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- Yuval Noah Harari

Das Argument von James Ladyman, Steven und Don Ross für den Ontischen Strukturenrealismus

Dieser Eintrag behandelt das Argument für den Ontischen Strukturenrealismus in Bezug auf die Quantenphysik von James Ladyman, Steven und Don Ross.

James Ladyman
James Ladyman

1. Physikalische Grundlagen

1.1. Das Superpositionsprinzip

Die ersten und primären Gegenstände der Quantenphysik sind die Systeme auf der mikrophysikalischen Ebene der Natur. Beispiele für solche Systeme sind Elektronen und Photonen, Protonen und Neutronen einschließlich ihrer Konstituenten (Quarks) ebenso wie ganze Atome. Es ist angebracht auf diese Entitäten ontologisch neutral als "Systeme" und nicht als "Teilchen" Bezug zu nehmen, weil sie sich manchmal auch wie Wellen verhalten. Ein mikrophysik-alisches System ist dabei in einem sehr weiten Sinne alles auf der grundlegenden Ebene der Natur, von dem Eigenschaften prädiziert werden können.

Es kann zwischen zeitunabhängigen und zeitabhängigen Eigenschaften  unterschieden werden. Eine zeitunabhängige Eigenschaft bleibt während der gesamten Existenz eines Systems unverändert. Beispiele sind die Ruhemasse und die Ladung eines Systems. Ein Elektron etwa hat immer eine Ruhemasse von 0,51 MeV und eine elektrische Ladung von -1e. Eine zeitabhängige Eigenschaft eines Systems ändert sich dahingegen mit dem Zustand eines Systems mit. Beispiele sind hier wiederum der Ort, Impuls, Energie oder Spin in einer gegebenen Raumrichtung eines mikrophysikalischen Systems.

Man kann sich das radikal Neue in der Quantenphysik nun so verdeutlichen: Nehmen wir an, die Eigenschaft eines Systems kann verschiedene Werte wie sagen wir "Up" ("") oder "Down" ("") annehmen. Dann befindet sich das System laut der klassischen Physik immer in einem Zustand, in dem es entweder den Wert "" oder den Wert "" für diese Eigenschaft hat. Das heißt, es besitzt immer einen definiten numerischen Wert für alle seine Eigenschaften. Nach der Quantenphysik gilt für zeitabhängige Eigenschaften nun genau dies nicht. Das heißt nach dem dort gültigen Superpositionsprinzip (SP) kann sich ein System in einem Zustand der Überlagerung der Werte "" und "" befinden.

Das Superpositionsprinzip ist nicht auf einzelne Systeme beschränkt. Auch  zusammengesetzte Systeme können sich in einem Zustand der Überlagerung (Superposition) von mehreren Eigenschaftswerten befinden. Das einfachste Beispiel ist ein System aus zwei Systemen von Spin ½ im Singulett-Zustand:

|Ψ- = 1 / √2 * (|z1 |z2 - |z1 |z2).

Diese Formel beschreibt den Gesamtzustand eines zusammengesetzten Gesamtsystems aus zwei Systemen mit Spin ½ wie etwa zwei Elektronen oder Neutronen. Nach ihr befindet sich das Gesamtsystem in einer Überlagerung der Zustände "erstes System Spin up und zweites System Spin down" (|z1 |z2) und "erstes System Spin down und zweites System Spin up" (|z1 |z2) in z-Richtung. Die Teilsysteme haben gar keinen Spinzustand in z-Richtung für sich genommen, ihre Spinzustände sind verschränkt.

Zustandsverschränkungen werden häufig mit einem Holismus assoziiert. Genauer gesagt werden verschränkte Ganze wie das zusammengesetzte System im Singulett-Zustand von den meisten Autoren als holistische Systeme verstanden. Dabei ist ein System grob gesagt holistisch genau dann, wenn es mehr als die Summe seiner Teile ist. Ein verschränktes Ganzes im Singulett-Zustand ist also holistisch, gdw. es in einem gehaltvollen Sinne mehr ist als die zwei Teilsysteme, aus denen es besteht. Da L&R verschränkte Ganze als holistische Systeme begreifen, sind sie auch der Ansicht, dass hier der Atomismus und die "Containment-Doktrin" versagen, nach der ein Ganzes seine Eigen-schaften allein aufgrund seiner Teile und deren kausalen Interaktionen besitzen.

Der Holismus kann als eine horizontale und als eine vertikale These verstanden werden. Als eine horizontale These besagt er Folgendes:[1] Ein System S ist holistisch genau dann, wenn die Teile, aus denen S besteht, hinsichtlich einiger ihrer konstitutiven Eigen-schaften davon ontologisch abhängig sind, dass es andere Teile gibt, mit denen sie in einer geeigneten Weise arrangiert sind, dass sie das System S bilden. Die betreffenden Eigenschaften werden als relationale Eigenschaften bezeichnet. Eine relationale Eigenschaft ist eine Eigenschaft, die ein Objekt nur abhängig davon besitzt, dass es in Begleitung anderer Objekte auftritt. Diese Relationen bestehen in den irreduziblen Beziehungen der Teile untereinander, welche das Ganze bilden. Die Teile, welche das holistische Ganze bilden, haben also einige ihrer Eigenschaften nur innerhalb des Ganzen.

1.2. Relationen ohne Relata

Der ontische Strukturenrealismus (OSR) erfüllt diese Definition des Holismus. Und damit kommen wir auf das Werk von Ladyman und Ross zurück. Der OSR in Bezug auf verschränkte Zustände besagt, dass die Elektronen des Ganzen im Singulett-Zustand einige ihrer konstitutiven Eigenschaften nur in wechselseitiger Abhängigkeit voneinander besitzen. Mithin hat kein Elektron allein für sich eine dieser Eigenschaften. Vielmehr bestehen die Eigenschaften in Relationen der Elektronen untereinander. Das Ganze besteht in einer Struktur im Sinne physikalischer Relationen zwischen den Elektronen.

L&R gehen mit ihrem radikalen OSR aber noch einen entscheidenden Schritt weiter. Nach ihnen gibt es im Falle von Zustandsverschränkungen gar keine Relata (Objekte), sondern nur noch Relationen (Struktur).[2] Da sie mit einer  Vielen-Welten-Interpretation sympathisieren, in der Zustandsverschränkung nie aufgelöst werden, vertreten sie, dass es auf einer fundamentalen Ebene immer nur Relationen gibt. Vermeintliche Relata einer bestimmten Beziehung würden sich bei genauerer physikalischer Analyse immer als relationale Strukturen herausstellen. Diese Sichtweise motivieren sie kenntnisreich nicht nur für die fundamentale Materie durch die Quantenphysik, sondern auch für die Raumzeit-Eigenschaften durch die Relativitätsphysik (Kapitel 3). Später übertragen sie sie noch von der fundamentalen Physik auf die Spezialwissenschaften und bauen ihre Position somit zu einer allgemeinen relationalen Metaphysik aus (Kapitel 4).

Der radikale OSR hat viel Kritik auf sich gezogen.[3] Selbst viele Sympathisan-ten des OSR argumentieren, dass es keine Relationen ohne Relata geben kann. Sprich: Wenn es Relationen gibt, dann gibt es automatisch auch Relata, also Objekte, zwischen denen die Relationen bestehen bzw. die in diesen Relationen stehen. Die Philosophen Michael Esfeld und Vincent Lam haben deshalb einen  moderaten OSR entwickelt, nach dem es zwar Objekte gibt, diese aber nichts über das hinaus sind, was in den Relationen steht.[4] Anders ausgedrückt sind die fundamentalen Objekte und Raumzeitpunkte also nur durch ihre relationalen Eigenschaften charakterisiert. Sehen wir uns für ein besseres Verständnis dieser  Diskussion zwischen radikalen und moderaten OSR ein einfaches Beispiel an:

(A) Tom ist größer als Tim.

In (A) wird behauptet, dass Tom die Eigenschaft hat, größer als Tim zu sein. Diese Eigenschaft besitzt Tom nur insofern es auch Tim gibt. Es ist eine relationale Eigenschaft im oben definierten philosophischen Sinne, nach der ein Objekt eine relationale Eigenschaft nur abhängig davon hat, dass es in Begleitung anderer Objekte auftritt.[5] Wenn Vertreter des moderaten OSR von Relationen sprechen, dann, so ist mein Eindruck, haben sie häufig relationale Eigenschaften in diesem philosophischen Sinne im Kopf. Wenn man Relationen in diesem Sinne versteht, dann ist es eine analytische Wahrheit, dass sie nicht ohne Relata auftreten können. Das heißt dann kann es Relationen ohne Relata qua definitionem nicht geben. Mithin ist das nur eine Sache der Begriffsdefinition.

Wenn dagegen Befürworter des radikalen OSR von Relationen sprechen, verstehen sie Relationen oft mehr in einem physikalischen Sinne. Sie meinen damit dann etwas, das unabhängig von raumzeitlichen Abständen existiert, das nicht in klar abgrenzbaren Raumzeitgebieten lokalisiert ist oder Ähnliches. Nichts schließt aus, dass Relationen in diesem Sinne ontologische Priorität gegenüber lokalisierten Relata zukommen. Nach meiner persönlichen Einschätzung lässt sich ein Großteil der Kontroverse zwischen moderatem und radikalem OSR darauf zurückführen, dass diese beiden Relationsbegriffe durcheinandergebracht werden. So oder so ist die entscheidende Frage aber, wie L&R die grundlegende Idee des OSR begründen und wie überzeugend diese Begründung ist. Um dies zu verstehen, müssen wir uns noch mit einer anderen Debatte vertraut machen.

1.3. Identität und Individualität

Man kann verschränkte Ganze wie ein Ganzes im Singulett-Zustand ontologisch grundsätzlich auf zwei verschiedene Weisen interpretieren: Entweder man nimmt an, dass sie Teile haben oder nicht. Wenn man die erste Option wählt, kann man weiterhin zwischen Systemen und Individuen unterscheiden: Etwas ist ein physikalisches System genau dann, wenn ihm physikalische Eigenschaften zukommen. Einzelne physikalische Systeme liegen genau dann vor, wenn es eine definite Anzahl solcher Systeme gibt. Die Teilsysteme (Elektronen) im Singulett-Zustand sind offensichtlich physikalische Systeme, denn es gibt zwei und damit eine definite numerische Anzahl solcher Teilsysteme.

Und wann sind physikalische Systeme Individuen? Hier gibt es generell mehrere Möglichkeiten. Eine erste Möglichkeit besteht darin zu sagen, dass ein physikalisches System genau dann ein Individuum ist, wenn es mindestens eine Eigenschaft besitzt, durch das es sich von allen anderen physikalischen Systemen unterscheidet. Diese Möglichkeit liegt vor allem dann nahe, wenn man eine  Bündelontologie vertritt, nach dem ein Systeme (seine Identität) nichts mehr ist als ein Bündel seiner Eigenschaften. Wenn man Individualität in diesem Sinne versteht, dann sind verschränkte Systeme derselben Art (etwa zwei Elektronen) offenbar keine Individuen. Denn einerseits unterscheiden sie sich nicht durch ihre zeitunabhängigen Eigenschaften wie Masse und Ladung. Beispielsweise haben alle Elektronen die gleiche Ladung (-1e) und die gleiche Ruhemasse (0,51 MeV). Andererseits unterscheiden sie sich aber auch nicht durch ihre zeitabhäng-igen Eigenschaften wie den Spin. Beispielweise besitzen die beiden Teilsysteme im Singulett-Zustand keine Spin-Eigenschaften unabhängig voneinander.[6]

Eine zweite Möglichkeit ist es zu vertreten, dass eine Eigenschaft immer eine Eigenschaft von etwas ist. Dieses etwas ist das System bzw. der Träger dieser Eigenschaft, das selbst eigenschaftslos ist. Diese Auffassung, nach der Systeme "nackte" Träger von Eigenschaften sind, ist als Substratontologie bekannt. Wenn man eine Substratontologie vertritt, dann kann man behaupten, dass verschränkte Systeme derselben Art sehr wohl Individuen sind. Denn sie unterscheiden sich zwar nicht hinsichtlich ihrer Eigenschaften, ihre jeweilige Identität ist aber etwas über diese Eigenschaften hinaus. Steven French hat deshalb argumentiert, dass die Quantenphysik sowohl mit der Annahme verträglich ist, dass mikrophysikalische Systeme Individuen sind (etwa vor dem Hintergrund einer Substratontologie) als auch mit der gegenteiligen, dass sie keine Individuen sind (nämlich vor dem Hintergrund einer Bündelontologie).[7]

2. Das Argument

French und Ladyman argumentieren weiter, dass diese Form der  metaphysischen Unterbestimmtheit die Position des OSR stützt.[8] L&R übernehmen dieses Argument im dem Buch "Everything Must Go: Metaphysics Naturalized".[9] Es lässt sich so rekonstruieren:[10]

(P1) Wenn man die Ontologie der Quantenphysik als eine Ontologie von Objekten betrachtet, dann bleibt durch diese Theorie unterbestimmt, ob diese Objekte Individuen sind oder nicht.

(P2) Wenn man die Ontologie der Quantenphysik als eine Ontologie von Relationen (OSR) betrachtet, dann stellt sich die Frage nach Individualität und in Folge auch der Fall von Unterbestimmtheit erst gar nicht.

(P3) Wenn wir zwei konkurrierende ontologische Annahmen haben, sollten wir uns auf die verpflichten, die Fälle von Unterbestimmtheit vermeidet.

(C) Wir sollten uns auf die Ontologie der Quantenphysik als eine Ontologie von Relationen (OSR) verpflichten.

In der Literatur wurden vor allem die Prämissen (P1) und (P2) des Argumentes kritisiert. Ich möchte mich daher auf die Prämisse (P3) fokussieren. Beginnen wir mit einem einfachen Beispiel. Nehmen wir an, ich werde Zeuge eines Banküberfalls und die Polizei bittet mich, den Räuber zu beschreiben. Ich sage: "Er hatte eine schwarze Jacke an, war etwa 1,60m groß und ich erinnere mich nicht mehr an seine Haarfarbe oder ob er überhaupt Haare auf dem Kopf hatte." Der Ermittlungsbeamte sagt daraufhin: "Wenn ich davon ausgehe, dass der Täter Haare auf dem Kopf hat, dann bleibt durch Ihre Beschreibung unbestimmt, welche Farbe diese Haare haben. Also bin ich davon überzeugt, dass der Täter glatzköpfig war." Das wäre eine absurde Konklusion! Denn die epistemische Tatsache, dass wenn der Täter Haare auf dem Kopf hat, meine Beschreibung unterbestimmt lässt, was für eine Farbe diese Haare haben, macht nicht die ontologische Hypothese wahr oder auch nur wahrscheinlicher wahr, dass der Täter glatzköpfig ist.

Analoges gilt für die Quantenphysik. Angenommen (P1) und (P2) sind wahr. Dann folgt daraus noch lange nicht die Conclusio (C). Denn die epistemischen Tatsache, dass wenn man die Ontologie der Quantenphysik als eine Ontologie von Objekten betrachtet, die Quantenphysik unterbestimmt lässt, ob diese Objekte Individuen sind oder nicht, macht nicht die ontologische Hypothese wahr oder auch nur wahrscheinlicher wahr, dass die Ontologie der Quantenphysik keine Ontologie von Objekten sondern stattdessen eine von Relationen ist. Natürlich kann es in beiden Fällen unabhängige Indizien für die Wahrheit dieser Annahmen geben. Wenn der Räuber beispielsweise eine Glatzenpoliturcreme am Tatort liegen lassen hat, dann ist die beste Erklärung dafür vielleicht, dass er eine Glatze hat. Ähnliches mag auch für die Quantenphysik und den OSR gelten. Der entscheidende Punkt ist dieser hier: Die Wahrheit oder wahrscheinliche Wahrheit des OSR ergibt sich nicht (wie Ladyman, French und Ross implizieren) direkt aus Unterbestimmtheitsfällen. Unterbestimmtheit ist vielmehr der Anfang von sorgfältiger metaphysischer Argumentation!

Fußnoten

[1] Esfeld (2002), Kapitel 1.4.

[2] Ladyman und Ross (2007), Kapitel 3. Siehe auch Ladyman (1998); French und Ladyman (2003).

[3] Siehe unter anderem Busch (2003); Cao (2003); Chakravartty (1998, 2003); Esfeld (2004, 2008); Esfeld und Lam (2008); Lyre (2004); Morganti (2004); Psillos (2001, 2006); Stachel (2006); van Fraassen (2006).

[4] Esfeld (2004), Abschnitt 3; Esfeld und Lam (2008), Abschnitt 1.

[5] siehe für philosophische Definitionen in diesem Sinne Vallentyne (1997); Langton und Lewis (1998) sowie Lewis (2001).

[6] French und Redhead (1998).

[7] French (1989, 1998).

[8] French und Ladyman (2003). Siehe auch Ladyman (1998) sowie French und Krause (2006), Kapitel 4.

[9] Ladyman und Ross (2007), Kapitel 3.

[10] Ainsworth (2010).

Literatur

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