Atomismus

Grundidee und philosophische Einordnung

Atomismus bezeichnet allgemein die Annahme, dass ein Bereich aus kleinsten, fundamentalen Elementen besteht, die nicht weiter teilbar oder auf andere Elemente reduzierbar sind. Am bekanntesten ist der naturphilosophische und naturwissenschaftliche Atomismus: Danach bestehen die Dinge aus kleinsten Teilchen. Der Begriff wird aber auch in der Metaphysik, Kosmologie, Logik und Sprachwissenschaft verwendet.

Der philosophische Atomismus ist eine Form des Reduktionismus. In seiner klassischen Gestalt nimmt er an, dass nur Atome und leerer Raum wirklich existieren und dass sich Vorgänge durch Bewegungen und Zusammenstöße der Atome erklären lassen. Dem steht die Vorstellung gegenüber, Materie sei ein kontinuierlicher Stoff, der bei jeder Teilung seine Qualität behält.

Heute wird Atomismus häufig dem Holismus, also dem ganzheitlichen Denken, gegenübergestellt. Holistische Ansätze betonen, dass komplexe Systeme Eigenschaften besitzen können, die sich nicht vollständig aus ihren Einzelteilen erklären lassen. Dies drückt der auf Aristoteles zurückgehende Satz aus: „Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.“ In der Biologie wird damit beispielsweise die Auffassung verbunden, Lebensphänomene ließen sich nicht vollständig auf physikalische und chemische Vorgänge reduzieren.

Atomismus in der Antike

Im 5. Jahrhundert v. Chr. entwickelten vor allem Leukipp und sein Schüler Demokrit (460 oder 459–370 v. Chr.) eine kosmologische Atomtheorie. Das Universum bestehe aus Atomen, die sich im vollkommen leeren Raum bewegen. Diese Atome seien voneinander trennbar, unendlich hart, unveränderlich und ewig. Demokrit fasste den Gegensatz zwischen sinnlicher Erscheinung und wirklicher Struktur so zusammen: „Nur scheinbar hat ein Ding eine Farbe, nur scheinbar ist es süß oder bitter; in Wirklichkeit gibt es nur Atome und leeren Raum.“

Nach Demokrit sind Atome zu klein, um mit den Sinnen wahrgenommen zu werden, unendlich zahlreich und seit jeher vorhanden. Sie bestehen aus derselben Ursubstanz, unterscheiden sich aber in Form und Größe. Beobachtbare Veränderungen entstehen durch unterschiedliche Verbindungen und Anordnungen der Atome, ohne dass sich die Atome selbst verändern. Epikur entwickelte diese Lehre im 4. Jahrhundert v. Chr. weiter; Lukrez stellte sie um 55 v. Chr. in seinem lateinischen Lehrgedicht De rerum natura zusammenhängend dar.

Andere antike Lehren nahmen qualitative Unterschiede zwischen den kleinsten Teilchen an. Bei Anaxagoras gab es so viele Arten wie beobachtbare Substanzen; seine Teilchen konnten beliebig oft geteilt werden, blieben aber gleichartig. Empedokles und Platon unterschieden Teilchen der vier Elemente Feuer, Wasser, Luft und Erde.

In Platons Timaios werden diese Elemente geometrischen Körpern zugeordnet: Feuer besteht aus Tetraedern, Luft aus Oktaedern, Wasser aus Ikosaedern und Erde aus Würfeln. Die Körper sind unsichtbar klein und aus Dreiecken aufgebaut; nur der Würfel besitzt quadratische Flächen, die ihrerseits aus gleichschenklig-rechtwinkligen Dreiecken bestehen. Feuer, Luft und Wasser können ineinander umgewandelt werden, weil ihre Teilchen aus Dreiecken neu zusammengesetzt werden können. Die würfelförmigen Erdteilchen sind dagegen stabil und nicht in andere Elemente umwandelbar. Eigenschaften wie Wärme, Härte, Schwere, Schmelzen oder Erstarren sollten durch Form, Bewegung und Wechselwirkung dieser Teilchen erklärt werden.

Aristoteles entwickelte keine eigene Atomtheorie, nahm aber minima naturalia an: kleinste Teile, in die eine homogene Substanz unter Erhaltung ihres wesentlichen Charakters zerlegt werden kann. Sie waren nicht physisch unteilbar. Seine hylomorphe Lehre verstand jedes Ding als Verbindung aus Materie und Form. Wird etwa Fleisch über sein natürliches Minimum hinaus geteilt, bleiben Elemente wie Wasser zurück, die nicht mehr die Form und damit nicht mehr die Natur des Fleisches besitzen.

Vom Mittelalter zur wissenschaftlichen Atomtheorie

Im Mittelalter blieb die antike Atomlehre durch arabische beziehungsweise arabisch schreibende und jüdische Autoren, christliche Kritiker und Abschriften antiker Texte erhalten. Isidor von Sevilla unterschied im 6. Jahrhundert Atome von Materie, Zeit und Raum; Rhazes vertrat atomistische Vorstellungen. Wesentliche neue Entwicklungen blieben jedoch bis zur Renaissance aus. Im 15. Jahrhundert wurden antike Schriften wie Lukrez’ De rerum natura wiederentdeckt, gedruckt und weiter verbreitet.

In der frühen Neuzeit wurden die minima naturalia zunehmend als wirkliche Bausteine der Materie verstanden. Julius Caesar Scaliger erklärte Regen, Schnee und Hagel durch verschiedene Abstände und Anordnungen derselben Wasseratome; chemische Reaktionen deutete er 1557 als Kontakt und Bindung von Atomen. Daniel Sennert unterschied Atome der Elemente von Atomen der Verbindungen. Johannes Kepler führte die sechseckige Symmetrie von Schneekristallen auf dichteste Kugelpackungen ihrer Atome zurück.

Im 17. Jahrhundert erlebten der epikureische Atomismus und der Korpuskularismus eine Renaissance. Pierre Gassendi nahm an, dass ursprüngliche Atome zunächst Moleküle bilden, deren Unterschiede die verschiedenen Eigenschaften der Stoffe verursachen. René Descartes hielt Materie zwar für unendlich teilbar, beschrieb aber kleinste Teilchen durch mechanische Größen wie Geschwindigkeit und Masse. Robert Hooke erklärte Kristallstrukturen durch regelmäßige Atomanordnungen und Wärme durch Teilchenbewegung. Christiaan Huygens beschrieb Materie als kleine, harte, schnell bewegte Teilchen.

Isaac Newton förderte mit Opticks (1704) die Anerkennung des Atomismus. Seine kleinsten Materieteile waren unteilbar, hart sowie von bestimmter Größe und Form. Zwischen ihnen liege leerer Raum; außerdem wirkten anziehende und abstoßende Kräfte. Aus Beobachtungen an Seifenblasen leitete Newton eine obere Grenze von 10⁻⁵ Zentimeter für den Durchmesser von Seifenteilchen ab. Rugjer Josip Bošković beschrieb Atome 1758 als mathematische Punkte, zwischen denen Kräfte wirken. Robert Boyle wollte chemische und makroskopische Eigenschaften durch unterschiedlich geformte Zusammensetzungen gleichartiger elementarer Bausteine erklären. Antoine de Lavoisier führte im 18. Jahrhundert genaue quantitative Methoden ein, erklärte Aussagen über Atome 1789 aber noch für experimentell nicht überprüfbare Metaphysik.

Den entscheidenden Schritt zur wissenschaftlich begründeten chemischen Atomtheorie machte John Dalton. Er erweiterte Joseph-Louis Prousts Gesetz der konstanten Proportionen zum Gesetz der multiplen Proportionen. Daraus folgerte er, jedes Element bestehe aus gleichen, unwandelbaren Atomen, die sich in festen Zahlenverhältnissen zu den kleinsten Teilchen chemischer Verbindungen – später Moleküle genannt – verbinden. Diese Theorie veröffentlichte er 1808 in A New System of Chymical Philosophy. Aus den Gewichtsverhältnissen chemischer Reaktionen bestimmten Dalton und Jöns Jakob Berzelius relative Atomgewichte.

Atome in der modernen Physik

Im 19. Jahrhundert wurden Atome zunehmend messbar und experimentell erforschbar. William Prout vermutete 1815, alle Atommassen seien ganzzahlige Vielfache der Wasserstoffmasse und alle Atome könnten aus Wasserstoffatomen aufgebaut sein; diese Annahme widersprach jedoch bereits damaligen Messungen. Amadeo Avogadro und Joseph Loschmidt, der 1865 die Loschmidt-Konstante bestimmte, trugen zur Bestimmung atomarer Größen bei. Stanislao Cannizzaro klärte Verwechslungen zwischen Atomen und Molekülen. Michael Faraday zeigte 1834 durch Elektrolyse, dass Atome bestimmte elektrische Ladungen tragen können. Das um 1867 entstandene Periodensystem deutete einen systematischen Aufbau der Atome an.

Spektroskopische Untersuchungen ließen erkennen, dass Atome selbst aus kleineren Bestandteilen bestehen. 1897 wurde mit dem Elektron das erste Elementarteilchen identifiziert; verbunden sind damit die Namen Joseph John Thomson und Hendrik Antoon Lorentz. Wilhelm Ostwald und Ernst Mach bestritten im späten 19. Jahrhundert noch grundsätzlich das Atomkonzept. Erst Albert Einstein und Jean Perrin lieferten Anfang des 20. Jahrhunderts durch Untersuchungen statistischer Schwankungen, darunter Diffusion und Brownsche Bewegung, einen physikalischen Nachweis.

Im 20. Jahrhundert wurde das Atom als zusammengesetztes System erkannt, unter anderem im Rutherfordschen Atommodell. An die Stelle unveränderlicher Atome trat eine Beschreibung durch Elementarteilchen wie Quarks und Leptonen, zu denen das Elektron gehört. Die nicht ganzzahligen Atommassen wurden durch die Entdeckung der Isotope erklärt. Die Quantenmechanik zeigte außerdem, dass manche physikalischen Größen nur in systemabhängigen kleinsten Einheiten auftreten; dies heißt Quantisierung.

Auch Elementarteilchen gelten nicht immer als unveränderlich: Ein Elektron kann bei einer Kollision mit seinem Antiteilchen, dem Positron, in ein Photon umgewandelt werden. In den 1960er Jahren führte dies zeitweise zur Vorstellung einer „nuklearen Demokratie“, die das Konzept fundamentaler Teilchen insgesamt infrage stellte. Mit steigenden Kollisionsenergien wurden immer mehr Elementarteilchen entdeckt. Ob das heutige Standardmodell die endgültige Beschreibung darstellt, ist offen, gilt aber als nicht sehr wahrscheinlich.

Richard Feynman fasste die Bedeutung des Teilchenmodells in einem Satz zusammen: „Alle Dinge bestehen aus Atomen – kleinen Teilchen, die sich ewig bewegen, einander anziehen, wenn sie etwas Abstand haben, jedoch abstoßen, wenn sie gegeneinandergedrückt werden.“

Indische, buddhistische und islamische Lehren

Die indische Vaisheshika-Philosophie, wahrscheinlich um 600 v. Chr. von Kanada begründet, enthält eine Atomtheorie; ihre Vaisheshika Sutra stammt aus den ersten Jahrhunderten unserer Zeitrechnung. Kanada beschrieb unvergängliche, ständig bewegte kleinste Materieeinheiten, paramanu genannt. Sie unterscheiden sich nach den Elementen Erde, Wasser, Licht und Luft und verbinden sich zu komplexeren Formen beziehungsweise Molekülen, aṇu. Ihre Kombinationen bilden die empirisch wahrnehmbare materielle Welt.

Im frühen indischen Buddhismus erkannten Sarvastivada und Sautrāntika Atome an. Materie galt ihnen als Verbindung der vier Substrate Farbe, Geschmack, Geruch und Tastsinn. Atome bildeten die kleinste Einheit des rūpa, das Sinnesorgane anregen kann. Sie waren weder teilbar noch unmittelbar sichtbar, hörbar oder tastbar. Unterschieden wurden einfache Atome, dravyaparamanu, und zusammengesetzte Atome, samghataparamanu. Materie erschien als lückenloses Agglomerat unabhängiger Atome, die einander nicht durchdringen können. Mittelalterliche buddhistische Denker wie Dharmakirti und Dignāga verstanden Atome dagegen als punktgroß, dauerlos und aus Energie bestehend. Der Abhidhammatthasangaha aus dem 11. oder 12. Jahrhundert nennt rupa-kalapa als kleinste, normalerweise unsichtbare Einheiten der physischen Welt.

Der islamische Atomismus verband griechische und indische Gedanken und blieb wegen möglicher Konflikte mit religiösen Lehren umstritten. Besonders einflussreich wurde die ascharitische Form, unter anderem bei al-Ghazali (1058–1111). In ihr sind Atome die einzigen dauerhaften materiellen Bestandteile. Alles andere ist „zufällig“ und dauert nur einen Augenblick. Solche Ereignisse verursachen einander nicht auf natürliche Weise, sondern entstehen durch das ständige Eingreifen Gottes. Diese Auffassung unterstützt al-Ghazalis Okkasionalismus, nach dem Gott die eigentliche Ursache jedes Geschehens ist.

Atomismus in Logik, Sprache und Ontologie

In den Geisteswissenschaften bezeichnet Atomismus die Annahme kleinster, nicht weiter reduzierbarer Einheiten, ohne dass diese materiell sein müssen.

Der logische Atomismus ist eine frühe Position der analytischen Philosophie, die besonders Bertrand Russell vertrat. Danach besteht die Welt aus atomaren Tatsachen, die durch atomare Sätze abgebildet werden. Gewöhnliche Aussagen und Gesetze sollen sich auf eine grundlegende Sprache zurückführen lassen, deren Bestandteile nicht weiter reduzierbare logische Fakten sind. Grundlegende Werke sind Russells The Philosophy of Logical Atomism von 1918/1919 und Ludwig Wittgensteins Tractatus Logico-Philosophicus.

„Linguistischer Atomismus“ ist eine polemische Bezeichnung für die Untersuchung sprachlicher Einheiten als isolierte Elemente, bei der ihre strukturellen Zusammenhänge und gegenseitigen Abhängigkeiten nicht berücksichtigt werden.

George Edward Moore vertrat einen ontologischen Atomismus in Form eines Begriffsatomismus. Danach ist die Wirklichkeit aus kleinsten, einfachen Bestandteilen aufgebaut, die als Begriffe, auf Englisch concepts, verstanden werden.