Wissenschaft als Glaube:
Der Energieerhaltungssatz

In meinem Buch Sci-Faith - Die Vereinbarkeit von Glaube und Wissenschaft, welches Ende dieser Woche nun endlich erscheinen wird gibt es ein Kapitel, welches aufzeigt, dass Wissenschaft letztlich auch ein Glaube ist.
(Update: Das Buch wurde inzwischen veröffentlicht. Mehr Informationen findest Du hier.)

Wie auch schon durch das Lesen der Leseproben ersichtlich geworden sein sollte gibt es auch wenn die wissenschaftlichen Fakten oftmals sehr klar sind, in der Frage nach der Interpretation einer Theorie einige Freiheiten. Solange die gewählte Interpretation in der Lage ist alle Messungen zu beschreiben ist sie eine gültige wissenschaftliche Theorie. Sollte es mehrere solcher Interpretationen geben, denen dies gelingt kann auf wissenschaftlicher Ebene nicht festgestellt werden welche die Richtige ist. Somit ist es reine Glaubenssache einer dieser Interpretationen zu glauben.

Dieser Sachverhalt wird im Detail in meinem Buch erläutert und veranschaulicht. Ich möchte in diesem Blogpost diesen Sachverhalt an einem, auch im Buch diskutierten, Beispiel aus der Physik veranschaulichen und zeigen wie dies einem Gläubigen helfen kann sollten ihn einmal Zweifel überkommen.

Der Energieerhaltungssatz

Eines der wichtigsten Prinzipien der Physik sind Erhaltungssätze. Diese sagen aus, dass gewisse Größen sich nicht mit der Zeit ändern und somit erhalten bleiben. Eine Größe, die sich nicht ändert vereinfacht die Berechnungen oftmals erheblich. Daher sind diese Größen so wichtig für die Physik. Zudem kommt man als Mensch nicht umhin Erhaltungsgrößen eine gewisse Schönheit zuzuordnen, da wir als Menschen in einer permanenten Veränderungen unterworfenen Welt stets nach etwas suchen das bleibt, also erhalten ist.

In der Theoretischen Physik sieht man auch die volle mathematische Schönheit in welcher man diese Erhaltungssätze verpacken kann. Man kann nämlich aus der Existenz gewisser Symmetrien folgern, dass eine Größe erhalten ist. Dies wird als das Noether-Theorem bezeichnet. In diesem kann man beispielsweise aus der Tatsache, dass unabhängig davon zu welchem Zeitpunkt ich ein Experiment durchführe dasselbe passieren wird (Symmetrie der Zeit) folgern, dass die Energie erhalten ist.

Diese Energieerhaltung ist wohl eine der wichtigsten Erhaltungsgrößen der Physik. Auch wenn die Energieerhaltung direkt aus den Aussagen der physikalischen Theorien folgt wurde deren Richtigkeit in Experimenten stets auf eine harte Probe gestellt.

Bereits in der Mechanik wird dies deutlich. Lasse ich ein Pendel in einem Gravitationsfeld schwingen, sollte es laut der Energieerhaltung stets wieder an seine Ausgangslage zurückkehren. Andernfalls würde es Energie verlieren, was dem Energieerhaltungssatz widerspräche. Macht man jedoch dieses Experiment stellt man genau dies fest. Das Pendel wird, sofern man ihm keinen Schwung gibt, nie an seinen Ausgangspunkt zurückkehren und mehr und mehr an Energie verlieren.

Ein Zweifler mag hier direkt den Energieerhaltungssatz als widerlegt ansehen und sich auf die Suche nach einer neuen Theorie begeben. Jedoch zeigt sich, dass durch genaueres Hinsehen der Energieerhaltungssatz gerettet werden kann: Man hat nämlich nicht die gesamte Umgebung des Experiments berücksichtigt. Da das Experiment auf der Erde stattfindet wird nämlich das Pendel sich nicht nur in einem Gravitationsfeld sondern auch in einer Atmosphäre aus Luft befinden. Berücksichtigt man dies merkt man, dass durch den Luftwiderstand das Pendel Energie abgeben wird. Auf atomarer Ebene ist es so, dass permanent Luftatome gegen das Pendel fliegen, die vom Pendel dann in dessen Richtung geschleudert werden. Bei einzelnen Atomen ist der Energieverlust, den das Pendel dadurch erleidet minimal, da es sich aber um unzählige Atome handelt wird das Pendel mit der Zeit mehr und mehr an Energie verlieren und immer weniger schwingen.

Die Energie geht also nicht verloren, sondern wird nur in andere Energie umgewandelt. In diesem Falle in Bewegungsenergie der Luftatome, was auf makroskopischer Ebene dazu führt, dass es geringfügig wärmer wird. Daraus folgt also, dass die Gesamtenergie nicht verloren geht und somit stets erhalten ist.

Dadurch, dass wir nicht sehen, was auf atomarer Ebene vor sich geht, sah es also zunächst so aus als würde der Energieerhaltungssatz nicht zutreffen. Immer als der Energieerhaltungssatz durch Experimente auf die Probe gestellt wurde, war das Problem, dass die fehlende Energie in einen nicht berücksichtigten oder gar experimentell nicht zugänglichen Bereich entschwand. So auch in dem nächsten Beispiel, dass wir uns anschauen möchten:

Radioaktiver Zerfall und Neutrinos

Beim radioaktiven Beta-Zerfall zerfällt ein Neutron in ein Proton. Zudem misst man bei diesem Zerfall ein ausgestoßenes Elektron. Es scheint also, als würde das Neutron in zwei Teilchen, ein Proton und ein Elektron zerfallen. Man kann mit dem Energieerhaltungssatz die möglichen Energien der beiden ausgehenden Teilchen in Abhängigkeit von der Energie des zerfallenden Neutrons berechnen. Das Ergebnis sagt voraus, dass nur diskrete Energiewerte erlaubt sind. Allerdings wird ein kontinuierliches Energiespektrum gemessen. Ein diskretes Spektrum lässt sich mit einzelnen festen Farben vergleichen z.B. Rot, Grün und Blau, während in einem kontinuierlichem Spektrum auch die Übergänge zwischen diesen einzelnen Farben enthalten sind (wie z.B. beim Regenbogen).

Diese unterschiedlichen Energiespektren schienen also dem Energieerhaltungssatz zu widersprechen. Als dies Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckt wurde hatte sich der Energieerhaltungssatz schon desöfteren als sehr nützlich und zutreffend herausgestellt. Somit kam kaum einer zu dieser Zeit auf den Gedanken an dessen Gültigkeit zu zweifeln.

Stattdessen postulierte man ein weiteres Teilchen, das sogenannte Neutrino, welches als drittes Teilchen bei diesem Prozess ausgestoßen wurde und für unsere Messgeräte unsichtbar ist. Durch drei ausgehende Teilchen kann ein solches kontinuierliches Spektrum erklärt werden.

Bis heute ist man in der Wissenschaft der Überzeugung, dass diese Neutrinos existieren und sie konnten in diversen Experimenten nachgewiesen werden. Allerdings werden sie meist nur durch das Fehlen von Energie nachgewiesen. Beispielsweise wird an den Detektoren des Large Hadron Collider (LHC) am CERN ein Neutrino durch sogenannte “missing transverse energy” (dt. fehlende transversale Energie) identifiziert. Die Protonenstrahlen, die in diesen Detektoren aufeinandergeschossen werden haben in etwa diesselbe Energie. Daher ist die Summe der Gesamtenergie gleich null. Nach einer Kollision muss sich also auch die gesamte Energie der senkrecht (transversal) zu den Protonenstrahlen ausgehenden Teilchen aufheben. Nur so ist die Energie vor und nach der Kollision erhalten. Jedoch kommt es hin und wieder vor, dass dies scheinbar nicht so ist und es fehlende transversale Energie gibt. Diese wird dann meist auf Neutrinos zurückgeführt, welche für unsere Detektoren unsichtbar sind und somit keine Spuren hinterlassen.

Statt von Zweifeln überkommen zu werden haben hier die Physiker also einen Weg gefunden den Energieerhaltungssatz zu retten, indem sie die fehlende Energie auf ein für unsere Detektoren unsichtbares Teilchen zurückführten.

Dass der Energieerhaltungssatz nicht einfach aufgegeben wurde deutet darauf hin, dass ein tiefer Glaube an die Energieerhaltung unter den Wissenschaftlern vorherrschte. Dieser begründete sich auf zahlreiche Erfahrungen, in denen der Energieerhaltungssatz sich letztendlich doch als richtig herausgestellt hatte. Einerseits zeigt dies, dass Wissenschaft auch ein Glaube ist. Andererseits kann man hieraus auch etwas über den Glauben an Gott lernen: Statt bei den ersten Anzeichen von Schwierigkeiten an Gott zu zweifeln zahlt es sich aus Ihm zu glauben. Dies möchten wir im nächsten Abschnitt genauer betrachten:

Gottes Güte ist erhalten

In einem früheren Blogpost habe ich bereits erwähnt, dass die Schöpfung in gewisser Hinsicht immer den Schöpfer widerspiegelt. So lässt sich auch bei den Erhaltungssätzen in der Natur eine Widerspiegelung des Wesen Gottes finden. In Hebräer 13,8 heißt es Jesus Christus ist derselbe gestern und heute und in Ewigkeit. Da Jesus Gott ist, bedeutet dies, dass Gott derselbe gestern, heute und in Ewigkeit ist. Wissenschaftlich gesehen wäre dies ein Erhaltungssatz. Gottes Wesen ist also in alle Ewigkeit erhalten. Genau wie man in der Wissenschaft einzelne Größen finden kann, die erhalten sind, kann man in Gottes Charakter einige Wesenszüge finden, die stets erhalten sind.

Ein solcher Wesenszug der stets erhalten ist, ist die Güte Gottes. So heißt es in Psalm 34,9 Schmecket und sehet, dass der HERR gütig ist! Glücklich der Mann, der sich bei ihm birgt! Wir können daraus also folgern, dass Gott immer gut ist. Seine Güte ist somit erhalten, so wie die Energie in der Schöpfung erhalten ist.

Genau wie beim Energieerhaltungssatz ist es auch hier so, dass dies nicht immer auf den ersten Blick ersichtlich ist. Jeder Mensch kommt in Situationen, die dem Äußeren nach alles andere als gut aussehen. Dasselbe gilt auch für viele Christen. Leider passiert es dann oft, dass wir an der Güte Gottes zweifeln und uns von Ihm entfernen.

Jedoch verhält es sich mit der Güte Gottes genau wie beim Energieerhaltungssatz: Nur weil wir nicht auf den ersten Blick sehen, dass die Energie erhalten ist, bedeutet das nicht, dass der Energieerhaltungssatz nicht zutreffend ist. Möglicherweise haben wir einfach nicht genau genug hingeschaut.

Genauso ist Gottes Güte nicht weg, nur weil wir sie derzeit nicht fühlen oder in unserem Alltag mit unserer beschränkten Sicht sehen können. Es ist vielmehr so, dass wir entweder nicht genau genug schauen oder möglicherweise können wir sie derzeit mit unseren natürlichen Sinnen einfach nicht sehen, obwohl sie da ist.

Oft reicht schon ein Wechsel der Perspektive um zu sehen, dass Gott tatsächlich gut ist. Oder es braucht Geduld bis man auch im Sichtbaren sieht wie sich Gottes Güte im eigenen Leben erweist. Um nicht ins Zweifeln zu kommen und aufzugeben braucht es daher den Glauben an Gott und Seine Güte. Dieser kommt durch das Hören des Wortes Gottes.

Ich selber habe es in meinem Leben häufig erlebt, dass es im Sichtbaren alles andere als gut aussah. Doch stets hat Gott in meinem Leben alles zum Besten gewirkt wie Er es in seinem Wort verheißt.

Nachdem ich mein Bachelorstudium abgeschlossen hatte fiel ich wie in ein Loch. Bereits während meiner Bachelorarbeit hatte ich vermehrt Probleme mich zu motivieren und hinterfragte ob ich weiter Physik studieren möchte. Ich entschied mich schließlich dazu weiter zu studieren und auch wenn ich glaube, dass es die richtige Entscheidung war, war das Masterstudium stets ein Kampf. Auch in meinem privaten Leben funktionierte vieles nicht wie ich mir das wünschte und ich ging durch viele gute aber auch herausfordernde Veränderungen.

Ich brachte all diese Schwierigkeiten stets im Gebet vor Gott, doch waren diese Gebete selten von Glauben erfüllt, sondern eher ein Jammern über die eigenen Probleme. Als ich mit der Zeit merkte, dass dies mir nicht half beschloss ich kompromisslos dem Wort Gottes zu glauben, ganz egal ob es in meinem Leben derzeit danach aussah oder nicht. Ich entschied mich der Güte Gottes zu glauben und zu glauben, dass Er alles in meinem Leben zum Besten wenden würde.

Meine Probleme waren nach wie vor unverändert, doch allein durch diesen Glauben und das innere Zeugnis, dass Gottes Wort die Wahrheit ist ging es mir schon viel besser. Und auch im Sichtbaren begann sich mein Leben mehr und mehr an das was ich glaubte anzupassen.

Es zeigte sich, dass vieles was ich mir damals wünschte gar nicht das war, was ich eigentlich wollte und so beschloss ich zum Beispiel statt nach meinem Master zu promovieren mir einen Job in der IT-Branche zu suchen. Dies war, wie ich inzwischen weiß, definitiv die richtige Entscheidung. Ich bin zwar immer noch sehr interessiert an der Physik, kann dies jedoch inzwischen mehr als Hobby betreiben, was mir die Freiheit gibt mich mit den Dingen zu beschäftigen die mir am Meisten Spaß machen.

Inzwischen ist es so, dass ich die Güte Gottes tagtäglich auch im Sichtbaren erlebe. Doch unabhängig davon, was die Umstände sagen habe ich tief in mir die Gewissheit, dass Gott alles zum Guten wirken wird. Diese Gewissheit erlaubt es durch alle Herausforderungen hindurch zu gehen und stets Hoffnung zu haben.

Ich möchte Dich also ermutigen der Güte Gottes zu glauben. Genau wie die Energie ist Gottes Güte stets erhalten und wirkt immer alles zum Besten. Der Glaube den es dafür braucht kommt aus dem Hören des Wortes Gottes. Aus eigener Erfahrung weiß ich, dass wenn Du diesen Glauben in Deinem Leben kultivierst, Gottes unendliche Güte auch mehr und mehr in Deinem Leben sichtbar werden wird.

Josua Göcking
Josua Göcking
Ich bin studierter Physiker, Softwareentwickler und Autor des Buchs "Sci-Faith - Die Vereinbarkeit von Glaube und Wissenschaft". Mein Herz brennt dafür Wissenschaft aus einem Fundament des Glaubens heraus zu betrachten und zu betreiben.