29+ Beweise für die Makroevolution: Wissenschaftlicher „Beweis", wissenschaftliche Evidenz und die wissenschaftliche Methode

"… in der Wissenschaft gibt es kein 'Wissen' im Sinne, in dem Plato und Aristoteles das Wort verstanden, im Sinne, das Endgültigkeit impliziert; in der Wissenschaft haben wir niemals ausreichenden Grund für die Überzeugung, dass wir die Wahrheit erreicht haben. … Diese Sichtweise bedeutet ferner, dass wir in der Wissenschaft keine Beweise haben (abgesehen natürlich von reiner Mathematik und Logik). In den empirischen Wissenschaften, die allein uns Informationen über die Welt liefern können, in der wir leben, treten Beweise nicht auf, wenn wir unter 'Beweis' ein Argument verstehen, das die Wahrheit einer Theorie endgültig festlegt." Sir Karl Popper, The Problem of Induction, 1953

"Wenn Sie dachten, dass die Wissenschaft sicher sei — nun, das ist einfach ein Fehler auf Ihrer Seite." Richard Feynman (1918-1988).

"Ein religiöses Glaubensbekenntnis unterscheidet sich von einer wissenschaftlichen Theorie darin, dass es beansprucht, ewige und absolut sichere Wahrheit zu verkörpern, während die Wissenschaft immer vorläufig ist und erwartet, dass Änderungen in ihren gegenwärtigen Theorien früher oder später als notwendig erachtet werden, und sich bewusst ist, dass ihre Methode logisch unfähig ist, eine vollständige und endgültige Demonstration zu erreichen." Bertrand Russell, Grounds of Conflict, Religion and Science, 1953.

"Das Ziel der Wissenschaft ist es, allgemeine Regeln zu etablieren, die die wechselseitige Verbindung von Objekten und Ereignissen in Zeit und Raum bestimmen. Für diese Regeln, oder Naturgesetze, ist absolute allgemeine Gültigkeit erforderlich — nicht bewiesen." Albert Einstein, in Science, Philosophy and Religion, A Symposium, 1941.

Was ist mit wissenschaftlichen Beweisen und wissenschaftlichen Beweisen gemeint? In Wahrheit kann die Wissenschaft niemals 'Wahrheit' oder 'Tatsache' im Sinne eines wissenschaftlichen Satzes etablieren, der formell jenseits von Fragen steht. Alle wissenschaftlichen Aussagen und Konzepte sind einer Neubewertung offen, sobald neue Daten gewonnen und neue Technologien entstehen. Beweis ist dann ausschließlich das Reich der Logik und Mathematik (und Whisky). Das gesagt, hören wir oft 'Beweis' in einem wissenschaftlichen Kontext erwähnt, und es gibt einen Sinn, in dem es "stark durch wissenschaftliche Mittel unterstützt" bezeichnet. Obwohl man 'Beweis' so verwendet hören kann, ist dies eine sorglose und ungenaue Handhabung des Begriffs. Folglich, außer in Bezug auf Mathematik, ist dies das letzte Mal, dass Sie in diesem Artikel die Begriffe 'Beweis' oder 'beweisen' lesen werden.

Gemeinsinn ist keine Wissenschaft

Obwohl die Wissenschaft formell keine absolute Wahrheit feststellen kann, kann sie überwältigende Beweise für bestimmte Ideen liefern. Meistens sind diese Ideen ziemlich nicht offensichtlich, und oft stehen sie im Widerspruch zum gesunden Menschenverstand. Der gesunden Menschenverstand sagt uns, dass die Erde flach ist, dass die Sonne wirklich aufgeht und untergeht, dass die Oberfläche der Erde nicht mit über 1000 Meilen pro Stunde rotiert, dass Bowlingbälle schneller fallen als Murmeln, dass Partikel nicht wie Wellen um eine schwimmende Dock-Kurve herumkurven, dass die Kontinente sich nicht bewegen und dass schwerere-als-Luft-Objekte keinen anhaltenden Flug haben können, es sei denn, sie können Flügel schlagen. Allerdings wurde die Wissenschaft verwendet, um zu beweisen, dass all diese Ideen des gesunden Menschenverstands falsch sind.

Die Wissenschaft liefert Beweise für das Unbeobachtbare durch Inferenz

Die primäre Funktion der Wissenschaft besteht darin, die Existenz von Phänomenen nachzuweisen, die nicht direkt beobachtet werden können. Die Wissenschaft ist nicht erforderlich, um uns Dinge zu zeigen, die wir mit unseren eigenen Augen sehen können. Direkte Beobachtung ist in der Wissenschaft nicht nur unnötig; sie ist für die Dinge, die wirklich zählen, tatsächlich meist unmöglich. Tatsächlich wurden die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen nur abgeleitet über indirekte Beobachtung. Bekannte Beispiele für nicht beobachtbare wissenschaftliche Entdeckungen sind Atome, Elektronen, Viren, Bakterien, Keime, Radiowellen, Röntgenstrahlen, ultraviolettes Licht, Energie, Entropie, Enthalpie, solare Fusion, Gene, Proteinenzyme und die DNA-Doppelhelix. Die runde Erde wurde von Menschen erst 1961 direkt beobachtet, doch dieses kontraintuitive Konzept wurde bereits über 2000 Jahre lang als wissenschaftliche Tatsache betrachtet. Die kopernikanische Hypothese, dass die Erde um die Sonne kreist, wurde praktisch seit der Zeit Galileis anerkannt, obwohl niemand den Prozess bis heute beobachtet hat. All diese „unsichtbaren" Phänomene wurden mit der wissenschaftlichen Methode der Ableitung aufgeklärt. Wenn in diesem Artikel der Begriff „Beweis" verwendet wird, so ist dies streng im Hinblick auf diese wissenschaftliche Methode gemeint.

Die wissenschaftliche Methode: Mehr als bloße Experimente

Was genau ist die wissenschaftliche Methode? Dies ist eine komplexe und umstrittene Frage, und das Forschungsgebiet, das als „Wissenschaftstheorie" bekannt ist, widmet sich der Aufklärung der Natur der wissenschaftlichen Methode. Wahrscheinlich war der einflussreichste Wissenschaftstheoretiker des 20. Jahrhunderts Sir Karl Popper. Weitere namhafte Persönlichkeiten sind Thomas Kuhn, Imre Lakatos, Paul Feyerabend, Paul Kitcher, A. F. Chalmers, Wesley Salmon und Bas C. van Fraassen. Dies ist nicht der richtige Ort, um eine Erläuterung der verschiedenen Philosophien einzuführen, die von diesen Gelehrten vertreten werden. Für weitere Informationen verweise ich auf ihre Werke und auf die Diskussion, die von John Wilkins in seinem FAQ zu Evolution und Philosophie dargelegt wird. Persönlich nehme ich eine bayesianische Sichtweise der wissenschaftlichen Methode im Prinzip (Jaynes 2003; Salmon 1990) und eine likelihoodbasierte Haltung gegenüber Beweisen in der Praxis (Burnham und Anderson 2002; Edwards 1972; Royall 1997) ein, und diese Ansichten werden sich in meiner Darstellung der Beweise für die gemeinsame Abstammung widerspiegeln.

Nun, um die Frage „Was ist die wissenschaftliche Methode?" zu beantworten – sehr einfach (und etwas naiv) – ist die wissenschaftliche Methode ein Forschungsprogramm, das aus vier Hauptschritten besteht. In der Praxis folgen diese Schritte eher einer logischen als einer chronologischen Reihenfolge:

1. Beobachtungen anstellen.
2. Eine überprüfbare, vereinheitlichende Hypothese formulieren, um diese Beobachtungen zu erklären.
3. Aus der Hypothese Folgerungen ableiten.
4. Nach Bestätigungen der Folgerungen suchen;
   wenn die Folgerungen durch empirische Beobachtung widerlegt werden, zu Schritt (2) zurückkehren.

Da Wissenschaftler ständig neue Beobachtungen machen und durch diese Beobachtungen testen, werden die vier „Schritte" tatsächlich gleichzeitig praktiziert. Neue Beobachtungen, selbst wenn sie nicht vorhergesagt wurden, sollten retrospektiv durch die Hypothese erklärbar sein. Neue Informationen, insbesondere Details zu einem zuvor nicht verstandenen Prozess, können neue Grenzen für die ursprüngliche Hypothese setzen. Daher führt neue Informationen in Kombination mit einer alten Hypothese häufig zu neuen Vorhersagen, die weiter getestet werden können.

Die Untersuchung der wissenschaftlichen Methode zeigt, dass die Wissenschaft weit mehr umfasst als naive Empirismus. Forschung, die nur einfache Beobachtung, Wiederholung und Messung beinhaltet, reicht nicht aus, um als Wissenschaft zu gelten. Diese drei Techniken sind lediglich Teil des Prozesses der Beobachtungserfassung (#1 in den oben skizzierten Schritten). Astrologen, Wiccaner, Alchemisten und Schamanen beobachten, wiederholen und messen — aber sie praktizieren keine Wissenschaft. Offensichtlich unterscheidet die Art und Weise, wie Beobachtungen interpretiert, getestet und verwendet werden, die Wissenschaft.

Die überprüfbare Hypothese

Das definierende Merkmal der Wissenschaft ist das Konzept der überprüfbaren Hypothese. Eine überprüfbare Hypothese muss Vorhersagen treffen, die von unabhängigen Beobachtern validiert werden können. Mit „überprüfbar" meinen wir, dass die Vorhersagen Beispiele dafür enthalten müssen, was wahrscheinlich beobachtet werden würde, wenn die Hypothese wahr ist, und was unwahrscheinlich beobachtet werden würde, wenn die Hypothese wahr ist. Eine Hypothese, die alle möglichen Daten gleich gut erklären kann, ist nicht überprüfbar und daher auch nicht wissenschaftlich. Eine gute wissenschaftliche Hypothese muss zumindest im Prinzip einige denkbaren Möglichkeiten ausschließen. Darüber hinaus muss eine wissenschaftliche Erklärung riskante Vorhersagen treffen — die Vorhersagen sollten notwendig sein, wenn die Theorie korrekt ist, und nur wenige andere Theorien sollten dieselben notwendigen Vorhersagen treffen. Diese wissenschaftlichen Anforderungen sind das Wesen der popperianischen Falsifizierbarkeit und Bestätigung.

Zum Beispiel ist die solipsistische Hypothese, dass das gesamte Universum eigentlich ein ausgeklügeltes Produkt Ihrer Einbildung ist, keine wissenschaftliche Hypothese. Solipsismus macht keine spezifischen oder riskanten Vorhersagen; er sagt lediglich voraus, dass die Dinge „so bleiben, wie sie sind". Keine möglichen Beobachtungen könnten dem Solipsismus widersprechen, da alle Beobachtungen immer als einfach eine weitere detaillierte Schöpfung Ihrer Einbildung erklärt werden können. Viele andere extreme Beispiele lassen sich denken, wie die Hypothese, dass das Universum vor genau fünf Minuten plötzlich in seiner Gesamtheit entstand, wobei selbst unsere Erinnerungen an „frühere" Ereignisse intakt blieben. Im Allgemeinen scheitern kreationistische und „Intelligent Design"-Konjunktoren aus denselben Gründen wissenschaftlich. Beide können alle möglichen biologischen Beobachtungen leicht erklären, und keiner von beiden macht riskante, spezifische Vorhersagen.

Im Gegensatz dazu macht Newtons wissenschaftliche Theorie der universellen Gravitation spezifische Vorhersagen darüber, was beobachtet werden sollte. Newtons Theorie sagt voraus, dass die Kraft zwischen zwei Massen umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen sein sollte (sonst bekannt als das "Gesetz des umgekehrten Quadrats"). Im Prinzip könnten wir Messungen durchführen, die zeigen, dass die Kraft tatsächlich umgekehrt proportional zum Kubik des Abstands ist. Eine solche Beobachtung wäre unvereinbar mit den Vorhersagen von Newtons universeller Gravitationstheorie, und somit ist diese Theorie überprüfbar. Viele Anti-Evolutionisten, wie die "wissenschaftlichen" Kreationisten, sind besonders angetan von Karl Popper und seinem Falsifizierbarkeitskriterium. Diese Zyniker sind dafür bekannt, zu behaupten, die Evolutionstheorie sei unwissenschaftlich, weil sie nicht falsifiziert werden kann. In diesem Artikel werden diese Anschuldigungen frontal angegangen. Jeder der Beweise für die gemeinsame Abstammung enthält einen Abschnitt, der Beispiele für potenzielle Falsifizierungen liefert, d.h. Beispiele für Beobachtungen, die höchst unwahrscheinlich wären, wenn die Theorie korrekt ist.

Stufen der Überprüfbarkeit: Hypothesen, Theorien, Fakten

"Überprüfbarkeit" ist kein Entweder-Oder-Konzept; einige Hypothesen sind überprüfbarer als andere. Im Gegensatz zu einigen anti-evolutionistischen Behauptungen sind nicht alle Hypothesen gleich gültige wissenschaftliche "Interpretationen" der Beweise. Einige Hypothesen sind im Hinblick auf die wissenschaftliche Methode erfolgreicher. Basierend auf der wissenschaftlichen Methode erklären gültige und nützliche Hypothesen die beobachteten Fakten einfach, sagen viele zuvor unbeobachtete Phänomene voraus und widerstehen vielen potenziellen Falsifizierungen. Aus einer bayesianischen Perspektive (und gemäß Poppers Korrelationsmaß) erklärt die beste verfügbare Hypothese die meisten Fakten mit den wenigsten Annahmen, macht die meisten bestätigten Vorhersagen und ist am meisten der Überprüfung zugänglich.

In der wissenschaftlichen Praxis wird eine überlegene und gut gestützte Hypothese als Theorie betrachtet. Eine Theorie, die den Test der Zeit und die Sammlung neuer Daten bestanden hat, ist so gut wie möglich eine wissenschaftliche Tatsache. Ein Beispiel ist die oben genannte Vorstellung eines heliozentrischen Sonnensystems. Zu einer Zeit war es lediglich eine Hypothese. Obwohl es formell immer noch nur eine gut gestützte Theorie ist, die durch viele unabhängige Beweislinien validiert wurde, wird es nun weitgehend als wissenschaftliche "Tatsache" betrachtet. Niemand hat jemals direkt eine Elektron, eine Sternfusion, Radiowellen, Entropie oder die Erde, die um die Sonne kreist, beobachtet, doch all dies sind wissenschaftliche Tatsachen. Wie Stephen J. Gould gesagt hat, ist eine wissenschaftliche Tatsache keine "absolute Gewissheit", sondern einfach eine Theorie, die "in einem solchen Maße bestätigt wurde, dass es verkehrt wäre, vorläufige Zustimmung zu verweigern".

Tests beinhalten eine Gesamtheit der Beweise und Statistiken

"Sofern die Gesetze der Mathematik sich auf die Realität beziehen, sind sie nicht sicher; und sofern sie sicher sind, beziehen sie sich nicht auf die Realität." Albert Einstein, vor der Preußischen Akademie der Wissenschaften, Berlin, 27. Januar 1921

Die Gültigkeit einer Hypothese steht oder fällt nicht allein auf der Grundlage weniger Bestätigungen oder Widerlegungen, sondern auf der Gesamtheit der Beweise. Oft führen Daten, die zunächst scheinbar mit einer Theorie unvereinbar erscheinen, tatsächlich zu neuen wichtigen Vorhersagen. Die Geschichte der newtonschen Physik liefert ein klares Beispiel. Die anomale Bewegung des Uranus wurde zunächst als unvereinbar mit Newtons neuer Theorie betrachtet. Allerdings wurde die Anomalie innerhalb des Newtonschen Paradigmas erklärt, indem die Existenz eines unsichtbaren Planeten behauptet wurde. Im Allgemeinen sollte eine Erklärung für anomales Verhalten als ad hoc betrachtet werden, es sei denn, sie ist unabhängig überprüfbar. Die Behauptung eines neuen, unsichtbaren Planeten könnte als Ausweichen betrachtet werden, wenn es keinen unabhängigen Weg gäbe, zu überprüfen, ob ein neuer Planet tatsächlich existiert. Dennoch wurde, als die Technologie weit genug fortgeschritten war, um die neue Vorhersage zuverlässig zu testen, der unsichtbare Planet als Neptun identifiziert.

Die zu lernende Lektion ist, dass alternative Erklärungen für „Anomalien" wie jede andere Hypothese behandelt werden sollten: Sie sollten abgewogen, getestet und entweder ausgeschlossen oder bestätigt werden. Eine Hypothese sollte jedoch nicht als widerlegt betrachtet werden, bis gründliche Tests mehrere unabhängige Belege für positive Evidenz hervorgebracht haben, die zeigen, dass die Hypothese tatsächlich mit den empirischen Daten unvereinbar ist.

Ein entscheidender verwandter Punkt ist, dass moderne wissenschaftliche Theorien probabilistisch sind. Dies bedeutet, dass alle Tests wissenschaftlicher Vorhersagen in einem statistischen Rahmen durchgeführt werden. Wahrscheinlichkeit und Statistik durchdringen moderne wissenschaftliche Theorien, einschließlich Thermodynamik (statistische Mechanik), Geologie, Quantenmechanik, Genetik und Medizin. Obwohl die Mathematik der Wahrscheinlichkeit für manche einschüchternd sein kann, ist ein funktionierendes Wissen über Statistik absolut unerlässlich, um die Übereinstimmung zwischen beobachteten Daten und den Vorhersagen einer Theorie zu beurteilen.

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