„Wir leben in einem Universum, das bestimmten physikalischen Gesetzen gehorcht, aber wir verstehen diese Gesetze nur vage. Viele der Gesetze sind für uns Menschen nicht vollständig begreifbar.“ So beschreibt Albert Einstein Im Interview mit dem Publizisten George Sylvester-Viereck die Grenzen unserer Erkenntnis. In Form einer Parabel versucht er unser Verhältnis zum Unerklärlichen anschaulich zu beschreiben:

„The human mind, no matter how highly trained, cannot grasp the universe. We are in the position of a little child, entering a huge library, whose walls are covered to the ceiling with books in many different tongues. The child knows that someone must have written those books. It does not know who or how. It does not understand the languages in which they are written.

The child notes a definite plan in the arrangement of the books, a mysterious order, which it does not comprehend, but only dimly suspects. That, it seems to me, is the attitude of the human mind, even the greatest and most cultured, toward God.

We see a universe marvellously arranged, obeying certain laws, but we understand the laws only dimly. Our limited minds cannot grasp the mysterious force that sways the constellations“ (Albert Einstein in: Viereck, 1930).

Albert Einstein machte mit dieser Parabel deutlich: Die Vorstellung einer vollständig erklärbaren Welt, so wie sie der Baron d´Holbach 1770 in seinem Buch „System der Natur“ beschrieben hat (d´Holbach, 1770), lässt sich mit dem Wissensstand der heutigen Zeit nicht mehr glaubhaft aufrecht erhalten. Natürlich hilft uns wissenschaftliche Forschung, eine Realität zu konstruieren, auf die unsere Zivilisation aufbaut, auf die wir uns im Alltag gemeinsam beziehen können und die wir stetig weiter entwickeln. Der Tisch auf den wir klopfen ist wirklich da und kann gemeinsam angehoben werden. Trotzdem wäre es naiv, davon auszugehen, dass sich Realität auf das reduzieren ließe, was wir wissenschaftlich erklären können.

Vor dem Hintergrund dieser Erkenntnis stelle ich im Folgenden einige Beispiele zusammen, die die Konturen unserer Erkenntnismöglichkeiten etwas ausleuchten und ungelöste Geheimnisse der Natur freilegen.

Mathematik
Im Jahr 1916 entdeckte Arnold Sommerfeld die sogenannte Feinstrukturkonstante, ein mathematischer Wert, mit dem er das Bohr´sche Atommodell erweiterte. Dieser Wert beschreibt, wie stark geladene Teilchen (Elektronen, Protonen) miteinander interagieren. Die Konstante ist erforderlich, um Spektrallinien von Atomen und Streuquerschnitte von Elektronen zu ermitteln. Außerdem lässt sich mit ihr die Wahrscheinlichkeit der Photonen-Emittierung von Elektronen berechnen. Sie ist unabhängig von jeglicher Maßeinheit. Ihr mathematischer Wert beträgt näherungsweise 1/137. Wäre der Wert der Feinstruktur-Konstante nur geringfügig anders, dann wären Atome instabil oder würden überhaupt nicht existieren, es gäbe keine chemischen Bindungen, keine Sterne und kein Leben, so wie wir es kennen.
„Sie ist eines der größten Geheimnisse der Physik, eine magische Zahl, die das menschliche Erkenntnisvermögen übersteigt, als wäre sie von der Hand Gottes geschrieben“ schreibt Richard Feynman über die Sommerfeld-Konstante (Feynman, 1985).

Im Jahr 1928 veröffentlichte Paul Dirac seine relativistische Wellengleichung für das Elektron. Mathematische Ableitungen dieser Formel sagten Antiteilchen und Quantenfluktuationen voraus. Wenig später wurden diese Phänomene experimentell tatsächlich nachgewiesen. Viele andere Beispiele für die Vorhersgagefähigkeit mathematischer Formeln füllen die Lehrbücher für Physik. In seinem Aufsatz über
„Die unvernünftige Wirksamkeit der Mathematik“ brachte Eugene Wigner das Staunen darüber zum Ausdruck, dass es so viele mathematische Konzepte gibt, die als Werkzeuge zur Erklärung der Natur genutzt werden, obwohl die entsprechenden Formeln ursprünglich ohne jede physikalische Anwendung entwickelt wurden (Wigner, 1960). Eugene Wigner erhielt 1963 den Nobelpreis für seinen Beitrag zur Theorie des Atomkerns.

Ist die Mathematik vielleicht sogar das Fundament unserer Welt? Einige Forscher-Teams verfolgen solche Hypothesen. Die „Mathematical Universe Hypothesis“ von Max Tegmark geht davon aus, dass die physikalische Realität selbst ein mathematisches Objekt ist (Tegmark, 2014). Nima Arkani-Hamed untersucht mit dem mathematischen Modell des „Amplituhedrons“, ob die Realität ein emergentes Phänomen einer hochdimenionalen quantenphysikalischen Struktur sein könnte (Arkani-Hamed, 2012). Stephen Wolfram betrachtet seinen Hypergraphen als Träger der physikalischen Realität. Mit dieser mathematisch fundierten Ontologie der Realität beschreibt Wolfram die fundamentale Struktur unseres Universums (Wolfram, 2020).

Die Mathematik ist also nicht nur in sich selbst geheimnisvoll, sie bildet vielleicht sogar das Fundament unserer Realität.

Materie
Materie nimmt physischen Raum ein, hat Masse und wechselwirkt mit den Elementarteilchen unserer Umwelt. Einstein bezeichnete Materie als eine besondere Form von Energie. Der Boden unter unseren Füßen besteht aus Materie genauso wie die Zellen unsers Körpers. Erstaunlicherweise sind die Grundbestandteile von Materie – die Atome – keinesfalls so solide, wie sie scheinen. Erkenntnisse der Quantenphysik zeigen, dass Atome zu einem großen Teil aus leerem Raum bestehen, in dessen Kern Quarks durch masselose Gluonen zusammengehalten werden. Die quantenhaften Zustände der Teilchen im Atom lassen sich nur mit Wahrscheinlichkeitsangaben beschreiben. Durch ständige Wechselwirkung mit Billionen von Elementarteilchen der Umgebung verlieren sie ihre quantentypischen Überlagerungseigenschaften und emergieren zu der durch Festigkeit erfahrbaren Materie. Wojciech Zurek bezeichnet diesen Vorgang als Dekohärenz. (Zurek, 2003) Materie ist demnach ein emergentes Phänomen einer tieferen quantenhaften Realität. Diese quantenhafte Realität ist allerdings so schwierig zu erklären, dass es in der Forschungsgemeinschaft verschiedene Interpretationen der Quantenmechanik gibt (Caroll, 2019). Materie erscheint in ihren Fundamenten also genauso geheimnisvoll wie die Mathematik.

Bewusstsein
Auch das menschliche Bewusstsein trägt Geheimnisse in sich, mit denen sich Wissenschaftler und Philosophen schon seit Jahrhunderten herumschlagen. Die introspektive Erfahrung des Bewusstseins begleitet uns ein Leben lang und ist Grundlage für vielfältige Interaktionen und Kooperationen des Menschen. Die heutigen wissenschaftlichen Modelle, die das Phänomen des Bewusstseins am besten erklären, gehen davon aus, dass das Bewusstsein – ähnlich wie Materie – ein emergentes Phänomen ist, das aus Quantenzuständen und neuronalen Prozessen im Gehirn hervorgerufen wird.

Allerdings gibt es die grundsätzliche Erklärungslücke, wie subjektives Erleben und physikalische Prozesse im Gehirn tatsächlich aufeinander einwirken können. Die Neurowissenschaft kann zwar mit bildgebenden Verfahren Zusammenhänge zwischen subjektiver Erfahrung und Aktivitäten im Gehirn aufzeigen, aber es gibt keine Möglichkeit festzustellen, wie diese neuronalen Prozesse das qualitative Erlebnis des Bewusstseins hervorbringen. Dieses von David Chalmers als „Hard Problem of Consciousness“ bezeichnete Problem, bleibt eines der großen Geheimnisse unserer Zeit (Chalmers, 1996).

Philosophen streiten darum, ob es überhaupt eine besondere, eigenständige Qualität des Bewusstseins gibt (Dennett, 1991). Thomas Nagel schrieb vor diesem Hintergrund den Aufsatz „Wie fühlt es sich an, eine Fledermaus zu sein?“. Nagel machte darin deutlich, dass die bewusste Erfahrung, die Fledermäuse machen, wenn sie ihr akustisches Echolot-System nutzen, um sich in der Umwelt zu bewegen, grundverschieden sein muss, von der Qualität der Erfahrung, die Menschen machen wenn sie sich im Raum bewegen. In der Philosophie hat sich der Begriff „Qualia“ zur Bezeichnung der Erfahrung des Bewusstseins etabliert.

Wie einzelne Autoren das Bewusstsein und die Qualia erklären, hängt ganz davon ab, von welcher Grundsubstanz der Welt sie ausgehen. Weder in der Wissenschaft noch in der Philosophie gibt es diesbezüglich einheitliche Vorstellungen. So, wie es zur Erklärung von Materie unterschiedliche wissenschaftliche Interpretationen der Quantenmechanik gibt, so entstanden über die Jahrhunderte hinweg auch unterschiedliche Interpretationen des Bewusstseins. Materialisten gehen davon aus, dass Bewusstsein ein Zustand der Materie ist (Dennett, 1991), Idealisten gehen davon aus, dass alles was existiert aus Bewusstsein besteht (Schelling, 1800; Berkeley, 1710; Vivekananda, 1986) und Dualisten gehen davon aus, dass zwei Grundsubstanzen nebeneinander existieren: Materie und Bewusstsein (Descartes, 1641). Dabei hat das dualistische Denken von Descartes bis heute den größten Einfluss auf unser Denken.

Leben
Wie Leben auf unserem Planeten entstehen konnte, ist wohl eines der größten Rätsel dieser Welt. Weder Darwins Evolutions-Theorie noch die RNA-Welt Hypothesen können bisher hinreichende Antworten darauf geben. Die beste Erklärung bietet vielleicht eine Kombination verschiedener Theorien. Strukturbildende Prozesse im geologischen Untergrund bildeten vor 3,5 Milliarden Jahren die Ursache für eine schrittweise Entstehung komplexer Moleküle. In Gesteinsporen unter der Erdoberfläche bildeten sich durch hydrothermale Prozesse erste Stoffwechselzyklen, katalysiert von mineralischen Oberflächen. So entstanden stabile chemische Gebilde, die als Informationsspeicher zu einem sich selbst organisierenden chemischen System heranwuchsen. Aus diesen Prozessen heraus entwickelten sich auch RNA-Moleküle, die die Grundlage für die Entstehung lebendiger Zellen bildeten. Vor 570 Millionen Jahren brachten dann immer komplexer werdende RNA-Moleküle erste einfache Lebensformen hervor. So in etwa beschreibt der Geologe Ulrich Schreiber die Entstehung des Lebens (Schreiber, 2019). Die Vielfalt der Arten, wie wir sie heute kennen, entwickelte sich dann über viele Millionen Jahre hinweg durch Variation, Vererbung und Selektion im Vorgang der Evolution wie ihn Charles Darwin beschrieben hat (Darwin, 1859). Mit dem „Adjacent Possible“ beschreibt Stuart Kauffman die kreative Offenheit der Evolution. Durch Selbstorganisation und Komplexität erschließt sie schrittweise Räume für biologische Neuheit
(Kauffman, 1993).

Wichtige Merkmale von Leben sind Stoffwechsel, Fortpflanzung, Reaktionsfähigkeit, Selbstorganisation, Homöostase und die Weitergabe genetischer Information. Erst das gleichzeitige Auftreten mehrerer dieser Merkmale zusammengenommen macht es möglich relativ verlässlich zu sagen, ob wir es mit einem lebenden oder einem unbelebten System zu tun haben.

Um außerirdisches Leben in unserem Universum ausfindig zu machen, suchen Astrobiologen nach eindeutigen Markern, anhand derer Leben identifiziert werden kann. Man sucht also nicht ausschließlich nach Leben selbst, sondern auch nach Objekten, die nur durch lebende Wesen erzeugt werden konnten. Mit der Assembly-Theorie haben Sara Walker und Lee Cronin ein Modell vorgeschlagen, das Objekte anhand ihrer strukturellen Komplexität unterscheidet. Je höher die Komplexität, desto höher der Assembly-Index – und desto unwahrscheinlicher ist es, dass ein Objekt rein zufällig entstanden sein kann. Ab einer bestimmten Schwelle gilt ein Artefakt als zu komplex, um ohne zielgerichtete, selektive oder intelligente Prozesse entstanden zu sein. Die Assembly-Theorie erlaubt somit nicht nur die Unterscheidung zwischen belebter und unbelebter Materie, sondern auch zwischen natürlich entstandenen und durch gezielte Intelligenz erzeugten Artefakten (Walker, 2024).

Wahrheit
Egal ob Mathematik, Materie, Bewusstsein oder das Leben: wir können viele dieser grundlegenden Phänomene wissenschaftlich gut beschreiben, jedoch unsere Erkenntnismöglichkeiten reichen nicht aus, um das ursprüngliche Entstehen und die intrinsische Wahrheit dieser Realitäten vollständig zu erfassen. Die begrenzte Kapazität unseres Gehirns, die definierte Anzahl der Sinne mit der wir die Welt ekunden und die Unendlichkeit vieler Zusammenhänge konturieren die Grenzen unseres Erkenntnisvermögens. Viele Wissenschaftler und Philosophen vermeiden es deshalb ihr Wissen als Wahrheit zu deklarieren, sie sprechen stattdessen vom Stand der Forschung, von empirisch überprüften Modellen oder von guten Erklärungen.

Erkenntnis ist nicht einfach nur das Abbild einer objektiven Welt, sondern der prozessuale Gebrauch von Zeichen, durch den wir die Welt interpretieren und erklären. Wahrheit kann nicht unabhängig sein von Zeichen, sondern ist immer in Zeichen eingebettet. Für den Philosophen Charles Pierce entsteht Wahrheit deshalb immer innerhalb eines symbolisch vermittelten Erkenntnisprozesses, der offen, kritisch und gemeinschaftlich ist. (Pierce, 1839)

Für Karl Popper gibt es zwar so etwas wie die Wahrheit aber diese ist für uns Menschen nie vollständig zugänglich. Deshalb ist Wissen aus seiner Sicht immer nur vorläufig. Um dem Ideal der Wahrheit möglichst nahe zu kommen bedarf es einer kritischen Falsifikation (Popper, 1934)

David Deutsch betrachtet den Wahrheitsbegriff als zu missverständlich, dogmatisch und unbrauchbar. Wissen ist für ihn nicht das Ansammeln „wahrer Aussagen“, sondern das Entwickeln, Prüfen und Verbessern von guten Erklärungen. Eine gute Erklärung ist für Deutsch nicht einfach nur etwas empirisch Zutreffendes, sondern etwas, das tiefgründig, kausal und schwer abwandelbar ist. Eine gute Erklärung geht über bloße Beschreibung hinaus, ist falsifizierbar und bietet Einsicht in das Warum eines Phänomens. Gute Erklärungen sind theoretisch robust, lassen sich nicht beliebig anpassen und haben eine große Reichweite, da sie viele Beobachtungen sinnvoll miteinander verknüpfen können. Zudem sind sie erweiterbar und fördern das Verständnis über bisher bekannte Zusammenhänge hinaus (Deutsch, 2011).

Wahrheit hingegen funktioniert eigentlich nur als binärer Wert in der Aussagenlogik aber nicht als allgemeingültige unumstößliche Gewissheit. Aus der Sicht John Dewey´s entsteht Erkenntnis immer durch aktives Handeln, durch Versuch und Irrtum in einer offenen Welt. Wahrheit ist für ihn nicht etwas Absolutes, sondern das Ergebnis eines erfolgreichen Umgangs mit Problemen – sie ist funktional, nicht final (Dewey, 1929).

Fazit
Eine Welt ohne Geheimnisse bleibt eine unrealistische Fiktion. Gute Erklärungen, die wir als Gemeinschaft über Jahrhunderte hinweg weiterentwickeln, geben uns das beste Fundament für ein realistisches und faires Gemeinwesen. Die Sehnsucht nach einem ganzheitlichen Weltbild, das auch die Geheimnisse der Welt erfahrbar macht, scheint ein fundamentaler Antrieb für Kunst, Musik, Philosophie und Religiosität zu sein.

Im Nachlass von Joseph Beuys wurde eine bis dahin unveröffentlichte Handschrift gefunden, die diese Sehnsucht gut zum Ausdruck bringt:

„Innerhalb Natur sind Geheimnisse verzaubert, die nur gefunden werden können, wenn man sich darauf einlässt, nicht wissenschaftlich vorauszusetzen (das braucht man dabei nicht) aber zu empfinden, welches die tieferen Geheimnisse der sich um uns ausbreitenden Natur eigentlich sind“ (Beuys, 1990)

Quellen:

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