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Grundwissen

Kausalitätsprinzip - Grenzen der NEWTONschen Mechanik

Das Kausalitätsprinzip

Falls auf ein Ereignis A (Ursache) immer ein Ereignis B (Wirkung) folgt und wenn außerdem das Ereignis B nur eintrifft, wenn das Ereignis A zeitlich vorausgegangen ist, so spricht man von einer kausalen Verknüpfung zwischen dem Ereignis A und dem Ereignis B.

Auf die Physik übertragen bedeutet dies: Kennt man ein Ereignis oder einen Zustand A vollständig, so kann man mit Hilfe der Naturgesetze (z.B. dem 2. NEWTONschen Gesetz) das Ereignis oder den Zustand B vollständig ableiten. Umgekehrt kann man auch ("rückwärts") aus dem Vorliegen eines Ereignisses (bzw. eines Zustands) B auf das zeitlich vorangegangene Ereignis A (bzw. den Zustand A) rückschließen.

Pierre-Simon (Marquis de) LAPLACE (1749 - 1827)
von Sophie Feytaud (fl.1841) [Public domain], via Wikimedia Commons

Mit dem Kausalitätsprinzip hängt eng der Begriff des Determinismus zusammen: Alles Geschehen in der Welt ist durch kausale Gesetzmäßigkeiten in seinem Verlauf unabänderlich bestimmt. Dies führte den französischen Mathematiker Pierre-Simon LAPLACE (1749 - 1827) zu folgender Aussage:

"Wir müssen also den gegenwärtigen Zustand des Weltalls als die Wirkung seines früheren Zustands und andererseits als Ursache des Darauffolgenden betrachten. Ein 'Geist' (später Laplacscher Dämon genannt) der für einen gegebenen Augenblick alle Kräfte kennen würde, von denen die Natur belebt ist, sowie die gegenseitige Lage der Wesen, aus denen sie besteht, und der überdies umfassend genug wäre, um diese Gegebenheiten zu analysieren, könnte mit derselben Formel die Bewegung der größten Weltkörper und des kleinsten Atoms ausdrücken. Nichts wäre für ihn ungewiss, Zukunft und Vergangenheit lägen offen vor seinen Augen."

Die zahlreichen Erfolge der Theorie von NEWTON (z.B. rechnet man noch heute die Bahnen der Flugkörper bei Weltraummissionen mit Hilfe der NEWTONschen Gesetze aus) veranlassten NEWTON selbst und eine Reihe anderer Gelehrter Vorgänge auch in anderen Bereichen als der Mechanik zu deuten. Es kam zur Entstehung des mechanistischen Weltbildes (Prof. Roman Sexl schreibt: "Es war der Schritt von der Allmacht Gottes zur Allmacht der Physik ..."), das sich auch in philosophischen Richtungen (Materialismus) bemerkbar machte.

Im Laufe des 19. Jahrhunderts gelang es die Erscheinungen der Wärmelehre mechanistisch zu deuten, bei der mechanistischen Deutung der Elektrodynamik erlitt man allerdings im gleichen Jahrhundert Schiffbruch. Mit dem Aufkommen der Quantenmechanik zu Beginn des 20. Jahrhunderts musste man erkennen, dass in der Mikrowelt deterministische Vorhersagen nicht mehr möglich sind. Die ebenfalls zu Beginn des 20. Jahrhunderts von EINSTEIN entwickelte Relativitätstheorie lehrte, dass man nicht - wie NEWTON - von einem absoluten Raum und einer absoluten Zeit ausgehen kann. Im Laufe des 20. Jahrhunderts schließlich musste man auch noch lernen, dass bei vielen (nichtlinearen) Systemen das strenge Ursache-Wirkungsprinzip ins Wanken geriet. Gewisse Systeme neigen zu chaotischen1 Entwicklungen. Trotz eindeutiger physikalischer Gesetzmäßigkeiten ist eine deterministische Vorhersage des Geschehens nicht möglich. Als Beispiel diene hierzu die Wettervorhersage über einen längeren Zeitraum, z.B. mehr als 14 Tage.

1 Chaos: Zustand völliger Unordnung