Atomismus

Der Ausdruck Atomismus bezeichnet entsprechend seiner griechischen Etymologie (a-tomos, „nicht-teilbar“) ganz allgemein die Annahme, dass ein Bereich aus kleinsten, fundamentalen, nicht teilbaren oder auf andere Elemente reduzierbaren Elementen besteht.

Am verbreitetsten ist die Verwendung des Begriffs im Zusammenhang der Naturphilosophie, Metaphysik und Kosmologie, wobei eine gewisse Kontinuität von vorsokratischen Annahmen weniger materieller Elemente bis zum Atombegriff der modernen Teilchenphysik besteht. Auch in anderen Kontexten wird von Atomismus gesprochen, wenn kleinste, nicht weiter erklärbare oder reduzierbare theoretische Begriffe oder Objekte der Wirklichkeit beschrieben werden, beispielsweise bei einer Annahme fundamentaler semantischer Einheiten, wie dies u. a. der Logische Atomismus entwickelte (siehe auch Elementarsatz).

Naturphilosophischer Atomismus

Antike

Der Atomismus, auch die Atomistik genannt, bezeichnet eine kosmologische Theorie, der zufolge das Universum aus kleinsten Teilchen, den Atomen (griechisch átomos, das Unzerschneidbare, Unteilbare), zusammengesetzt ist, die sich in vollkommen leerem Raum bewegen. Diese Atome wurden als diskret (d. h. voneinander trennbar), unendlich hart, unveränderlich und ewig gedacht. Er steht im Gegensatz zur Auffassung, beispielsweise der Eleaten, der Materie als Kontinuum. Der Atomismus kam im fünften Jahrhundert vor Christus in Griechenland auf, vor allem durch Leukippos und Demokrit als erste Vertreter der philosophischen Schule von Abdera. Demokrit war der Schüler von Leukipp, der eigentlich den Atomismus begründete, und ihre Beiträge sind schwer zu trennen. Demokrits zentrale Aussage dazu lautet:

„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 unterschieden sich die Atome quantitativ in Form und Größe, waren aber aus derselben Ursubstanz. Beobachtbare Veränderungen ergaben sich aus verschiedenen Kombinationen von Atomen, die dabei aber unveränderlich blieben. Im vierten Jahrhundert entwickelte Epikur die Lehre weiter. Lukrez’ Lehrgedicht De rerum natura (Über die Natur der Dinge, um 55 vor Christus) gibt eine zusammenhängende Darstellung dieser materialistischen Weltsicht in lateinischer Sprache.

Andere antike Formen des Atomismus gingen im Gegensatz zu Demokrit von qualitativ verschiedenen Formen der Atome aus, so bei Anaxagoras, bei dem es so viele verschiedene Atome wie beobachtbare Substanzen gab, oder Empedokles, wo die Atome der vier Elemente Feuer, Wasser, Luft, Erde qualitativ verschieden waren. Diese Idee vertrat auch Platon, bei dem die Atome des Feuers Tetraeder, die der Luft Oktaeder, des Wassers Ikosaeder und der Erde Kuben waren. Außerdem waren bei anderen antiken Atomisten die Atome nicht unbedingt unteilbar, sie wurden dabei nur Atome einer anderen Substanz, außer bei Anaxagoras, wo sie beliebig oft geteilt werden konnten, aber von gleicher Art blieben (Homoiomerien). Die historisch wichtigste dieser Varianten ist die der Kommentatoren von Aristoteles (Alexander von Aphrodisias, Themistios, Johannes Philoponos), die Atome als elachista bezeichneten, was in der lateinischen Literatur als minima bezeichnet wurde. Aristoteles unterschied in seiner Naturphilosophie Materie und Form und entsprechend waren bei ihm auch Atome veränderlich. Er veröffentlichte keine eigene Atomtheorie (das übernahmen später seine Kommentatoren, Lehre der minima naturalia), kritisierte aber Anaxagoras unendliche Teilbarkeit, für Aristoteles gab es dabei eine (für die einzelnen Substanzen spezifische) Grenze.

Von Einfluss in späterer Zeit (Ausgabe von Federico Commandino, 1575) war auch Heron von Alexandria mit seiner Betonung der Rolle des Vakuums zwischen den Teilchen.

Es gibt auch eine Atomlehre (möglicherweise auf griechische Überlieferung zurückgehend) in Indien (Vaisheshika von Kanada).

Mittelalter

Im Mittelalter überdauerte die Kunde der griechischen Atomlehre bei arabischen bzw. Arabisch schreibenden und jüdischen Autoren (wie Maimonides, der über die arabische Atomistik berichtete), über christliche Kritik (wie die von Dionysius von Alexandria) und Kopisten antiker Handschriften wie der von Lukrez Über die Natur der Dinge in den Klöstern. Der Enzyklopädist Isidor von Sevilla unterschied im 6. Jahrhundert Atome von Materie, Zeit, Raum und anderem. Bei den Arabern vertrat zum Beispiel Rhazes atomistische Ideen. Insgesamt fand aber bis zur Renaissance keine wesentlich neue Entwicklung in der Atomlehre statt. Entsprechend fanden atomistische Ideen Eingang besonders in Regionen, die Kontakt zum arabischen Raum hatten wie Süditalien, so Alfanus von Salerno (Anwendung auf Medizin) und Pseudo-Geber (Summa perfectionis magisteriis).

Im 15. Jahrhundert wurden durch die Renaissance-Gelehrten antike Schriften wie die von Lukrez neu entdeckt und gedruckt, wobei sie viel größere Verbreitung fanden. Nikolaus von Kues machte ebenfalls auf die griechischen Atomisten aufmerksam.

Frühe Neuzeit

Während bei Aristoteles und seinen hellenistischen Kommentatoren die minima naturalia einen theoretischen Grenzwert der Teilbarkeit bezeichneten, nahm er bei den Averroïsten der Renaissance, wie Agostino Nifo (1453–1538), die Rolle wirklicher Bausteine der Materie an und auch chemische Reaktionen liefen zwischen diesen minima (Atome) ab. In der zweiten Hälfte des 16. Jahrhunderts setzte sich die Rezeption der antiken Atomistik gegen Theoreme der Magie durch. Julius Caesar Scaliger (1484–1558) führte die verschiedenen Eigenschaften von Regen, Schnee und Hagel auf verschiedene Abstände und Konfigurationen derselben Atome (die des Wassers) zurück. Chemische Reaktionen waren nach Scaliger der Kontakt von Atomen, der zu einer Bindung führt (Exercitationes 1557). Die Atomtheorie (minima) war unter den Aristotelikern der Renaissance weit verbreitet. Während zum Beispiel bei Scaliger aber noch die Unterschiede philosophischer Schulen eine Rolle spielten, war man im 17. Jahrhundert zunehmend an deren Funktion zur Erklärung von Naturerscheinungen interessiert. Unter den frühen Chemikern traten Daniel Sennert (er unterschied zwischen Atomen von Elementen und Atomen von Verbindungen, prima mista) und Robert Boyle für die Verbreitung der Atomistik ein. Schon zu Beginn des 17. Jahrhunderts war die Kenntnis griechischer Atomlehre so verbreitet, dass William Shakespeare um 1601 in Was ihr wollt (Akt 3, Szene 2) Celia sagen lässt: It is as easy to count atomies as to resolve the propositions of a lover (Verweis des Zählens von Atomen als etwas jenseits menschlicher Fähigkeiten). Frühe Vertreter des Atomismus waren Thomas Harriot (Forschungen zur Optik, Kontakte zu Kepler), Giordano Bruno (der Kepler beeinflusste und dessen Monadenlehre Gottfried Wilhelm Leibniz beeinflusste), Francis Bacon (Wärme als Bewegung von Atomen) und Johannes Kepler (in seiner Abhandlung über Schneekristalle, in denen er deren hexagonale Symmetrie auf dichteste Kugelpackungen der sie aufbauenden Atome zurückführt, sich allerdings nicht auf die griechischen Atomisten bezog). Der Arzt Johann Chrysostom Magnenus veröffentlichte 1646 ein Buch über den Atomismus (Democritus reviviscens).

Pierre Gassendi folgte Ende der 1640er Jahre den Epikuräern und damit Demokrit, passte die Atomtheorie aber den Erfordernissen der Zeit an, die physikalische und chemische Eigenschaften den Atomen zuweisen wollten. Diese konnten somit qualitativ nicht wie bei Demokrit gleich sein, was Gassendi dadurch erreichte, dass er postulierte, dass sich zunächst Moleküle aus den ursprünglichen Atomen bildeten und diese dann für die qualitativen Unterschiede verantwortlich waren. Gassendi befreite die Atomtheorie auch von ihrer Verbindung zum Materialismus und machte sie so für die Zeitgenossen akzeptabler.

René Descartes schlug um 1640 die Verbindung zur Mechanik. Für ihn gab es zwar keine Unteilbarkeit der Materie (die für ihn räumliche Ausdehnung war), aber unendlich kleine Teilchen im Äther. Er wies diesen Teilen der Materie dynamische Eigenschaften zu (Geschwindigkeit, Masse). Seine Korpuskeln konnten daher in mechanischen Theorien verwendet werden. Robert Hooke führte den regulären Aufbau von Kristallen auf die Anordnung der Atome zurück und Wärme auf deren Bewegung, und Christiaan Huygens sah Gassendi folgend die Materie aus kleinen, harten Teilchen in schneller Bewegung und wandte dies zum Beispiel auf die Optik an (Licht war für ihn Wellenbewegung von Teilchen) und auf Kohäsion. Isaac Newton trug insbesondere mit seinem Buch Opticks (1704) viel zur Akzeptanz des Atomismus bei. Nach Newton sind die kleinsten Teile der Materie unteilbar, hart und von bestimmter Größe und Form. Ob er sie als untereinander gleich ansah, wird zwar vielfach angenommen, wurde aber von Newton selbst nie so ausgedrückt. Zwischen ihnen ist der leere Raum (er besteht im Gegensatz zu den Cartesianern auf einem Vakuum ähnlich bei den griechischen Atomisten) und zwischen ihnen wirken Kräfte repulsiver und attraktiver Art. Über die genaue Natur der Kräfte und kleinsten Teilchen mied Newton meist Spekulationen wie er sie bei den Cartesianern oder Hooke ablehnte, kam aber gelegentlich doch darauf zu sprechen, so in seiner Opticks oder seinem Brief an Boyle 1679. Grundsätzlich hielt er es für die Aufgabe künftiger Generationen die Natur der Kräfte zwischen den Atomen zu ergründen und kam nur auf deren Eigenschaften zu sprechen, so weit sie aus der Beobachtung seiner Meinung nach ableitbar waren. In den Principia, Buch III, Regel III heißt es:

Die Ausdehnung, Härte, Undurchdringlichkeit, Mobilität und Trägheit des Ganzen stammt von der Ausdehnung, Härte, Undurchdringlichkeit, Mobilität und Trägheit der Teile und wir schließen deshalb dass die kleinsten Teilchen aller Körper ebenfalls ausgedehnt, hart, undurchdringlich, beweglich und mit ihrer eigenen Trägheit versehen sind. Und das ist die Grundlage aller Philosophie (The extension, hardness, impenetrability, mobility and inertia of the whole results from the extension, hardness, impenetrability, mobility and inertia of the parts and hence we conclude that the least particles of all bodies to be all extended, and hard and impenetrable and movable and endowed with their proper inertia. And that is the foundation of all philosophy).

Außerdem sind sie der universellen anziehenden Kraft der Gravitation unterworfen, auch wenn er das im Gegensatz zur Trägheit nicht als wesentliche Eigenschaft der Körper sieht. Die Principia galt deshalb als ein Buch, das dem damals schon weitverbreiteten Atomismus Ausdruck verlieh, und gleichzeitig war Newton einer der Ersten, der daraus erste quantitative Schlussfolgerungen zog. Newton leitete zum Beispiel in seiner Opticks eine obere Grenze von $10^{-5}$ Zentimeter Durchmesser für Seifenteilchen ab aus den optischen Eigenschaften von Seifenblasen und er meinte das Gasgesetz von Boyle in seinen Principia aus einem Modell harter Teilchen abgeleitet zu haben, die abstoßende Kräfte aufeinander ausübten. Genaueren Einblick über seine Vorstellung des Aufbaus der Materie gab er in einem Gespräch gegenüber David Gregory, wonach die grundlegenden Einheiten hierarchisch größere Strukturen aufbauten, was er einer Gitterstruktur vorzog in der Erklärung chemischer Reaktionen. Ruder Boskovic (Philosophiae naturalis theoria) fasste 1758 an Newton anschließend Atome als mathematische Punkte auf, zwischen denen Kräfte wirken.

Robert Boyle, der von Descartes und Gassendi beeinflusst war und 1670 einen Essay über Atomismus veröffentlichte (About the excellency and grounds of the mechanical hypothesis), war mehr an den chemischen Eigenschaften interessiert, war sich aber auch bewusst, dass die damaligen Kenntnisse der Chemie (wie das Wirken von paracelsischen drei Prinzipien nach den Lehren der Alchemie oder die Lehre von vier Elementen) nicht ausreichten für eine chemische Atomtheorie. Wie Sennert unterschied er Atome von Verbindungen (primary concretions) und elementare Atome. Grundsätzlich ging er von einem Aufbau aus elementaren gleichartigen atomaren Bausteinen aus, die sich zu verschieden geformten Gebilden zusammensetzten, die deren chemische und makroskopische Eigenschaften erklärten. Das reichte aber für die Chemiker nicht aus, und es entstanden Theorien, in denen die Atome unterschiedlich waren und spezielle Formen, ja sogar Haken und Ösen hatten (Nicolas Lémery) und auch alte alchemistische Stoffeinteilungen erneut in die Charakterisierung der Atome einflossen. Das geschah auch bei dem Begründer der Phlogistontheorie Georg Ernst Stahl, der wie Boyle Atomist war, und für die Erklärung der Verbrennungsprozesse eine Fluid-artige Substanz einführte, das Phlogiston.

Fortschritte brachte hier die weitere Entwicklung der Chemie im 18. Jahrhundert, insbesondere durch Antoine de Lavoisier mit der heutigen operationalen Bestimmung des Begriffs der Elemente und der Einführung quantitativer Methoden in die Chemie (genaue Wägungen, Wärmemengenbestimmung). Er selber hing auch noch vormodernen Begriffsbildungen wie dem Wärmestoff an und gab in seinem Lehrbuch der Chemie von 1789 noch an, dass alle Aussagen über Atome reine Metaphysik seien, weil man experimentell nichts über deren Natur ausdrücken könne, genauere Untersuchungen seiner nachgelassenen Schriften haben aber inzwischen ergeben, dass auch er auf dem Weg zu einer atomaren Theorie der Materie war und die Wärme auf eine abstoßende Kraft zwischen den Molekülen zurückführte, und einer anziehenden Kraft (Gravitation) entgegenwirkte, die die Körper zusammenhielt.

19. Jahrhundert und danach

Den entscheidenden Schritt zu einer begründeten chemischen Atomtheorie vollzog John Dalton, der das Gesetz der konstanten Proportionen (1797) von Joseph-Louis Proust zum Gesetz der multiplen Proportionen erweiterte. Er zog daraus den Schluss, dass jedes Element aus gleichen, unwandelbaren Atomen bestehe, die sich in festen Zahlenverhältnissen miteinander verbinden können und damit die kleinsten Teilchen der Stoffe bilden (später Moleküle genannt), die keine reinen Elemente, sondern chemische Verbindungen sind. Er publizierte diese Auffassung 1808 mit dem Werk A New System of Chymical Philosophy. Die durch Jahrtausende rein spekulative Atomhypothese war damit auf eine naturwissenschaftliche Grundlage gestellt, denn erstmals konnten den Atomen messbare Eigenschaften zugeschrieben werden. Aus den Gewichtsverhältnissen der miteinander reagierenden Stoffe wurden die ersten relativen Atomgewichte bestimmt (Dalton, Jöns Jakob Berzelius). 1815 leistete William Prout einen bedeutenden Beitrag mit seiner Hypothese, dass die Atommassen ganzzahlige Vielfache der Masse des Wasserstoffs seien und die Atome aller Elemente aus Wasserstoffatomen aufgebaut sein könnten (ein Vorgriff auf den Aufbau des Kerns aus Protonen und Neutronen). Das widersprach aber schon damals den Messungen der Atommassen. Beiträge zur konkreten Bestimmung der Atomgrößen lieferten im 19. Jahrhundert unter anderem Amadeo Avogadro (Avogadrosches Gesetz, Avogadro-Konstante) und Joseph Loschmidt (Loschmidt-Konstante 1865). Eine gewisse Verwirrung bei der Unterscheidung von Atomen und Molekülen in der Atommassenbestimmung wurde durch Stanislao Cannizzaro geklärt. 1834 stellte Michael Faraday mit Hilfe der Elektrolyse fest, dass Atome auch eine bestimmte elektrische Ladung tragen können. Immer neue Elemente wurden durch die Chemiker entdeckt, was schließlich um 1867 im Periodensystem gipfelte, in dem sich ein systematischer Aufbau der Atome andeutete. 1875 schloss Ludwig Boltzmann aus Messungen an Quecksilberdampf, dass dessen Atome sich im Rahmen der kinetischen Gastheorie als perfekte Massenpunkte zeigen. Aus spektroskopischen Untersuchungen an Gasen wurde die Zusammensetzung der Atome aus kleineren Bestandteilen, wobei als erstes Elementarteilchen 1897 das Elektron identifiziert wurde (Joseph John Thomson, Hendrik Antoon Lorentz). Im späten 19. Jahrhundert gab es im deutschsprachigen Raum grundsätzliche Kritik am Atomkonzept durch den Energetiker Wilhelm Ostwald und seine Schüler, und den Physiker und positivistischen Philosophen Ernst Mach, was zu einer heftigen Kontroverse mit Boltzmann führte. Erst Anfang des 20. Jahrhunderts erbrachten Albert Einstein und Jean Perrin durch ihre Arbeiten über statistische Schwankungserscheinungen (wie Diffusion und Brownsche Bewegung) den physikalischen Nachweis des Atomkonzepts.

Statt einer Beschreibung durch unveränderliche Atome bildete sich in der Physik im 20. Jahrhundert die Beschreibung durch ein System von Elementarteilchen wie dem Quarks und Elektron heraus. Nachdem schon das Atom als zusammengesetzt erkannt worden war (Rutherfordsches Atommodell), setzte sich das bei weiteren zuvor als elementar betrachteten Teilchen fort. In der Quantenmechanik wurden nach der Ladung und Masse (die von den Chemikern im 19. Jahrhundert gefundenen nicht-ganzzahligen Werte bei den Atommassen hatten sich inzwischen durch die Entdeckung von Isotopen erklärt) auch bei anderen physikalischen Größen ein Aufbau aus jeweils vom System abhängigen kleinsten Einheiten gefunden (Quantisierung). Elementarteilchen wurden nicht mehr als unwandelbar angesehen, zum Beispiel kann das nach heutiger Kenntnis gegen Zerfälle stabile Elektron durch Kollision mit seinem Antiteilchen (Positron) in ein Photon umgewandelt werden und ähnliche Prozesse sind bei anderen Elementarteilchen möglich, eine Erkenntnis die zeitweilig in den 1960er Jahren dazu führte, dass das Konzept fundamentaler Teilchen insgesamt in Frage gestellt wurde (nukleare Demokratie, Geoffrey Chew). Auch der „Zoo“ der Elementarteilchen erweiterte sich ständig je höher man in der Energieskala der Streuprozesse ging, mit denen die Elementarteilchen untersucht wurden, und es ist offen, aber nicht sehr wahrscheinlich dass das jetzige Standardmodell der Schlusspunkt der Beschreibung ist.

Logischer Atomismus

Der logische Atomismus ist eine frühe Position innerhalb der analytischen Philosophie und wurde vor allem von Bertrand Russell vertreten. Nach ihm soll die Welt aus atomaren Tatsachen bestehen, die in atomaren Sätzen abgebildet werden.

Linguistischer Atomismus

Der Ausdruck linguistischer Atomismus bezeichnet (polemisch) eine nichtstrukturelle Untersuchung sprachlicher Einheiten als isolierte, atomisierte Elemente ohne Berücksichtigung struktureller Zusammenhänge und Abhängigkeiten.

Ontologischer oder Begriffsatomismus (Moore)

George Edward Moore vertrat einen ontologischer Atomismus in Form eines Begriffsatomismus, wonach die Wirklichkeit aus kleinsten, einfachen Bestandteilen in Form von Begriffen (concepts) aufgebaut ist.

Atomismus als Gegensatz zum Holismus

In der Gegenwart wird der Atomismus dem ganzheitlichen Denken beziehungsweise dem Holismus gegenübergestellt. Beides sind Kategorien zur Beschreibung des Verhältnisses von Gesamtheit und Detail bei der Betrachtung komplexer Systeme. Der auf Aristoteles zurückgehende Satz von der Übersummativität (Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile), weist beispielsweise in der Biologie darauf hin, dass Lebensphänomene nicht auf physikalische und chemische Vorgänge reduziert werden können, also nicht im Sinne des Atomismus zerlegbar seien.

Siehe auch

• Reduktionismus
• Energetik (Philosophie)
• Liste der Atommodelle

Literatur

• Antonio Clericuzio: Elements, Principles and Corpuscles. A Study of Atomism and Chemistry in the Seventeenth Century, Springer 2000
• Robert Hugh Kargon: Atomism in England from Hariot to Newton, Oxford: Clarendon Press 1966.
• René Kayser: Die Urbewegung der Atome bei Leukipp und Demokrit. Eine Studie über die Zusammenhänge von Ontologie und Physik im abderitischen Materialismus. Publications de la Société luxembourgeoise de philosophie 1997.
• Friedrich Albert Lange: Geschichte des Materialismus (1866), Frankfurt am Main 1974 (ISBN 3-518-07670-1).
• Kurd Laßwitz: Geschichte der Atomistik vom Mittelalter bis Newton. I-II, Hamburg und Leipzig 1890 (Neudruck Darmstadt 1963). Band 1, Archive, Band 2
• Andrew G. M. van Melsen: Atomism (1967), in: Donald Borchert, Encyclopedia of Philosophy, Macmillan, Thomson/Gale 2006
• Lancelot Law Whyte: Essay on Atomism, Wesleyan University Press 1961

Quellensammlung zum antiken Atomismus

• Fritz Jürß, Reimar Müller, Ernst Günther Schmidt (Hrsg.): Griechische Atomisten. Texte und Kommentare zum materialistischen Denken der Antike. Reclam, Leipzig 1973

Weblinks

• Ancient Atomism. Eintrag in Edward N. Zalta (Hrsg.): Stanford Encyclopedia of Philosophy.Vorlage:SEP/Wartung/Parameter 1 und weder Parameter 2 noch Parameter 3
• Atomism from the 17th to the 20th Century. Eintrag in Edward N. Zalta (Hrsg.): Stanford Encyclopedia of Philosophy.Vorlage:SEP/Wartung/Parameter 1 und weder Parameter 2 noch Parameter 3