Arbeiten

Das Making-of eines Weltbildes

DIE ZEIT, 18. August 2011

In ihrem kleinen, hellblauen Rucksack trägt Arianna Borrelli alles bei sich, was sie für ihr Experiment braucht: einen Spiralblock, DIN A4, kariert; vier Kugelschreiber, blau; einen Zoom H2 Handy Recorder. In das handliche Diktiergerät wird sie Physiker sprechen lassen, sie wird sie bitten, zu beschreiben, was sie sich von der größten Maschine der Welt erhoffen: dem Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC). Borrelli, eine schmale, quirlige Frau mit grauen Locken, will beobachten, wie Erkenntnis gemacht wird, wie Wissen entsteht. Sie will das Making-of eines neuen Weltbildes protokollieren.

Arianna Borrelli ist Philosophin, und sie erkundet die »Epistemologie des LHC«. So heißt, etwas sperrig, ein außergewöhnliches Forschungsprojekt an der Bergischen Universität Wuppertal, das Philosophen, Physiker und Historiker zusammenbringt. Epistemologie, Erkenntnistheorie, das ist die Wissenschaft vom Wissenschaffen. Monatelang hat sich Borrelli in die theoretischen Modelle der Teilchenphysiker hineingedacht, ihre Veröffentlichungen studiert, Fragen formuliert. Jetzt startet sie ihren Feldversuch. Eine Woche lang wird sie mit ihrem Diktierdetektor am Kernforschungszentrum Cern bei Genf aufzeichnen, wie die Physiker dort ticken.

Dass Philosophen und Physiker miteinander sprechen, ist nicht selbstverständlich. Zwar gab es jahrtausendelang nur eine Wissenschaft, die Naturphilosophie. Doch spätestens im 19. Jahrhundert zerfiel die Welt der Wissenschaft in Natur und Philosophie. Die Sprachlosigkeit zwischen den Disziplinen brachte der Physiker David Mermin Ende des 20. Jahrhunderts mit seiner lakonischen Interpretation der Quantenmechanik auf den Punkt. Er sagte nur noch: »Shut up and calculate!«

Jetzt will Borrelli reden. Für ihr Experiment hat sie sich das aufwendigste Forschungsprojekt aller Zeiten ausgesucht. 10.000 Physiker in aller Welt sind am LHC beteiligt, etwa 3.000 forschen vor Ort am größten menschengemachten Gerät überhaupt. Die Philosophin will wissen, wie die verschiedenen Physikerspezies mit den Ergebnissen umgehen, die ihre Erkenntnismaschine ausspuckt. Wie reagieren die Theoretiker auf die Daten aus den Experimenten? Jahrzehntelang haben sie an ihren Modellen gebastelt, ohne sie überprüfen zu können. Jetzt wird gemessen, und womöglich schlägt die Stunde der Wahrheit. Und wie sehen die Experimentalphysiker ihre Daten? Wie genau kann das neue Bild der Welt, das sie womöglich daraus fabrizieren, überhaupt werden? Schließlich können die Teilchenphysiker längst nichts mehr direkt beobachten, sondern müssen alles mühsam aus kleinsten Datenschnipseln rekonstruieren.

Der Journalistin geht es ähnlich. Direkt beobachten kann sie den philosophischen Versuch nicht, denn die Philosophin fürchtet, das könnte ihr Experiment stören. Also auch hier: Rekonstruktion.

»Ich blick bei den Geisteswissenschaftlern nicht immer durch«, hatte Peter Mättig vorher am Telefon gesagt. Der Teilchenphysiker ist einer der Leiter des Wuppertaler Erkenntnisprojekts. Gemeint hatte er die Vorbehalte der Philosophin gegenüber anderen Beobachtern. Jetzt sitzen Mättig und Borrelli an einem der weißen Plastiktische auf der Terrasse der Cern-Cafeteria in der Sonne. Junge Leute in Kapuzenpullis und T-Shirts trinken Kaffee, in der Ferne leuchtet der schneebedeckte Montblanc, eine Atmosphäre wie vor einer Skihütte. Eigentlich hatte die Philosophin mit dem Physiker ein Schein-Interview führen wollen, um der Journalistin ihre Methode zu demonstrieren. Doch dann steigern sich die beiden Kollegen gut gelaunt in eine echte Diskussion hinein.

Die Philosophin: Das ist alles so komplex, dass man nicht mehr einfach schauen kann, wo die Pünktchen sind, welche Zahl da steht.

Der Physiker: Stimmt, was wir messen, müssen wir über viele Zwischenschritte auf die Teilchen zurückführen. Das ist sehr, sehr indirekt. Aber das Wissen dafür haben wir ja langsam in 500 Jahren entwickelt.

Die Philosophin (fuchtelt mit den Händen): Aber in diesen Zwischenschritten stecken doch ganz viele philosophische Fragen!

Teilchenphysiker stehen vor einem ähnlichen Problem wie Ermittler, die eine Kollision von zwei Flugzeugen Tausende Meter über der Erde aufklären sollen: Keiner hat etwas gesehen. Deshalb sammeln sie akribisch die Trümmer ein, hören die Blackbox ab und setzen alles zu einem Bild zusammen. Im LHC kollidieren Protonen, dabei können exotische Teilchen entstehen, die allerdings blitzschnell wieder in andere Partikel zerfallen. Deren Spuren zeichnen die Detektoren auf, und daraus schließen die Physiker Schritt für Schritt auf die flüchtigen Exoten. Wenn sie eines Tages das dringend gesuchte Higgs-Teilchen entdecken sollten, dann so. Die Regeln für die Rekonstruktion leiten sie aus ihren Modellen und Theorien ab. Und genau das finden Philosophen problematisch: Die Brille, durch die man schaut, beeinflusst schließlich, was man sieht.

Zu diesem Problem hat Borrelli den Sprecher des CMS-Detektor-Teams, Guido Tonelli, befragt. Hinterher erklärt sich die Philosophin bereit, die Journalistin wenigstens ganz kurz in ihre Blackbox hineinhören zu lassen. Für ein paar Minuten hockt sie sich auf einen abgeschabten braunen Sessel in einem der Flure des Cern. Die kleine Sitzgruppe ist direkt vor den Toiletten aufgestellt, drinnen rumort die Klofrau.

»… auch modellunabhängig«, tönt Tonellis Stimme aus dem Aufnahmegerät. »Es ist also möglich, dass die Ergebnisse über die Modelle hinausgehen?«, hakt Borrellis Stimme ein. »Ja, ja, ja! Wir haben die Augen weit offen. Wir schauen in 360 Grad.« Dann drückt die Philosophin die Stopptaste und steckt das Gerät mit ihren Rohdaten, wie sie es nennt, wieder in den hellblauen Rucksack.

Die Journalistin: Sagen die Physiker, dass Philosophie keine echte Wissenschaft ist?

Die Philosophin zögert.

Der Physiker (grinst): Manchmal schon. Die Philosophen versuchen jedenfalls nicht, die gleichen Fragen zu beantworten. Wir denken ja, Physik ist der Prototyp der Wissenschaft überhaupt.

Die Philosophin: Man kann aber auch sagen, dass etwa die Stringtheorie in der Physik keine Wissenschaft ist. Weil man sie nicht überprüfen kann.

Zehn Forscher interviewt Borrelli in dieser Woche am Cern, in eineinhalb Jahren wird sie wieder mit ihnen reden. Wenn bis dahin am Cern das Higgs-Teilchen gefunden oder ausgeschlossen würde, wäre das Vorher-nachher-Szenario für das philosophische Experiment perfekt. »Die Physiker sind sehr reflektiert und prinzipiell bereit, mit Philosophen zu interagieren«, berichtet Borrelli aus ihren Gesprächen. Tatsächlich betonen sowohl Tonelli als auch seine Sprecherkollegin Fabiola Gianotti vom Atlas-Detektor, wie viele Kontaktpunkte es zwischen den Fächern gebe.

»In gewissem Sinne hat mich überrascht, wie realistisch Borrellis Fragen waren«, sagt Gianotti nach dem Interview. Sie sei selbst von der Philosophie zur Physik gekommen. »Das sind keine völlig unterschiedlichen Welten«, meint sie. Könnten die Philosophen den Physikern dann also bei heiklen Entscheidungen helfen? Darüber denkt Gianotti lange nach. Schließlich sagt sie zögernd: »Vielleicht nicht in der alltäglichen Arbeit.«

Die Forscherin wird schon zum zweiten Mal selbst erforscht. In den neunziger Jahren, als Gianotti gerade als Studentin am Cern war, beobachtete die Soziologin Karin Knorr Cetina von der Universität Konstanz das Physikervolk. Sie erkundete die Sitten und Gebräuche der Wissenschaftler, ihre Rituale und Tabus. Immer wieder lebte die Soziologin wochenlang unter ihnen, wie eine Ethnologin, die einen exotischen Indianerstamm erforscht. »Ich war amüsiert darüber, selbst Gegenstand der Forschung zu sein«, erinnert sich Gianotti. »Und ich habe gemerkt, dass wir eine ziemlich merkwürdige Gemeinschaft sind.«

Um etwas über solch eine fremde Gesellschaft zu erfahren, müsse man sie über lange Zeit beobachten, meint Knorr Cetina: »Selbst erklären können oder wollen die Mitglieder vieles nicht.« Sie sei »offiziell freundlich« aufgenommen worden. »Aber als Soziologin wurde ich auch ein bisschen wie die arme Cousine der echten Wissenschaftler behandelt«, erinnert sie sich. Als sie später den Physikern ihr Buch Wissenskulturen geschickt habe, sei die Überraschung jedoch groß gewesen: »Die waren beeindruckt, wie empirisch Soziologen arbeiten können.«

Der Physiker: Wenn wir alle Daten aufnehmen würden, hätten wir in einer Sekunde ein Petabyte zusammen. Deshalb picken wir aus 40 Millionen Ereignissen 200 interessante heraus. 99,9995 Prozent der Daten werden gar nicht erst aufgenommen.

Die Philosophin: Da werden 99,9995 Prozent der Realität weggeworfen!

Der Physiker: Aber die kennen wir doch schon!

Einer der Herren über diese Datenauswahl sitzt im Kontrollraum des Atlas-Detektors gleich in der ersten Reihe, im lilafarbenen T-Shirt. Beobachten kann man den Kontrolleur nur durch eine Glasscheibe. Betreten darf man seinen Kontrollraum nicht; das könnte stören, wenn schon nicht das Experiment, so doch die Experimentatoren. Das mögen die Physiker auch nicht. Der Datenwachmann verfolgt auf seinen Monitoren die Aktivität des Triggers. Das ist ebenjener Mechanismus, der die Aufnahme startet, wenn er interessante Ereignisse bei einer Protonenkollision registriert. Vollautomatisch, binnen Mikrosekunden.

Dass die Physiker bei Weitem nicht alle Daten speichern können, die bei ihren Experimenten anfallen, und deshalb einen großen Teil der Teilchenwelt schlicht ignorieren, ist – neben der Skepsis gegenüber der von Modellen geprägten Datenrekonstruktion – das zweite große Problem für Philosophen. Wem es ums genaue Erkennen der Wirklichkeit geht, dem kann es doch nicht behagen, wenn schon vor dem eigentlichen Beobachten aussortiert wird! »Die Physiker sehen das durchaus auch als Problem, aber eben als eines von vielen technischen Problemen, die sie im Griff haben«, sagt Borrelli nach ihren Interviews. »Die sind da eher stoisch.« Und sie sind überzeugt davon, dass ihr Trigger schon alle interessanten Weltschnipsel erwischen wird. »Wir werfen nur weg, was wir gut kennen«, versichert Fabiola Gianotti. »Wir übersehen nichts.«

Die Philosophin: Mich interessiert auch, woher die Begriffe kommen, »Teilchen« zum Beispiel. Von einigen sieht man ja nur Zerfallsprodukte. Es ist nicht selbstverständlich, das als »Teilchen« zu bezeichnen.

Der Physiker: Ein sehr anerkannter Theoretiker, Chris Quigg, hat mal gesagt, er stelle sich Elektronen weder als Teilchen noch als Feld vor, sondern als kleine gelbe Kugeln. Physiker sind da pragmatisch.

Bilder wie Quiggs gelbe Kugeln und Sprachbilder wie »Teilchen« seien entscheidend dafür, dass sich die verschiedenen Physikerspezies am Cern, besonders Theoretiker und Experimentalforscher, überhaupt miteinander verständigen könnten, sagt Borrelli: »Bilder sind trading zones.« Handelszonen, so nennen Anthropologen Mechanismen, mit denen verschiedene Kulturen Güter austauschen können, obwohl sie weder Sprache noch Sitten teilen. Der Wissenschaftshistoriker Peter Galison hat den Begriff auf die Physik übertragen.

Manchmal entwickeln Vertreter verschiedener Disziplinen mit der Zeit gar richtige Kreolsprachen, fand er heraus, und zwar am Beispiel jener Physiker und Ingenieure, die Mitte der dreißiger Jahre in fächerübergreifender Teamarbeit an den ersten Radargeräten arbeiteten. All die bunten Bilder von Teilchenkollisionen, all die Pfeildiagramme mathematischer Theorien sind also die gemeinsame Währung der unterschiedlichen Physikervölker am Cern.

»In diesen Bildern steckt natürlich ganz viel Rekonstruktion«, sagt die Philosophin. Schon wieder. Aber das sei den Physikern bewusst, das habe ihre Befragung gezeigt: »Denen ist schon klar, dass sie sich im wahrsten Wortsinn ein Bild machen.« In der trading zone des philosophischen Feldversuchs können sich offenbar selbst Physiker und Philosophen verständigen.

In der Alltagsarbeit schlägt dann wieder der Pragmatismus durch. Nachdem Fabiola Gianotti eine halbe Stunde lang sehr aufgeschlossen über philosophische Fragen geredet hat, sagt sie noch zwei Sätze. Die klingen auf einmal wieder erstaunlich wenig verhandelbar: »Was wir finden, ist die Realität. Wir liefern die Fakten.«