Werner Heisenberg, Ordnung der Wirklichkeit: Mit einer Einleitung von Helmut Rechenberg und einem Kommentar von Ernst Peter Fischer

by Konrad Kleinknecht (Editor)

Werner Heisenberg schrieb diesen Essay in den Kriegsjahren 1941/42. Er überließ ihn nur Verwandten und ausgewählten Freunden zur Lektüre, dachte aber nicht daran, den Text zu veröffentlichen. In dem Essay zieht Heisenberg eine Summe seiner philosophischen Gedanken über die Natur und über die Frage, wie der Mensch erkennen kann, was die Wirklichkeit ist. Nach Heisenbergs Tod haben die Herausgeber seiner „Gesammelten Werke“ diesen Text nach der Urschrift übernommen und mit dem Titel „Ordnung der Wirklichkeit“ versehen. Er wurde 1989 im Piper Verlag veröffentlicht. Die Heisenberg-Gesellschaft hat beschlossen, Heisenbergs Manuskript neu herauszugeben und mit einer Kommentierung der literarischen, musikalischen, philosophischen und historischen Bezüge zu ergänzen. Die Kommentierung hat dankenswerter Weise Herr Ernst Peter Fischer übernommen.

Genres: Philosophy

240 pages, Paperback

Published September 26, 2019

Reviews

[William Bies · Rating 4 out of 5]

This reviewer would impute to Werner Heisenberg, a leading architect of the quantum revolution, a sharper intellect than he tends to get credit for, and that not only in matters of natural philosophy. We have previously covered his 1955/56 Gifford lectures on the philosophy of physics (see review here). Now we wish to turn to a panoramic manuscript he composed during the war years in 1941/42 and circulated among friends, but declined to publish during his lifetime. It would later be included among his collected works under the title, ‘Ordnung der Wirklichkeit’. The Heidelberg Gesellschaft has recently taken it upon itself to print a fine new edition, outfitted with an introduction by Helmut Rechenberg and commentary by the historian of science Ernst Peter Fischer.

Read Rechenberg’s introduction for context, not for an analysis of content which he expressly does not aim to provide but leaves to the reader himself. Aside from obligatory naming of names among Heisenberg’s contemporaries in the first part, the second half of its twenty-five-pages does supply some helpful clarifying remarks, for instance, on the physicist’s relation to the poet Johann Wolfgang von Goethe and on the historical and political situation, in which Heisenberg himself played what is for many a contentious role – where Rechenberg chooses rather to stress the positive, namely, Heisenberg’s deliberate efforts to further the recovery of a scientific establishment in post-war Germany, after the disaster of the Nazi period. Fischer’s fairly extensive (36-page) commentary, on the other hand is not all that needed for someone who already knows the pertinent physics, apart from identifying the reference of several perhaps obscure allusions in the text.

Let us concentrate, then, for the remainder of this review on what Heisenberg himself has to say. The purpose of his essay is not so much to formulate theses and technical arguments for scholarly experts as to paint a portrait of how he views existence in general in which, naturally enough, his formation as a natural scientist plays a prominent role. The jumping-off point for Heisenberg’s reflections is a rumination on the various domains of experience we encounter [verschiedene Bereiche der Wirklichkeit], as they present themselves to us first of all as a young child, then later as a youth and as a man in his prime. For what motivates us to activity, in the practical or in the theoretical realm? As dependent creatures, we have to strive to survive and, in order to succeed, this leads us to organize our world around two broad undertakings, technical practice informed by a theoretical understanding which, when it reaches maturity, becomes science. Now, as part of the overall endeavor we have thrust upon ourselves the question as to the unity that may exist across the different domains of reality. Yet, precisely at this point the men of Heisenberg’s generation hit upon a great surprise, for nobody foresaw that the trustworthy albeit naïve concepts of the modern empirical worldview would be overthrown by the advance of science itself. Everyone was taken unawares by the advent of the quantum, just as were the Jews in the time of Jesus by the advent of the kingdom of heaven! Here, then, is how Heisenberg characterizes the relation between the older classical mechanics and the emergent quantum mechanics:

Aber im Bewusstsein der großen naturwissenschaftlichen Epoche, die im Beginn des 20. Jahrhunderts ihren Abschluss gefunden hat, verband sich die Vorstellung, dass diese Einheit ihren unmittelbaren Ausdruck finde in dem streng gesetzlichen Ablauf der äußeren materiellen Welt. Dieser objektive, in Raum und Zeit ablaufende Zusammenhang war ja offenbar für alle Wesen – gleichviel ob es sich um lebendige Organismen oder um tote Materie handelte – ohne Ausnahme verbindlich, er erschien als die eigentlich »reale« Welt, die sich in dem Bewusstsein der lebenden Wesen wie in einem – manchmal verzerrten oder trüben – Spiegel abbildete. Diese Auffassung konnte für sich geltend machen, dass auch das geistige Geschehen stets irgendwie mit materiellen Vorgängen verknüpft sei, dass es also – da ja an der eigenen Gesetzmäßigkeit der materiellen Vorgänge nicht gezweifelt werden könne – vielleicht durch die materiellen Vorgänge bedingt und vorgeschrieben sei. Selbst wenn dann die selbstverständliche Tatsache hervorgehoben wurde, dass sich das geistige Geschehen qualitativ von dem materiellen Ablauf durchaus unterschiede, so stand doch scheinbar der objektiven materiellen Welt eine subjektive geistige Welt gegenüber, und die physische Gesetzmäßigkeit erschien zum mindesten als das feste Skelett, das der Bau der Welt trüge.

Aber eben in dieser Frage hat die Durchforschung der Natur in den letzten Jahrzehnten zu einer Änderung der Anschauungen gezwungen. Für uns ist der gesetzmäßige Ablauf in Raum und Zeit nicht mehr das feste Skelett der Welt, sondern eher nur ein Zusammenhang unter anderen, der durch die Art, wie wir ihn untersuchen, durch die Fragen, die wir an die Natur richten, aus dem Gewebe von Zusammenhängen herausgelöst wird, das wir die Welt nennen. Diese Auffassung sit herbeigeführt worden durch die im Fortschreiten der Naturwissenschaft gewonnene Einsicht in Gesetzmäßigkeiten, die sich nicht mehr einfach auf Abläufe in Raum und Zeit zurückführen lassen.

Damit wird von Neuem die Aufgabe gestellt, die verschiedenen Zusammenhänge oder »Bereiche der Wirklichkeit« zu ordnen, zu verstehen und in ihrem gegenseitigen Verhältnis zu bestimmen; sie in Beziehung zu setzen zur Einteilung in eine »objektive« und eine »subjektive« Welt; sie gegeneinander abzugrenzen und einzusehen, wie sie durch einander bedingt sind; schließlich so zu einem Verständnis der Wirklichkeit vorzudringen, das die verschiedenen Zusammenhänge als Teile einer einzigen sinnvoll geordneten Welt begreift. (pp. 33-34)

As the last paragraph in the above passage indicates, the revolutionary physics of the quantum forces us to reflect on the role of language in constituting experience more seriously than ever before. This all prompts Heisenberg to launch into an analysis of how children learn to speak a language, on the ineradicable indeterminacy of words [Unbestimmtheit], on the contrast between the static and the dynamic modes of explanation etc. [p. 35ff]. This recensionist finds it curious that Bohr never took linguistic issues quite as seriously – Heisenberg is sensitive to their importance though, showing an awareness of the contemporary context in analytic philosophy then undergoing its so-called linguistic turn and citing Wittgenstein. The following passage reveals the perspective of one who, unlike the analytical philosophers who write about language, was responsible for a breakthrough into a novel way of conceptualizing the world:

Das Ziel der exakten Naturwissenschaft bilden zwar stets in sich geschlossene Systeme von Begriffen und Axiomen, die den gemeinten Teil der Wirklichkeit streng abbilden. Der Gang der Forschung aber, die von bekannten Begriffssytemen ausgehend die Ordnung eines neuen Erfahrungsbereichs anstrebt, kann nicht auf den durch logische Schlussketten vorgezeichneten Pfaden erfolgen. Der Abgrund zwischen den schon bekannten und den neuen Begriffssystemen kann durch intuitives Denken übersprungen, nicht durch formales Schließen überbrückt werden. (p. 42)

Heisenberg goes on, in a passage reminiscent of Meister Eckhardt, to observe that,

Freilich wird, wie weit das Denken auch dringen mag, stets das Gefühl übrigbleiben, dass es jenseits des Erforschten noch andere Zusammenhänge gebe, die sich der sprachlichen Formulierung entziehen und deren Geltungsbereich jeweils mit dem Verständnis eines neuen Bezirks der Wirklichkeit noch einen Schritt weiter hinausgeschoben wird in das undurchdringliche Dunkel, das hinter den durch die Sprache formulierbaren Gedanken liegt. Dieses Gefühl bestimmt die Richtung des Denkens, aber es gehört zu seinem Wesen, dass die Zusammenhänge, auf die es gerichtet ist, nicht in Worte gefasst werden können. (p. 43)

Part I closes with a treatment of mankind’s attempts to frame a general order by which to represent all of reality. The theme provides an occasion for reflection on the issue of religion versus science and an excursus on child psychology. What strikes this recensionist as being of greatest interest beyond the ephemera of the era is the following remarkable passage, which seems to hint at an answer to Wigner’s celebrated question as to why mathematics should prove so unreasonably effective in the natural sciences:

In der Tat kann man an den mathematischen Sätzen, die sich aus den Axiomen des betreffenden mathematischen Gebiets bewiesen lassen, nicht zweifeln. Es ist aber oft darauf hingewiesen worden, das es sich hier um »analytische Urteile« handele, d.h. um Sätze, die durch ein eindeutiges Schlussverfahren aus gemachten Voraussetzungen und zu Grunde gelegten Definitionen folgen; dass solche Sätze aber nichts über die Wirklichkeit aussagen können, da ja kein Schlussberfahren zeigen kann, dass die Voraussetzungen und Definitionen die Wirklichkeit getreu abbilden. Die mathematischen Wahrheiten können also nicht als Ausgangspunkt für eine Ordnung der Wirklichkeit gebraucht werden.

Trotzdem können sie allerdings in jeder derartigen Ordnung eine entscheidende Rolle spielen. Denn eben weil die mathematischen Sätze eine von allem Inhalt losgelöste Form oder Ordnung darstellen, so kann auch umgekehrt jede Ordnung, und zwar umso eher, je vollendeter sie ist, in mathematischer Form dargestellt werden. Dieses Auftauchen mathematischer Formen in jedem verstandenen Bereich der Wirklichkeit hat schon früh das Nachdenken der Menschen bewegt. Die Untersuchungen der Pythagoräer über die rationalen Verhältnisse harmonisch schwingender Saiten, die Gedanken Platons über sie symmetrischen Körper legen Zeugnis ab von der Bedeutung, die der mathematischen Form im Verständnis der Natur zugeschrieben wurde. Die exakte Naturwissenschaft seit Newton beruht auf der stillschweigenden Voraussetzung, dass es stets möglich sein müsse, die unserer Erfahrung zugänglichen Gebiete der Natur nach strengen, mathematisch fassbaren Gesetzen zu ordnen. Aber auch Darstellungen der Wirklichkeit, die der exakten Naturwissenschaft ganz fern stehen, wie die Musik oder die bildende Kunst, offenbaren bei genauere Analyse innere Ordnungen, die mit mathematischen Gesetzen aufs engste verwandt sind. Diese Ordnungen können so deutlich in Erscheinung treten wie etwa in einer Bach’schen Fuge oder einem symmetrischen Bandornament, oder die können sich zunächst nur durch eine besondere Ausgewogenheit, eine unmittelbar einleuchtende Schönheit einer Melodieführung bemerkbar machen, wie etwa in dem berühmten Seitenthema des ersten Satzes im D-Dur Violenkonzert Beethoven – immer zeigt eine nähere Untersuchung einfache mathematische Symmetrien ähnlich denen, die von den Mathematikern in der Gruppentheorie behandelt werden. Die Mathematik ist also die Ordnung schlechthin, in ihrer reinsten, in allem Inhalt befreiten Form. (pp. 45-46)

Part II starts out with a treatment of the author’s Goethian motivation [pp. 52-60], which deserves notice because it serves indeed as a principal intellectual source of Heisenberg’s originality as a natural scientist: in line with Goethe’s methodology, he tends always to a more elementary point of view and doesn’t take for granted the usual pictures current among his peers. The second section of Part II contains a theoretical discussion of the presuppositions of classical physics. Interesting for its handling the question of how to think about the electromagnetic field when one no longer wants to ascribe to it a material substratum in an aether; while everyone nowadays does attribute to the electromagnetic field the definiteness of everything in the classical realm, the procedure seems artificial and perhaps unwarranted. Chemistry including thermodynamics occupies, for Heisenberg, a somewhat ambiguous status between the classical and the quantum in that its laws were never satisfactorily subsumed under a purely classical standpoint. Here is how he determines its place in the theoretical schema:

Es scheint daher richtig, die Quantentheorie als den nächsthöheren, der klassischen Physik übergeordneten Bereich zu betrachten, die Chemie dagegen nur als eine besondere Projektion dieses Bereichs in die Ebene der objektiven raum-zeitlichen Vorgänge. (p. 98)

Die klassische Physik stellt die Idealisierung der Wirklichkeit dar, bei der nur von objektiven materiellen Vorgängen in Raum und Zeit gesprochen wird – unabhängig von der Frage, wie diese Vorgänge etwa festgestellt werden können. Die Quantentheorie umfasst einen weiteren Bereich der Wirklichkeit: sie kann betrachtet werden als die Idealisierung, bei der man einen Zustand durch die Angabe beschreibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit gewisse materielle, raum-zeitliche Vorgänge ablaufen, wenn sie (durch äußere Eingriffe) der Beobachtung zugänglich gemacht werden: also jene Idealisierung, bei der die Wirklichkeit in jedem Augenblick als eine bestimmte Fülle von Möglichkeiten zur objektiven Realisierung erscheint. (p. 98)

But if reality always embraces a range of possibilities to be objectively realized, in quantum mechanics there must be an ineliminable role for chance [Zufall]. For [p. 99ff] observation of the system means its coupling to the external world; but then it could be completely determined only if we could completely characterize the instrumental means by which we observe it, leading to an regressus ad infinitum. Now Heisenberg, being less dogmatic than every generation of physicists who have followed him, understands very well that the quantum-mechanical description of the world will ever be only provisional, like any scientific model, but he doubts whether we can ever get behind the quantum approximation owing to the extremely high degree of experimental confirmation of its predictions.

§II.4 deals with Bohr’s ideas on theoretical biology but much more extensively than Bohr himself ever did. Heisenberg frames the question at issue as follows:

Nach den Erfahrungen der modernen Biologie wird man jedoch eher geneigt sein, den Begriff der Lebenskraft, der eine zu enge Analogie zum Kraftbegriff der Physik andeutet, zu ersetzen durch einen Begriff, der das charakteristische Verhalten des Lebewesens als Einheit gegenüber dem physikalisch-chemischen Verhalten seiner Teile betont. In dieser Weise wird etwa von Driesch der Begriff Entelechie oder Ganzheit verwendet, wobei die Vorstellung vertreten wird, dass der physikalisch-chemische Ablauf im Einzelnen durch diese übergeordneten Zusammenhänge nicht angetastet werden solle, dass aber eben »das Ganze mehr sei als die Summe seiner Teile«. Dieser vitalistischen Auffassung steht entgegen die These, die in erster Linie zur Zeit des Materialismus vertreten worden ist und die etwa jetzts in der Form ausgesprochen werden könnte: die physikalisch-chemischen Gesetze haben im Organismus uneingeschränkte Gültigkeit und bestimmen daher auch ausschließlich sein Verhalten. (p. 108)

Then [pp. 107-129] he adjudicates between the two seemingly incompatible points of view with some finesse, considering the state of the art in molecular biology at the time. In this author’s telling, Bohr’s suggestion comes down to an analogy motivated by quantum mechanics. For in quantum mechanics, as Bohr above all appreciates, one has to let go of the demand for a complete description of the system at the microphysical level since (as Gleason’s theorem implies) any given pure state must involve the possibility of an indeterminate value to be assigned to the outcome of measurement by some observable. In the same way, Heisenberg, following Bohr, supposes that in biology one could never specify the state of an organism completely but that nevertheless there will be certain regularities governing its functioning which a biology of the future might hope to disclose; in Heisenberg’s words:

Von der Quantentheorie wird sich diese nächste Stufe der wissenschaftlichen Ordnung vielleicht wieder durch eine neue Erweiterung des Zustandsbegriffs unterscheiden. Der »Zustand«, von dem wir dort Kenntnis erwerben können, wird vielleicht in noch höherem Maße eine Summe von Möglichkeiten, in noch geringerem eine aktuelle objektivierbare Realität in Raum und Zeit sein. Insbesondere wird jenes merkwürdige »Übergriefen« in Raum und Zeit, das sich etwa in der Quantentheorie dadurch äußert, dass ein Elektron Teilchen und Welle sein kann, wohl eine noch wichtigere Rolle spielen. Dieses scheinbare »Übergriefen« eines Körpers in entfernte Raum-Zeit-gebiete kommt ja dadurch zustande, dass der Körper selbst sozusagen erst durch Spezialisierung durch den Eingriff der Beobachtung, die uns vom Ort des Körpers Kunde gibt. Wie die Verhältnisse hier im Einzelnen hinsichtlich der lebendigen Zusammenhänge liegen werden, vermag noch niemand vorherzusehen. (p. 123)

Heisenberg’s grand closing statement is worth quoting in full as it gives expression to a salutary wish every bit as germane to the contemporary world as it was in his day:

Vielleicht wird bei der zukünftigen Gestaltung der Welt die Wissenschaft eine noch wichtigere Rolle spielen als bisher. Nicht so sehr deshalb, weil sie zu den Voraussetzungen der politischen Macht gehört, sondern weil sie die Stelle ist, an der die Menschen unserer Zeit der Wahrheit gegenüber treten. Während im politischen Leben ein dauernder Wechsel der Werte, der Kampf verlogener Ideae gegen andere verlogene Ideale gar nicht vermieden werden kann, betreten wir in der Wissenschaft einen Bereich, in dem das, was wir sagen, eben letzten Endes entweder wahr oder falsch ist, hier gibt es noch eine höhere Macht, die unbeeinflusst durch unsere Wünsche endgültig entscheidet und damit wertet. Am wichtigsten sind daher auch die Gebiete der reinen Wissenschaft, in denen von praktischen Anwendungen nicht mehr die Rede ist, in denen vielmehr das reine Denken den verborgenen Harmonien in der Welt nachspürt. Dieser innerste Bereich, in dem Wissenschaft und Kunst kaum mehr unterschieden werden können, ist vielleicht für die heutige Menschheit die einzige Stelle, an der ihr die Wahrheit ganz rein und nicht mehr verhüllt durch menschliche Ideologien oder Wünsche gegenübertritt. Freilich hat die große Maße der Menschen zu diesem Bereich ebensowenig den Zugang wie früher zum Allerheiligsten des Tempels. Aber für die Maße genügt es auch zu wissen, dass einige Menschen dorthin vordringen, und dass dort nicht betrogen werden kann, dass dort eben der Liebe Gott entscheidet und nicht wir. (pp. 193-194)