Wissenschaft und Ästhetik – Warum die naturwissenschaftliche Suche nach Wahrheit auch eine Suche nach Schönheit ist

Seit Menschengedenken fragen wir nach der wahren Natur der Dinge und dem Wesen der Welt. Dabei staunen wir immer wieder wir über die Schönheit der Natur und die Vielfalt ihrer Gestalten. Das dabei auftretende Gefühl des Geheimnisvollen nennt Albert Einstein „das Schönste, was wir erleben können. Es ist das Grundgefühl, das an der Wiege von wahrer Kunst und Wissenschaft steht.“ Und auch den grossen Philosophen Immanuel Kant liess das Staunen nicht los. Es lässt ihn sagen:

Zwei Dinge erfüllen das Gemüt mit immer neuer und zunehmender Bewunderung und Ehrfurcht, je öfter und anhaltender sich das Nachdenken damit beschäftigt: Der gestirnte Himmel über mir und das moralische Gesetz in mir. Ich sehe sie beide vor mir und verknüpfe sie unmittelbar mit dem Bewusstsein meiner Existenz.

Nicht zuletzt von zwei Dingen waren sowohl Kant als auch Einstein sehr bewegt, von der Schönheit der Erscheinungen in der Natur und der in der mathematischen Formulierung ihrer Gesetze zum Ausdruck kommenden Stringenz und Erhabenheit. Bei Kant waren dies die Newton’schen Gesetze der Mechanik, bei Einstein seine eigene allgemeinen Relativitätstheorie, die das Phänomen der Gravitation in eine wunderbare geometrische Formulierung brachte. Dass dabei gerade die Disziplin, deren Grammatik viele Zeitgenossen seit ihrer Kindheit weder besonders schätzen noch beherrschen, die Sprache unseres Naturverständnisses sein soll, diese Ansicht, hatte nur 80 Jahre vor Newton der Vater der Physik, Galileo Galilei, postuliert:

Die Philosophie steht in diesem grossen Buch geschrieben, dem Universum, das unserem Blick ständig offen liegt. Aber das Buch ist nicht zu verstehen, wenn man nicht zuvor die Sprache erlernt und sich mit den Buchstaben vertraut gemacht hat, in denen es geschrieben ist. Es ist in der Sprache der Mathematik geschrieben, und deren Buchstaben sind Kreise, Dreiecke und andere geometrische Figuren, ohne die es dem Menschen unmöglich ist, ein einziges Wort davon zu verstehen; ohne diese irrt man in einem dunklen Labyrinth herum.

Aber Newton gab der Physik nicht nur die Mathematik, mit der sich die Planetenbewegung berechnen liess. Er vollendete das System der Mechanik als Ganzes und gab damit der (noch recht wagemutig ausgesprochenen) Ansicht Galileis ihre letztendliche Berechtigung. Er schenkte der Wissenschaft ihr erstes abgeschlossenes Theoriensystem, ihre erste ‚Weltformel’. Damit verschaffte er ihr den Anspruch, alles Naturgeschehen ableiten und berechnen zu können, ein Anspruch, den sie bis heute in der einen oder anderen Form aufrecht erhält und damit zur einflussreichsten gesellschaftlichen und intellektuellen Kraft der Moderne wurde.

Damit ist allerdings keineswegs gesagt, dass Wissenschaftler keine ausser-rationalen Motivationselemente oder metaphysischen Denkrahmen besitzen. Im Gegenteil: Qua ihrer Methode unterscheidet die Wissenschaft bereits – „a priori“ wie die Philosophen dies nennen – zwischen einer absoluten, objektiven, unveränderlichen und mathematisch beschreibbaren Welt und unseren geistigen subjektiven sinnlichen Wahrnehmungen. Der auf Platon zurückgehende Dualismus zwischen Idee und sinnlicher Erfahrung, Welt und Wahrnehmung, Materie und Geist, Objekt und Subjekt ist die metaphysische Grundlage des Denkgebäudes der Naturwissenschaften. Er zerreisst die Welt förmlich in zwei Teile: den mathematisch erfassbaren Teil der ‚objektiven Realität‘ und eine in populärer Darstellung dazu oft in einen Gegensatz gestellte, subjektiv durch unsere Sinne vermittelte, konkrete Alltagserfahrung – also Wahrnehmungen, Farben, etc. Noch im frühen 19. Jahrhundert reagierte man allzu empfindlich auf diesen Riss, was bekanntlich die Denker der Romantik gegen die aufkommende Naturwissenschaften Stellung beziehen liess, sie würden alle Naturphänomene und -erfahrungen ausschliesslich mit dem Verstand erklären und auf seine Nützlichkeit und Verwendbarkeit untersuchen.

So hegen die meisten theoretischen Physiker den tiefen – Kritiker könnten anfügen: nicht rational begründbaren – Glauben, dass die Natur trotz der Komplexität und Vielfältigkeit ihrer Erscheinungen im Grunde sehr einfach ist. Ihr Bestreben ist, aus der verwirrenden Kompliziertheit der Naturphänomene einfache Vorgänge herauszuarbeiten. Einfach ist dabei alles, was in seinen gesetzmässigen Abläufen mathematisch exakt dargestellt werden kann. Nicht das also ist einfach, was uns die Natur unmittelbar darbietet, sondern erst muss der Wissenschaftler das bunte Gemisch der Phänomene trennen, das Wichtige von allem unnötigen Beiwerk reinigen, bis der „einfache“ Vorgang erscheint und man von allen Nebenerscheinungen abstrahieren kann. Erst dieses Einfache kann dann als „schön“ erscheinen. Gerade in diesem Glauben erweisen sich die Wissenschaftler, wie wir alle, als „ästhetisch empfindsame“ Menschen. Denn in der Einfachheit und Symmetrie in der mathematischen Struktur ihrer Theorien wollen sie die wahre Schönheit der Natur erkennen.

Wer einmal erfasst hat, wie elegant und nahezu wunderbar sich eine mathematische Struktur bei der Erfassung der Natur darstellt (was auf den ersten Blick oft gar nicht offensichtlich ist), der kommt aus dem Staunen kaum mehr heraus. Was anderes als das Gefühl unbeschreiblicher Hochstimmung muss Einstein gefühlt haben, als er zuletzt merkte, dass seine Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie die richtigen mathematischen Eigenschaften (die so genannte „Kovarianz“) hatten und alle die Gravitation betreffenden Phänomene, inkl. der bisher unerklärten wie der Periheldrehung des Merkurs, exakt beschrieben. In seiner Autobiographie „Der Teil und das Ganze“ beschreibt Heisenberg explizit das Gefühl, welches er just in dem Moment empfand, als sich ihm mit einem Male in den Zeichen auf dem Blatt Papier Bedeutung offenbarte und er die Grundgesetze der Atome erkannte:

Im ersten Augenblick war ich zutiefst erschrocken. Ich hatte das Gefühl, durch die Oberfläche der atomaren Erscheinungen hindurch auf einen tief darunter liegenden Grund von merkwürdiger innerer Schönheit zu schauen, und es wurde mir fast schwindelig bei dem Gedanken, dass ich nun dieser Fülle von mathematischen Strukturen nachgehen sollte, die die Natur dort unten vor mir ausgebreitet hatte.

Auch wenn die der modernen theoretische Physik zugrunde liegende Mathematik hochgradig komplex ist (ihr Begriff von „einfach“ ist ein etwas anderer als der umgangssprachliche), so zeichnet sich diese durch eine wunderschöne Konsistenz und Symmetrie aus, was den Physikern erst ihr tiefes Vertrauen in sie gibt. Es ist, schlicht gesagt, ein Vertrauen in das Schöne. So behauptete der in seiner Radikalität kaum übertroffene theoretische Physiker Paul Dirac, „es ist wichtiger, Schönheit in seinen Gleichungen zu haben als Übereinstimmung mit dem Experiment“. Gerade die von ihm nur mittels theoretischen Symmetrieüberlegungen hergeleitete Vereinigung von Quantenmechanik und spezieller Relativitätstheorie zur so genannten „Dirac-Gleichung“, heute die Grundgleichung der Quantenfeldtheorie, gilt unter Physikern als ausgezeichnetes Beispiel von mathematischer Schönheit in der Physik. Aus ihr folgen zahlreiche, unterdessen ausnahmelos empirisch validierte Vorhersagen (wie beispielsweise die Existenz von Antimaterie).

Es ist insbesondere ein Prinzip, welches den Physikern einen fundamentalen Glauben an die „Einheit der Natur“ schenkt: Symmetrie. Unter einer Symmetrie versteht man in der Physik die Eigenschaften eines Systems, nach einer bestimmten Änderung seiner Koordinaten und Parameter unverändert zu bleiben. Die Natur soll bestimmten Symmetrien gehorchen, und in und mit ihnen manifestieren sich sämtliche Eigenschaften von Teilchen und Kräften und lassen sich in mathematisch exakt formulierbarer Sicherheit die Erhaltung bestimmter messbarer physikalischen Grössen wie die Energie ableiten.
So schreibt Heisenberg: „Die endgültige Theorie der Materie wird ähnlich wie bei Platon durch eine Reihe von wichtigen Symmetrieforderungen charakterisiert sein.“ Doch sind diese Symmetrien nun mehr alles andere anschaulich, wie er weiter ausführt: „Diese Symmetrien kann man nicht mehr einfach durch Figuren und Bilder erläutern, so wie es bei platonischen Körpern möglich war, wohl aber durch Gleichungen.“

Die Symmetrie soll also die Grundstruktur der Natur bestimmen. Physikern wie Dirac ist vielleicht gar nicht klar, dass sie Symmetrie zu etwas nahezu Metaphysischem stilisieren, zum Prinzip des Seienden, des Wahren und des Schönen, und sich dabei auf ein Argumentationsgefüge stützen, welches Ähnlichkeiten mit dem aus der mittelalterlichen Scholastik besitzt: Symmetrie ist wahr, weil sie das Prinzip des Seienden ist und einfach weil sie schön ist.

So scheint der Begriff der Symmetrie zuletzt wie kein zweiter geeignet zu sein, eine Verbindung zwischen Wissenschaft und Kunst zu erkennen. In der Kunst erkennt man in der Symmetrie ein Kriterium von Schönheit, wie es die meisten antiken und neuzeitlichen Kunstauffassungen tun. Ist das Streben moderner Wissenschaft nach Symmetrie zu verstehen als die gleiche Suche nach Schönheit wie in der Kunst? Und dies auch, wenn in der Befriedigung menschlicher ästhetischer Bedürfnisse ein grundlegender Unterscheid zur jener von Erkenntnisbedürfnissen liegt (ein Unterscheid, den schon Kant aufzeigte)? Zumindest sind Schönheit und Symmetrie wichtige Motivationsquellen und nicht zuletzt mächtige heuristische Mittel der wissenschaftlichen Forschung. Als kreative menschliche Tätigkeiten sind sowohl Kunst als auch Wissenschaft auf beides angewiesen.