Das Wissenschaftliche in der Komplementarität von Experimentellem und Theoretischem

Um die Verbindung zwischen Experimentieren und Theoriebildung zu verstehen, ist es allerdings sinnvoll, den Weg der symbolischen Repräsentation der Phänomene und die Verbindung dieser Repräsentation mit Rheinbergers Modellkonzept weiter zu verfolgen. Auf den ersten Blick hat dieser Modellbegriff nichts mit dem der Wissenschaftstheorie zu tun, wie er etwa von van Fraassen (siehe oben, Seite 24) verwendet wird. Für van Fraassen sind Modelle Theoriebestandteile, Theorien sind „Familien von Modellen“, während Rheinberger Modelle als Experimentieranordnungen, als Experimentalsysteme auffasst. Wenn man jedoch versucht, beides zusammen zu denken, dann kann man einen ersten Hinweis für einen Begriff vom Wissenschaftlichen gewinnen, der jenseits der Entscheidung über das Primat der Theorie oder des Experiments angesiedelt ist. Zuvor soll jedoch ein Blick auf die Rolle der Theorie in Rheinbergers Wissenschaftskonzept geworfen werden.

Kurz gesagt kann man feststellen, dass Theorie im Sinne etwa Poppers bei Rheinberger abwesend ist, dass sie nicht benötigt wird, um Experimentalwissenschaft zu verstehen. Sie ist nicht einmal im Sinne van Fraassens nötig, der sie gewissermaßen als Hilfsmittel zum Design von Experimenten ansah. Van Fraassen sah die Theorie dem Experiment vorgelagert in dem Sinne, dass sie dem Wissenschaftler sozusagen die Ideen dafür liefert, was zum Gegenstand der experimentellen Forschung gemacht werden könnte und wie das Experiment aufzubauen ist. Aber das ist für Rheinberger gar nicht notwendig. Einerseits tritt ein Wissenschaftler immer schon in bestehende Experimentalsysteme ein, er findet bestehende Experimentieranordnungen vor, in denen eine technische Umgebung bereits stabilisiert ist, er hat die Regeln und Verfahren des Umgangs mit ihnen gelernt. Durch differenzielle Reproduktion verschiebt er das Experimentalsystem, neue epistemische Dinge entstehen, graphematische Spuren werden erzeugt. Die epistemischen Dinge werden stabilisiert, können selbst zum Bestandteil der technischen Umgebung werden und so fort.

Selbst wenn man sich einen Wissenschaftler denkt, der auf völlig unberührtem Feld zu forschen beginnt, benötigt er streng genommen keine Theorie, keine in Satzsysteme gefassten Hypothesen, aus denen er Vermutungen über das Verhalten der vorgefundenen Objekte ableitet um seine Experimentieranordnung zu gestalten. Es genügt völlig, dass er gewisse Objekte auswählt und versucht, ihr Verhalten zu stabilisieren, eine Umgebung zu finden oder zu schaffen, in der Prozesse stabile Spuren erzeugen. Es mag sein, dass ihm zuvor bestimmte Regelmäßigkeiten aufgefallen sind und dass er bemerkt hat, dass diese Regelmäßigkeit unter gewissen Bedingungen deutlicher ist als unter anderen. Das mag sein Forschungsinteresse erregt haben und seine ersten Schritte beim Aufbau des Experimentalsystems leiten. Aber er benötigt keine Theorie über Ursachen, keine gedanklichen Vorstellungen von Mechanismen, um sein Experimentalsystem in Gang zu setzen.

Es ist in diesem Zusammenhang belanglos, ob einzelne Wissenschaftler bei der Konzeption ihrer Experimentalsysteme theoretische Vorstellungen, Hypothesen oder Vermutungen haben, entscheidend ist, ob sie notwendig sind, um das Wesen der (experimentellen) wissenschaftlichen Forschung zu verstehen. Gehen wir noch einen Schritt weiter, und betrachten wir Rheinbergers Konzept des Experimentalsystems so, wie wir oben (siehe Seite 18) bereits Poppers Sicht auf die Theoriendynamik betrachtet haben, nämlich unter der Fragestellung, ob sich die Wissenschaftsgeschichte auf Basis der dargestellten Konzeption des Experimentalsystems rekonstruieren lassen könnte, ob sich ein plausibles Bild von Wissenschaftlichkeit auf diese Weise ergibt.

Die Beispiele aus Rheinbergers Studien zur Molekularbiologie weisen ebenso wie andere Darstellungen der „Science Studies“ auf wir die im nächsten Abschnitt zurückkommen werden, darauf hin, dass das der Fall ist, ebenso, wie viele Beispiele aus der Physik, die Popper und andere Wissenschaftstheoretiker anführen, zeigen, dass Wissenschaft sich auch als Theoriendynamik deuten lässt. Wohlgemerkt, es kommt dabei nicht darauf an, ob die Wissenschaftsgeschichte im Detail und in jedem einzelnen historischen Ablauf der jeweiligen Beschreibung gefolgt ist, sondern darauf, dass das, was als Wissenschaftliches bezeichnet wird, plausibel so erscheint, als sei es Resultat eines solchen Prozesses.

Das würde jedoch bedeuten, dass sich Wissenschaft plausibel in zwei verschiedenen Geschichten erzählen ließe, die gewissermaßen komplementär sind. Einerseits wäre für die Wissenschaft wesentlich, dass logisch strukturierte Satzsysteme systematisch entwickelt werden, aus denen Behauptungen über die Realität sowie Vorschriften zur Überprüfung dieser Behauptungen abgeleitet werden können, aus denen dann automatisch gewisse Experimentieranordnungen folgen, die zur Entscheidung über die Richtigkeit der Theorie beitragen. Auf der anderen Seite bestände das Wesen der Wissenschaftlichkeit darin, in Experimentalsystemen epistemische Dinge zu stabilisieren, damit für die technischen Bedingungen innerhalb des Systems verfügbar zu machen und damit das Experimentalsystem weiter zu entwickeln. Theorie im Sinne logisch strukturierter Satzsysteme wäre dabei vielleicht hilfreich, aber nicht unbedingt notwendig.

Man würde es sich zu einfach machen, wenn man Wissenschaft etwa in einen reinen und einen angewandten Teil scheiden würde, oder in einen theoretischen und einen experimentellen Teil, um dann das eine Bild für die Natur der einen Art Wissenschaft zu nutzen, während das andere das Wesen der anderen Art Wissenschaft beschreibt. Auch die Strategie, Wissenschaft im Wesentlichen als Wechselspiel zwischen Theoriebildungsdynamik und differenzieller Reproduktion von Experimentalsystemen zu beschreiben, hilft nicht weiter, denn bemerkenswert ist ja gerade, das qualitativ vergleichbare Resultate der Wissenschaften sich als Ergebnisse zweier scheinbar grundverschiedener Prozesse, die als wesentlich wissenschaftlich angesehen werden können, verstehen lassen.

Es kann gar nicht unser Ziel sein, eine mehr oder minder umfassende Beschreibung all dessen zu liefern, was gegenwärtig unter dem Begriff Wissenschaft gefasst wird oder was – mehr oder minder allgemein akzeptiert – das Attribut wissenschaftlich beansprucht. Wenn wir dieses Ziel verfolgen würden, würden wir bestenfalls über Kriterien verfügen, vorgefundene Handlungen oder Handlungsergebnisse dem Wissenschaftlichen zuzuordnen, wobei in jedem Zweifelsfall wieder Unsicherheit bestünde, ob denn vielleicht die Beschreibung nur zu eng oder zu weit ist, oder ob das in Zweifel stehende Phänomen nun dem Wissenschaftlichen zuzuordnen sei, oder nicht. In jedem Falle hätten wir aber noch nicht verstanden, was das Wissenschaftliche im Kern ausmacht, was das Wissenschaftliche ist.

Wenn es uns jedoch gelingt, in den oben genannten zwei Geschichten, in denen sich das, was heute fraglos als wissenschaftlich gilt, erzählen oder plausibel rekonstruieren lässt, das Gemeinsame zu sehen, dann ist zu erwarten, dass in diesem Gemeinsamen das Wesen des Wissenschaftlichen sichtbar wird.

Beim Experimentieren wird etwas, das als bekannt angenommen wird, zum Instrument gemacht, um etwas, das unbekannt ist, kennen zu lernen. Das vorläufig bekannte, das ist das, was Rheinberger die technische Umgebung nennt, und was für Heidelberger die produktiven und konstruierenden Instrumente sind. Das Unbekannte ist das epistemische Ding, es handelt sich um einen kausalen Zusammenhang, der ein beobachtbares Phänomen hervorbringt. Etwas zu kennen, heißt in diesem Zusammenhang, sicher zu sein, dass eine beschreibbare Manipulation des Bekannten ein ebenfalls beschreibbares Phänomen hervorbringt.

Beschreibbarkeit bedeutet, dass es sowohl von der Manipulation des Bekannten als auch von den beobachteten Phänomenen symbolische Repräsentationen gibt, die es ermöglichen, die Manipulation, den kausalen Zusammenhang sowie die beobachteten Phänomene zu dokumentieren. Dokumentieren bedeutet dabei mehr als nur beschreiben, eine Dokumentation zu haben heißt, dass der gesamte Hergang des Experimentierens ohne Erinnerung an die Beobachtung re-konstruiert und re-produziert werden kann.

Experimentieren in seiner elementaren Form heißt manipulieren und beobachtend sehen, was geschieht. Dieses Experimentieren ist auf Kenntnisse in dem Sinne ausgerichtet, die Bedingungen wieder herbeiführen zu können, unter denen die Manipulation zu dem gleichen Geschehen führt. Der Experimentator wird auf dieser Ebene, wenn er sein Experimentalsystem kennt, etwa Publikum zu seinem Experiment einladen und ist sich gewiss, dass er immer neue Zuschauer auf die gleiche Weise in Erstaunen versetzen kann. Es mag allerdings sein, dass ein wiederkehrender Zuschauer meint, dass der Effekt, der hervorgerufen wird, beim letzten Mal stärker war. Auf einer zweiten Ebene des Experiments wird der Experimentator deshalb die produzierenden und konstruierenden Instrumente mit symbolisierenden Instrumenten verbinden, sodass die Phänomene nicht nur beobachtbar sind, sondern durch Symbole repräsentiert werden. Durch die Symbole werden die Kenntnisse zweifelsfrei. Es kommt nicht mehr auf den subjektiven Eindruck an, der erinnert wird, sondern auf das wieder-erkennbare Symbol.

Das wissenschaftliche Experimentieren geht noch einen Schritt weiter, indem es die Symbole in einer Weise dokumentiert, die es ermöglicht, die Kenntnisse nachzuvollziehen, ohne dass überhaupt zuvor das Phänomen selbst beobachtet werden muss. Man kann sogar sagen, dass die wissenschaftliche Erkenntnis, das wissenschaftliche Verstehen des experimentellen Geschehens, gerade in diesem symbolischen Nachvollzug, in der symbolischen Repräsentation des kausalen Zusammenhangs besteht. Wissenschaftliche Erkenntnis ist dann gegeben, wenn experimenteller und symbolischer Vollzug so zur Deckung kommen, dass der eine für den anderen stehen kann. Dies gelingt jedoch im Allgemeinen nur mit Konstellationen, die gegenüber der alltäglichen Realität enorm eingeschränkt sind, für den experimentellen Vollzug bedeutet das die Herstellung einer kontrollierten technischen Umgebung im Labor, in der sich die Abläufe überhaupt erst so beobachten lassen, dass sie symbolisch repräsentierbar werden.

Die Konstellation von technischer Umgebung und epistemischem Ding, von produzierenden, konstruierenden und symbolisierenden Instrumenten, die so gebildet wird, dass die kausalen Beziehungen symbolisch repräsentiert werden können, ist das wissenschaftliche Modell. Aufgrund dessen, dass hier der experimentelle Ablauf und seine symbolische Repräsentation zur Deckung kommen, ist es belanglos, ob die physische Konstellation von Gerätschaften auf dem Labortisch oder die ideelle Konstellation von Symbolen auf dem Papier als Modell angesehen wird. In beiden kommt gleichermaßen die Kenntnis von der Realität zum Ausdruck, die der Experimentator gewonnen hat, und nur, wenn beide zur Deckung gebracht worden sind, wenn eine Korrelation zwischen ihnen besteht, handelt es sich um eine wissenschaftliche Erkenntnis.

Diese Korrelation wird nachvollzogen dadurch, dass ein Wissenschaftler, der mit der Materie vertraut ist, das Modell von der einen auf die andere Seite übertragen kann, er kann aus der symbolischen Repräsentation ebenso eine physische Experimentieranordnung ableiten wie er umgekehrt die Beobachtung der Vorgänge auf dem Labortisch in die symbolische Repräsentation übertragen kann. Wenn das gelingt, gelten die gewonnenen Kenntnisse als gesichert, sie werden zu Gewissheit, zu wissenschaftlichem Wissen.

Für die Arbeit des Theoretikers gilt nun im Wesentlichen das Gleiche. Sein Labortisch ist der Schreibtisch, auf dem er ebenso wie der Experimentator im Labor symbolisch repräsentierbare Konstellationen herzustellen versucht, welche kausale Beziehungen darstellen. Wenn das gelingt, ist eine wissenschaftliche Erkenntnis gewonnen.

Ein Beispiel soll das verdeutlichen. Ob in einer physikalischen Grundgleichung, etwa die der Newtonschen Mechanik, irgendeine wissenschaftliche Kenntnis steckt, ist zunächst ungewiss. Erst durch Herbeiführung einer bestimmten Konstellation, etwa die zweier Körper mit jeweils bestimmter Masse, die durch eine gewisse Kraft, die Gravitationskraft, miteinander wechselwirken, entsteht eine Konstellation, die untersucht werden kann. Diese Konstellation ist wiederum das interessierende Modell, welches manipuliert wird, etwa, indem Abstände, Massen und Anfangsgeschwindigkeiten der Körper (genauer gesagt, ihrer symbolischen Repräsentationen) variiert werden. Der Theoretiker setzt nicht reale Körper in Bewegung, sondern er symbolisiert die Körper und ihre Bewegung in Gleichungssystemen, aus denen er die Veränderung des Ortes des Körpers mit der Zeit heraussehen kann.[1] So ergeben sich Fälle, in denen sich der eine Körper um den anderen auf einer Ellipsenbahn herum bewegt, oder ihn auf einer parabelförmigen Bahn passiert. Wie sehr die Arbeit des Theoretikers der des Experimentators gleicht, bemerkt man in der Beschreibung seines Tuns, etwa wenn man sagt, dass der Wissenschaftler die Geschwindigkeit des Körpers so weit reduziert, bis dieser auf die Ellipsenbahn einlenkt.

Es kommt streng genommen für die Arbeit eines theoretisch forschenden Wissenschaftlers nicht darauf an, ob die Modelle, die er erforscht, in der Realität in einer noch zu bestimmenden Weise Entsprechungen haben oder nicht, insbesondere ist es für die Kennzeichnung seiner Tätigkeit als wissenschaftlich nicht relevant, ob er sich an real existierenden Konstellationen orientiert oder nicht. Die Realität, die der Theoretiker untersucht, ist die seines theoretischen Systems. In diesem baut er sich ebenso Modelle auf wie der Experimentator auf dem Labortisch. Es kann für einen theoretischen Physiker ebenso interessant sein, das Verhalten String-förmiger Objekte in hochdimensionalen Räumen zu beschreiben, die durch merkwürdiger Kraftfelder miteinander wechselwirken, wie es für einen theoretischen Ökonomen interessant sein mag, das Verhalten von Akteuren zu beschreiben, deren Vermögen durch den Verbrauch von Ressourcen wächst. Wichtig für die Kennzeichnung ihrer Tätigkeit als wissenschaftlich ist nicht die Nähe der Untersuchungsgegenstände zur Realität, sondern allein die Möglichkeit, Modelle zu untersuchen und die Kausalitäten in diesen Modellen symbolisch repräsentieren zu können.

Es ist möglich, die Arbeit des Theoretikers in den Begriffen etwa des Experimentalsystems von Rheinberger zu formulieren. Zur technischen Umgebung gehören die Verfahren, nach denen ein Modell gebildet wird und nach denen das Verhalten der einzelnen Objekte des Systems bestimmt wird. Das epistemische Ding ist in dieser Konstellation der kausale Zusammenhang zwischen der Manipulation von Ausgangsparametern und dem Verhalten der Modellteile.

Ein Beispiel soll das gemeinte verdeutlichen. Der Einfachheit halber wählen wir ein geläufiges Beispiel der klassischen Physik, es ist jedoch einfach möglich, den Gedankengang auf Fälle anderer Disziplinen einschließlich etwa der ökonomischen Theorie anzuwenden. Im Rahmen der klassischen Mechanik kann sich der Theoretiker etwa für das Verhalten eines Körpers interessieren, der durch einen dünnen Faden an einem Festen Punkt befestigt ist, und auf den eine Kraft in eine bestimmte Richtung wirkt. Es ist dafür gar nicht notwendig, dass der Physiker dabei eine visuelle Vorstellung etwa eines Uhrenpendels hat, oder dass er die Beobachtungen von Experimentatoren kennt, die diese mit massiven Stahlkugeln gemacht haben, welche mittels dünner Stahlseile im Gewölbe eines hohen Raumes aufgehängt sind, sodass die Erdanziehungskraft darauf wirkt. Es wäre ebenso ein zulässiges theoretisch-physikalisches Problem, sich die wirkende Kraft als zeitlich veränderlich zu denken, oder als in alle Richtungen gleichermaßen wirkend. Schon, wenn man bedenkt, welche Konstellation der Theoretiker wirklich untersucht, wird klar, dass es nicht notwendig ist, dass das Modell, welches ihn interessiert, irgendeine Ähnlichkeit mit der Realität hat: Der Faden wird als absolut nicht dehnbar, jedoch masselos angesehen, der Körper selbst versammelt seine ganze Masse in einem einzigen Punkt, es gibt keinen Luftwiderstand, keine Reibung an der Aufhängung.

Was den Theoretiker interessiert, ist die kausale Wirkung einer Manipulation. Wie verändert sich die Schwingungsdauer des Körpers in Abhängigkeit von der anfänglichen Auslenkung? Eine analoge Frage könnte sich ein Experimentator im Labor stellen. Sie charakterisiert das epistemische Ding. Die technische Umgebung des Experimentators besteht in den Instrumenten zur Zeitmessung sowie zur Bestimmung des Ereignisses, dass der Körper exakt wieder an den gleichen Ort zurückgekehrt ist. Die technische Umgebung des Theoretikers besteht in einem mathematischen Apparat, einerseits dem, der seine theoretischen Annahmen beschreibt (die allgemeine Bewegungsgleichung der klassischen Mechanik) sowie die mathematischen Verfahren zur Lösung dieser Gleichung in einer bestimmten Konstellation sowie – ebenso wie beim Experimentator – Verfahren zur Feststellung des Auftretens bestimmter Ereignisse. Was für den Experimentator die Auswahl der geeigneten Werkzeuge und Messinstrumente ist, ist für den Theoretiker die Auswahl der geeigneten mathematischen Verfahren. Beachtlich dabei ist, dass ebenso wie der Experimentator auch der Theoretiker sein Modell danach weiter einschränkt, welche technischen Möglichkeiten ihm zur Verfügung stehen. Mathematische Näherungsverfahren zum Lösen von Differenzialgleichungen sind für ihn das, was die Einschränkung der Genauigkeit mit entsprechender Fehlerbetrachtung für den Experimentator ist.

Ein Experimentator kann den kausalen Effekt (hier die Erzeugung einer gleichmäßigen Schwingung des Körpers) wenn er ihn sicher beherrscht, in die technische Umgebung einbauen, etwa um eine periodische Abdunkelung einer Lichtquelle zu produzieren. Ebenso kann der Theoretiker die gefundene mathematische Beschreibung der Schwingung in anderen Zusammenhängen zum mathematischen Werkzeug machen, etwa, wenn er gewisse quantenmechanische Konstellationen als „harmonischen Oszillator“ beschreibt, also als ein Modell, das er im Rahmen der klassischen Mechanik soweit hinreichend beschrieben hat, dass er es nun als Teil der technischen Umgebung in quantenmechanische Modelle einbauen kann.

Man könnte einwenden, dass auf diese Weise nur die Arbeit des Theoretikers im Modus der Normalwissenschaft wie Kuhn (1973, 37f) sie bezeichnet hat, beschrieben werden könnte, dessen also, was Kuhn als „Rätsellösen“ (49f) beschrieben hat. Aber auch mehr oder minder revolutionäre Umwälzungen lassen sich, genau besehen, als differentielle Reproduktionen des der theoretischen Systeme, ihrer technischen Verfahren und Instrumente, beschreiben. Am Ende des Kapitels werden wir darauf zurückkommen.

Als das Wissenschaftliche in den hier beschriebenen Handlungen von Theoretikern und Experimentatoren kann somit das Gewinnen von Kenntnissen über kausale Zusammenhänge in Modellen aufgefasst werden. Kenntnis bedeutet hierbei, dass die beschriebenen Zusammenhänge so dokumentiert sind, dass sie stabil ohne persönliche Erinnerung an das Zustandekommen der Kenntnis reproduziert werden können. So wie der Experimentator dazu die Anordnung und Verbindung der produzierenden, konstruierenden und symbolisierenden Instrumente aufzeichnet sowie die gefundenen kausalen Zusammenhänge in symbolischer Repräsentation dokumentiert, so beschreibt der Theoretiker die untersuchte Modellkonstellation, benennt die verwendeten mathematischen Verfahren und dokumentiert schließlich die abgeleiteten kausalen Zusammenhänge. Mit kausal ist dabei der Zusammenhang zwischen der nachvollziehbaren Variation oder Manipulation einer Ausgangsbedingung mit dem dokumentierbaren Modellverhalten gemeint. Modelle sind bestimmte Konstellationen von beschreibbaren Elementen, die sowohl im Falle der Theorie als auch im Falle des Experiments dadurch interessant werden, dass sie überhaupt beherrschbar sind, d.h., dass in ihnen überhaupt die Möglichkeit der kausalen Manipulation und der Gewinnung von Kenntnissen möglich ist.

[1] Wir verwenden hier, wie es so oft in der Wissenschaftsphilosphie und -theorie üblich ist, einfache Beispiele aus der klassischen Physik. Ebenso könnten wir auch ein Beispiel aus der Ökonomik verwenden, etwa spieltheoretische Modelle für das Verhalten von Akteuren in ökonomischen Zusammenhängen.

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