Unzicker „Die mathematische Realität: Warum Raum und Zeit eine Illusion sind“ – Eine Rezension

Auf jedem Gebiet gibt es Puristen, welche sich jeder … Erweiterung der anerkannten Axiome mit allen Mitteln zu widersetzen geneigt sind (Planck)

Das Zitat stammt von 1925 aus dem höchst interessanten Vortrag „Vom Relativen zum Absoluten“. Ich setze es hier einmal dem Zitat von Helmut Schmidt entgegen, welcher von gesellschaftlichen Utopien sprach. Und setze 5 Sterne der puristischen Bewertung entgegen.

Denn mit Karl Raimund Popper sind diejenigen zu loben, welche sich wie Unzicker bemühen, potentielle Holzwege in bester physikalischer Tradition von Einstein und Schrödinger zu benennen und kreativ nach Lösungsansätzen zu suchen. Das darf dann auch mal ein Buch mit einer Spekulation sein. Er traut sich, dabei heilige Kühe beim Namen zu nennen, welche einem Fortschritt im Wege stehen könnten.

Eine solche heilige Kuh ist die Raumzeit nach Minkowski, von der so getan wird, als könne sich jeder (Physiker) darunter schon etwas vorstellen. In Wahrheit ist sie vielleicht ganz ähnlich dem Zweifel von Newton gleichzustellen, dass man lediglich bisher mathematische Prinzipien gefunden habe, welcher in dieser nackten Form einer Fernwirkung gleichkäme. Eine Fernwirkung ist für jeden absurd, welcher wie er (natur-)philosophisch gebildet ist. Eine funktionierende Mathematik war also schon bei Newton keine hinreichende Grundlage für ein Verständnis der Natur, in jenem Fall der Gravitation. Und die Raumzeit ist erst einmal nur Mathematik, zudem bei Minkowski sogar nur auf der Basis der speziellen Relativitätstheorie, also der Situation einer gleichförmigen Geschwindigkeit.

Ich greife einmal Moritz Schlick „Raum und Zeit in der gegenwärtigen Physik“ (in späterer, verbesserter Auflage 1920) heraus, sicherlich wird man gleichartige Aussagen auch bei vielen anderen Autoren finden. Aber das recht kleine Buch Schlicks – welches er auch im näheren, persönlichen Kontakt zu Einstein schrieb –, weist zum einen darauf hin, dass Raumzeit nicht ontologisch missverstanden werden darf. Weiterhin, dass die Situation der speziellen Relativitätstheorie eigentlich nur eine Grenz-Situation gleichkommt, denn mit der allgemeinen Relativitätstheorie gibt es kein Raumgebiet mehr, welches nicht vom Gravitationsfeld beeinflusst ist, wobei Gravitation mit Kräften analog der Beschleunigung identifiziert wird. Und zu jener „beschleunigten“ Situation ist das Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit nur noch zweitrangig, diese ist ja der „Ruhe-Analogie“ in der speziellen Relativitätstheorie eigen, explizit nicht aber einer Beschleunigungs-Situation.

Aus meinem Blickwinkel eines Laien frage ich mich also immer, warum es in der Fachwelt so unklar ist, dass seit der allgemeinen Relativitätstheorie die konstante Lichtgeschwindigkeit nur noch eine zweitrangige Rolle spielt. Zitat Schlick: „Da nun Gravitationsfelder nirgends fehlen, so gilt die spezielle Relativitätstheorie niemals streng; die Lichtgeschwindigkeit z. B. ist in Wahrheit nicht absolut konstant. Es wäre aber ganz unrichtig zu sagen, die spezielle Theorie sei durch die allgemeine als falsch erkannt und umgestoßen. In Wahrheit ist sie nur in der allgemeinen aufgegangen; sie stellt den Spezialfall dar, in welchen diese dort übergeht, wo Gravitationswirkungen keine Rolle spielen.“ (S. 49) – Das ist zwar nicht mehr die variable Lichtgeschwindigkeit von früheren Ansätzen Einsteins, welche uns Unzicker vorführt, aber immerhin kann man erkennen, dass es ein Irrtum in der Fachwelt ist, von der Lichtgeschwindigkeit als Konstante zu sprechen: konstant wäre sie nur in dem fiktiven Rahmen einer konstanten Geschwindigkeit ohne Gravitationskräfte. Und das konnte um 1920 also jedem Physiker vertraut gewesen sein. Wie man der Betonung von Schlick aber entnehmen kann, wollten einige Fachkollegen die spezielle Relativitätstheorie aber lieber als falsch erkannt sehen.

Und die mathematische Theorie-Welt von Minkowski handelte also noch von einem Umfeld, in welcher „Gravitationswirkungen keine Rolle spielen“. (Das ist auch im Michelson-Morley-Experiment der Fall, welches sich parallel zum Erdboden in einer „Schicht“ von nahezu gleicher Gravitationswirkung vollzieht und die Rotation der Erde als beschleunigende Situation vernachlässigt werden kann. Sowie die Gravitationswirkung der Sonne.)

Minkowskis Satz zu Raum und Zeit wären weniger schädlich gewesen – da stimme ich Unzicker zu –, er hätte nicht den Kollegen die Zeit wie einen metaphysischen Baustein erscheinen lassen. Das wirklich besondere der speziellen Relativitätstheorie war das Verwerfen der Feldtheorie Maxwells als Spielweise von Ätherschwingungen. Einstein hätte formulieren können:

„Von Stund′ an sollen Raum für sich und Felder für sich völlig zu Schatten herabsinken und nur noch eine Art Union der beiden soll Selbständigkeit bewahren!“

Hat er leider nicht.

Hier ein Zitat von Schlick als Beleg für diese Version der Formulierung:

„Man darf die Lichtwellen nicht mehr als Zustandsänderung einer Substanz auffassen, in der sie sich mit der Geschwindigkeit c ausbreiten, denn dann müsste diese Substanz in allen berechtigten Systemen zugleich ruhen, und das wäre natürlich ein Widerspruch. Das elektromagnetische Feld ist vielmehr als etwas Selbständiges anzusehen, das keinen „Trägers“ bedarf. Da Worte frei sind, lässt sich nichts dagegen einwenden, wenn man das Wort Äther auch ferner für das Vakuum mit seinem elektromagnetischen Felde oder seinen unten zu besprechenden metrischen Eigenschaften anwendet, aber man muss sich streng davor hüten, darunter einen Stoff zu verstehen.“ (Schlick 1920, S. 21)

Die letzten Sätze zu den „freien Worten“ sind mir persönlich wichtig, denn insofern habe ich Gustav Mie besonders schätzen gelernt. Ich persönlich würde jene Union „das Kontinuum“ nennen, was dem Begriff „to apeiron“ des Anaximander gleichkäme. Einstein selbst nennt es auch gern einmal „das Kontinuum“. Das Spielfeld der Felder gleicht den Intensitäts-Theorien des Anaximenes. Aber das ist eine andere Geschichte.

Abschließend mag ich noch für die Überlegungen Unzickers werben, sich abseits vom Begriff Zeit die Frage zu stellen, welche physikalische Erklärungskraft in den mathematischen Konstrukten einer dreidimensionalen Einheitssphäre zu finden ist, welche er ins Auge gefasst hat. Für mich klingen Sie als Laie wie der kleine Bruder der einheitlichen Feldtheorie Schrödingers, welcher mit Analysen von höherdimensionalen Tensor-Eigenschaften und Transformationen von Tensoren operierte, insbesondere Affinitäts-Transformationen (z. B. Space-Time Structure, 1950). Schrödingers verlorener Schlüssel, sozusagen.


Hallo Herr Unzicker,

ich hoffe, die Rezension mit Bezug auf Planck hat Ihnen gefallen. Ich finde auch die Passage im Text Plancks bedeutsam, in welcher er darauf hinweist, wie leicht es wäre, einen Gegenvortrag mit dem Titel „Vom Absoluten zum Relativen“ zu halten.

Die Hinweise auf Schlick sollten gegen diejenige gerichtet sein, welche die Idee einer variablen Lichtgeschwindigkeit angreifen. Aber die Ausführung würde zu lang werden, wenn ich auch noch auf das schwierige Verhältnis der speziellen Relativitätstheorie zu sprechen gekommen wäre, wonach tatsächlich eine konstante Lichtgeschwindigkeit weiterhin im Spiel ist. Angedeutet war es im Text.

Als Kenner der Relativitätstheorie mag ich Sie dazu schriftlich fragen, inwiefern Sie hier zustimmen oder mein Verständnis der Problemlage als falsch identifizieren. Wobei ich zugebe, dass mich die Relativitätstheorie nur am Rande interessiert, ich sie weder angreifen noch verteidigen will, bin also etwas emotionslos bei dem Thema. Aber vielleicht haben Sie solche Gesprächspartner eher selten, welche nicht gegen Sie argumentieren wollen, sondern sich nur für das richtige Verständnis interessieren, was eine angenehme Abwechselung sei.

Insbesondere aus den Schriften von Poincaré geht es aus meiner Sicht deutlich hervor, dass wir es mit einem mathematisch-philosophischen Kniff zu tun haben. Schlick zitiert dies auch in seinem Buch. Die Grundidee sei, dass wir nichts davon mitbekommen würden, wenn sich alle Verhältnisse des Raums und gewisse Änderungen an der Art, Zeit zu messen, über Nacht verändert wären. Die Antwort sei: Wir würden nichts davon mitbekommen, weil alle Maßstäbe und Zeitmessgeräte in so „geschickter“ Weise geändert sind, dass diese mathematische Transformation schlichtweg alles betrifft. Auf mathematischer Ebene spricht man dann von Invarianzen, korrekt? Einstein, Poincaré und Lorentz ziehen diesen Kniff nun in den Mittelpunkt ihrer Betrachtungen, um mit Mach zu sagen, dass das ganze Konstrukt anscheinend irgendwie real sein muss, denn das elektromagnetische Feld müsste sich ansonsten irgendwie bemerkbar machen, wenn man es mit sehr hohen Geschwindigkeiten zu tun hätte (Einsteins „Einholen eines Lichtstrahls“). Gegenüber einem solchen Feld, welches es ja schließlich auch zu durchqueren gilt – also gedanklich zunächst faktisch absolut anzusetzen wäre -, kann es nicht egal sein, welche Geschwindigkeit man gerade hat (konstante Geschwindigkeit ohne Beschleunigung, wohlgemerkt). Mit den Überlegungen oben kommt man dann zu dem Schluss von Einstein, dass die eigene Geschwindigkeit egal ist, wenn die Realität analog den Überlegungen von Poincaré tatsächlich für jede beliebige Geschwindigkeit der Beobachters irgendwie „invariant transformiert“ eine andere Gestalt hat. Hier erst, am Ende einer philosophischen Gedankenkette, kommt dann der Satz von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ins Spiel, nicht wahr? Die Physik lehrt uns leider zu oft, die konstante Lichtgeschwindigkeit sei der Anfang. Ich würde sagen, es ist eigentlich ein Ende in Gedankenspielen und kann nur so verstanden werden. Erst jetzt darf man davon sprechen, man könne nun ein Postulat an den Anfang stellen, zu jeder beliebigen eigenen Geschwindigkeit eines Beobachters gibt es ein Set von Naturkonstanten wie der Lichtgeschwindigkeit. So würde ich es jedenfalls nach dem Studium der „guten Physiker“ verstehen.

Ich stockte im Übrigen bei der Benutzung des Wortes „Beobachter“, denn es klingt nach Bohr und Heisenberg. Tatsächlich kann ich es nach diesen Erläuterungen sehr gut nachvollziehen, wie schwer Heisenberg getroffen sein musste, dass ausgerechnet Einstein ihm hier den Vogel zeigte, die Rolle des Beobachters völlig zu Unrecht spitzfindig in die Theorie einbauen zu dürfen! Hatte nicht die spezielle RT in seinen Augen genau dies die letzten 15 – 20 Jahre gelehrt, dass die Natur eine Formwandlerin sei, sie gaukelt dem Beobachter immer vor, sich in einem Ruhezustand zu befinden, egal welche (konstante!) Geschwindigkeit der Beobachter gerade einnimmt! Und ausgerechnet jetzt, wo Heisenberg auch wieder den Trumpf des Beobachters in bester „Einstein-Manier“ ziehen will, da folgt ihm nicht einmal der große Einstein und erklärt ihm, er sei hier auf dem Holzweg?!

Die passive Rolle des Beobachters in der formwandlerischen Natur und die aktive Rolle des Beobachters bei Heisenberg & Co. sind eben ein gänzlich ungleiches Paar Schuhe. Wollte Heisenberg anscheinend nicht differenziert sehen.

Ich benutzte nun provokativ den Begriff „Formwandlerin“. In meiner Rezension verglich ich Minkowski bereist mit Newton, man habe zwar mathematischen Prinzipien gefunden, aber nicht naturphilosophisch verstanden, welche Ontologie eigentlich zu der Mathematik passt. Das wäre nun meine Spielwiese als Halbblut-Philosoph. Der Laie muss sich immens in seinem Naturverständnis betrogen fühlen: Alles wandelt sich, wenn ich mich in einer anderen Geschwindigkeit befinde? Habe ich dann als Beobachter nicht doch die aktive Rolle, welche Heisenberg ggf. auch in der speziellen RT sah? Oder was soll das bedeuten, passiv mit einer höheren Geschwindigkeit in eine gedehnte oder gestauchte Welt gestoßen zu werden? Kann eine Ontologie so seltsam sein? Die Antwort ist aus meiner Sicht: Ja. Die verloren Schlüssel hierzu findet man bei Riemann, Gustav Mie, ggf. Herman Weyl, Erwin Schrödinger und anderen, welche ich noch suche.

Mit Einstein wurde hier leider mit Begriffen wie der „Raumzeit“ und der vierten Dimension „Zeit“ die Tür mit einem mathematischen Prinzip fest verrammelt, die orthodoxe Physik glaubt analog der Fernwirkung von Newton, man könne es nicht besser verstehen, die mathematischen Prinzipien muss man schon als Schatten auf der Tür hinreichend real nehmen und deuten. Wer weiß, ob sich nicht hinter der Tür ein Abgrund befindet, ein Tor zur Hölle. So üben sich die Physiker, angekettet in Ihrer Höhle in der Deutung von Schatten.

Sie jedoch haben sich entfesselt von den Begriffspaaren der mathematischen Prinzipien, suchen nach Schlüsseln für das Tor, sind sich sicher, dass hinter der Tür nicht die Hölle, sondern eine zutiefst naturphilosophisch befriedigende Antwort gefunden werden kann. Vielleicht suchen Sie sogar eine Ontologie, auch wenn das letzte Kapitel viel Mathematik bemüht (macht aber Schrödinger auch, der späte Einstein ggf. auch).

Ich verbleibe mit der Frage an Sie als Experte: Ist die Natur nach Einstein & Co. in der speziellen RT eine Formwandlerin? habe ich das richtig verstanden? Welche Ontologie passt zu dieser Gestaltwandlung aller Naturkonstanten, egal welche konstante Geschwindigkeit ein Beobachter hat?

Viele Grüße aus Karlsruhe

Christian Bührig

PS: Kleinere Bemühungen, mehr Literatur zu Einsteins späten Gedanken um eine einheitliche Feldtheorie zu finden, waren bisher vergebens. Alles ist überlagert von Quantenfeldtheorien und ähnlichen Einheits-Phantasien. Haben Sie vielleicht einen Buchtipp für mich, wo man die Gedanken von Einstein weiter ausgebreitet sieht?