Ein schönes Beispiel dafür, dass selbst die Königin der Naturwissenschaften, die Physik, nicht unbedingt theoriegetrieben funktioniert, ist die 100jähringe Geschichte der Supraleitung, die Adam Mann in einem News Feature in der nature vom 21.07.2011 (vol. 473, Seite 280-282) nachzeichnet.
Das gern genutzte Bild von Wissenschaft, welches Karl Popper in seiner „Logik der Forschung“ zum Standard-Modell erhoben hat, geht bekanntlich so: Wissenschaftler entwickeln Theorien, die die zuvor gemachten Beobachtungen erklären. Um diese Theorien zu bestätigen, leiten sie aus den Theorien Prognosen für neue Beobachtungssituationen ab, die sie dann in Experimenten überprüfen. Tritt im Experiment das ein, was die Theorie vorhergesagt hat, dann gilt die Theorie als bestätigt, sonst als widerlegt, dann wird eine neue Theorie entwickelt, die das neue Beobachtungsergebnis einschließt.
Man kann zwar fragen, ob ganz am Anfang dieses schönen Kreislaufes eine Theorie oder eine Beobachtung war, aber das ist letztlich unwichtig. Man kann an den Anfang ein paar simple Beobachtungen von fallenden Steinen und pendelnden Lampen oder von regelmäßig auftauchenden Sternen setzen und schon ist die wunderbare Wissensproduktionsmaschine in Gang gesetzt. Wichtig ist, dass die Theorien in dieser Maschine einen immer wichtigeren Platz gewinnen: Sie machen die Vorgaben für die neuen Experimente, und die Experimente sind immer nichts weiter als theoriegetriebene Beobachtungen der Natur.
Aber man kann Wissenschaft auch anders sehen: Als systematisches Experimentieren, wobei dieses Experimentieren ein stetiges Eingreifen, Verändern und Stabilisieren der Experimentierbedingungen ist. Theorien sind dabei dann nichts weiter als Hilfsmittel für das Erzeugen neuer Experimentier-Ideen, die jederzeit über Bord geworfen werden können, wenn sie ihren Zweck erfüllt haben.
Vor 100 Jahren experimentierte Heike Kamerlingh Omnes mit Quecksilber, er wollte herausfinden, wie sich der Widerstand bei sehr geringen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt verhält. Bei 3 Grad über dem Nullpunkt, bei dem alle Teilchen zum Stillstand kommen, stellte er plötzlich fest, dass der elektrische Widerstand des Metalls verschwand, d.h., der Strom floss praktisch ungehindert durch das Material.
Es gab zu diesem Zeitpunkt keinerlei Theorie, die so etwas vorhergesagt hätte, geschweige denn, die es erklären könnte. Erst in den 1920er Jahren wurde überhaupt eine theoretische Basis geschaffen auf der eine Erklärung erwartet werden konnte: die Quantenmechanik. Aber es dauerte insgesamt fast ein halbes Jahrhundert, bis 1957, bis es eine Theorie der Supraleitfähigkeit gab. Diese Theorie machte auch eine Voraussage, nämlich, dass es oberhalb von 30K keine Supraleitfähigkeit geben könnte.
Das heißt natürlich nicht, dass man in den 50 Jahren bis zur ersten Theorie nicht experimentieren konnte. Experimentieren ist systematisches Ausprobieren, dabei ist es ziemlich uninteressant, ob man eine Theorie hat oder nicht. Man nimmt andere Materialien, verändert die Temperaturen Stück für Stück. Das umso mehr als von Anfang an klar war, dass die technischen Anwendungsmöglichkeiten, wenn man die Supraleitfähigkeit beherrschte, vielfältig sein konnten.
Nun gab es also seit Ende der 1950er Jahre eine Theorie, und die machte eine Voraussage, sie setzte eine Temperatur-Grenze für die Möglichkeit der Supraleitfähigkeit. Diese Grenze war sehr unerfreulich, denn niedrige Temperaturen sind teuer, dass weiß jeder, der einen Tiefkühlschrank besitzt. Technische Nutzbarkeit heißt auch ökonomische Effizienz, und deshalb war die Theorie nichts weiter als eine Herausforderung für die Experimentatoren. Sie stellten neue Materialien her, experimentierten statt mit Metallen auch mal mit Nicht-Leitern, mit Isolatoren. Und siehe da, 1986 (also vor einem viertel Jahrhundert) fanden Georg Bednorz und Alex Müller ein Kupferoxid, das bei 35K supraleitfähig wurde. Da die Amerikaner den Schweizern nicht nachstehen wollten, meldeten amerikanische Experimentatoren schon im darauffolgenden Jahr Supraleitfähigkeit bei 93K.
Die Materialien, die diese Forscher inzwischen verwendeten, waren ziemlich merkwürdig: es handelte sich um spezielle Kupferoxide, die mit Fremdatomen (Barium u.a.) „gedopt“ wurden. Man muss erst einmal auf die Idee kommen, so ein Material herzustellen, es dann auf sehr niedrige Temperaturen abzukühlen und eine Spannung anzuschließen um zu messen, ob das Material vielleicht Strom leitet. Wenn ich mir diese Experimentatoren bildlich vorstelle, dann kommen mir unweigerlich die Goldmacher des Mittelalters in den Sinn, die immer aufs Neue die unterschiedlichsten Materialien zusammenbrachten in der Hoffnung, es könnte Gold dabei entstehen. Und warum auch nicht: Am Ende entsteht vielleicht nicht Gold, aber Porzellan, und dieses ist dann ebenso wertvoll.
Was die Alchimisten in ihren Laboren mit den Experimentatoren in den modernen Forschungsanlagen gemeinsam haben, ist die Neigung zum systematischen Ausprobieren immer neuer Konstellationen und Materialien. Die Erfolgsquote ist dabei natürlich gering. Ob sie höher wird, wenn man eine Theorie hat, ist fraglich, denn eine Theorie kann den Forscher auch von abwegigen Experimenten abhalten.
Eine befriedigende Theorie der Supraleitung in Nicht-Metallen gibt es bis heute nicht. Statt dessen gibt es einen Streit unter den Theoretikern, die unterschiedliche Ansätze vertreten und sich gegenseitig mit Vorwürfen und Beleidigungen überziehen. Die Experimentatoren werden darüber wohl eher lachen. Sie stabilisieren ihre Experimentalsysteme weiter und variieren die Bedingungen, um das Verhalten verschiedener Materialien immer besser beschreiben zu können. Technisch sind diese Werkstoffe längst im Einsatz, in medizinischen Geräten zum Beispiel, und auch die Theoretiker, die so sehnsüchtig auf das Higgs-Teilchen als Bestätigung ihres Standard-Modells der Teilchenphysik warten, brauchen die Supraleitung: denn auch in den Teilchenbeschleunigern fließt der Strom praktisch ungehindert durch Supraleiter.
