Auch ein schöner Gedanke muss die Antwort der Welt abwarten

Legen wir zunächst zwei Zahlen nebeneinander.

Die eine stammt aus elektrischen Experimenten. Mit Instrumenten werden elektrische Größen gemessen; man erhält eine Größe, mit der sich weiterrechnen lässt. Die andere kommt aus Messungen des Lichts: Man lässt es eine bekannte Strecke zurücklegen und sucht eine Möglichkeit, seine Geschwindigkeit zu ermitteln.

In den 1860er-Jahren setzt Maxwell die erste Messung in seine Theorie ein und berechnet daraus eine Ausbreitungsgeschwindigkeit. Sie liegt nahe bei der unabhängig gemessenen Lichtgeschwindigkeit: beide ungefähr bei 310.000 Kilometern pro Sekunde.

Das ist weder der heutige exakte Wert der Lichtgeschwindigkeit, noch stimmen die beiden damaligen Aufzeichnungen bis zur letzten Stelle überein. Die Messungen wurden noch verbessert. Zum Innehalten lädt etwas anderes ein: Die Wege zu den Zahlen sind verschieden. Auf der einen Seite stehen Elektrizität und Magnetismus, auf der anderen das Licht.

Wie können sie sich hier begegnen?

Nicht bloß eine vertraute Zahl wiedererkennen

Zufälle kennen wir aus dem Alltag. Der Geburtstag eines Freundes passt zu einer Hausnummer; zwei Rechnungsbeträge ergeben zusammen eine besonders glatte Summe. Das kann Freude machen, ohne dass wir einen Zusammenhang entdeckt hätten.

Bei Maxwell kommt etwas hinzu. Seine Theorie nennt nicht nur eine Zahl, die der Lichtgeschwindigkeit ähnelt. Sie zeigt auch, dass sich eine elektromagnetische Störung ausbreiten kann und unter den betreffenden Bedingungen diese Geschwindigkeit haben sollte. Die Zahl wurde nicht hinterher unter vielen Antworten ausgewählt, weil sie besonders gut zum Licht passte.

Als grobes Bild: Du ordnest sorgfältig die Dinge in einem Zimmer. Plötzlich merkst du, dass du, ihren vorhandenen Beziehungen folgend, an eine bisher verschlossene Tür zum Nachbarzimmer gelangst. Du hast nicht zuerst eine Tür auf die Wand gemalt, weil du hinüberwolltest. Der Weg hier drinnen hat tatsächlich eine Richtung dorthin ergeben.

Weiter darf das Bild nicht reichen. Eine Tür lässt sich frei erfinden. Der Weg innerhalb einer Theorie muss hingegen Schritt für Schritt berechenbar sein, und die Messwerte des Experiments brauchen eine überprüfbare Herkunft.

Die Nähe der aus elektromagnetischen Beziehungen gewonnenen Geschwindigkeit zur unabhängig gemessenen Lichtgeschwindigkeit stützt mehr als eine Ähnlichkeit von Zahlen: Licht selbst ist ein elektromagnetisches Phänomen. Zwei anscheinend getrennte Wissensgebiete lassen zwei Seiten derselben Sache erkennen.

Heute nehmen wir das leicht als bloßen Merksatz auf: Licht ist eine elektromagnetische Welle. Dann gehen wir weiter. Halten wir vor dem Abspeichern noch kurz inne, zeigt sich das Bemerkenswerte: Nur weil wir Elektrizität und Magnetismus schön beschrieben haben, muss das Licht noch lange nicht so schnell laufen. Es hätte sich auch anders verhalten können.

Was wurde aus den kleinen Rädern?

Anfangs sah dieser Weg nicht aus wie eine Seite in einem heutigen Lehrbuch.

Maxwell half sich beim Denken mit einem bestimmten mechanischen Bild: rotierende Wirbel, dazwischen kleine Räder, die Bewegung übertragen. Heute wirkt diese Anordnung eigentümlich. Sie erinnert daran, wie jemand mit vertrauten Gegenständen eine noch unvertraute Welt versuchsweise aufbaut.

In seiner 1865 veröffentlichten Arbeit zum elektromagnetischen Feld konnte die Argumentation ohne diese besonderen kleinen Räder fortfahren. Der Zusammenhang zwischen elektromagnetischer Ausbreitung und Lichtgeschwindigkeit blieb erhalten. Daraus dürfen wir nicht kurzerhand machen, Maxwell habe nun den Äther aufgegeben. Er dachte das Feld weiterhin mit einem Medium und dessen Bewegung. Gelöst wurde die Bindung an dieses bestimmte mechanische Modell; nicht sämtliche späteren physikalischen Vorstellungen waren damit schon erreicht.

Gerade das macht die Geschichte interessanter.

Eine Entdeckung verliert ihr Gewicht nicht, weil sie anfangs ein Gerüst brauchte. Das Gerüst erwirbt aber durch seinen Dienst keinen Anspruch, für immer stehen zu bleiben. In einer Erklärung dienen manche Dinge vorläufig der Vorstellung; andere Beziehungen können auch nach einer Umarbeitung Bestand haben.

Schön ist dann vielleicht nicht das erste Bild. Schön kann sein, dass dieses Bild sich ändern lässt, ohne dass eine wirklich begründete Beziehung in ihm zerfällt.

Die Welt darf widersprechen

Am leichtesten verfehlen wir die Geschichte mit dem Satz: »Ein Genie erkannte Schönheit, also hatte es recht.«

Eine solche Garantie gibt Schönheit nicht.

Auch das strengste Gefüge auf dem Papier hat noch nicht im Namen der Welt unterschrieben. Passt das Experiment nicht dazu, müssen wir Herleitung, Messung und verwendete Bedingungen prüfen. Auch die Theorie muss sich ändern dürfen. Nicht jede Abweichung darf ausschließlich der angeblich ungenügenden Vermessung der Welt angelastet werden.

Umgekehrt erklärt ein abweichender Messwert nicht automatisch alles für falsch. Instrumente können versagen, Rechnungen Fehler enthalten, Geltungsbereiche überschritten worden sein. Die Antwort der Welt ernst zu nehmen verlangt, diese Möglichkeiten einzeln auseinanderzuhalten, statt die befriedigendste Parole auszuwählen.

Warten heißt hier also nicht, still auf ein Ja zu hoffen. Es heißt, die eigene Behauptung überprüfbar zu machen, damit andere denselben Weg nachgehen können: Was wurde im Voraus behauptet? Wie wurde gemessen? Wie groß ist die Abweichung? Unter welchen Bedingungen ist der Vergleich überhaupt sinnvoll?

Damit besteht die Schönheit der Physik nicht bloß in der Freude über einen richtigen Tipp. Wer die Zahl der Bonbons in einer Schachtel errät, kann sehr zufrieden sein. Die Beziehungen in der Schachtel sind dadurch noch nicht sichtbar geworden. Bemerkenswert ist hier, dass etwas, das sich aus der Theorie selbst ergeben musste, in einer unabhängigen Prüfung eine Antwort findet.

Nicht: »Ich kann dich immer erklären.« Sondern: »Bis hierhin reicht meine Aussage. Und genau hier hast du geantwortet.«

Die Antwort muss nicht immer Ja lauten

Was, wenn die Werte nicht zusammenpassen?

Auch dann kann etwas zu sehen sein. Doch wir sollten nicht aus demonstrativer Offenheit jeden Misserfolg schön nennen. Verlorene Daten, schlecht geeichte Instrumente oder wiederholtes Raten ohne Ursachenprüfung hinterlassen nicht notwendig etwas Bemerkenswertes.

Ein gewichtiger Widerspruch hat oft eine klare Gestalt. Die Abweichung tritt immer an einer bestimmten Stelle auf. Beziehungen, die anderswo weiterhin gelten, machen gemeinsam diese Lücke sichtbar. Es heißt nicht mehr nur diffus: »Wir wissen eben noch vieles nicht.« Die Frage lautet nun: Warum stimmt es ausgerechnet hier nicht?

Eine neue Antwort liegt noch nicht vor. Die alte ist aber nicht überall ungültig. Zwischen beidem arbeiten Menschen weiter. Sehenswert kann die immer klarer erkennbare Grenze sein, nicht die bereits widerlegte Behauptung selbst.

Maxwells Geschichte muss allerdings auch nicht von den später noch offenen Fragen leben, um schön zu sein. Die beiden verschiedenen Wege sind einander bereits begegnet. Dass dieser Zusammenhang hergestellt wurde, verdient einen erneuten Blick. Vollendung bedeutet nicht Leblosigkeit.

Jemand lernt die Gleichungen für eine Prüfung auswendig. Eine andere rechnet ein Leben lang damit. Wieder jemand liest nur diese Geschichte und erfährt, was für eine Begegnung hier stattgefunden hat. Sie sehen unterschiedlich tief. Niemand muss so tun, als könne er nach dem Lesen bereits die Herleitung leisten. Ebenso wenig muss der gewöhnliche Leser deshalb draußen bleiben.

Wir können zunächst wenigstens erkennen, weshalb »Eine schöne Theorie« noch nicht das letzte Wort ist.

Die auf dem Blatt berechnete Geschwindigkeit muss schließlich neben den Messwert eines Instruments an anderer Stelle gelegt werden. Gut beschriebenes Papier kann nicht für das Instrument antworten.

Und tatsächlich passen die beiden Werte zusammen. Darin liegt hier der Anlass zum Verweilen.