Samuel Pedziwiatr

Mitten in Frankreichs historischer Region Champagne liegt Cirey sur Blaise, ein Dorf von rund einhundert Einwohnern. Fernab der wissenschaftlichen Akademien von Paris, London und Berlin wirkte hier vor über 275 Jahren die Marquise von Châtelet Gabrielle Émilie le Tonnelier de Breteuil, kurz: Émilie du Châtelet, als eine der ersten Naturforscherinnen Europas. Sie war mit zahlreichen der einflussreichsten Denker und Politiker ihrer Zeit in Kontakt. Die Bernoulli Brüder korrespondierten ebenso mit ihr wie Leonhard Euler, Madame Pompadour und der preußische König Friedrich II.

Émilie du Châtelet wurde als Frau in der französischen Gesellschaft des 18. Jahrhunderts eine gewöhnliche akademische Laufbahn verwehrt. Mit Netzwerktalent schaffte sie es jedoch, viele Köpfe der intellektuellen Elite ihrer Zeit zu sich in die Provinz kommen zu lassen. Der vielleicht berühmteste Gast der „göttlichen Émilie“ war ihr Freund und Liebhaber Voltaire. Émilie du Châtelet bewahrte Voltaire vor einem Haftbefehl, den die Publikation seiner „Lettres philosophiques“ provoziert hatte. Ab 1734 bot sie ihm Zuflucht im anfangs etwas heruntergekommenen Nebenwohnsitz ihres Mannes in Cirey. Voltaire vermittelte Émilie Privatstunden in Mathematik bei Pierre-Louis Maupertuis, einem Mitglied der königlichen Académie des sciences. Rasch entfalteten sich Émilie du Châtelets mathematische Fähigkeiten und ihr Interesse an Fragen der Naturforschung wuchs beständig. Sie und Voltaire renovierten das Schloss von Cirey und richteten darin ein physikalisches Kabinett ein. Zusammen erwarben sie verschiedene Versuchsinstrumente, mit denen sie unter anderem Experimente zu Feuer, Licht und Vakuum durchführten.

Neben Beschäftigung mit Literatur, Theater und Oper und ihren Studien in Analysis, analytischer Geometrie und höherer Algebra, las Émilie ausgiebig Forschungsschriften von Astronomen und Physikern wie Galilei, Huygens und Newton.

Als Voltaire sich daran setzte, eine allgemeinverständliche Darstellung von Newtons Physik zu schreiben, unterstützte Émilie den Literaten maßgeblich bei technischen Aspekten und mathematischen Passagen.* Von Newton übernahm sie unter anderem die mechanischen Axiome und, zumindest als vorläufige Erklärung, das Gravitationsgesetz. (In Frankreich war bis dahin die Vorstellung von Descartes verbreitet gewesen, Schwere würde durch Wirbel im Äther hervorgerufen.)

Doch trotz großer Bewunderung für den englischen Naturphilosophen** teilte sie nicht in allem Newtons Position. Nachdem in der Physik der frühen Neuzeit recht fantastische Hypothesen verbreitet waren, wollten Newton und viele seiner Anhänger Hypothesen komplett aus der Physik eliminieren. Das hieße aber das Kind mit dem Bade ausgießen, wie Émilie du Châtelet erkannte: Hypothesen, geleitet von empirischer Beobachtung, sind notwendig für das Aufstellen physikalischer Theorien, die verlässliche Aussagen über die Welt ermöglichen.

Kurz nach Erscheinen von Voltaires Buch über Newton entschied sich Émilie du Châtelet, selbst eine Abhandlung zur Physik zu schreiben. Offiziell im Stile eines Lehrbuchs an ihren Sohn verpackt, erschienen 1740 zunächst anonym und in einer überarbeiteten zweiten Ausgabe 1742 die „Institutions physiques de Madame la Marquise du Chastellet adressées à Mr. son Fils“.

Das Werk sollte nicht nur in Frankreich die erste Bestandsaufnahme des Wissens der Physik seit 80 Jahren sein. Auch das methodische und erkenntnistheoretische Fundament der Physik versucht Émilie du Châtelet darin zu sichten. Die Institutions physiques beleuchten ganzheitlich die Physik und was hinter (gr. meta) der Physik steckt. In diesem Sinne bewegt sich Émilie du Châtelets Anspruch zwischen Physik und Metaphysik.

Ausgangspunkt ihres Buchs ist ausgerechnet Newtons Erzrivale, Gottfried Wilhelm Leibniz. Dank deutscher und schweizerischer Kontakte war Émilie du Châtelet mit den in Frankreich bis dahin eher unbekannten Schriften von Leibniz und von dessen Schüler Christian Wolff gut vertraut. Sie identifiziert bei Leibniz zwei Grundsätze, um in der Wissenschaft Schlüsse auf elementare Evidenzen, das sind unmittelbar einsichtige und nicht weiter zu begründende Wahrheiten, zurückzuführen:

Der erste Grundsatz ist der Satz vom ausgeschlossenen Widerspruch. Er besagt im Wesentlichen, dass eine Aussage und ihr Gegenteil nicht gleichzeitig gelten können – oder, etwas anders aufgefasst, dass eine Sache nicht gleichzeitig sein und nicht-sein kann. Dieser alte Grundsatz, der auf Aristoteles zurückgeht, ist nach Émilie du Châtelet das Fundament allen menschlichen Wissens, weil auf ihm mathematische Beweise und andere notwendige Wahrheiten basieren. Solche Wahrheiten sind per Definition richtig: Eine notwendige Wahrheit kann nicht falsch sein, weil das Falsch-Sein einer notwendigen Wahrheit in sich zu Widersprüchen führen würde.

Zur Behandlung von den kontingenten bzw. zufälligen Wahrheiten, mit denen sich die Physik befasst, braucht man nach Émilie du Châtelet jedoch ein weiteres Prinzip. Naturgesetze sind weder logisch zwingend, noch ohne Naturbeobachtungen ableitbar, sondern deuten vielmehr auf eine bestimmte faktische Beschaffenheit der Welt hin. Um auch physikalische Phänomene und Gesetze zu erfassen, bringt Émilie du Châtelet den Satz vom zureichenden Grund ins Spiel. In moderner Sprache ausgedrückt sagt der Satz vom zureichenden Grund, dass jede Änderung eines (physikalischen) Systems eine erklärende Ursache haben muss. Der Grundsatz hat Plausibilität für den makroskopischen Alltag: Wenn man beispielsweise ein Wohnzimmer, in welchem man alleine war, für einige Zeit verlässt und beim nächsten Eintreten alle Objekte darin verschoben vorfindet, gibt es dafür nach dem Satz vom zureichenden Grund eine kausale Ursache. Die Ordnung des Raums hat sich nicht spontan von selbst geändert, sondern es könnte zum Beispiel eine Person das Zimmer betreten haben und die Gegenstände darin umgestellt haben.

Nach Émilie du Châtelet passiert, wie Leibniz erkannt habe, nichts ohne zureichenden Grund. Alle Ereignisse der Welt stehen innerhalb eines kausalen Nexus in Verkettung und lassen sich zurückführen bis auf einen ersten Grund, der für das Entstehen der Welt verantwortlich ist: Gott.

An dieser Stelle verlässt Émilie du Châtelet die Physik und denkt metaphysisch im Sinne von jenseits der Natur. Allerdings erfüllt Gott in dieser deistischen Theorie keine direkt erklärende Funktion für physikalische Prozesse. Gott hat zwar das mechanische Uhrwerk des Universums erschaffen und aufgezogen, doch greift er selbst nicht aktiv in die Weltabläufe ein. Wunder sind ausgeschlossen und das Universum lässt sich mithilfe von Leibniz‘ Prinzipien vollständig mechanisch erklären:

„Man kann also sagen, in dem Leibnizischen Lehrgebäude sey eine metaphysisch-geometrische Aufgabe: Wenn der Zustand eines Elementes angegeben ist, den vergangenen, gegenwärtigen und zukünftigen Zustand der ganzen Welt zu bestimmen.“1

Ziel der Physik ist für Émilie du Châtelet die Erkenntnis der Zustände der Welt und daraus die Berechnung des Gesamtsystems Universum.2 Dafür braucht es Hypothesen. Naturgesetze offenbaren sich nämlich nicht direkt, sondern können nur in einem iterativen Experimentierprozess gefunden werden. Experimente sind jedoch, wie Émilie du Châtelet betont, stets limitiert. Sie sind durch Faktoren wie Messungenauigkeit und die einfließenden theoretischen Hintergrundannahmen begrenzt und können nicht unmittelbar die physikalischen Gegebenheiten abbilden:

„Die wahren Ursachen der natürlichen Wirkungen und Begebenheiten sind oftmahls von den Gründen, darauf wir fussen, und von den Versuchen die wir anstellen können, so weit entfernet, daß man sich mit wahrscheinlichen Ursachen behelfen muß, wenn man sie erklären will.“3

Aufgrund der beschränkten Verfügbarkeit zuverlässiger empirischer Daten sind Hypothesen notwendig, um praktikabel Physik betreiben zu können. Diese müssen allerdings gewissen Kriterien genügen und dürfen nicht einfach als Wahrheiten ausgegeben werden. Lediglich der Wahrscheinlichkeitsgrad einer Hypothese kann nach Émilie du Châtelet bei hinreichender Übereinstimmung mit Beobachtungen und akkurater Vorhersage weiterer Phänomene derart zunehmen, dass die Hypothese schließlich „[…] fast einem strengen Beweise gleich gilt.“4

Mit ihrer Perspektive, die ständige göttliche Interventionen in der Natur ablehnt und an ihre Stelle rationale Naturgesetze und hypothesengeleitete Physik stellt, riskiert Émilie du Châtelet den Konflikt mit den Dogmen des strengkatholischen absolutistischen Frankreich. Die deistische Vorstellung Gottes erlaubt jedoch auf theoretischer Ebene eine Rechtfertigung dafür, weshalb die genannten Grundsätze von Leibniz, als menschliche Denkgesetze, auch als Naturgesetze gültig sein sollen. Gott als absolut gutes, rationales Wesen kann von allen denkbaren, möglichen Welten nur die beste erschaffen haben – eine Welt mit rationaler Ordnung. Diese universelle Ordnung überträgt sich auf alle Bereiche, insbesondere auch auf Moral:

„[…] dieselben Menschen können unterschiedliche Gewohnheiten und Gebräuche haben; sie können ihre Handlungen auf vielerley Arten bestimmen; und wenn man diejenigen vor anderen heraussuchet, wobey der meiste Grund vorhanden ist, so wird die Handlung gut, und kann nicht getadelt werden.“5

Neben Exkursen in die Ethik motiviert der Satz des zureichenden Grunds entscheidende physikalische Ergebnisse. Zum einen kann Émilie du Châtelet mit seiner Hilfe mechanische Bewegungsgesetze herleiten. Zum anderen kann sie beweisen, dass die „Körperkraft“ einer bewegten Masse (den Begriff ersetzt man heute durch „kinetische Energie“) zum Quadrat der Geschwindigkeit des Körpers proportional ist: E ∝ mv².

Diese sogenannte Vis-Viva-Hypothese von Leibniz wurde unter anderem von Jean-Jacques d'Ortous de Mairan, dem beständigen Sekretär der Académie des sciences, bestritten. Er favorisierte die konkurrierende Hypothese von Newton, dass die Körperkraft zur einfachen Geschwindigkeit v proportional sei (E ∝ mv). Émilie du Châtelet attackiert in den Institutions physiques Mairans Position und widerlegt sie Punkt für Punkt. Die theoretische Fundierung der Vis-Viva-Hypothese von Leibniz mit Hilfe von Bilanzgleichungen und Energieerhaltungsargumenten vor dem Hintergrund experimenteller Ergebnisse des niederländischen Juristen und Naturphilosophen Willem 's Gravesande ist eine der bekanntesten Leistungen der Institutions. Was bei Émilie du Châtelet noch fehlt, ist der Vorfaktor „ein halb“ in der kinetischen Energiegleichung E_kin = ½ mv², welche erst Gaspard Gustave de Coriolis fast 90 Jahre später, um das Jahr 1829, aufstellen sollte.

Zwar sind die Institutions als Lehrbuch für Mechanik in Punkten veraltet, doch Sekundärliteratur, die das Werk lediglich vor dem Hintergrund von Émilie du Châtelets sozialen Rollen betrachtet, greift zu kurz. Die Etikettierungen, die manche Autoren ihr aufzuzwingen versuchen („Proto-Wissenschaftlerin“, „Newtonianerin“, „Leibnizianerin“, „ruhmsuchende Adlige“, „Madame Voltaire“, …), erweisen sich allzu oft als simplistisch oder geringschätzend.

Weitreichend ist an den Institutions physiques nicht alleine, dass sie geholfen haben, neben Newton auch Leibniz in Frankreich zu popularisieren, dass sie die kinetische Energieformel vorbereiten und dass sie Mathematisierung und Quantifizierung in der Wissenschaft ankündigen. Was die Institutions physiques als ein naturphilosophisches Projekt mit naturwissenschaftlichen Zügen bis in die heutige Zeit modern wirken lässt, ist der Fokus auf der korrekten Verwendung von Methoden in der Forschung. Mit einem ausgeglichenen Blick auf verschiedene Disziplinen untersucht Émilie du Châtelet, was Menschen durch die Physik wissen können, wie innerhalb der Physik gewonnenes Wissen mit anderen Erkenntnismöglichkeiten in Einklang steht und was dies für Auswirkungen auf das menschliche Zusammenleben hat. In dieser Hinsicht bieten die Institution physiques auch heute Impulse, wenn man sich die Frage stellt, was zu guter Physik dazugehört.