Ist „Gruppendenken“ in der Wissenschaft ein Problem oder ein Mythos?

Vor etwa 500 Jahren gab es ein wissenschaftliches Phänomen, das unumstritten äußerst gut verstanden wurde: die Bewegung der Himmelsobjekte am Himmel. Die Sonne ging im Osten in regelmäßigen Abständen von 24 Stunden auf und im Westen unter. Sein Weg am Himmel stieg höher und die Tage wurden bis zur Sommersonnenwende länger, während sein Weg zur Wintersonnenwende am niedrigsten und kürzesten war. Die Sterne zeigten denselben 24-Stunden-Zeitraum, als ob sich der Himmelshimmel die ganze Nacht über drehte. Der Mond wanderte von Nacht zu Nacht relativ zu den anderen Objekten um etwa 12°, während er seine Phasen änderte, während die Planeten gemäß den geozentrischen Regeln von Ptolemäus und anderen wanderten.

Wir fragen uns oft: „Wie war das möglich?“ Wie konnte dieses geozentrische Bild des Universums weit über 1.000 Jahre lang weitgehend unangefochten bleiben? Es gibt die verbreitete Erzählung, dass bestimmte Dogmen, etwa die Tatsache, dass die Erde stationär sei und das Zentrum des Universums sei, nicht in Frage gestellt werden könnten. Aber die Wahrheit ist weitaus komplexer: Der Grund dafür, dass das geozentrische Modell so lange vorherrschte, war nicht das Problem des Gruppendenkens, sondern eher, weil die Beweise so gut dazu passten: viel besser als die Alternativen. Der größte Feind des Fortschritts ist überhaupt nicht das Gruppendenken, sondern die Erfolge der bereits etablierten Leittheorie. Hier ist die Geschichte dahinter.

Auch wenn die Idee eines heliozentrischen Universums nicht sehr bekannt ist, reicht sie mindestens mehr als 2.000 Jahre zurück. Archimedes veröffentlichte im 3. Jahrhundert v. Chr. ein Buch mit dem Titel „The Sand Reckoner“, in dem er beginnt, über das Universum jenseits der Erde nachzudenken. Obwohl er davon nicht ganz überzeugt ist, erzählt er von der (heute verlorenen) Arbeit seines Zeitgenossen Aristarchos von Samos, der Folgendes argumentierte:

„Seine Hypothesen sind, dass die Fixsterne und die Sonne unbewegt bleiben, dass sich die Erde auf dem Umfang eines Kreises um die Sonne dreht, wobei die Sonne in der Mitte der Umlaufbahn liegt, und dass die Sphäre der Fixsterne sich etwa um die Sonne herum befindet „Derselbe Mittelpunkt wie die Sonne ist so groß, dass der Kreis, in dem sich die Erde seiner Meinung nach drehen soll, in einem solchen Verhältnis zur Entfernung der Fixsterne steht, wie der Mittelpunkt der Kugel zu ihrer Oberfläche steht.“

Aus zwei Gründen, die nichts mit dem Heliozentrismus zu tun haben, wurde der Arbeit des Aristarch eine große Bedeutung zuerkannt, die aber dennoch große Fortschritte in der frühen Wissenschaft der Astronomie darstellte.

Warum scheint sich der Himmel zu drehen? Das war eine enorme Frage der damaligen Zeit. Wenn Sie die Sonne betrachten, scheint sie sich jeden Tag in einem Bogen durch den Himmel zu bewegen, wobei dieser Bogen nur einen Bruchteil eines 360°-Kreises darstellt: etwa 15° pro Stunde. Auch die Sterne bewegen sich auf die gleiche Weise, wobei sich der gesamte Nachthimmel mit genau derselben Geschwindigkeit um den Nord- oder Südpol der Erde (abhängig von Ihrer Hemisphäre) zu drehen scheint. Die Planeten und der Mond machen fast dasselbe, nur mit der winzigen zusätzlichen Hinzufügung ihrer nächtlichen Bewegung relativ zum Hintergrund der Sterne.

Das Problem besteht darin, dass es zwei Möglichkeiten gibt, dies zu erklären:

Wenn wir nur die Objekte am Himmel sehen würden, könnte eine dieser Erklärungen perfekt zu den Daten passen.

Und doch entschied sich praktisch jeder in der antiken, klassischen und mittelalterlichen Welt für die erste Erklärung und nicht für die zweite. Handelte es sich hierbei um dogmatisches Gruppendenken?

Kaum. Gegen das Szenario einer rotierenden Erde wurden zwei große Einwände erhoben, und keiner von ihnen wurde bis zur Renaissance erfolgreich angegangen.

Der erste Einwand ist, dass, wenn man einen Ball auf eine rotierende Erde fallen ließe, dieser aus der Perspektive einer Person, die auf der Erde steht, nicht direkt nach unten fallen würde, sondern eher direkt nach unten fallen würde, während sich die Person auf der Erde relativ zum fallenden Ball bewegte. Dies war ein Einwand, der bis zur Zeit Galileis bestehen blieb und nur mit einem Verständnis der Relativbewegung und der unabhängigen Entwicklung horizontaler und vertikaler Komponenten für die Projektilbewegung gelöst werden konnte. Viele dieser Eigenschaften sind heute als Galileische Relativitätstheorie bekannt.

Der zweite Einwand war jedoch noch schwerwiegender. Wenn sich die Erde alle 24 Stunden um ihre Achse drehen würde, würde sich Ihre Position im Weltraum vom Beginn der Nacht bis zum Ende der Nacht um den Durchmesser der Erde unterscheiden – etwa 12.700 km (7.900 Meilen). Dieser Positionsunterschied sollte zu dem führen, was wir astronomisch als Parallaxe kennen: die Verschiebung näherer Objekte relativ zu weiter entfernten.

Und doch, egal wie scharf Ihr Sehvermögen war, hat noch nie jemand eine Parallaxe für einen der Sterne am Himmel beobachtet. Wenn sie unterschiedliche Entfernungen hätten und die Erde rotieren würde, würden wir erwarten, dass die nächstgelegenen von Beginn der Nacht bis zum Ende der Nacht ihre Position ändern würden. Trotz dieser Vorhersage wurde seit mehr als 1000 Jahren keine Parallaxe mehr beobachtet.

Da es hier an der Erdoberfläche keine Beweise für die rotierende Erde und keine Beweise für eine Parallaxe (und damit eine rotierende Erde) zwischen den Sternen am Himmel gab, wurde die Erklärung der rotierenden Erde abgelehnt, während die Erklärung einer stationären Erde und a Als bevorzugte Erklärung wurde der rotierende Himmel – oder eine „Himmelskugel“ jenseits des Erdhimmels – gewählt.

Haben wir uns geirrt? Absolut.

Die Erde dreht sich zwar, aber wir hatten weder die Werkzeuge noch die Präzision, um quantitative Vorhersagen darüber zu treffen, was wir erwarten würden. Es stellt sich heraus, dass sich die Erde tatsächlich dreht, aber das Schlüsselexperiment, das es uns ermöglichte, es auf der Erde zu beobachten, das Foucault-Pendel, wurde erst im 19. Jahrhundert entwickelt. Auch die erste Parallaxe wurde erst im 19. Jahrhundert beobachtet, da die Entfernung zu den Sternen enorm ist und die Erde dafür über Wochen und Monate hinweg Millionen von Kilometern zurücklegen muss, nicht Tausende von Kilometern über ein paar wenige Es dauert Stunden, bis unsere Teleskope es erkennen.

Das Problem bestand darin, dass wir nicht über die Beweise verfügten, um diese beiden Vorhersagen voneinander zu unterscheiden, und dass wir „Fehlen von Beweisen“ mit „Beweisen von Abwesenheit“ verwechselten. Wir konnten keine Parallaxe zwischen den Sternen feststellen, die wir für eine rotierende Erde erwartet hatten, und kamen daher zu dem Schluss, dass sich die Erde nicht drehte. Wir konnten keine Aberration in der Bewegung fallender Objekte feststellen und kamen daher zu dem Schluss, dass sich die Erde nicht drehte. Wir müssen in der Wissenschaft immer bedenken, dass der Effekt, nach dem wir suchen, möglicherweise knapp unter der Schwelle liegt, die wir messen können.

Dennoch konnte Aristarchos wichtige Fortschritte machen. Er konnte seine heliozentrischen Ideen beiseite legen und nutzte stattdessen Licht und Geometrie in einem geozentrischen Rahmen, um die erste Methode zur Messung der Entfernungen zu Sonne und Mond und damit auch zur Schätzung ihrer Größe zu entwickeln. Obwohl seine Werte weit daneben lagen – vor allem aufgrund der „Beobachtung“ eines zweifelhaften Effekts, von dem mittlerweile bekannt ist, dass er außerhalb der Grenzen des menschlichen Sehvermögens liegt –, waren seine Methoden solide, und moderne Daten können die Methoden von Aristarchus genau nutzen, um die Entfernungen und Größen der Sonne zu berechnen und Mond.

Im 16. Jahrhundert belebte Kopernikus das Interesse an den heliozentrischen Ideen des Aristarchos wieder und stellte fest, dass der rätselhafteste Aspekt der Planetenbewegung, die periodische „rückläufige“ Bewegung der Planeten, aus zwei Perspektiven gleichermaßen gut erklärt werden könne.

Warum scheinen die Planeten rückläufige Bahnen zu bilden? Das war die entscheidende Frage. Hier hatten wir zwei mögliche Erklärungen mit völlig unterschiedlichen Perspektiven, doch beide waren in der Lage, das beobachtete Phänomen hervorzurufen. Einerseits hatten wir das alte, vorherrschende geozentrische Modell, das genau und präzise erklärte, was wir sahen. Auf der anderen Seite hatten wir das neue, emporgekommene (oder wiederauferstandene, je nach Sichtweise) heliozentrische Modell, das auch erklären könnte, was wir sahen.

Leider waren die geozentrischen Vorhersagen genauer – mit weniger und kleineren Beobachtungsabweichungen – als das heliozentrische Modell. Kopernikus konnte die Bewegungen der Planeten sowie das geozentrische Modell nicht ausreichend wiedergeben, egal wie er seine Kreisbahnen wählte. Tatsächlich begann Kopernikus sogar, dem heliozentrischen Modell Epizyklen hinzuzufügen, um die Orbitalanpassungen zu verbessern. Trotz dieser Ad-hoc-Lösung weckte sein heliozentrisches Modell zwar erneutes Interesse an dem Problem, schnitt in der Praxis jedoch nicht so gut ab wie das geozentrische Modell.

Der Grund dafür, dass es so lange gedauert hat, das geozentrische Modell des Universums zu ersetzen, fast 2000 Jahre, liegt darin, wie erfolgreich das Modell unsere Beobachtungen beschreiben konnte. Die Positionen der Himmelskörper konnten mit dem geozentrischen Modell hervorragend modelliert werden, in einer Weise, die das heliozentrische Modell nicht reproduzieren konnte. Erst mit dem Werk von Johannes Kepler aus dem 17. Jahrhundert – der die kopernikanische Annahme verwarf, dass Planetenbahnen auf Kreisen beruhen müssten – führte das heliozentrische Modell schließlich dazu, dass das geozentrische Modell überholt wurde.

Stattdessen war Keplers Heliozentrismus mit elliptischen Umlaufbahnen deshalb so bemerkenswert, weil zum ersten Mal eine Idee aufkam, die das Universum, einschließlich der Bewegung der Planeten, besser und umfassender beschrieb, als es das vorherige (geozentrische) Modell konnte.

Insbesondere die (stark exzentrische) Umlaufbahn des Mars, die zuvor der größte Problempunkt für das Modell des Ptolemäus war, war für Keplers Ellipsen ein eindeutiger Erfolg. Selbst unter den strengsten Bedingungen, bei denen das geozentrische Modell am stärksten von den Vorhersagen abwich, hatte das heliozentrische Modell seine größten Erfolge. Das ist oft der Testfall: Schauen Sie, wo die vorherrschende Theorie die größten Schwierigkeiten hat, und versuchen Sie, eine neue Theorie zu finden, die nicht nur dort erfolgreich ist, wo die vorherige versagt, sondern überall dort erfolgreich ist, wo die vorherige auch erfolgreich ist.

Keplers Gesetze ebneten den Weg für Newtons Gesetz der universellen Gravitation, und seine Regeln gelten gleichermaßen für die Monde der Planeten des Sonnensystems und für die Exoplanetensysteme, die wir im 21. Jahrhundert haben. Man kann sich darüber beschweren, dass es von Aristarchos an etwa 1800 Jahre gedauert hat, bis der Heliozentrismus schließlich unsere geozentrische Vergangenheit verdrängte, aber die Wahrheit ist, dass es bis zu Kepler kein heliozentrisches Modell gab, das den Daten und Beobachtungen so gut entsprach wie das Modell von Ptolemäus. Es war nicht das Gruppendenken, das das Problem darstellte, und auch nicht das Dogma, das irgendjemanden davon abhielt, über Alternativen nachzudenken. Das Hauptproblem war der beispiellose Erfolg des ptolemäischen Modells, und sobald sich ein neues Modell als erfolgreicher erwies, wurde das alte von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt schnell ersetzt.

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass der einzige Grund, warum diese wissenschaftliche Revolution überhaupt stattgefunden hat, darin besteht, dass es „Risse“ in der bereits bestehenden Theorie gab: Beobachtungen und Vorhersagen stimmten nicht überein. Wann immer dies geschieht, kann sich dort die Gelegenheit für eine neue Revolution ergeben, aber selbst das ist nicht garantiert. Sind dunkle Materie und dunkle Energie real oder ist dies eine Chance für eine Revolution? Deuten die unterschiedlichen Messungen der Expansionsrate des Universums auf ein Problem mit unseren Techniken hin oder sind sie ein früher Hinweis auf mögliche neue Physik? Was ist mit Neutrinomassen ungleich Null? Oder das Myon-G-2-Experiment?

Es ist wichtig, selbst die wildesten Möglichkeiten zu erkunden, uns aber immer auf die Beobachtungen und Messungen zu verlassen, die wir machen können. Wenn wir jemals über unser gegenwärtiges Verständnis hinausgehen wollen, muss jede alternative Theorie nicht nur alle unsere gegenwärtigen Erfolge reproduzieren, sondern auch dort erfolgreich sein, wo unsere gegenwärtigen Theorien nicht in der Lage sind. Deshalb sind Wissenschaftler oft so resistent gegenüber neuen Ideen: nicht aus Gruppendenken, Dogmen oder Trägheit, sondern weil die meisten neuen Ideen diese epischen Hürden nie überwinden. Immer wenn die Daten klar darauf hinweisen, dass eine Alternative allen anderen überlegen ist – aber nie zuvor –, wird es unweigerlich zu einer wissenschaftlichen Revolution kommen.