Wie aus dem vorhergehenden Beitrag zu ersehen ist, hat Klima viel mit Physik zu tun. An dieser Stelle ist vor dem Weitermachen daher zunächst ein Einschub sinnvoll, um ein paar Sachen im Zusammenhang mit der Physik klarzustellen.

Physik ist eine Kombination von Mathematik und Experiment. Meist beschränkt sich die Physik auf Ansagen wie „ich habe ausgerechnet, dass das Messgerät nach genau einer Stunde den Wert 35 anzeigt, wenn ich den Regler auf 17 stelle, diese beiden Schalter umlege und dann auf den roten Knopf drücke“. Was wirklich passiert, entzieht sich in den meisten Fällen unseres Verständnisses, weil wir nur das fassen können, was uns unsere Sinne übermitteln. Einen Ball können wir fliegen sehen und erklären, was passiert; Elementarteilchen sind viel zu klein, um sie sehen zu können. Ozeanwelllen sind bekannt, aber schon 3-dimensionale Schallwellen können wir nicht direkt sehen.

Um trotzdem etwas „verstehen“ und anhand dessen zum Teil auch die mathematischen Modelle entwickeln zu können, greift man als Mensch gerne auf Analogien aus dem erfahrbaren Sinnesbereich zurück: Elementarteilchen stellt man sich als Ball vor und sucht das Messgerätesignal auf dieser Basis zu interpretieren; Wellen auf einem Teich auf einem Teich werden wohl ähnliche Verhaltensweisen zeigen wie elektromagnetische Wellen; und so fort. Man muss sich aber klar machen, dass das nur eine sehr grobe und unter Umständen noch nicht einmal exakte Näherung ist, die schlimmstenfalls sogar zu völlig falschen Schlussfolgerungen führen.

Selbst die klügsten Köpfe fallen manchmal so etwas hinein. Bei der gleichzeitigen Messung bestimmter quantenmechanischer Eigenschaften sind die Messergebnisse gemäß der Theorie immer miteinander verknüpft, egal wie weit voneinander entfernt sie stattfinden. Zeigt Messung A das Ergebnis a an, so B immer den Wert b. Die Kombination von „gleichzeitig“ und „beliebig weit von einander entfernt“ hat heftigen Protest von Einstein ausgelöst, da nach seiner damals bereits gut bestätigten Relativitätstheorie die Messung an Ort B erst dann den richtigen Wert b anzeigen könnte, wenn sie weiß, dass bei A auch a gemessen wurde. Ein Signal kann aber nun mal nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit reisen, d.h. zwischen den Messungen muss mindestens die Zeit liegen, die das Signal von A nach B benötigt. Die Quantenmechanik müsse also zumindest unvollständig sein.

Die Entwicklung und Durchführung von Experimenten, die zeigen, dass Einstein falsch und die Quantenmechanik richtig liegt, hat unter Mitwirkung von Einstein selbst insgesamt mehr als 50 Jahre gedauert. Was zunächst einmal zeigt, wie komplex alleine die experimentelle Seite der Physik sein kann. Worauf aber war Einstein hineingefallen?

Die Mathematik der betreffenden quantenmechanische Eigenschaften weist keine Ortskoordinate auf. Keine Ortskoordinate, kein Signaltransport notwendig. Mathematisch also völlig eindeutig. Einstein liegt aber trotzdem insofern richtig, als das System erst einmal an einem Ort erzeugt werden muss. Danach können die Komponenten vor den Messungen beliebig weit voneinander getrennt werden. Aber das wiederum kann maximal mit Lichtgeschwindigkeit erfolgen, womit insgesamt das Relativitätsprinzip gewahrt ist. Zumindest so, wie der erste Protest formuliert war, hat Einstein anscheinend zunächst an der Mathematik vorbei geschaut, sonst wäre sein Text anders ausgefallen (vermutlich ist er aber relativ schnell auf die richtige Lösung gestoßen).

Gleichwohl sind die Experimente notwendig gewesen, denn auch dass das Fehlen der Ortskoordinate korrekt ist, ist nachzuweisen. Abschließende Beweiskraft hat in der Physik immer das Experiment. Es ist völlig egal, wie plausibel ein Modell ist, es muss experimentell die korrekten Aussagen liefern, wobei „korrekt“ in zwei Richtungen zu interpretieren ist:

1. Es muss genau das beobachtet werden können, was das Modell voraussagt, und
2. es muss unmöglich sein, etwas zu beobachten, was laut Modell nicht passieren darf.

Erst dann wird ein Modell zur Theorie, mit der man in der Lage ist, zukünftige Ereignisse wie das Eingangsbeispiel sicher voraus zu sagen. Auch für den Nichtfachmann ist das ein wichtiger Punkt: wird die Frage „Wie hast du das experimentell nachgewiesen?“ nicht hinreichend ausführlich beantwortet, ist das ein Grund für größeren Zweifel. Leider trifft das gerade auf die Klimamodelle zu. Vieles ist so einfach nicht messbar; statt dessen heißt es „unsere Berechnungen haben ergeben …„. Was sich da ergeben hat, ist aber nur eine Vermutung, die man je nach Umständen auch mehr oder weniger heftig anzweifeln kann.

Die Analogiebildung hat weitere praktische Auswirkungen: auch physikalisch kann man die Phänomene oft auf einfachere Weise beschreiben, wenn man die Rahmenbedingungen beachtet. Für die meisten Bewegungsberechnungen genügt beispielsweise die Newtonsche Mechanik, obwohl sie nicht vollständig ist. Erst in Grenzbereichen muss man auf die Relativitätstheorie zurückgreifen, die die Newtonsche Mechanik als Grenztheorie einschließt, beispielsweise bei der Bewegung des Planeten Merkur im Gravitationsfeld der Sonne oder bei Synchronisation von Uhren auf der Erde und auf Satelliten im All, die verschiedenen Beschleunigungen unterliegen. In den einfacheren Fällen liefern beide Beschreibungen im Rahmen der Messgenauigkeit die gleichen Werte, nur das die Relativitätstheorie einen wesentlich höheren Aufwand verlangt. Bei Elementarteilchen ist je nach Phänomen eine Beschreibung als Teilchen oder als Welle möglich, was bei Wechsel zwischen den Modellen zu Verwirrung beim Betrachter führen (oder willentlich dazu genutzt werden) kann.

Ebenfalls verwirrend kann der Austausch physikalischer Teilgebiete während der Diskussion sein: der eine argumentiert auf der Basis der klassischen Thermodynamik, der nächste verwendet Begriffe statistischen Thermodynamik oder der Strahlungstheorie oder der Spektroskopie oder anderer Gebiete. Natürlich ist alles miteinander zu einem konsistenten Theoriegebäude genutzt, was ohne entsprechende Kenntnisse kaum durchschaut werden kann. Die Themenwechsel habe durchaus ihre Berechtigung zur Klärung bestimmter Sachverhalte, können jedoch auch bewusst dafür verwendet werden, zu verwirren oder durch „rechtzeitigen“ Abbruch der Argumentationskette auf irgendeinen Nebenweg zu führen. Auch hier ist jeweils die Frage nach der experimentellen Verifizierung angesagt, wobei der Frager sich von Unhöflichkeiten des Gefragten nicht beeindrucken lassen sollte.

Bereits im vorhergehenden Artikel haben wir heraus gestellt, dass die Klima-Modelle eben nur Projektionen liefern, d.h. hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit ziemlich schwabbelig sind. Mittels der Physik wird versucht, das zu überspielen und durch die Komplexität der Argumente dem Betrachter eine Exaktheit zu vermitteln, die einfach nicht vorhanden ist. „Leugner“ sollten sich deshalb nicht beeindrucken lassen, sondern ihr Leugnen erst dann aufgeben, wenn die vorgelegten Daten den physikalischen Anforderungen an eine Theorie genügen – und nicht vorher.