"Unter dem Damoklesschwert der Unsicherheit"

21.03.2011

Die Philosophin Gabriele Gramelsberger über das Verhältnis zwischen Naturwissenschaft und Computer sowie die philosophische Bedeutung der Klimamodellierung.

Das Klima zu studieren ist eine verzwickte Sache. Mit klassischen naturwissenschaftlichen Experimenten ist dem komplexen Klimasystem nicht beizukommen. Um trotzdem den Einfluss des Menschen auf das globalen Klima einigermaßen naturgetreu nachzubilden, simulieren Klimaforscher an Hochleistungscomputern. Doch selbst mit den leistungsfähigsten Rechnern erzeugen die Forscher letztlich unsicheres Wissen.

Welche Auswirkungen hat die Computerisierung auf den Forschungsalltag? Wie gehen Klimaforscher mit der Ungewissheit um? Welche philosophische Bedeutung haben die Computersimulationen? Gabriele Gramelsberger untersucht den Wandel der Wissenschaft seit der Einführung des Computers. Sie ist Philosophin und lehrt Wissenschaftsphilosophie am Institut der Philosophie der Freien Universität Berlin. Im März erschien das von ihr mit dem Hamburger Klimaforscher Johann Feichter herausgegebene Buch Climate Change and Policy. Letztes Jahr veröffentlichte sie das Buch Computerexperimente. Wandel der Wissenschaft im Zeitalter des Computers.

Von außen betrachtet machen Geologen, Meteorologen, Ozeanographen, Biologen, Physiker und Chemiker dasselbe: Sie sitzen in ihren Forschungslaboren vor Rechnern und überprüfen theoretische Annahmen anhand von Computersimulationen. Welche Rolle spielen Computer in der zeitgenössischen Produktion von Wissen?

Gabriele Gramelsberger: Für viele Naturwissenschaftler ist der Computer ein allgegenwärtiges Arbeitsinstrument. Sie nutzen ihn zum Austausch untereinander, zum Forschen, Experimentieren und zur Vorhersage. Computersimulationen eignen sich insbesondere, um komplizierte Phänomene wie beispielweise das Wetter oder das Klima nachzubilden. Indem sich Naturwissenschaftler und allen voran Klimaforscher vielschichtigen natürlichen Prozessen zuwenden, verlassen sie das sichere Feld monokausaler Zusammenhänge.

Der Fortschritt in den Naturwissenschaften hängt also am Faden der Großrechner?

Gabriele Gramelsberger: Nicht nur, doch ohne immer leistungsfähigere Rechner würden die Naturwissenschaften stagnieren. Die Wissenschaftler forschen heute problemorientiert in interdisziplinären und internationalen Teams. Interdisziplinarität, Anwendungsbezug und Problemorientierung lassen sich allerdings weniger durch institutionelle Veränderungen in der Forschung erklären, als vielmehr durch den enormen Stellenwert von Computerexperimenten für viele Naturwissenschaftler. Wir erleben eine methodologische Revolution in den Naturwissenschaften, ausgelöst durch computergestützte Experimente.

Stehen nicht vielmehr wirtschaftliche Interessen hinter der Entwicklung von Hochleistungsrechnern?

Gabriele Gramelsberger: Der Traum des Pioniers der Computerisierung, John von Neumanns war es in den 1940er Jahren, den Computer als Experimentiermaschine zu nutzen. Er sprach vom "digitalen Windkanal", da die realen Windkanäle viel zu ungenau waren. Bis heute ist die Perfektionierung wissenschaftlicher Simulationen die treibende Kraft bei der Entwicklung von Hochleistungsrechnern.

Ohne Großrechner wären wir nicht in der Lage, den menschlichen Einfluss auf globale Systeme wie das Klima zu erklären. Allerdings stehen zunehmend kommerzielle Interessen hinter der Ausreizung von Rechnerleistungen. Konzerne brauchen Großrechner etwa um gentechnologische Forschungen und Entwicklungen durchzuführen - Versicherungsunternehmen, um Chancen und Risiken ihrer Versicherungsprodukte zu berechnen.

Was unterscheidet Laborexperimente von Computersimulationen?

Gabriele Gramelsberger: Bei klassischen Laborexperimenten können die Forscher an der Realität direkt überprüfen, ob sie mit ihren Theorien richtig oder falsch liegen. Die Widerständigkeit der Realität fehlt jedoch bei Computerexperimenten, die zur Nachbildung komplizierter physikalischer Wechselwirkungen benötigt werden. Simulationen sind neben Theorie, Experiment, Beobachtung und Messung zu einem unverzichtbaren Werkzeug wissenschaftlicher Erkenntnis geworden.

Doch damit die Simulationen nicht ins Leere laufen, haben die Forscher Evaluations-Strategien entwickelt, um ihre Theorien zu überprüfen. Sie führen aufwändige Messkampagnen in der Atmosphäre und in der Luft, zu Wasser und zu Land durch und kontrollieren, ob die Computermodelle mit den Beobachtungen übereinstimmen.

Die meisten Softwareunternehmen würden sich davor hüten, ihren Programmiercode preiszugeben. Warum lassen sich die Klimaforscher beim Programmieren in die Karten schauen?

Gabriele Gramelsberger: Es verringert die Fehlerquote, führt zu besseren Ergebnissen und spart Zeit. Der Kern der Klimamodelle sind naturwissenschaftliche Theorien. Diese wurden vor etwa zwei- bis dreihundert Jahren entwickelt und gehen bis auf Newtons Mechanik zurück. Der Blick in den Code eines Klimamodells zeigt einen Körper aus mehreren hundert miteinander vernetzten Dateien, der über Jahrzehnte - teilweise durch Austausch von Code - entstanden ist.

Müssen nicht sprachliche Hindernisse zwischen den Forschern zu Fehlern bei Theoriebildung und Programmierung führen?

Gabriele Gramelsberger: Das glaube ich nicht. Unterhalten sich Forscher über Alltagsdinge, kommen sie mit ihrem Englisch vielleicht ins Schleudern. Doch die Fachbegriffe ihrer Disziplin sind ihnen geläufig - und außerdem können sie sich auf die international verständliche mathematische Formelsprache zurückziehen. Die Fachgebiete der Klimaforscher sind relativ klar umrissen und durch ein entsprechendes Fachvokabular gekennzeichnet.

Sind die Wissenschaftler Herren oder Sklaven ihrer Rechner?

Gabriele Gramelsberger: Der Mensch kann die Komplexität, die er in die Modelle einprogrammiert, nur mit größtem Aufwand überprüfen. In den 1970er Jahren war die Rechenleistung so begrenzt, dass lediglich Atmosphären- und Ozeanmodelle gekoppelt werden konnten. Heute werden diese bereits mit Modellen gekoppelt, die Schneemassen, den Wasserkreislauf, die Vegetation und die Wirtschaft nachbilden. Die Entwicklung in der Klimaforschung geht dahin, dass die Computersimulationen globale Erdsysteme darstellen.

Doch egal wie umfangreich und aufwendig das Modell auch ist, es wird immer nur eine Vereinfachung sein. Daher begeben sich Wissenschaftler unter das Damoklesschwert der Unsicherheit, wollen sie vielschichtige Phänomene wie neue Moleküle, menschliche Zellen oder das Klima in Form von Simulationen verstehen. Wer Sicherheit will, muss die simpelsten Dinge betrachten. Aber so simpel ist die Natur halt nicht.

Wie ordnen Sie Computersimulationen philosophisch ein?

Gabriele Gramelsberger: Computermodelle lassen keine eindeutigen Aussagen mehr darüber zu, was wahr oder falsch ist. Simulationen liefern letztlich unsicheres Wissen. Sie fassen verschiedene theoretische Ansätze zu einer neuen Synthese zusammen. Doch sie führen nicht kontinuierlich zu besseren Erklärungen natürlicher Vorgänge, vielmehr unterliegen sie einer anderen Forschungslogik als herkömmliche naturwissenschaftliche Erkenntnisinstrumente, die jeweils nur einen einzigen Ausschnitt der Wirklichkeit experimentell untersuchen, dafür aber gesichertes Wissen erzeugen. Zusammenschau, Komplexität und Reflexion prägen heute unser Weltbild.

Klimamodelle sind Instrumente der politischen Entscheidungsfindung. Warum sollten sich Politiker auf die Aussagen von Klimamodellen verlassen, die keine Abbildungen der Wirklichkeit sind, sondern Artefakte aus dem Rechner?

Gabriele Gramelsberger: Zwei Gründe: Nur Klimamodelle können uns zeigen, wie wir auf das Klima in realiter wirken und in Zukunft möglicherweise einwirken werden - Messungen geben nur aktuelle Informationen wieder. Klimaforscher gehören zu der weltweit durchsichtigsten Wissenschaftsgemeinde. Ihre Theorien, Modelle und Studienergebnisse sind frei verfügbar, die IPCC berichte kumulieren den 'state of he art' der Klimaforschung. Es gibt keine andere Community, die so freigiebig mit dem Datenaustausch ist und zugleich so streng in der Selbstkontrolle.

Der Vorwurf, Klimaforscher würden schlampig arbeiten, nur weil die Computersimulationen kein sicheres Wissen produzieren, trifft nicht zu. Beispiel IPCC Berichte: Die Wissenschaftler reagieren auf jeden Kommentar zu ihren Forschungen, woher er auch kommen mag, und überprüfen ihn. Das lässt sich selbst im Rückblick gut analysieren. Es gibt Wissenschaftsforscher wie Arthur Petersen, die sich damit beschäftigt haben, wie etwa ein Satz in einem IPCC-Bericht in den folgenden aufgenommen und verändert und wie er von anderen Autoren kommentiert wurde. Welche andere Wissenschaft kann das von sich behaupten?

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