Was ist eine physikalische Theorie - und was nicht?

Hallo zusammen,

mir sind hier immer wieder Diskussionen über "neue" bzw. "eigene" "Theorien" aufgefallen, die ein paar allgemeinen Ansprüchen nicht gerecht werden. Dabei handelt es sich nicht um "Wahrheit" oder dass sie "unorthodox" wären, sondern dass es im eigtl. Sinne gar keine Theorien gemäß der allgemeinen Verständnisses sind. Daher ein paar Gedanken dazu

Eine physikalische Theorie zeichnet sich generell dadurch aus, dass sie quantitative (d.h. mathematisch berechenbare) und experimentell überprüfbare (verifizierbare bzw. falsifizierbare) Vorhersagen macht. Eine neue Theorie zeichnet sich dadurch aus, dass sie bekannte Phänomene mindestens gleich gut oder besser oder zumindest sparsamer (Ockham's razor) erklärt, und dass sie darüber hinaus neue (unbekannte, unerwartete) Phänomene (wiederum quantitativ und experimentell überprüfbar) vorhersagt. Im englischen verwendet man gerne neben prediction das Kunstwort post-diction, wobei letzteres alleine für eine neue Theorie nicht ausreichend ist.

Leider sind moderne physikalische Theorien alles andere als anschaulich. Spätestens seit der Quantenmechanik entziehen sich ihre Begriffskategorien fast vollständig der Anschauung (Hilbertraum, Operatoralgebra, Pfadintegrale, ...). Selbst bei scheinbar anschaulicheren mathematischen Objekten aus der ART (Mannigfaltigkeiten, Diffeomorphismen, ...) führt gerade diese Anschauung leicht in die Irre. Daher entsteht das Bedürfnis, Theorien (im obigen Sinne) zu interpretieren und sozusagen näher an die Anschauung heranzurücken. Dies gelingt in vielen bekannten populärwissenschaftlichen Büchern und Fernsehsendungen mal besser, mal schlecher.

Generell fällt mir auf, dass sehr häufig Theorie und Interpretation verwechselt werden!

Man erkennt dies explizit dann, wenn "warum" Fragen sich auf eine Interpretation beziehen, nicht auf die Theorie selbst: "warum krümmt eine Masse die Raumzeit? gemeint ist dabei häufig die Gummituch-Geometrie. Antwort meinerseits: "keine Ahnung!" Derartige Fragen sind unphysikalisch und ergeben keinen Sinn. Schuld daran ist zumeist nicht der Fragesteller, sondern derjenige der es versäumt hat, ihm den Unterschied zwischen der Formulierung einer physikalischen Theorie und ihrer (ihren) Interpretation(en) nahezubringen. Noch deutlicher wird dies, wenn "neue" Theorien präsentiert werden, die den obigen Anforderungen nicht genügen, und die eben nicht als Theorie formuliert sind sondern nur als alltagstaugliche Interpretation. Aber eine Interpretation einer Theorie ohne die Theorie selbst ist so wie die Interpretation eines Bildes ohne das Bild - sie hängt in der Luft, hat kein Fundament, keinen festen Grund. Insbs. versucht sie qualitative "warum-Fragen" zu beantworten, ohne zuvor die quantitativen Fragestellungen befriedigend zu lösen. Wie kann ich denn eine "neue Theorie" konstruieren, die erklärt, wie und warum das Universum so beschaffen ist, ohne quantitative und vorhersagbare Aussagen ableiten zu können? Warum solle eine "neue Theorie" besser sein, wenn sie eine geringere Vorhersagekraft hat als eine etablierte?

Ich will nun hier nicht dogmatisch irgendwelche Diskussionen unterbinden, sondern eher dazu anregen, genau diese o.g. formalen Aspekte naturwissenschaftlicher Theorien auch mal zu diskutieren. Das ist nun nicht Physik, sondern eher Metaphysik oder Wissenschaftstheorie, aber möglicherweise trotzdem von Interesse.

TomS schrieb:

Generell fällt mir auf, dass sehr häufig Theorie und Interpretation verwechselt werden!

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Hallo Tom,

ich denke, dass in den von Dir angesprochenen Fällen die zugrundeliegende mathematische Theorie normalerweise nicht oder nur schlecht bekannt ist.
Gruß

Da stimme ich dir zu, aber das ist auch nicht schlimm. Ich muss ja nicht die Theorie im Detail kennen, um sie von ihrer Interpretation unterscheiden zu können. Es reicht aus, wenn ich weiß, dass es da einen gravierenden Unterschied gibt. Wenn ich einen Kinofilm anschaue, dann weiß ich, dass es ein Bild der Wirklichkeit ist, nicht die Wirklichkeit selbst. Und es gibt möglicherweise Probleme bei der Interpretation des Films, die genau daraus resultieren. Im Falle eines Kinofilms muss ich z.B. wissen, dass insbs. die Zeit zumeist nicht die Realzeit ist, sondern dass sozusagen Zeitraffung, besser eigtl. Zeitsprünge stattfinden. Das weiß man und das beachtet man. Bei einer physikalischen Theorie ist es sogar noch schlimmer, denn es findet ja eine mehrfache Abstraktion statt:

Realität -> Messungen -> Theorie=Modell -> Interpretation

Was ich befremdlich finde ist, wenn über letzteres geredet wird, man aber guten Gewissens annimmt, über ersteres zu sprechen. Sehr häufig diskutiert man Interpretationsproblemne, keine Sachprobleme.

TomS schrieb:

Dabei handelt es sich nicht um "Wahrheit" oder dass sie "unorthodox" wären, sondern dass es im eigtl. Sinne gar keine Theorien gemäß der allgemeinen Verständnisses sind.

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Da wär' ich vorsichtig mit allgemeinem Verständnis. Ich denke, dass im allgemeinen, nichtwissenschaftlichen Sprachgebrauch das Wort "Theorie" eher synonym steht für "Hypothese". Wenn man das so liest, wird es verständlicher: Jemand stellt die Hypothese auf "könnte es nicht soundso sein" und versucht, Vorhersagen abzuleiten. Der Anforderung

Eine neue Theorie zeichnet sich dadurch aus, dass sie bekannte Phänomene mindestens gleich gut oder besser oder zumindest sparsamer (Ockham's razor) erklärt

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wird dadurch Rechnung getragen, dass man alle möglichen bekannten Phänomene aus dieser Hypothese abzuleiten versucht.
Der Punkt mit "Interpretation" statt "Theorie" kommt da mehr zufällig hinein: die Leute, die Hypothese mit Theorie verwechseln, sind auch ausreichend "wissenschaftsfern", um populärwissenschaftliche Erläuterungen (das mögen auch Analogien sein, nicht nur Interpretationen) für die Theorie selbst zu halten. Aus demselben Grund ist den Leuten auch die Faktenlage nicht wirklich bekannt, geschweige denn das Prinzip, die eigene Hypothese auf Teufel komm raus selbst widerlegen zu wollen, statt nach anekdotischen Bestätigungen zu suchen. Wobei die fehlende Faktenbindung es erlaubt, mit der Einordnung von Überlegungsresultaten als "Bestätigung der Hypothese" recht liberal umzugehen.
So kommt es, dass sie mit einer Theorie (lies: Hypothese) in einem Forum aufschlagen, die sie für recht gut passend und vielversprechend halten. Dann wird nicht selten das Fachpublikum gefragt, aus dieser vielversprechenden Hypothese eine Theorie zu machen - im aktuellen Fall liest sich das so: "ich bin dabei, sie mit Physik Formeln zu formulieren und brauche jemanden dazu, der mir übersetzt, was ich meine".

Der vorliegende Fall ist von der liebenswerteren Art und mag auch aufrichtig gemeint sein. Häufiger ist leider die Variante, in der der Hypothesenerfinder ein Crank ist. Dann ist die anekdotische Bestätigung der Hypothese gedanklich bereits zum unanfechtbaren Beweis mutiert, das anwesende - intellektuell hochgradig unterlegene, natürlich, weil es so schöne "Theorien" weder erfinden kann noch zu würdigen weiß - Fachpublikum wird bestenfalls noch ruppig aufgefordert, den kühnen Entwurf so zu Papier zu bringen, dass der Rest des Wissenschaftlerpacks ihn auch versteht und darauf dem Meister huldigen kann (sprich: eine Theorie daraus zu machen). Eine Konfrontation solcher Allüren mit der Realität endet eher vorhersagbar, weswegen hier auch der GdM-Bereich eingeführt wurde.

Auf den Crank wollte ich natürlich nicht hinaus, da ist jede Diskussion Zeitverschwendung.

Aber der Hinweis auf den Unterschied einer wissenschaftlichen Theorie und einer Hypothese finde ich sehr gut. Im normalen Sprachgebrauch ist man da sicher verwirrt, du hast recht. Du meinst also, dass die Leute, die hier eine Theorie vorlegen, eigtl. eine Hypothese vorlegen, OK.

ALSO BITTE ! Die Naturwissenschaften sowie Mathematik beruhen auf Logik ! D.h. Keinerlei Interpretationen ! Definiert bitte Interpretationen richtig . ,,Wissenschaftliche Interpretationen" sind gar keine Interpretationen sondern ANNAHMEN. Da gibt es einen kleinen aber feinen Unterschied.
Netten gruss
Danial

Natürlich werden wissenschaftliche Theorien interpretiert, z.B. und insbs. die QM. Aber das ist im Sinne der Falsifizierbarkeit unabhängig vom Wahrheitsgehalt; verschiedene Interpretationen können mit der selben Theorie verträglich sein. Und es sind keine Annahmen, denn Annahmen gehen einer Theorie voraus, Interpretationen basieren auf einer Theorie.

Interpretation = IRRATIONALE INTUITIVE AUS JUX UND DALLEREI UND BAUCHGEFUEHL Annahme, die als Tatsache dargestellt wird, ohne dass andere Optionen, die moeglich waeren, in Betracht gezogen werden
Annahme = sachliche, analytische Moeglichkeit
Netten Gruss
Danial

Ich glaube deine persönlichen Interpretation dieser beiden Wörter ist ein bisschen zu eng gefasst.
Tatsächlich ist es ja so das viele Wörter je nach Kontext ganz unterschiedliche Bedeutung haben. In vielen wissenschaftlichen Bereichen werden Wörter auch gerne komplett neu definiert so dass es bei Personen, die sich normalerweise nicht in diesem Milieu aufhalten schnell zu Missverständnissen kommen kann.
Ein schönes Beispiel ist das Wort Regime. Während meines Studiums in Politikwissenschaft war ich zuerst einigermaßen Verwirrt über die vielen Fremdwörter, da muss man sich als einzelner der eben anpassen und tolerant sein.

mfg

Astrophysiker Danial schrieb:

Interpretation = IRRATIONALE INTUITIVE AUS JUX UND DALLEREI UND BAUCHGEFUEHL Annahme, die als Tatsache dargestellt wird, ohne dass andere Optionen, die moeglich waeren, in Betracht gezogen werden
Annahme = sachliche, analytische Moeglichkeit
Netten Gruss
Danial

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sorry, aber das ist nur deine private Interpretation

das ist keine Interpretation der Woerter - das sind die offiziellen Definitionen Deutschunterricht: Interpretationen 8.klasse - Abitur. Immer nur ,,Interpreterie" hier und ,,Interpretiere" da. Ganz unwissenschaftlich geht man da vor. Letzte Deutscharbeit: ,,Der Richter und sein Haenker". Aufgabe im Unterricht ,,Interpretiere das Verhalten von Tschanz beim Essen mit Baerlach". Ich hoerte nur Indikativ - das ist das Problem bei Interpretationen. Sie lassen alle Moeglichkeit aussen vor, es wird nur eine geknuepft und darauf aufgebaut und damit als Tatsache genommen, ohne erst zu beweisen ob sie fakt ist
Das ist sehr sehr unwissenschaftlich.
Netten Gruss
Danial

Astrophysiker Danial schrieb:

ALSO BITTE ! Die Naturwissenschaften sowie Mathematik beruhen auf Logik ! D.h. Keinerlei Interpretationen ! Definiert bitte Interpretationen richtig . ,,Wissenschaftliche Interpretationen" sind gar keine Interpretationen sondern ANNAHMEN. Da gibt es einen kleinen aber feinen Unterschied.
Netten gruss
Danial

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Hallo Danial,

Deine schöne Logik kannst Du ohne die Annahme gewisser Axiome den Hasen geben.


Freundliche Grüsse, Ralf

Sry, ich verstehe keine Redewendungen. Bitte erlaeutere dein Kommentar in einer moeglichst eindeutigen Sprache (diese Tatsache (dass Sprache nicht immer eindeutig ist) ist Kennzeichnend fuer die Fehlerhaftigkeit von Sprachen).
Netten Gruss
Danial

Astrophysiker Danial schrieb:

Sry, ich verstehe keine Redewendungen. Bitte erlaeutere dein Kommentar in einer moeglichst eindeutigen Sprache (diese Tatsache (dass Sprache nicht immer eindeutig ist) ist Kennzeichnend fuer die Fehlerhaftigkeit von Sprachen).
Netten Gruss
Danial

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Hallo Danial,

Deine Logik nutzt Dich nichts, wenn Du nicht zuvor vereinbarst, welche Axiome Du verwenden willst; sonst hast Du letztlich ausser der leeren Menge nichts, worauf Du die Logik anwenden kannst.


Freundliche Grüsse, Ralf

Ablauf einer wissenschaftlichen Theorie (wie es sein SOLLTE):
1. Seltsames Phaenomen wird bemerkt, Daten aufgefasst (Beispiel: Gasplaneten bei einer Entfernung von 5 km aus wie Froesche)
2. Theoretiker macht sich Gedanken dazu, warum ist es so? warum kann es nicht anders sein? von was ist dieses Phaenomen wohl abhaengig ? (Hier wird mit Logik und Analytik gearbeitet, ganz rational)
3. Theoretiker fasst nun moegliche Erklaerung des Phaenomens zusammen (Beispiel: ART besagt, dass aufgrund von Distanz und Aussehen eines Koerpers der Planet sich wie ein Frosch verformt, nicht wie eine Katze, da die ART sagt dass Gravitation den Raum kruemmt)
4. Theorie wird publiziert (an ein Institut geschickt oder an eine Universitaet)
5. Theorie wird geprueft - es wird versucht, moeglichkeiten zu finden, diese Theorie zu beweisen (Beispiel: wir untersuchen andere Gasplaneten und beobachten Disranz und AUssehen sowie die Staerke der Gravitation)
6. Theorie wird bewiesen oder widerlegt

3 & 4 kann man zusammenfassen in Theorie wird erstellt.
Netten Gruss
Danial
PS.: Das beispiel ist natuerlich nicht realitaetsgetreu

Hallo Danial,

in der Wissenschaft ist eine Interpretation etwas völlig anderes als in einem Deutschaufsatz der 8. Klasse. Das Wort hat je nach Anwendung völlig verschiedene Bedeutungen. Das kannst Du noch nicht wissen, das lernst Du erst im Studium, wenn Du es brauchst...

diese Tatsache (dass Sprache nicht immer eindeutig ist) ist Kennzeichnend fuer die Fehlerhaftigkeit von Sprachen

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da magst Du recht haben. Aber wir kennen bislang nix besseres für den Alltag. Die Mathematik ist da etwas eindeutiger. Aber möchtest Du immer die Mathematik bemühen? Auch bei einer Liebeserklärung, einem Freudentaumel oder einem Wutausbruch?

Und wenn ein Wissenschaftler mit einem Bürger auf der Straße sprechen will, dann muß er die Umgangssprache benutzen. Denn der "0-8-15" Mensch auf der Straße versteht die Mathematik des Forschers nicht...

Ich habe selber große Schwierigkeiten, wenn ich aktuelle Forschungsergebnisse einem Besucher bei uns auf der Sternwarte erklären soll. Denn ich muß selbst in einem kurzen Vortrag sehr viele Wörter erklären. Weil sie in der Astronomie etwas anderes bedeuten als im Alltag...

In Deinem Beispiel (wie es sein sollte) fehlt noch ein Schritt. Vor Punkt 4 (Publikation) versucht man erstmal selber, die eigenen Theorie zu wiederlegen und klopft sie auf formale Fehler ab...

Grüße
Sissy

Astrophysiker Danial schrieb:

Bitte erlaeutere dein Kommentar in einer moeglichst eindeutigen Sprache (diese Tatsache (dass Sprache nicht immer eindeutig ist) ist Kennzeichnend fuer die Fehlerhaftigkeit von Sprachen).

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Du hast da mehrere Probleme
1) physikalische Theorien sind nie rein formale, logische, mathematische Modelle, sondern sie müssen immer einen Bezug zur Realität, Experimenten, etc. aufweisen; dieser Bezug wird über Sprache hergestellt
2) es gibt daher keine physikalische Theorie, die ohne Sprache auskommt (die Lehrbücher, die Beschreibung eines Experimentes, der Bezug zwischen Rechnung und Realität, die Interpretation eines Formalismus)
3) auch eine rein mathematische Theorie beruht immer auf Definitionen und Axiomen, die nicht-mathematisch formuliert sind
4) eine rein mathematische Theorie ist i.A. weder beweisbar korrekt (widerspruchsfrei) noch beweisbar vollständig

D.h. Physik ohne Sprache - mit all ihren Problemen - ist unmöglich.

Astrophysiker Danial schrieb:

5. Theorie wird geprueft - es wird versucht, moeglichkeiten zu finden, diese Theorie zu beweisen (Beispiel: wir untersuchen andere Gasplaneten und beobachten Disranz und AUssehen sowie die Staerke der Gravitation)

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Ein mindestens ebenso wichtiger Schritt ist der Versuch, die Theorie zu widerlegen. Nimm die Theorie "alle Schwäne sind weiß". Es ist trivialerweise einfach, sie immer wieder zu bestätigen "noch ein weißer Schwan, und noch einer, ..." Allerdings ist die Theorie falsch, denn es gibt schwarze Schwäne.


Der wesentliche Test einer Theorie besteht also darin, dass sie neue Phänomene vor ihrer experimentellen Entdeckung (!) korrekt vorhersagt, und dass sie Versuchen, sie experimentell zu widerlegen, widersteht. Das ist nach Poppers "Logik der Forschung" das Prinzip der Falsifizierbakeit.

Ist ja auch nicht jeder hier so ein Einstein der in der Lage ist seine Gedankenexperimente umgehend wissenschaftlich unanfechtbar zu formulieren. Aber ich finde auch die Leute die das nicht hinkriegen könnten durchaus einen wichtigen Teil zum großen und ganzen beitragen. Wieso auch sollte man irgendjemandem vorschreiben wie er sich auszudrücken hat, dass ist ein Zeichen von mangelnder Toleranz gegenüber seinen Mitmenschen. Hab auch nirgendswo einen Warnhinweis ausmachen können der mich darauf hinweist wie man seine Worte in diesem Forum zu wählen hat bzw. die Gestaltung seiner Beiträge. Zum Beispiel bei mir siehts so aus das ich leider nie die Möglichkeit hatte diese Fachrichtung studieren zu können, soll ich deswegen eine große Leidenschaft von mir aufgeben weil ich mich nicht wie ein Professor ausdrücken kann ?. Da auch in den letzten Jahrzehenten kaum einer der etablierten Wissenschaftler einen herausragenden Beitrag in diesem Gebiet beisteuern konnte wie ich finde, wäre es vieleicht sogar von Nöten einen neuen Lösungsansatz durch radikales umdenken bzw. Fehlersuche in der Vergangenheit zu betreiben bevor wir noch weitere Jahrzehnte uns im Kreis drehen und immer noch da stehen wo wir heute sind und es schon lange waren.

MfG.
Pkasso

(Zitat, Albert Einstein: "Wissen ist leider begrenzt, nur das Vorstellungsvermögen eines Menschen ist unerschöpflich".)

Pkasso schrieb:

Wieso auch sollte man irgendjemandem vorschreiben wie er sich auszudrücken hat, dass ist ein Zeichen von mangelnder Toleranz gegenüber seinen Mitmenschen.

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wenn du ernsthafte Wissenschaft betreiben willst, musst du die jeweilige Sprache, die Fachtermini und ihre Verwendung kennen. Das hat nichts mit Intoleranz zu tun, sondern nur mit einer gemeinsamen Sprache, ohne die keine Basis für eine sachliche Diskussion existiert. Wenn du beim Metzger "27 Millisteine Snark" bestellst, darfst du dich nicht wundern, wenn du nicht das von dir gewünschte bekommst.

Pkasso schrieb:

Zum Beispiel bei mir siehts so aus das ich leider nie die Möglichkeit hatte diese Fachrichtung studieren zu können, soll ich deswegen eine große Leidenschaft von mir aufgeben weil ich mich nicht wie ein Professor ausdrücken kann?

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Darum geht es ja gar nicht. Es gibt gute (leider auch schlechte!) populärwissenschaftliche Bücher, Zeitschriften wie "Spektrum der Wissenschaft", oder Plätze wie dieses Forum, wo Platz für eine nicht-mathematische aber dennoch hinreichend exakte Sprache ist.

Pkasso schrieb:

Da auch in den letzten Jahrzehenten kaum einer der etablierten Wissenschaftler einen herausragenden Beitrag in diesem Gebiet beisteuern konnte wie ich finde, wäre es vieleicht sogar von Nöten einen neuen Lösungsansatz durch radikales umdenken bzw. Fehlersuche in der Vergangenheit zu betreiben bevor wir noch weitere Jahrzehnte uns im Kreis drehen und immer noch da stehen wo wir heute sind und es schon lange waren.

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Das ist natürlich eine gewagte Unterstellung. Welches Gebiet meinst du? Gibt es da wirklich keine Fortschritte? Oder kennst du sie nur nicht, weil du die wissenschaftliche Literatur nicht kennst, liest oder verstehst? Glaubst du wirklich, dass im Falle des Scheiterns einer wissenschaftlichen Theorie dieser Denkprozess nicht stattfindet? Weißt du wirklich, dass die Wissenschaft in dieser Weise blind ist? Oder glaubst du es nur?

Und wie auch immer, wissenschaftliche Revolutionen oder Paradigmenwechsel sind zwar oft mit einer Änderung der Sprache einhergegangen, aber nie mit einem Verzicht auf möglichst exakte Sprache.

Pkasso schrieb:

soll ich deswegen eine große Leidenschaft von mir aufgeben weil ich mich nicht wie ein Professor ausdrücken kann ?

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Hallo Pkasso,

da dieses Problem hier immer wieder auftaucht, vielleicht einmal ein paar grundlegende Worte dazu:

Lass mich dazu bitte zuerst mal klar stellen, dass hier im Forum immer wieder Leute mit ziemlich unterschiedlichen Erfahrungen und auch Kenntnissen aufeinandertreffen. Diese Menge der Teilnehmer läßt sich deswegen immer wieder in die Kategorie "Lehrer" und "Schüler" aufteilen, wobei die Zuordnung definitiv nicht zeitunabhängig sein muss. Ein "Lehrer" kann bei manchen Themen auch mal zum Schüler werden und umgekehrt. Soweit eigentlich klar.

Nun gibt es das Problem, dass sich manchmal ein "Schüler" mit seiner aktuellen Rolle nicht so Recht abfinden will und daher anfängt lauthals auf die Welt zu schimpfen und wie gemein die Welt doch sei. Jetzt will ich wissen, wie soll ein "Lehrer" damit bitte umgehen, wo er doch Zeit, Geld oder andere Ressourcen zur Erarbeitung seines Wissens aufgebracht hat? Soll man da dann einfach zum "Schüler" sagen: "Hier bitte, bediene dich. Nimm mit, was ich mir hart erarbeitet habe"? Wohl kaum!!

Deswegen mal wieder eine Erinnerung an die Netiquette: "Leben und leben lassen" lautet das Motto. Wir sind alle nur Menschen und wer das nicht verträgt sollte erst mal lernen mit sich selbst klar zu kommen. Gewisse Höflichkeiten und Umgangsformen sind einfach unabdingbar. Wenn dagegen jemand behauptet er hätte hier als Schüler ein Recht darauf belehrt zu werden, kann ich eigentlich nur noch über dessen Naivität laut lachen.
MfG