Zustand gar nicht gibt, denn unter »Bewegung« verstünden wir einen objektiven Vorgang in Raum und Zeit. Man kann aber natürlich Experimente anstellen, die über die Bewegung der Elektronen im Molekül Aufschluss geben. Durch ein solches Experiment wird der Zustand des betreffenden Moleküls so verändert, dass nunmehr von Elektronenorten im Raum zu gegebener Zeit gesprochen werden kann; aber das chemische Verhalten des Moleküls kann jetzt nicht mehr objektiviert werden. Etwa seine Bindungswärme mit Sauerstoff ist jetzt prinzipiell unbekannt; das Ergebnis eines Experiments zu ihrer Bestimmung könnte nur statistisch vorhergesagt werden, und man kann diesen Sachverhalt radikal ausdrücken, indem man sagt: Es hat keinen Sinn, in diesem neuen Zustand von einer bestimmten Bindungswärme zu sprechen.

Wenn früher gesagt worden ist, dass die Bohr'sche Theorie das chemische Verhalten der Materie auf die Bewegungen der kleinsten Teile, der Elektronen, zurückführe, so erkennt man jetzt, dass der in der Quantentheorie niedergelegte Sachverhalt in einer scheinbar entgegengesetzten Form ausgesprochen werden kann: Man darf behaupten, die Quantentheorie habe geradezu gezeigt, dass die chemischen Gesetze einen selbständigen neuen Zusammenhang darstellen, der nicht durch die mechanischen Bewegungen kleinster Teilchen erklärt werden könne. Denn tatsächlich schliessen sich die chemischen Zusammenhänge aus von den mechanischen - in dem Sinn, dass der Zustand eines Atoms, in dem wir sein chemisches Verhalten kennen, nicht durch mechanische Bewegungen der Atombausteine beschrieben werden kann, während umgekehrt eine genauere Kenntnis des mechanischen Verhaltens der Elektronen die Kenntnis der chemischen Eigenschaften unmöglich macht. Der früher ausgesprochene Satz, dass die Bohr'sche Theorie das chemische Verhalten oder allgemeiner: die sinnlichen Qualitäten der Materie auf Bewegungen der kleinsten Teile zurückführe, ist also in dem Sinne aufzufassen, dass durch die moderne Atorntheorie bis in alle Einzelheiten klargestellt worden ist, wie die chemischen Zusammenhänge mit den schon früher bekannten mechanischen oder allgemeiner physikalischen Gesetzen zusammenpassen. Gleichzeitig hat die Atomtheorie den chemischen Gesetzen ihre wohl endgültige mathematische Form gegeben.

Die chemischen Gesetze müssen so lückenlos mit den physikalischen (d. h. mechanischen, elektrischen, optischen) Gesetzmässigkeiten zusammengefügt sein, dass Widersprüche auch in den entferntesten Folgerungen nie eintreten können; dies drückt sich in ihrer mathematischen Formulierung darin aus, dass die Zusammenhänge der klassischen Physik, also jene Zusarnmenhänge, die sich unmittelbar auf objektive Vorgänge in Raurn und Zeit beziehen, als Grenzfälle in den allgemeineren der Quantentheorie enthalten sind. Der Bereich der klassischen Physik erscheint von diesem formalen Standpunkte aus als ein Spezialfall, ein Teil des allgemeineren Bereichs der in der Quantentheorie niedergelegten Gesetze. Grundsätzlich allerdings schafft umgekehrt die klassische Physik erst die Voraussetzung für die Formulierung der quantentheoretischen Zusammenhänge. Denn mittelbar müssen sich auch diese quantentheoretischen Gesetze auf objektive Vorgänge in Raum und Zeit beziehen, da ja im Gebiet des materiellen Geschehens zunächst sinnvoll nur über in diesem Sinn objektive Vorgänge gesprochen werden kann. Die klassische Physik bildet gewissermassen einen integrierenden Bestandteil der Sprache, mit deren Hilfe erst die Zusammenhänge der Quantentheorie ausgedrückt werden können. Das im Lauf der Jahrhunderte sich entwickelnde Verständnis der Welt in einer wissenschaftlichen Ordnung kann daher mit der Erlernung der Sprache durch die Kinder wohl verglichen werden: Zunächst bilden sich aus den einfachen Erfahrungen Begriffe, die aber nicht eigentlich die Wirklichkeit sondern Idealisierungen der Wirklichkeit darstellen; diese emfachen Begriffe sind die Voraussetzungen dafür, dass kompliziertere Zusammenhänge verstanden und kompliziertere Begriffe oder Idealisierungen gabildet werden. Diese Begriffe erst geben die Möglichkeit, über verwickeltere Sachverhalte zu sprechen und damit auch die Grenzen des Anwendungsbereichs der einfachen Begriffe festzulegen.

Das gegenseitige Verhältnis der chemischen Zusammenhänge und der spezielleren physikalischen Zusammenhänge stellt sich uns also in dieser Weise dar: Damit die chemischen Gesetze in ihrer Beziehung zu den physikalischen verstanden werden können, ist die Erweiterung des Rahmens der klassischen Physik zu dem der Quantentheorie notwendig. Die quantentheoretischen Gesetze sind denen der klassischen Physik übergeordnet: Sie umfassen diese als Grenzfall und enthalten ausserdem die Gesetze der Chemie und allgemeiner die Gesamtheit der Gesetzmässigkeiten, die sich auf die sinnlichen Qualitäten der Materie beziehen. Die quantentheoretischen Zusammenhänge gestatten damit auch nachträglich, die Grenzen der beiden Bereiche: Physik und Chemie festzulegen.

c) Die Grenzen der Bereiche

Es ist früher gesagt worden, dass die Newton'sche Mechanik den Bereich der Wirklichkeit, über den mit den Begriffen »Masse«, »Ort«, »Geschwindigkeit« usw. gesprochen werden kann, exakt darstelle. Daher entsteht die Frage, wie sich eine solche Behauptung im Hinblick auf die Gesetze der Quantentheorie noch verteidigen lasse. Offenbar könnten ja aus der Gü1tigkeit der klassischen Mechanik etwa für die Elektronen eines Atoms Schlüsse gezogen werden, die in der Erfahrung nicht zutreffen.

Dieser scheinbare Widerspruch wird in der Quantentheorie in folgender Weise aufgelöst: Die Gesetze der Mechanik können im allgemeinen erst dann eindeutig auf ein System angewandt werden, wenn die charakteristischen Bestimmungsstücke des Systems (z. B. die Orte und die Geschwindigkeiten aller Massenpunkte) genau bekannt sind. Diese Bestimmungsstücke stehen nun nach der Quantentheorie zum Teil in »komplementären« Verhältnissen, d. h. die genaue Kenntnis des einen schliesst der Kenntnis eines anderen aus. Eine vollständige Kenntnis eines mechanischen Systems in dem Sinne, in dem dies in der Newton'schen Mechanik gemeint war, lässt sich also überhaupt nicht erreichen. Was sich erreichen lässt, ist die Kenntnis eines »Zustandes« im quantentheoretischen Sinne, und diese bedeutet, soweit von den mechanischen Begriffen allein gesprochen wird, eine in bestimmtem Masse ungenaue Kenntnis der Bestimmungsstücke. Überall dort, wo nun nach den Regeln der klassischen Physik aus dieser ungenauen Kenntnis doch schon ein praktisch eindeutiger Schluss über bestimmte Eigenschaften des Systems gezogen werden kann, besteht dieser Schluss auch in der Quantentheorie und in der Erfahrung zu Recht. Dies ist der präzise Sinn der Aussage, dass die Newton'sche Mechanik den Bereich der Wirklichkeit, der mit den Wörtern Masse, Ort, Geschwindigkeit beschrieben werden kann, exakt darstelle. In den Fällen, in denen jedoch ein eindeutiger Schluss nicht möglich ist, bleiben auch in der klassischen Mechanik nur statistische Aussagen übrig. Diese statistischen Aussagen der klassischen Mechanik erweisen sich in der Erfahrung und damit in der Quantentheorie, die diese Erfahrungen darstellt, als unrichtig. Über die Häufigkeit mechanischer Gabilde kann die klassische Mechanik keine Auskunft geben; denn diese Häufigkeit wird im Gebiet atomarer Kleinheit durch die andersartigen Zusammenhänge bestimmt, die der Mechanik fremd sind und die gewissermassen in die durch die ungenaue Kenntnis der klassischen Bestimmungsstücke entstandene Lücken treten können.

Um ein Beispiel aus der Atomphysik zu nennen: Wenn von einem Elektron bekannt ist, dass es sich in einem Abstand der Grössenordnung ein zehnmillionstel Millimeter um ein Proton (einen Wasserstoffatomkern) mit einer Geschwindigkeit bewegt, die in der Gegend von einem Hundertstel der Lichtgeschwindigkeit liegt, so würde aus dieser Kenntnis in der klassischen Mechanik gefolgert werden, dass das Elektron irgendeine Energie besitze, die in der Grössenordnung vergleichbar ist mit der Bindungsenergie des Elektrons im Grundzustande des Wasserstoffatoms. In einem weiten Energiebereich waren alle Werte der Energie ungefähr gleich wahrscheinlich. In Wirklichkeit kann man aus der vorausgesetzten Kenntnis mit grosser Wahrscheinlichkeit schliessen, dass es sich um ein Elektron im Grundzustand des Wasserstoffatoms, d. h. um ein Elektron ganz bestimmter Energie handelt. Der statistische Schluss aus der klassischen Mechanik versagt also an der Erfahrung, da er die Existenz nichtmechanischer Zusammenhänge ausser Acht lässt; er vergisst in diesem Falle die chemischen Kräfte, die eine ganz bestimmte Bindungsenergie des Elektrons zur Folge haben.

Man kann dieses völlige Versagen der klassischen Mechanik bei der Bestimmung der Häufigkeit atomarer System als den zu allererst in die Augen fallenden Beweis für das Wirken nichtmechanischer Gesetzmässigkeiten in der Natur ansehen. Die Existenz stabiler Atome mit ganz bestimmten stets gleichen Eigenschaften (Bindungsenergien, chemischen Kräften, Farben usw.) in einer Anzahl, die mit der Gesamtzahl aller atomaren Systeme verglichen werden kann, ist für die klassische Mechanik völlig unverständlich und bildet den Beweis für Zusammenhänge anderer Art.

Andererseits wird die Nachprüfung der klassisch-physikalischen Gesetze am einzelnen Atom überall dort, wo eine eindeutige Prüfung möglich ist, die Gültigkeit der klassischen Gesetze genau bestätigen.

Die Gesetzmässigkeiten der Physik und der Chemie erscheinen, wenn man sie danach beurteilt, wie unmittelbar sie sich auf objektive Vorgänge in Raum und Zeit beziehen, als gleichgeordnet und der Gesamtheit quantentheoretischer Zusammenhänge untergeordnet. Trotzdem wird eine gewisse Rangordnung dieser beiden Gesetzesgruppen erkennbar, wenn man nach dem Grad von Allgemeinheit fragt, mit dem ihr Wirken in der Natur in Erscheinung tritt. Während nämhch die Gesetze der klassischen Physik stets deutlich sichtbar walten, wo immer sich materielle Vorgänge abspielen, sind die eigentlich »chemischen« Vorgänge an speziellere äussere Bedingungen geknüpft. So können zum Beispiel in der bei höchsten Temperaturen und unter ungeheurem Druck glühenden Materie des Sterninneren nach unseren heutigen Kenntnissen chemische Vorgange im eigentlichen Sinne nicht ablaufen. Jene vollständigen und oft plötzlichen Änderungen in der Struktur der Materie, die bei der Durchmischung verschiedenartiger Stoffe auftreten können - etwa als Verbrennung, Kristallisation, Lösung - und die wir »chemisch« nennen, sind in dem Gebiet extremer Temperaturen und Drucke unmöglich, da sich hier überhaupt nicht mehr stabile Atome zu Molekülen oder zu fester oder flüssiger Materie zusammenfügen. Man kann von »chemischen« Vorgängen dort höchstens noch im Hinblick auf die Atomkerne sprechen, doch handelt es sich hierbei nicht um Prozesse, die man im üblichen Sinne »chemisch« nennen würde. Da manche astronomische Erfahrungen darauf hindeuten, dass in jenem unseren anschaulichen Begriffen schon halb entzogenen Zustand der Welt vor etwa fünf Milliarden Jahren die ganze Materie des Weltalls auf einen verhältnismässig kleinen Raum konzentriert unter höchsten Temperaturen geglüht hat, so muss vermutet werden, dass das chemische Geschehen sich erst allmählich bei der Abkühlung der nun schon zu Sternen zusammengeballten Materie an der Oberfläche der Sterne zu entwikkeln begonnen habe - ähnlich wie erst in einem noch viel späteren Stadium unter noch viel spezielleren Bedingungen auf einem oder vielleicht auf vielen Sternen das Leben begonnen haben muss. Wir werden also zu dem Schluss gedrängt: Während die chemischen Gesetze - oder die der Physik und Chemie übergeordneten Gesetze der Quantentheorie - zeitlos »gelten« (denn sonst könnte garnicht von einem »Gesetz« gesprochen werden), sind die speziellen Vorgänge, die wir als chemisch bezeichnen, erst allmählich in der Entwicklung des Weltalls aufgetaucht.

Noch von einem anderen Gesichtspunkt aus können die chemischen Gesetzmässigkeiten als eine an speziellere Bedingungen geknüpfte »höhere« Organisationsform der Materie angesehen werden: Chemische Vorgänge können sich nur an Materiestücken abspielen, die eine gewisse Mindestgrösse überschreiten. Ein einzelnes Molekül stellt jedenfalls die untere Grenze für chemisches Geschehen dar; denn ein einzelnes Elektron, das eigentliche Elementarteilchen, kann keine chemischen Prozesse mehr durchmachen, es besitzt weder Valenzkräfte noch Bindungsenergien oder sonst irgendwelche chemische Eigenschaften. Dabei kann diese untere Grenze für die Grösse der Materiestücke, an denen chemische Vorgänge beobachtet werden können, nicht scharf festgelegt werden: sobald man sich dieser unteren Grenze nähert, wird vielmehr der Begriff »chemischer Vorgang« fragwürdig. Nur wenn man durch willkürliche und künstliche Definitionen diesen Begriff schärfer fasst, als es seinem Wesen entspricht, kann jene untere Grenze genauer bestimmt werden. Auch hier gilt fur die Grenzen der Chemie etwas Ähnliches wie für die Grenzen des Lebens: Im Gebiet der kleinsten Organismen kann ja auch die Frage, ob ein bestimmtes Gebilde ein »lebendes Wesen« oder ein Stück »toter Materie« sei, nur durch willkürliche Definitionen beantwortet werden.

Die Schwierigkeit, die chemischen Vorgänge im Gebiet der kleinsten Materieeinheiten von rein mechanischen Vorgängen zu trennen, hat auch zur Folge, dass der Bereich der chemischen Zusammenhänge nicht im gleichen Sinne als abgeschlossen gelten kann, wie der der klassischen Physik. Die Chemie geht vielmehr kontinuierlich über in Mechanik und Elektrik - mit denen sie aber doch wieder nur vereint werden kann, wenn man die Forderung, stets nur von objektiven Vorgängen in Raum und Zeit zu sprechen, aufgibt zugunsten der Anerkennung allgemeiner quantentheoretischer Zusammenhänge. Es scheint daher richtig, die Quantentheorie als den nachsthöheren, der klassischen Physik übergeordneten Bereich zu betrachten, die Chemie dagegen nur als eine besondere Projektion dieses Bereichs in die Ebene der objektiven raum-zeitlichen Vorgänge.

Die klassische Physik stellt die Idealisierung der Wirklichkeit dar, bei der nur von objektiven materiellen Vorgängen in Raum und Zeit gesprochen wird - unabhängig von der Frage, wie diese Vorgänge etwa festgestellt werden können. Die Quantentheorie umfasst einen weiteren Bereich der Wirklichkeit: Sie kann betrachtet werden als die Idealisierung, bei der man einen Zustand durch die Angabe beschreibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit gewisse materielle, raumzeitliche Vorgänge ablaufen, wenn sie (durch äussere Eingriffe) der Beobachtung zugänglich gemacht werden: also jene Idealisierung, bei der die Wirklichkeit in jedem Augenblick als eine bestimmte Fülle von Möglichkeiten zur objektiven Realisierung erscheint.

d) Der Zufall

So wie alles Erkennen und Bezeichnen, und damit die ganze Sprache auf der Wiederholung beruht, d. h. auf der Möglichkeit, unter verschiedenen Umständen etwas »Gleiches« zu finden, so nimmt auch die wissenschaftliche Ordnung der Welt von der Wiederholung, von der Gesetzmässigkeit ihren Ausgang. Ganz allgemein basiert schon der mit der Sprache unternommene Versuch, etwas »Objektives« darzustellen, auf der durch den Erfolg gerechtfertigten Voraussetzung, dass eine feste Kette von Ursache und Wirkung vom »Objekt« zu uns und, wenn wir handeln, von uns zum Objekt führe. Denn ohne diese feste Kausalkette könnte nicht von einer »Wahrnehmung« auf einen bestimmten »Vorgang« geschlossen werden, und jeder Verständigung über das, was geschieht, wäre die Grundlage entzogen.

Dieser Situation wird die klassische Physik insofern gerecht, als sie die Darstellung objektiver Vorgänge in Raum und Zeit von Anfang an mit der Voraussetzung der völligen Determiniertheit dieser Vorgänge verbindet. Sie entwirft das Bild von räumlichen, von der Aussenwelt abgeschlossenen materiellen Systemen, deren zeitlicher Ablauf für alle Zukunft aus ihrem gegenwärtigen Zustand bestimmt ist.

Im Gegensatz zu dieser Idealisierung führt der Zustandsbegriff der Quantentheorie in der Frage der Determiniertheit der Naturvorgänge eine völlig neue Situation herbei. An die Stelle des abgeschlossenen Systems als etwas in Raum und Zeit vor sich gehenden tritt hier die Gesamtheit möglicher Vorgänge in Raum und Zeit, die sich beim Beobachten des Systems, also bei seiner Verbindung mit der Aussenwelt, abspielen. Vollständige Determiniertheit könnte hier höchstens dann erwartet werden, wenn ausser dem Zustand des Systems auch die Einzelheiten des zur Beobachtung notwendigen Eingriffs als gegeben angesehen werden könnten. Die genaue Kenntnis dieser Einzelheiten wäre aber wiederum nur dann durch eine genaue Beobachtung der den Eingriff verursachenden Beobachtungsmittel zu erreichen, wenn diese Beobachtung nicht selbst wieder von einem unkontrollierbaren Eingriff abhinge - in anderen Worten: man stösst hier auf einen regressus ad infinitum, der verhindert, dass die Forderung nach Determiniertheit der Naturvorgänge sinnvoll gestellt werden kann.

In dem Bereich der Wirklichkeit, dessen Zusammenhänge durch die Quantentheorie formuliert werden, führen die Naturgesetze also nicht zu einer vollständigen Festlegung dessen, was in Raum und Zeit geschieht; das Geschehen ist vielmehr (innerhalb der durch die Zusammenhänge festgelegten Häufigkeiten) dem Spiel des Zufalls überlassen. Der Zufall kann dabei innerhalb dieses Bereichs zunächst als »sinnlos« betrachtet werden - so hat auch Goethe in dem besprochenen Abschnitt der Farbenlehre das Wort Zufall aufgefasst; das Wort Sinn zielt ja auf eine unmittelbare Beziehung zu uns als denkende und leidende Wesen, über die hier, wo von Naturgesetzen die Rede ist, noch nicht gesprochen werden kann.

Auch kann nicht angenommen werden, dass die Geschehnisse, die hier dem Spiel des Zufalls usserlassen scheinen, etwa durch andersartige und übergeordnete Naturgesetze festgelegt wurden. Denn eine solche Festlegung müsste bedeuten, dass auch die Häufigkeiten der raum-zeitlichen Vorgänge bei gegebenen quantentheoretischen Bedingungen unter Umständen anders sind als nach den quantentheoretischen Regeln zu erwarten - d. h. dass diese Regeln noch nicht die richtigen Naturgesetze darstellen. Dies ist aber wegen der vielfachen genauen Bestätigungen dieser Regeln nicht wahrscheinlich. Allerdings erscheint auch diese Frage in einer neuen Beleuchtung, wenn man daran denkt, dass es vielleicht Systeme oder richtiger: Kenntnisse von Systemen gibt, auf die der Zustandsbegriff der Quantentheorie nicht mehr angewendet werden kann. Solche Systeme wären offenbar durch die Wahrscheinlichkeitsaussagen der Quantentheorie nicht mehr gebunden und könnten sich daher Zusammenhängen ganz anderer Art unterordnen. In diesem Sinne - und auch nur in diesem Sinne - kann gesagt werden, dass die heutige Physik die Möglichkeit offen lasse, dass gewisse Vorgänge, die nach den uns bekannten Naturgesetzen dem Spiel des Zufalls zu folgen scheinen, vielleicht durch übergeordnete Zusammenhänge determiniert werden.

Die Entscheidung dieser Frage muss in jedem einzelnen Fall der Erfahrung überlassen bleiben. Ein Beispiel, an dem die Tragweite der Frage und ihre Entscheidungsmöglichkeit gut beurteilt werden kann, ist die Bildung der Kristalle einerseits, der lebendigen Organismen andererseits. Dass etwa dort, wo flüssige Materie durch Abkühlung erstarrt, feste Kristalle entstehen, wird durch die in der Atomphysik niedergelegten Naturgesetze verständlich. Nicht nur die Tatsache, dass die Atome sich in Reih und Glied zum festen Stoff ordnen, sondern auch die spezielle Art der Ordnung, die Symmetrien, die Struktur des Kristalls kann aus den atomaren Gesetzen abgeleitet werden. Aber die besondere äussere Form des einzelnen Kristalls bleibt nach den uns bekannten Gesetzen dem Spiel des Zufalls überlassen; selbst wenn genau die gleichen äusseren Bedingungen für die Bildung eines Kristalls wiederhergestellt werden könnten, so wäre doch die Form des gewachsenen Kristalls nicht immer die gleiche: Der in kalter Luft abgekuhlte Wassertropfen erstarrt zum Schneekristall. Die Symmetrie des Kristalls wird, wenn keine äusseren Störungen auftreten, stets die des Sechsecks sein; aber die besondere Form des kleinen Kristallsterns wird durch kein Naturgesetz vorher bestimmt; innerhalb der durch die sechseckige Symmetrie, die Grösse des Tropfens, die Art der Abkühlung usw. bestimmten Grenzen entwirft der Zufall die unendlich vielfachen Muster der Sternchen und Plättchen, die uns ebenso kunstvoll dünken wie die Bilderfolge eines Kaleidoskops.

In diesem Beispiel bietet auch die Erfahrung keinen Anhaltspunkt dafür, dass etwa die Bildung der Schneekristalle durch höhere Zusammenhänge an ganz bestimmte Formen gebunden sei. Wir dürfen hier also wohl an das Spiel des Zufalls glauben, obwohl wir grundsätzlich zu diesem Schluss nicht gezwungen sind; denn man kann wohl nicht behaupten, dass der quantentheoretische Zustand des Wassertropfens vor und während der Kristallbildung wirklich bekannt sei. Ein Zwang zur Anerkennung des Zufalls liegt (unter der Annahme, dass die quantentheoretischen Gesetze richtig seien) nur in solchen Beispielen vor, bei denen der quantentheoretische Zustand mit Sicherheit bekannt ist; man denke etwa an einen radioaktiven Stoff, bei dem sicher bekannt ist, dass praktisch alle Atomkerne sich in ihrem Normalzustand befinden. Die Aussendung der radioaktiven Teilchen muss hier (innerhalb der quantentheoretischen Häufigkeit) dem Spiel des Zufalls usserlassen sein, wenn die Quantengesetze zu Recht bestehen.

Auch wenn wir glauben, dass das Wachstum eines einzelnen Kristalls nicht vorherbestimmt gewesen sei, dass also ebensogut ein etwas anderer Kristall hätte entstehen können, so ist damit doch noch nichts über die Frage entschieden, ob der Zufall, dem der Kristall seine Form verdankt, »sinnlos« gewesen sei. Denn die Bildung eines Kristalls ist ein historischer Akt, der nicht mehr rückgängig gemacht werden kann-und der als solcher eine wichtige Rolle auch im Zusammenhang unseres Lebens oder der Welt spielen kann, selbst wenn er nicht vorherbestimmt gewesen ist. Zusammenhänge einer Art, die uns berechtigt das Wort »Sinn« zu verwenden, können sich auch an Ereignisse anknüpfen, die ohne jeden Grund auch anders hätten ablaufen können.

Vergleicht man nun mit der Bildung der Kristalle die Entstehung lebendiger Organismen, so stösst man bei genauerer Untersuchung (trotz oberflächlicher Analogien) auf eine völlig andere Situation. Obwohl die Gesetze der Atomphysik wahrscheinlich ein bis in alle Einzelheiten vollständiges Verständnis für die komplizierten chemischen Verbindungen vermitteln können, aus denen die Organismen aufgebaut sind, so erscheint doch ein lebendiges Wesen als eine vom Standpunkt der Atom-physik ungeheuer unwahrscheinliche Anordnung von Atomen. Und selbst wenn eine solche (uns gar nicht genau bekannte) Anordnung einmal als gegeben hingenommen und die Frage gestellt wurde, wie sich ein solches System im Wechselspiel mit der Umwelt im Lauf der Zeit weiterentwickle, so wurde die Atomphysik wahrscheinlich eine Folge von Veränderungen vorhersagen, deren Verlauf nach einiger Zeit in der gewöhnlichen Sprache als Tod und Verwesung bezeichnet wird. Jedenfalls ist wohl kein Zug der quantentheoretischen Gesetze bekannt, der irgendeine Erklärung für die Gestaltung der Organismen darböte. Das Grenzgebiet zwischen Biologie, Chemie und Atomphysik ist noch nicht genügend durchforscht, um mit Sicherheit die Annahme ausschliassen zu können, dass die Gesetze des organischen Lebens aus denen der Atomphysik folgen. Aber viele Forscher neigen wohl zu der Ansicht, dass es sich bei den Gesetzen des organischen Lebens »um Zusammenhänge andererArt« handelt, die nicht schon in denen der Atomphysik enthalten sind. Die »Kräfte« der Natur, die im Stande sind die Kristalle zu bilden, wären also dann zwar fähig, die komplizierten chemischen Verbindungen zu formen, aus denen der Organismus entsteht, aber das reine Spiel dieser Kräfte und des Zufalls genügt nicht, um den Organismus als Ganzes verständlich zu machen. Dies würde bedeuten, dass - so wie es auch Goethe in seiner Ordnung der Wirklichkeit angenommen hat - die Gesetze des organischen Lebens erst dem nächsthöheren Bereich der Wirklichkeit angehören, der sich zu dem der Quantentheorie ähnlich verhält, wie die Quantentheorie zur klassischen Physik. Dieser Standpunkt, der in präziser Form zuerst von Bohr ausgesprochen worden ist, soll der Ausgangspunkt für die folgenden Betrachtungen über das organische Leben sein.

Zwei Wege sind zum Verständnis der chemisehen Erscheinungen eingeschlagen worden: Die Forschung hat einerseits die chemischen Verwandlungen der Stoffe als objektive Vorgänge geschildert, ihre Regelmässigkeiten verfolgt und ist so zu einer bis zu den letzten Einzelheiten sorgfältigen Beschreibung der Phänomene und ihrer Zusammenhänge vorgedrungen. Sie ist auf diesem Wege allerdings auf die Schwierigkeit gestossen, dass im Gebiet kleinster Materieteilchen keine scharfe Grenze zwischen chemischen und mechanisch-elektrischen Vorgängen gezogen werden kann, dass sich daher hier die chemischen Zusammenhänge einer abgeschlossenen Formulierung entziehen. Sie hat andererseits gerade den Zusammenhang zwischen den chemischen Vorgängen und den Bewegungen, dem Kräftespiel der kleinsten Teilchen zum Ausgangspunkt des Verständnisses gewählt und ist auf diese Weise zur exakten Fassung der chemischen Gesetze gelangt, musste dabei jedoch an einigen Stellen das Ideal der »Objektivierung« des Geschehens aufgeben.

Mit ähnlichen Zielen werden zwei Wege zum Verständnis des organischen Lebens eingeschlagen: Die sorgfältige Beschreibung lebendiger Vorgänge einerseits, ihre Analyse im Hinblick auf den Zusammenhang des Lebens mit physikalisch-chemischen Vorgängen andererseits. Vielleicht kann man noch von einem dritten Weg sprechen, zu dem es in niederen Bereichen kein Analogon gibt und der auf dem Umstand beruht, dass wir selbst lebendige Wesen sind und dass das Bewusstsein aufs Engste mit den Kräften verbunden zu sein scheint, die den Organismus zu einer Einheit zusammenhalten. An dieser Stelle muss die Frage offen gelassen werden, wie weit über das organische Leben überhaupt ohne direkte Beziehung auf das Bewusstsein gesprochen werden kann; vielleicht kann der Bereich der Wirklichkeit, der das organische Leben umfasst, nicht abgegrenzt werden von jenem weiteren Bereich, der in seinen der gewöhnlichen Sprache zugänglichen Teilen das Wissen von der menschlichen Seele einschliesst und dessen Raum erfüllt wird von dem Meer der unbewussten Vorgänge, das sich unter dem Wellenschlag des Bewusstseins bewegt. Doch soll einstweilen über diese Seite des Lebensproblems nicht gesprochen werden, da es sich hier um die Abgrenzung des organischen Lebens gegen den nächstniederen Bereich, der Physik und Chemie umfasst, handeln soll.

Das Grenzgebiet zwischen Biologie, Physik und Chemie ist erst in den letzten Jahrzehnten von der Wissenschaft erschlossen worden; von einem Verständnis der Lebensvorgänge, das sich etwa mit dem in der Quantentheorie erreichten Verständnis der chemischen Prozesse vergleichen könnte, kann einstweilen nicht die Rede sein. Daher können auch die grundsätzlichen Probleme, die mit der Abgrenzung der Lebensvorgänge gegen Physik und Chemie zu tun haben und die unter den Gesichtspunkten: Vitalismus, Materialismus usw. aufgeworfen werden, noch keine Lösung finden. Der so oft unternommene Versuch, durch Betrachtungen allgemeiner, etwa erkenntnistheoretischer Art oder durch die Verallgemeinerung spezieller Erfahrungen zu einer Lösung dieser Probleme zu gelangen, kann bestenfalls die gestellten Fragen von einer bestimmten Seite beleuchten und einen kleinen Teil der Wahrheit ans Licht bringen. Aber im Ganzen kann der mühsame Weg der Forschung nicht übersprungen werden, und vielleicht müssen die Ergebnisse experimenteller Einzeluntersuchungen von vielen Jahrzehnten abgewartet werden, ehe ein einigermassen klares Bild vom Verhältnis der Lebensvorgänge zu den physikalisch-chemischen Prozessen entsteht.

Wenn man beabsichtigt, einen Gesamtplan von der wissenschaftlichen Ordnung der Wirklichkeit zu zeichnen, so muss man sich daher von vornherein darüber klar sein, dass die sachlichen Voraussetzungen nur in den niederen Bereichen bis zur Chemie zur genauen Ausführung des Planes genügen, dass aber das Bild der höheren Bereiche von der Biologie ab in unserer Zeit nicht viel genauer gezeichnet werden kann, als etwa das Kartenbild, das die Griechen zur Zeit Alexanders von den Ländern jenseits des Euphrat besassen.

Auch der in diesen Aufzeichnungen unternommene Versuch, von jenem Gesamtplan wenigstens die Umrisse zu entwerfen, muss sich daher hinsichtlich der Biologie damit begnügen, die bekannten Grundprobleme aufzuwerfen und die Möghchkeiten ihrer Lösung zu erörtern. Dabei scheint es mir, dass durch die Bohr'sche These, die Abgrenzung der biologischen gegen die physikalisch-chemischen Zusammenhänge könne ähnlich vorgestellt werden wie die Abgrenzung der Chemie gegen die Physik, eine Denkmöglichkeit entstanden ist, in der diese Abgrenzung ohne grobe Widersprüche gegen die Erfahrung oder gegen das wissenschaftliche Gewissen vorgenommen werden kann. Jedenfalls gestattet die Bohr'sche Annahme, auf die mit der Abgrenzung zusammenhängenden Grundfragen klare Antworten zu geben, die als Arbeitshypothesen dem weiteren Gang der Forschung nützlich sein können.

a) Die Beziehung zwischen den biologischen

und den physikalisch-chemischen Gesetzmässigkeiten

Bei der Betrachtung des organischen Lebens richtet sich die Aufmerksamkeit von selbst auf zwei charakteristische Merkmale, die sich an den höchstentwickelten wie an den primitivsten Lebewesen in gleicher Weise beobachten lassen: Einerseits verhält sich ein lebendiger Organismus völlig anders als die Gebilde, die wir als »tote Materie« bezeichnen - er vollzieht die verschiedenen Funktionen wie Stoffwechsel, Fortpflanzung usw., seine Entwicklung zeigt eine eigentümliche Stabilität gegenüber allen äusseren Störungen und sein Verhalten gewährt in vielen Einzelheiten den Eindruck, als sei es auf bestimmte Ziele gerichtet, einem im Plane des Organismus liegenden Zweck dienstbar. Wir empfinden bei jedem Lebewesen eine gewisse Verwandtschaft mit uns selbst. Andererseits kann das Lebewesen offenbar auch als ein physikalisch-chemisches System betrachtet, d. h. etwa mit einer komplizierten Maschine verglichen werden. Denn die verschiedenen Verhaltungsweisen des Organismus lassen sich dort, wo man ihren Hergang im Einzelnen verfolgen kann, stets auf physikalisch-chemische Vorgänge zurückführen. Zwar ist diese Zurückführung keineswegs überall gelungen, da man nicht überall das aufs feinste abgestimmte Wechselspiel der Wirkungen im Organismus verfolgen kann; aber es ist auch noch kein Vorgang bekannt geworden, der zeigte, dass die physikalisch-chemischen Prozesse sich im Lebewesen nach anderen Gesetzen vollziehen als in der toten Materie.

Dieser merkwürdige Sachverhalt hat seinen natürlichen Ausdruck gefunden in zwei entgegengesetzten Thesen, die über das Verhältnis der biologischen Gesetze zu denen der Chemie und Physik vertreten worden sind:

Der Vitalismus nimmt an, dass im lebendigen Organismus noch »Kräfte« oder ganzheitliche Strukturen wirksam seien, die in der toten Materie fehlen und die nicht als Folge der physikalisch-chemischen Zusammenhänge angesehen werden können. Diese Lebenskraft, die, wie gesagt wird, den Organismus erst eigentlich von der toten Materie unterscheidet, ist in früheren Zeiten wohl als eine Kraft im gewöhnlichen Sinne des Wortes gedacht worden, die als solche zu den physikalisch-chemischen Kräften im Lebewesen noch hinzuträte. Nach den Erfahrungen der modernen Biologie wird man jedoch eher geneigt sein, den Begriff der Lebenskraft, der eine zu enge Analogie zum Kraftbegriff der Physik andeutet, zu ersetzen durch einen Begriff, der das charakteristische Verhalten des Lebewesens als Einheit gegenüber dem physikahsch-chemischen Verhalten seiner Teile betont. In dieser Weise wird etwa von Driesch der Begriff Entelechie oder Ganzheit verwendet, wobei die Vorstellung vertreten wird, dass der physikalisch-chemische Ablauf im Einzelnen durch diese übergeordneten Zusammenhänge nicht angetastet werden solle, dass aber eben »das Ganze mehr sei als die Summe seiner Teile«.

Dieser vitalistischen Auffassung steht entgegen die These, die in erster Linie zur Zeit des Materialismus vertreten worden ist und die etwa jetzt in der Form ausgesprochen werden könnte: Die physikahsch-chemischen Gesetze haben im Organismus uneingeschränkte Gültigkeit und bestimmen daher auch ausschliesslich sein Verhalten. Diese zweite These kann für sich geltend machen, dass bisher niemals Abweichungen von den bekannten physikahsch-chemischen Gesetzen im Organismus beobachtet worden sind und dass in den meisten Fällen, in denen eine Verhaltensweise des Organismus zunächst als typisch unphysikalisch angesehen wurde, später ein physikalisch-chemisches Modell des betreffenden Vorgangs konstruiert werden konnte. Wir denken an bekannte Erscheinungen in der Welt der lebendigen Organismen:

Die Blumen wenden Blätter und Blüten dem Lichte zu. Hierin spricht sich deutlich das auf einen Zweck bezogene, dem Lebewesen als Ganzen zugeordnete Verhalten aus, das uns viel eher durch Analogien zu unseren eigenen Wünschen als durch physikalisch-chemische Kausalketten verständlich wird. Trotzdem kann nachgewiesen werden, dass diese Bewegung zum Lichte durch bestimmte photochemische Reaktionen im Zellgewebe hervorgerufen wird, die auf normalem chemischen Wege zu einer Ausdehnung der Zellen und zur Bewegung führen.

Driesch hat besonders auf folgenden Vorgang hingewiesen: Die Eier kompliziert gebauter Lebewesen, z. B. der Seeigel, können in ihren frühesten Entwicklungsstadien noch geteilt werden, ohne dass sie dabei ihre Entwicklungsfähigkeit einbüssen, und aus jeder der beiden Hälften entsteht ein vollständiges Lebewesen. Auch ein solches Verhalten gewährt den Eindruck, als könne es aus einem nach Ursache und Wirkung fortschreitenden Spiel physikalischer und chemischer Kräfte kaum verstanden werden, und scheint anzuzeigen, dass der Plan des Organismus gewissermassen der Zelle mitgegeben ist und sich, selbst den gröbsten äusseren Eingriffen zum Trotz, verwirklicht. Doch kann auch hier darauf hingewiesen werden, dass sich bei der Bildung der Kristalle äusserlich ähnliche Vorgänge wiederholen. ein Wassertropfen, der durch die kalte Atmosphäre zur Erde fällt, erstarrt unterwegs zum Schneekristall. Aber selbst, wenn der Tropfen vorher durch äusseren Eingriff in zwei Teile geteilt würde, so müsste sich doch aus jedem der beiden Teile wieder ein vollständiger Schneekristall bilden. Dieser Vorgang wird durch die Gesetze der Physik und Chemie völlig verständlich.

Bei der Erörterung der Argumente für und gegen den Vitalismus muss nun in erster Linie die Frage entschieden werden, ob innere Widersprüche auftreten, wenn man annimmt, die »höheren« Zusammenhänge des organischen Lebens seien zwar qualitativ von den physikalisch-chemischen durchaus verschieden, liessen aber jene »niederen« Zusammenhänge völlig unangetastet, es handle sich also einfach um Gesetzmässigkeiten, die zu den physikahsch-chemischen »noch dazu« träten. Es ist hier etwa die Vorstellung gebraucht worden, dass die Entelechie, d. h. das Bild des Ganzen, das, dem Organismus eingeprägt, sein Verhalten bestimmt, die physikahsch-chemischen Vorgänge leite, ähnhch wie etwa der Ingenieur eine Maschine beherrscht und leitet, die in sich nach dem einfachen Gesetz von Ursache und Wirkung arbeitet. Solche Vergleiche führen aber mit logischer Notwendigkeit zu der Annahme, dass die physikalisch-chemischen Gesetze in ihrer bisherigen Form im Organismus nicht überall gelten. Denn der Ingenieur kann die Maschine nur lenken, da er selbst Körper und Materie ist und indem er rein physikalisch in den Ablauf eingreift. Er muss etwa einen Hebel stellen und dabei physikalische Arbeit an der Maschine leisten; für die Maschine allein würde also dann z. B. die Gesamtenergie nicht erhalten bleiben, sondern nur für das System: Maschine und Ingenieur zusammen. Der Vergleich der Entelechie mit dem leitenden Ingenieur führt also zwangsläufig dazu, die Entelechie selbst wieder als eine physikalische Kraft anzusehen - so, dass dann etwa der Satz von der Erhaltung der Energie nur auf das System: Körper und Entelechie zusammen anwendbar ist, während die im Körper allein aufgespeicherte Gesamtenergie nicht notwendig erhalten bliebe. Die physikalischen Gesetze könnten dann in ihrer bisherigen Form nur beibehalten werden, wenn man sie erweitert zu Gesetzen, die etwa die Kraftfelder der Entelechie mitenthalten. Nun kann zwar eine solche Auffassung vielleicht noch nicht mit Sicherheit widerlegt werden, da z. B. die Energiebilanz im Körper nicht mit sehr grosser Genauigkeit nachgeprüft werden kann. Aber von der eben geschilderten Auffassung ist nur ein kleiner Schritt zu der wohl längst verlassenen Annahme, dass etwa das Gewicht eines lebenden Wesens sich ändert, wenn im Augenblick des Todes die Seele den Körper verlässt. Solche Ansichten sind aufgegeben worden; nicht etwa, weil sie mit Sicherheit widerlegt werden könnten, sondern weil wir eingesehen haben, dass durch ein zusätzliches physikalisches Kraftfeld - mag es nun Lebenskraft oder Entelechie heissen - das Problem des Verhältnisses der biologischen zu den physikalischen Zusammen-hängen gar nicht gelöst, sondern nur verschoben würde. Einerseits müsste dann untersucht werden, wie ein solches Kraftfeld überhaupt zu einer Bestimmung der Vorgänge im Zusammenhange mit dem Organismus als Einheit führt, andererseits müsste die Entelechie auch den physikalischen Untersuchungsmethoden zugänglich sein, während doch die bisherigen Untersuchungen die Spur solcher Kraftfelder nirgends nachweisen konnten. Alle bisherigen Erfahrungen sprechen jedenfalls dafür, dass es eine Lebenskraft in diesem Sinne nicht gibt.

Nun könnte der geschilderte Vergleich etwa durch die Annahme abgeändert werden, die Entelechie solle die physikalisch-chemischen Vorgänge ebenso leiten, wie der Geist des Ingenieurs die Maschine leitet. Dieses Bild wird die wirklichen Verhältnisse vielleicht sehr genau darstellen, aber die Beziehung des Geistes zum Körper ist ebenso problematisch wie die Beziehung der eigentlich organischen Zusammenhänge zu den physikalisch-chemischen Abläufen. Der Vergleich gibt also keine Antwort auf die Frage, ob ohne innere Widersprüche angenommen werden kann, dass die biologischen Gesetzmässigkeiten zwar nicht aus den physikalisch-chemischen folgen, dass sie aber deren Getriebe trotzdem völlig unangetastet lassen.

Gegenüber den vielen Versuchen, die biologischen Gesetze als übergeordnete Zusammenhänge den physikalisch-chemischen zu überlagern, ohne dass sie dabei die Gesetze der Physik und Chemie stören sollen, muss jedenfalls hervorgehoben werden, dass die physikalischen und chemischen Gesetze das Verhalten eines hinsichtlich seiner materiellen Eigenschaften bekannten Systems vollständig bestimmen. Wenn der Organismus ein rein materielles Gebilde ist in dem Sinne, dass wir uns vorstellen können, der quantentheoretische »Zustand« dieses aus vielen Atomen bestehenden Systems sei vollständig bekannt, so ist das weitere Verhalten dieses Systems durch die Gesetze der Quantentheorie festgelegt und es gibt keinen Raum für übergeordnete biologische Gesetze. - Auch die Tatsache, dass der quantentheoretische Zustand das zukünftige Verhalten im allgemeinen nur statistisch bestimmt, d. h. nur angibt, in wievielen ähnlichen Fällen ein bestimmtes Ereignis eintreten wird, ändert an diesem Sachverhalt nichts. Denn ein übergeordneter biologischer Zusammenhang würde ja gerade die Häufigkeit eines Ereignisses verändern - z. B. etwa in dem Sinne, dass Ereignisse, die den Organismus gegen äussere Störungen sichern, bevorzugt eintreten sollten. Für solche übergeordneten Zusammenhänge ist in der Quantentheorie daher ebensowenig Platz wie in der klassischen Physik.

Wenn man Raum schaffen will für eigentlich biologische Zusammenhänge, die nicht einfach eine Folge der physikalischen und chemischen sind - und viele Erfahrungen sprechen wohl dafür, dass ein solcher Raum geschaffen werden muss -, so kann man sich mit Bohr an die Beziehung zwischen der Quantentheorie, der Chemie und der klassischen Physik erinnern. Man kann den Vergleich versuchen: die »Entelechie« oder die »ganzheitliche Struktur« »leite« das physikalisch~chemische Geschehen im Organismus ähnlich, wie etwa das Feld der Materiewellen die Bewegung der elektrischen Elementarteilchen im Atom »leitet«.

Dieser Vergleich ist zunächst gegen die Einwände geschützt, die gegen die früheren Vergleiche erhoben wurden: Das Feld der Materiewellen ist nicht ein Kraftfeld, das »auf« die Materie »wirkt«, sondern es ist gewissermassen ein anderer Aspekt der Materie selbst. Der Satz von der Erhaltung der Energie gilt für die Elektronen und ihre elektrischen Wechselwirkungen so genau, wie er nachgeprüft werden kann; es ist für seine Formulierung weder nötig noch möghch, neben den Elektronen noch das Feld ihrer Materiewellen einzuführen. Die Führung der Elektronen durch das Materiefeld geschieht ja in einer anderen Weise: der Baustein der Wirklichkeit, den wir Elektron nennen, ist nicht nur oder nicht immer ein kleines Elementarteilchen, das sich in Raum und Zeit nach den Gesetzen der klassischen Physik bewegt. Es hat diese Eigenschaft vielmehr nur in den Experimenten, in denen wir seine räumliche Lage untersuchen. Dieser Baustein »Elektron« kann aber in andern Fällen auch ein Wellenvorgang sein und gehorcht als solcher den Gesetzen der Wellenausbreitung. Erst hierdurch werden, wie die Quantenmechanik im Einzelnen zeigt, stabile Atome möglich, die mit chemischen Kräften aufeinander wirken. Überträgt man diese Satze mutatis mutandis auf die lebendigen Organismen, so wird man schliessen:

Die lebendige Sussstanz ist nicht nur oder nicht immer ein materielles aus Atomen aufgebautes Gebilde, das sich nach den Gesetzen der Physik und Chemie (oder ganz allgemein: nach den quantentheoretischen Gesetzen) verändert. Es hat diese Eigenschaft nur (und auch immer) in den Experimenten, in denen wir sein physikalisch-chemisches Verhalten untersuchen. Die lebendige Substanz kann aber in anderen Fällen auch etwas Anderes, z. B. eine organische Einheit sein; sie gehorcht als solche den biologischen Gesetzen. Erst hierdurch werden stabile Organismen möglich, die auch untereinander in die für Organismen charakteristischen Beziehungen treten können.

Ebenso wie die Gesetze der Chemie aufgefasst werden können als eine bestimmte Projektion der allgemeinen quantentheoretischen Gesetze in die Ebene der objektiven raumzeitlichen Vorgänge, so sollen also auch die biologischen Gesetze angesehen werden als die Projektion der Zusammenhänge des nächsthöheren Wirklichkeitbereichs in dieser Ebene. Der Sinn der Bohr'schen Hypothese wird erst deutlich, wenn man seine Folgerungen für das Verständnis biologischer Vorgänge im einzelnen prüft.

Zunächst folgt aus dieser These, dass die physikalisch-chemischen Gesetze im Organismus lückenlos gelten sollen: Wo immer in einem Organismus beobachtbare mechanische oder chemische Veränderungen vor sich gehen, muss es möglich sein, diese Veränderungen auf Grund rein physikalischer oder chemischer Wirkungen zu erklären - es sei denn, dass eine Untersuchung der den Vorgang verursachenden Kräfte etwa notwendig den Vorgang selbst entscheidend verändert. Wenn also, um ein Beispiel aus der Genetik zu wählen, in der befruchteten Eizelle die Kernschleifen sich paarweise aneinanderlegen derart, dass je ein väterliches und ein mütterliches Chromosom zu einem Paar vereinigt werden, so muss entweder diese Vereinigung z. B. durch elektrische Kräfte, chemische Affinitäten oder ahnliche Wirkungen physikalisch erklärt werden können, oder es muss sich herausstellen, dass eine physikalische Untersuchung der Kräfte, die die Vereinigung bewirken, nicht durchgefuhrt werden kann, weil etwa eine solche Untersuchung den Vorgang selbst entscheidend stören würde. Welche Alternative in diesem speziellen Falle zutrifft, kann wohl noch nicht mit Sicherheit entschieden werden; aber die erstere ist wahrscheinlicher, da es sich - gemessen an der Empfindlichkeit biochemischer Abläufe - bei der Chromosomenvereinigung noch um verhältmsmässig grobe Vorgänge handelt. Es dürfte also in diesem Falle möglich sein, die physikahsch-chemische Kausalkette noch um einige Glieder weiter zu verfolgen, bis man schliesslich vielleicht an eine Stelle kommt, an der die experimentelle Nachprüfung den Vorgang selbst stört und verändert. Dass die Untersuchung schliesslich an einer solchen Stelle enden muss, ist nicht unwahrscheinlich: denn sonst könnte die überwiegende Häufigkeit der Vorgänge, die im Sinne des Gesamtorganismus zweckmässig sind, vielleicht nicht verstanden werden.

Damit ist schon die andere Seite der Bohr'schen These bezeichnet: Die biologischen Gesetze sollen nicht einfach eine Folge der physikalisch-chemischen sein - ebensowenig, wie die chemischen Gesetze etwa eine Folge der (im Sinne der klassischen Physik verstandenen) mechanischen und elektrischen Zusammenhänge im Atom genannt werden können. Aber der Beweis dafür, dass die klassische Physik nicht ausreicht, um die Stabihtät der Atome zu erklären, konnte erst erbracht werden, als man sehr genaue Kenntnisse von den Einzelheiten des Atombaues besass. In ähnlicher Weise wird ein zwingender Beweis dafür, dass Physik und Chemie nicht ausreichen, um die Gestaltung der Organismen zu erklären, jedenfalls erst erbracht werden können, wenn man die Struktur der kleinsten Organismen viel genauer kennt, als jetzt; vielleicht erst mit dem »Abschluss« der Biologie. Wir müssen uns also einstweilen mit der Feststellung begnügen: Der Organismus erscheint vom Standpunkt der bisherigen Atomtheorie aus als ein äusserst unwahrscheinliches Gebilde - ähnlich, wie ja auch die Existenz unzählbar vieler gleichartiger Atome einer Sussstanz nach der klassischen Mechanik äusserst unwahrscheinlich wäre.

Die biologischen Gesetze sollen nach der Bohr'schen These, um nicht mit den physikalischen und chemischen Gesetzen in Widerspruch zu geraten, zu diesen in einem ähnlichen Komplementaritätsverhältnis stehen, wie die chemischen zu denen der Mechanik. Damit ist gemeint, dass die Feststellung: ein Gebilde sei eine lebendige Zelle, in ausschliessendem Verhältnis steht zur genauen Kenntnis seines quantentheoretischen Zustands (und a fortiori: der Orte und Geschwindigkeiten seiner Elementarbausteine). Wenn wir wissen, dass wir eine lebendige Zelle vor uns haben, so gibt ja diese Kenntnis Aufschluss über eine Reihe von Eigenschaften dieses Gebildes, die wir aus seinem physikalischen Verhalten allein wahrscheinlich nicht erschliessen könnten. Dafür muss aber andererseits in dieser Situation auf die genaue Kenntnis seines quantentheoretischen Zustands vielleicht verzichtet werden. Es besteht allerdings immer die Möglichkeit, den physikalischen Zustand experimentell zu untersuchen. eine solche Untersuchung wird jedoch - so wird vermutet - dann, wenn sie zu einer wirklich genauen Bestimmung führen soll, einen so starken Eingriff erfordern, dass das Leben der Zelle zerstört wird. Hier sind natürlich alle Übergänge zwischen einer schwachen und einer starken Störung möglich. Viele biologische Experimente sollen Aufschluss über verhaltnismässig grobe Züge im physikalischen oder chemischen Verhalten der Zelle geben und können sich daher auch mit einem geringfügigen Eingriff begnügen. Der wenig gestörte Organismus wird dann vielleicht nur für einen Augenblick in seinem Verhalten die typisch »biologischen« Züge etwas zurücktreten lassen und dabei jedenfalls, soweit es sich beurteilen lässt, den Gesetzen der Physik und Chemie folgen. Schon nach kurzer Zeit sind vielleicht die Spuren des Eingriffs verwischt. In anderen Fällen aber - man denke z. B. an Röntgenaufnahmen grosser Eiweissmoleküle - hat der zur Untersuchung erforderliche Eingriff entscheidende Veränderungen an dem zu untersuchenden Objekt zur Folge.

Durch die Bohr'sche These wird also die Ansicht vertreten: Die Kenntnis, man habe es mit einem lebendigen Organismus zu tun, schafft eine Situation, die sich in den Begriffen der bisherigen Physik und Chemie allein nicht ausdrücken lässt. Die biologischen Gesetze stellen einen gesonderten Zusammenhang dar, der in der Ebene der objektiven raum-zeitlichen Vorgänge überhaupt nicht unmittelbar mit den physikalisch-chemischen Gesetzen verbunden werden kann. Die Aufgabe der Biologie, die Verknüpfung der biologischen Gesetzmssigkeiten mit dem physikalischen Verhalten der Materie (insbesondere der atomaren Materie) klarzulegen, wird also - ähnlich wie in der Quantentheorie - aus dieser Ebene der objektiven raumzeitlichen Vorgänge herausführen müssen. Erst hierdurch wird man eine Übersicht gewinnen können über den nächsthöheren Bereich der Wirklichkeit, der auch das Leben enthält. Dieser Bereich mag der biologische genannt werden, obgleich ja die Biologie nur eine Projektion dieses Bereichs in die Ebene der objektiven Vorgänge da