STEPHEN WOLFRAM


Weltwoche 41/02
Interview:

«Wir sind nichts Besonderes» Steffan Heuer

Der Computerwissenschaftler, Physiker und Bestsellerautor Stephen Wolfram über den Motor des Universums, die Intelligenz eines Wassertropfens und die Berechenbarkeit des freien Willens.

Herr Wolfram, Ihr Buch "A New Kind of Science" ist trotz abschreckender 1200 Seiten Umfang ein Bestseller und hat nach wenigen Monaten bereits eine Auflage von 200000 Exemplaren erreicht. Sind Sie überrascht, wie viele Eierköpfe es gibt?

Ich hatte erwartet, dass es sich gut verkaufen würde, aber sicher nicht so schnell. Ich habe mir grosse Mühe gegeben, keinen Wälzer für akademische Hinterzimmer zu schreiben. Das zahlt sich jetzt wohl aus.

Warum interessiert sich Otto Normalverbraucher für ein Sachbuch voller Grafiken, obskurer Computerprogramme und insgesamt 400 Seiten klein gedruckter Fussnoten?

Die Fragen, die ich anspreche, sind offensichtlich für viele Menschen relevant. Wie funktioniert das Universum? Wie funktioniert die Natur? Die Antworten rühren an das Fundament vieler Wissenschaften. Experten, die ein Spezialthema in dieser oder jener Fachzeitschrift behandeln, findet man schnell. Aber kaum jemand macht sich die Mühe, grundsätzliche Fragen anzupacken. Ich habe die letzten zehn Jahre damit verbracht, das konventionelle Wissen herzunehmen und es mit meinen Entdeckungen in Einklang zu bringen - von den Computerwissenschaften bis zur Biologie. Oft standen meine Ideen im Widerspruch zu dem, was gemeinhin anerkannt ist und an das auch ich geglaubt hatte. In vielen Fällen kam ich zum Schluss, dass die Grundlagen unserer Wissenschaft reformiert werden müssen.

Sind Sie der Isaac Newton des 21. Jahrhunderts?

Ich fasse das als Kompliment auf. Newton versuchte, den Naturwissenschaften einen entscheidenden Richtungswandel zu geben. Ich versuche etwas Ähnliches. Die Welt heute ist natürlich völlig anders als im Jahr 1687, als Newtons "Principia" erschienen. Heute gibt es nach wenigen Wochen schon ein paar zehntausend Wortmeldungen in Newsgroups zu meinem Buch. Da entwickeln sich wissenschaftliche Ideen völlig anders. Die meisten umwälzenden Fortschritte kommen nicht auf einen Schlag zustande, sondern als Reaktion auf Diskussionen, Zweifel und Auseinandersetzungen. Viele Leute bezweifeln meine Hypothese, dass natürliche Systeme genauso funktionieren wie simple Programme, so genannte zelluläre Automaten (siehe Kasten). Newton hatte gegen die gleichen Probleme anzukämpfen. Er musste den Menschen klar machen, dass es keine Engel gab, die die Erde anschoben, sondern dass mathematische Formeln ein besserer Erklärungsansatz sind als irgendwelche mechanistischen Vorstellungen. Es ist enttäuschend und ermutigend zugleich, dass die Öffentlichkeit 300 Jahre später ähnlich reagiert.

Normalerweise sind Wissenschaftler etwas bescheidener, wenn sie etwas entdecken, und veröffentlichen ihre Thesen in Fachjournalen. Sie hingegen legen ein dickes Buch im Selbstverlag vor und schreiben schon im Vorwort, dass Sie den ersten wahren Wendepunkt in der Wissenschaftsgeschichte seit Newton gefunden haben. Warum so grosse Töne spucken?

Wenn man als Autor nicht auf den Tisch haut und den Lesern klar macht, dass diese Ideen wichtig sind, drohen sie unterzugehen. Viele bedeutende Wissenschaftsbücher - Newtons "Principia" eingeschlossen - sind alles andere als bescheiden. Ich versuche, klar und deutlich zu sagen, was ich für wahr halte. Wenn das Buch zu bescheiden auftreten würde , bin ich mir absolut sicher, dass die Leute meine Ideen nicht verstehen würden. Mitte der achtziger Jahre hatte ich einige der Details meiner Forschungen vorgestellt. Die technischen Details wurden von Kennern gut aufgenommen, aber den grösseren Rahmen kapierte keiner. Wer grosse Ideen hat, muss sie auch gross darstellen. Ich versuche, ein ganzes Gedankengebäude zu errichten und nicht scheibchenweise neue Dinge vorzutragen. Daran sind die meisten Wissenschaftler nicht gewöhnt. Am Anfang ihrer Ausbildung machen sie sich noch Gedanken über das grosse Bild, aber dann konzentrieren sie sich auf schrittweise Forschung. Ich habe in den letzten fünfzehn Jahren keine grossen Werke vorgelegt, da ist es kein Wunder, dass ich eine Menge zu sagen habe.

Warum nennen Sie Ihr Buch "Eine neue Wissenschaft"? Was ist das revolutionär Neue, das Generationen anderer Wissenschaftler übersehen haben?

Wenn man sich die exakten Wissenschaften während der letzten 300 Jahre ansieht, verbindet sie eines: die Beschreibung der Natur mit mathematischen Gleichungen. Ich gehe einen Schritt weiter und versuche, die Welt mit breiter angelegten Regeln zu erfassen, eben einfachen Computerprogrammen. Natürlich benutzen Leute schon lange Computermodelle in der Forschung, aber sie benutzen sie anders. Mein Hauptanliegen sind Programme als Ausgangsbasis - und nicht als Werkzeug, mit denen man eine Gleichung testet. Computer erlauben mir, eine neue Weltanschauung zu entwickeln, ähnlich wie Teleskope und Mikroskope unsere Welt radikal veränderten. Sie ermöglichen es, neue Dinge zu sehen. Wer zum ersten Mal durch ein Mikroskop einen Tropfen Wasser aus einem Tümpel betrachtet, sieht unzählige Organismen herumwuseln. Das Gleiche passiert, wenn man beobachtet, wie simple Programme die erstaunlichsten Dinge tun. Ihr Verhalten ist den Vorgängen in der Natur verblüffend ähnlich.

In Ihrem Buch wimmelt es von komplizierten Schachbrettmustern. Sie fangen mit einer Reihe weisser und schwarzer Zellen an und rechnen deren Evolution in zigtausend Schritten durch. Experimente aus dem Labor sucht man vergeblich. Sie benutzen ausschliesslich Computersimulationen, um das Universum zu erklären. Ist das jahrelange Studium am Bildschirm nicht ein bisschen zu weit entfernt von der Wirklichkeit?

Meine Methode ist das Studium simpler Programme. So kann ich ein komplettes Modell entwickeln, wie Muscheln wachsen und ihre Muster entstehen. Normalerweise würde man ein Diagramm zeichnen und irgendeinen Winkel berechnen, in dem ein bestimmtes Gehäuse wächst. Das ist alles trockene, tote Materie. Meine Methode ist völlig anders: Ich stelle einige einfache Regeln auf, und heraus kommt keine abstrakte Zahlenkolonne, sondern ein Bild, von dem jeder sehen kann, dass es einer Muschel oder einem Tierhorn ähnelt. Das macht Forschungsarbeit viel transparenter.

Wenn Sie im Park spazieren gehen, sehen Sie also nur Algorithmen am Werk - egal ob es um das Wachstum von Gräsern, die Äste eines Baumes oder einen vor sich hin gurgelnden Bach geht? Besteht unsere Welt aus Programmen?

So kann man die Wirklichkeit betrachten. Im Prinzip lässt sich alles entweder mit einem Programm oder mit einer Gleichung abbilden, auch wenn sie sehr kompliziert ist. Aber die Frage ist, womit man die grundsätzlichen Regeln, nach denen ein Baum wächst, einfacher und wirksamer erfasst. Nehmen wir Wassertropfen. Die Menschen zerbrechen sich seit Generationen den Kopf, wie man dieses Phänomen beschreiben kann. Ein Tropfen trifft auf eine Pfütze und sorgt beim Aufprall für Chaos. Wie erzeugt der Tropfen aus einer glatten Oberfläche eine willkürliche Unordnung? Wir können mit Hilfe einfacher Programme Modelle entwerfen, die das erklären. Experten mögen den Einfallswinkel und die Fallhöhe des Tropfens oder Details des Wassers studieren. Doch wir haben es bisher nicht geschafft, Formeln für Wassertropfen oder das Wachstum von Blättern zu finden. Ich behaupte, dass Programme und nicht herkömmliche Mathematik uns den Blick freigeben.

Das klingt nach ultimativer Science-Fiction: die Wirklichkeit als ein Meer digitaler Prozesse. In jedem Blatt, in jeder Zelle laufen Milliarden und Abermilliarden simpler Programme, die unsere komplexe Wirklichkeit erzeugen, wenn man sie nur lange genug laufen lässt.

Das ist ein nützlicher Weg, um die Welt zu beschreiben. Simple Programme können sehr komplizierte Dinge erledigen. Wir können argumentieren, dass die Form eines Eichenblatts von einem simplen Algorithmus bestimmt wird. Details wie der Verlauf der Adern, die Verteilung des Chlorophylls oder der Teilchen auf subatomarer Ebene wird ein solches Modell vielleicht nicht abbilden, und etwas derartig Exaktes werden wir wohl nie finden. Ich befürchte allerdings, manche Leute werden mein Buch lesen und glauben, sie hätten eine Art Zauberformel, um alles zu erklären. Das ist natürlich nicht der Fall.

Bleiben wir bei der Biologie. Wenn es stimmen sollte, dass die Streifen eines Zebras oder ein Schneckenhaus im Organismus vorprogrammiert sind, ist das nicht ein Argument gegen Darwins Theorie der natürlichen Auslese, die zur Artenvielfalt führt?

Gegenfrage: Wenn ich ein kompliziertes Phänomen sehe, wie kompliziert muss die Erklärung dafür sein? Traditionell glaubte man, dass die Formen der Natur komplizierter sind als alles, was Menschen schaffen können. Das führte zum Glauben an komplexe Ursachen. Vor Darwin dachte man, dass Gott die Vielfalt der Natur geschaffen habe. Darwin gab der Diskussion eine neue Richtung...

...wonach äusserliche Einflüsse, eben die Umwelt, die Entwicklung vorantreiben

...genau! Komplizierte ökologische Faktoren sorgen für komplizierte Tier- und Pflanzenformen. Ich meine dagegen, dass es einfache, interne Mechanismen gibt, die diese Phänomene erklären. Das wirft für Evolutionsbiologen eine Reihe interessanter Fragen auf, denn man hat plötzlich eine Theorie, um in die Zukunft zu blicken und Ergebnisse vorherzusagen. Mit Darwins Theorie blickt man in die Vergangenheit. Man sieht unterschiedliche Blätter als Ergebnis einer langen Reihe historischer Unfälle oder Zufälle, über die man ebenso wenig Vorhersagen treffen kann wie über den Verlauf der Menschheitsgeschichte. Wenn in der Tat die Blättervielfalt nur Resultat simpler Programme ist und wir wissen, wie diese Programme funktionieren, könnte man durchrechnen, welche möglichen Blätter entstehen können.

Anstatt wie bisher in der Vergangenheit zu graben?

Wenn man sich die Tier- und Pflanzenwelt ansieht, gibt es jede Menge simpler genetischer Programme. Die Natur rechnet sie alle durch, und dabei entstehen viele Katastrophen - etwa eine Muschel, die keinen Platz für das Lebewesen lässt. Diese Programme fliegen raus. Viele jedoch funktionieren und überleben - und das ergibt die Welt um uns herum. Alle haben einen einfachen Ausgangspunkt. Ich glaube daran, dass es absolute Regeln für unser Universum gibt, und wenn man dieses Programm auf einem genügend leistungsfähigen Rechner simulieren könnte, würden wir es erkennen können.

Ist das nicht Wasser auf die Mühlen religiöser Wissenschaftler und Kreationisten, denen Darwin schon lange ein Dorn im Auge ist? Bei Ihrer Theorie bleibt ja immer noch Platz für das Wunder der ursprünglichen Programmierung durch ein göttliches Wesen.

Darwins Ideen werden seit langem überstrapaziert. Sie können zwar viele Details erklären, aber nicht, woher komplizierte Phänomene in der belebten Natur stammen. Ich sage nur, dass wir uns simplen Programmen zuwenden müssen, wenn wir ungelöste Rätsel in der Biologie erklären wollen. Speziell in den USA ist eine ungeheure Polarisierung entstanden. Auf der einen Seite stehen die, die Darwin als einzige Erklärung sehen. Wer das ablehnt, steht schnell im Lager der Anti-Wissenschaftler. Dabei brauchen wir ohne Zweifel etwas, das über den Darwinismus hinausgeht. Aber mein Mechanismus führt nicht gerade ein göttliches Prinzip in die Debatte ein.

Sie wenden Ihre Experimente mit zellulären Automaten auch auf die Geisteswissenschaften an. Was sagt eine Computersimulation über den freien Willen des Menschen?

Wer argumentiert, dass unser Verhalten vorbestimmt ist, geht davon aus, dass gewisse Dinge im Leben vorhersehbar sind. Deswegen sind die Roboter in Science-Fiction-Geschichten immer unterlegen: Sie sind berechenbar. Und deswegen sieht es so aus, als ob sich ein deterministisches System innerhalb streng bestimmter Bahnen und einfacher Regeln bewegen muss. Ich beweise das Gegenteil: Selbst wenn die Regeln simpel sind, kann daraus komplexes Verhalten entstehen. Die Frage ist, warum die Menschen zu wissen glauben, dass sie einen freien Willen besitzen und nicht bloss Automaten sind. Nun, wir besitzen ein Merkmal, das ich "rechnerische Irreduzibilität" nenne. Bestimmte Prozesse lassen sich nicht reduzieren oder vereinfacht abbilden, sondern werden nur dann verständlich, wenn man das Programm laufen lässt und das Resultat beobachtet.

Das klingt nicht sehr philosophisch.

Nehmen wir eine Motte. Sie sieht ein Licht hinterm Fenster und rennt sich immer wieder den Kopf an der Scheibe ein, um dorthin zu gelangen. Daraus schliessen wir, dass ein Insekt keinen freien Willen besitzt, sondern programmiert ist, auf Lichtquellen zu fliegen. Warum glauben wir das? Weil wir relativ einfach ein Modell entwickeln können, um das Verhalten der Motte vorherzusagen. Wir können auch vorhersagen, wie die Erdumlaufbahn in ein paar Millionen Jahren aussehen wird. Aber es gibt Systeme, die sich so kompliziert verhalten, dass man keine gültige Voraussage aufstellen kann - es sei denn, man verfolgt seine tatsächliche Entwicklung. Wer das Verhalten berechnen will, verschwendet seine Zeit. Menschliches Verhalten scheint nicht mit irgendwelchen Regeln verbunden zu sein - also sprechen wir von freiem Willen. Philosophen haben darüber reichlich geschrieben, aber ich wende einen wissenschaftlichen Mechanismus auf die Frage an. Die Tatsache, dass ein Phänomen unabhängig von irgendwelchen Gesetzen zu funktionieren scheint, heisst nicht, dass es keine Regeln gibt, sondern nur, dass wir nicht in der Lage sind, sie zu erkennen.

Das ist ein gehöriger Glaubenssprung: Sie wenden Ideen aus den Naturwissenschaften auf die Geisteswissenschaften an. Sind alle diese Programme gleichwertig?

Ich formuliere eine Regel, die ich das "Prinzip der rechnerischen Äquivalenz" nenne: Jedes komplexe System besitzt die gleichen rechnerischen Fähigkeiten. Das hat weitreichende Konsequenzen. Wir Menschen rühmen uns oft, aussergewöhnliche Intelligenz zu besitzen. Wir vergleichen uns mit der Natur und gelangen zum Schluss, dass wir zu bedeutend komplizierteren Rechenprozessen fähig sind. Mein Prinzip besagt, dass wir nichts Besonderes sind. Diese Relativierung ist nichts Neues, wenn man andere Wissenschaften betrachtet. Wir sind nicht, wie früher angenommen, der Mittelpunkt des Universums oder die Krone der Schöpfung. Von der Rechenleistung betrachtet, sind wir ein Teil der Natur wie alles um uns herum.

Moment mal, nach Ihrer Hypothese hat ein Regentropfen die gleiche Rechenleistung wie ein menschliches Hirn?

Ist die Rechenleistung, die nötig ist, um den Flug und den Aufprall eines Tropfens zu kalkulieren, komplizierter als die Rechenleistung, die ein Mensch braucht, um die Beobachtung des Vorgangs in seinem Gehirn zu verarbeiten? Nein, beide sind gleich kompliziert. Und damit nicht genug. Anstatt einem Computer oder unserem Hirn bestimmte Ausgangsdaten zu geben und sie berechnen zu lassen, könnte man eine Flüssigkeit die gleichen Probleme lösen lassen, wenn man die Ausgangsbedingungen richtig definiert. Die Fähigkeit, Berechnungen anzustellen, ist universell. Für Computerwissenschaftler ist das nichts Neues.

Rechnen ist schön und gut, aber das erklärt nicht die Frage, wie man mit einem simplen Programm zur nächsten Ebene gelangt. Ein Wassertropfen oder ein Eimer rostiger Nägel mag ein universeller Computer sein, aber deswegen entsteht daraus noch lange kein Leben, keine Intelligenz.

Diesen Einwand muss man sorgfältig analysieren. Was sind die entscheidenden Merkmale des Lebendigseins? Alle lebendigen Dinge dieser Erde haben den gleichen Ursprung und viele Details gemeinsam: DNA, Enzyme, Zellen. In der Antike hiess es, was sich von alleine bewegen kann, lebt. Diese Definition wurde mit der Erfindung der Dampfmaschine hinfällig. Dann hiess es, Reproduktion sei das entscheidende Kriterium. Nun, inzwischen gibt es Software, die sich selber fortpflanzt. Ähnlich sieht es bei der Definition von Intelligenz aus. Irgendwie hat sie mit der Fähigkeit zu tun, Berechnungen vorzunehmen.

Ist ein Taschenrechner intelligent?

Wohl kaum, da sind wir uns einig. Bei Computern wissen wir immer noch nicht, wozu ein Rechner im Vergleich mit dem Menschen fähig sein könnte. Nicht umsonst wurden Rechner früher als Elektronenhirne bezeichnet. Der anfängliche Enthusiasmus hat sich gelegt. Ich glaube, dass ein Computer dem Menschen ebenbürtige Berechnungen anstellen kann und dass meine neue Wissenschaft den Weg dorthin aufzeigt. Früher hiess es, wenn Computer erst einmal Schach spielen, sind sie intelligent. Stimmt nicht. Die Frage ist immer noch offen: Was macht Intelligenz aus? Sicherlich teilweise die Rechenfähigkeit.

Welche praktischen Konsequenzen werden Ihre Theorien haben?

Ein Beispiel ist die Kryptografie. Bei der Verschlüsselung geht es darum, wie man zufällige Resultate möglichst einfach herstellt. Zelluläre Automaten sind den heutigen Techniken überlegen. Ich habe einige der essenziellen Mechanismen gefunden, mit denen natürliche Systeme Aufgaben erledigen. Wir sollten diese Systeme nachahmen, um zum Beispiel chemische Substanzen oder Organe herzustellen. Was heute unterm Mikroskop höchst kompliziert aussieht, mag einfach herzustellen sein, wenn wir die Regeln anwenden, anstatt das Endergebnis mühsam zu rekonstruieren. Ein anderes Beispiel ist die Herstellung atomarer und molekularer Apparate mit Computer- und Nanotechnologie.

Wann werden Schüler diese "neue Wissenschaft" pauken?

Sehr bald. Man kann es jetzt schon sehen. An den High Schools haben viele bemerkt, dass in meinem Buch Ideen stecken, mit denen Jugendliche Wissenschaft einfacher begreifen. Das Gute daran ist, dass man damit zu den grundlegenden Gedanken der Wissenschaft gelangen kann, ohne sich durch mathematische Formalitäten zu kämpfen. Meine Ideen gehen an die Grenzen dessen, was ich entdecken und darstellen konnte. Aber die nächste Generation wird das als Ausgangspunkt nehmen und weiterführen. Wer etwas früh lernt und versteht, hält es für die normalste Sache der Welt.

http://www.weltwoche.ch/ressort_bericht.asp?asset_id=3417&category_id=62

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