8.6 Magyarázat okokkal, törvényekkel és modellekkel – Erklären mit Ursachen, Gesetzen und Modellen

1. Képzeljünk el egy várost, ahol egy folyó tartós heves esőzés után kilép a partjából.

2. Már délelőtt a helyi mérőállomás bejelentette, hogy este a víz eléri a part menti utat.

3. Amikor az út valóban elárasztódik, az előrejelzés helyesnek bizonyul.

4. A lakosok számára azonban továbbra is kérdés marad, hogy miért éppen ezt a városrészt érinti a probléma, míg egy másik száraz marad.

5. Egy mérnök két mellékfolyóra hívja fel a figyelmet, amelyek szinte egyszerre nagy mennyiségű vizet juttatnak a folyóba.

6. Egy másik szakértő a vízgyűjtő területen újonnan lefedett felületeket tartja döntőnek, mert ott kevesebb esővíz juthat a talajba.

7. Egy harmadik vizsgálat a terep egyszerűsített ábrázolása alapján számítja ki a víz mozgását.

8. A három válasz összefügghet egymással, de magyarázó értékük attól függ, hogy valójában milyen összefüggést tárnak fel.

9. A leírás először is rögzíti, mi történik, például mikor és hol emelkedik a vízszint.

10. Az előrejelzés azt mondja meg, mire lehet számítani a megadott feltételek mellett, még mielőtt a szóban forgó eseményt megfigyelték volna.

11. A magyarázatnak ezen túlmenően érthetővé kell tennie, miért következik be az esemény, vagy miért adódik bizonyos összefüggésekből.

12. Ezek a tevékenységek nem zárják ki egymást, hiszen ugyanaz a számítás előre jelezheti a vízszintet és magyarázhatja annak alakulását is.

13. Ugyanakkor nem feltétlenül esnek egybe.

14. Aki csupán a mért vízszinteket sorolja fel időrendben, az pontosabban leírta az árvizet, anélkül, hogy máris feltárta volna annak okát.

15. Aki a korábbi mérési sorozatokból kiszámítja a pontos időpontot, sikeresen előre jelezheti az eseményt, noha a döntő folyamatok tisztázatlanok maradnak.

16. Ezért a várt és a megfigyelt érték közötti egyezés önmagában még nem elegendő egy magyarázat értékeléséhez.

17. Hogy mit kell megmagyarázni, azt pontosabban az határozza meg, hogy milyen kérdést teszünk fel az esettel kapcsolatban.

18. Az, hogy egy folyó egyáltalán miért tud kilépni a medréből, más kérdés, mint az, hogy miért öntötte el ez az út ezen az estén.

19. Az első kérdésre adott válaszhoz eleinte elegendő a vízbeáramlás, a vízlefolyás és a folyómederben rendelkezésre álló tér közötti összefüggés.

20. A második kérdés esetében viszont azt is tudnunk kell, hogy mekkora vízmennyiségek gyűltek össze, és hol volt a terep elég alacsony.

21. Ha viszont azt kérdezzük, hogy miért volt az áradás erősebb, mint egy korábbi esőzéskor, akkor a két helyzet közötti különbségek kerülnek előtérbe.

22. Egy válasz ezért egy kérdésre találó lehet, egy másikra viszont elégtelen.

23. Ebből nem következik, hogy bármely értelmezés egy megfelelő kérdés révén magyarázattá válik.

24. A kiválasztott feltételeknek alaposan meg kell magyaráznia az állított különbséget, és nem csupán véletlenszerűen jelenhetnek meg mellette.

25. A törvényorientált megközelítés olyan általános összefüggéseket keres, amelyekbe az adott eset beilleszthető.

26. A tudományos törvény itt egy általános kijelentés arról, hogy bizonyos mennyiségek vagy folyamatok hogyan függnek össze megadott feltételek mellett.

27. A pusztán megfigyelt szabályszerűségtől eltérően olyan összefüggést kell lefednie, amely más releváns esetekre is érvényes.

28. A folyó esetében a vízmennyiség megmaradása a kiindulási pont: ami egy vizsgált területre beáramlik, és onnan nem távozik, azt először ott kell tárolni.

29. Az alkalmazáshoz figyelembe kell venni minden jelentős be- és kiáramlást, beleértve a talajon keresztül történőket is.

30. A folyómederre és a mellékfolyókra vonatkozó adatokkal együtt így érthetővé válik, miért kellett emelkednie a vízszintnek.

31. A törvény önmagában azonban nem magyarázza meg, miért éppen azon az estén érkezett szokatlanul sok víz.

32. Csak az általános összefüggések és a konkrét körülmények összekapcsolásával válik egy általános megállapítás az egyes esemény magyarázatává.

33. Ez a megközelítés azért erős, mert kiszabadítja az eseményt látszólagos elszigeteltségéből, és összekapcsolja más esetekkel.

34. Még egy egyszeri árvíz is magyarázható olyan összefüggésekkel, amelyek ezen a konkrét konstelláción kívül is érvényesek.

35. De nem minden megbízható szabályszerűség rendelkezik ugyanolyan magyarázóerővel.

36. Tegyük fel, hogy egy automatikus riasztójelzés mindig akkor szólal meg, amint egy folyó felső folyásán található mérőállomás egy bizonyos vízszintet jelenti.

37. A jelzés megbízhatóan jelezhetné a lakosoknak, hogy utcájukat hamarosan elárasztja a víz.

38. Ennek ellenére a víz nem azért emelkedik, mert megszólal a sziréna.

39. Ha csupán a szirénát kapcsolnánk ki, a víz folyása egyébként azonos körülmények között változatlan maradna.

40. A későbbi árvíznek a jelből és egy bevált szabályból való levezetése így helyes várakozást eredményezhet anélkül, hogy eltalálná a magyarázó összefüggés irányát.

41. Az ok-okozati megközelítés ebből az irányból indul ki, és azt vizsgálja, mely feltételek befolyásolják az eseményt.

42. Ebben az összefüggésben az ok olyan körülmény, amelynek megváltozása megfelelő összehasonlítási feltételek mellett befolyásolná a folyamatot vagy az eredményt.

43. Az újonnan lefedett területek magyarázati szempontból relevánsak lennének, ha hasonló esőzés esetén e lefedés nélkül kevesebb víz vagy ugyanannyi víz jutott volna később a folyóba.

44. Döntő fontosságú ebben az, hogy ezáltal éppen a vizsgált árvíz változott volna-e.

45. Lehet, hogy az út az új felületek nélkül is elárasztódott volna, bár kevésbé magasra vagy csak később.

46. Ebben az esetben a lefedettség az árvíz mértékének vagy időpontjának egy részét magyarázza, anélkül, hogy elengedhetetlen lenne az árvíz bekövetkezéséhez.

47. A feltételezett esetünkben emellett a folyómeder szűkülete és a mellékfolyók egyidejű beérkezése is együtt hatott volna.

48. Az okok keresése ezért nem feltétlenül egyetlen kiváltó oknál kell véget érnie, hanem feltárhat egy sor feltételt és azok kölcsönhatását.

49. Az ilyen összehasonlítások ellen felhozható az az ellenérv, hogy nem tudjuk újra megfigyelni a tegnap estét ugyanazzal az esővel egy olyan területen, ahol nincs az új lefedettség.

50. Ezenkívül félrevezető lenne, ha minden feltételt tetszés szerint megváltoztatnánk, a többit pedig egyszerűen változatlannak feltételezve.

51. Ha például eltávolítunk egy mellékfolyót, azzal nem csupán egy nevet változtatunk meg a térképen, hanem az egész terület vízmozgását is.

52. Az összehasonlításnak ezért figyelembe kell vennie, hogy egy feltételezett változás milyen következményekkel jár.

53. Gyakran a mérések, a vízfolyások ismerete és megalapozott számítások alátámaszthatnak egy ilyen összehasonlítást, bár közvetlen ellenőrzés lehetetlen.

54. Ehhez hasznos egy mechanizmus, azaz a hatást kiváltó folyamatok nyomon követhető sorozata vagy szerveződése.

55. A lefedett terület esetében a magyarázat nyomon követhetné, hogyan folyik le a csapadékvíz a felszínen, hogyan gyűlik össze a vízelvezető csatornákban, és hogyan erősíti a mellékfolyót.

56. Egy ilyen ábrázolás összekapcsolja az ok megjelölését a folyamat lefolyásával, azonban a vonatkozó terület ismereteivel kell alátámasztani, és nem csupán szemléletesnek kell hangzania.

57. Egy modell segít a számos összefüggést úgy ábrázolni, hogy azok kölcsönhatása áttekinthetővé és vizsgálhatóvá váljon.

58. Ez egy tárgy vagy folyamat kiválasztott tulajdonságainak és összefüggéseinek egyszerűsített ábrázolása.

59. Az árvízmodell felbonthatná a területet részterületekre, és minden terület esetében megadhatná, hogy mennyi vizet vesz fel, tárol vagy továbbít.

60. Eközben előfordulhat, hogy a különböző talajtípusokat azonosnak tekinti, és a terep apró egyenetlenségeit egy átlagos magasságba összesíti.

61. Az ilyen idealizálások, vagyis a valós helyzethez képest tudatosan végzett egyszerűsítések, nem puszta véletlenek.

62. Éppen ezek tudják láthatóvá tenni, mely kapcsolatok fontosak a feltett kérdés szempontjából.

63. Egy árhullám hozzávetőleges időpontjának meghatározásához elegendő lehet egy durva terepábrázolás, míg egy adott házbejárat elárasztásának meghatározásához pontosabb magassági adatokra van szükség.

64. Hogy egy kihagyás indokolt-e, az tehát a kérdéstől függ, valamint attól, hogy a kihagyott elem milyen mértékben befolyásolja a keresett választ.

65. Előfordulhat azonban, hogy egy modell helyesen számítja ki a legmagasabb vízszintet, de mégis félrevezető magyarázatot ad annak kialakulására.

66. Képzeljük el, hogy alulbecsüli a lefedett területekről érkező gyors beáramlást, miközben túlbecsüli más területek hozzájárulását.

67. A hibák véletlenszerűen kiegyenlíthetik egymást a számított legmagasabb vízszint tekintetében.

68. Arra a kérdésre, hogy a lefedettség megszüntetése csökkentené-e a legmagasabb vízszintet, ez a modell – eddigi sikere ellenére – megbízhatatlan lenne.

69. Ez tehát komoly kifogást jelent a számítási siker és a magyarázat egyenlővé tétele ellen.

70. Egy magyarázó modellnek indokokkal kell alátámasztania, hogy éppen azok a kapcsolatok, amelyek a válasz szempontjából meghatározóak, megfelelően vannak ábrázolva.

71. Ehhez össze lehet hasonlítani a különálló beáramlásokat és időbeli alakulásokat, vagy meg lehet vizsgálni, hogy az egyes feltételezések hihető megváltoztatása jelentősen eltéríti-e a választ.

72. Ha több különböző ábrázolás ugyanazokat a mérési értékeket adja, nyitva kell hagyni, hogy ezek közül melyik ragadja meg ténylegesen az állítólagos helyi hatást.

73. Ez a korlát nem teszi feleslegessé az egyszerűsített modelleket, hanem megköveteli azok hatókörének megalapozott értékelését.

74. Árvíz esetén az általános törvények rögzíthetik a mennyiségi összefüggéseket, az ok-okozati magyarázatok megnevezhetik az adott este sajátosságait, a modellek pedig feltárhatják azok kölcsönhatását.

75. Eközben a három megközelítés nem áll egymás mellett teljesen elkülönült eszközként, hiszen egy modell is alkalmazhat törvényszerűségeket, és lehetővé teheti az ok-okozati összehasonlításokat.

76. Túl szűk látásmód lenne azonban minden tudományos magyarázattól elvárni az összes kiváltó lépés hiánytalan leírását.

77. Már a beáramlás, a kiáramlás és a tárolás közötti összefüggés is magyarázhatja a lehetséges vízszintek határait anélkül, hogy minden egyes vízrészecskét nyomon követnénk.

78. Az, hogy melyik ábrázolás szükséges, attól függ, hogy az a feltett kérdésre tárgyilagosan megalapozott összefüggésekkel ad-e választ.

79. A feltételezett városunk lakói ezért nem értik meg az árvizet már attól, hogy valaki helyesen jósolta meg a vízszintet.

80. Csak akkor értik meg annak kialakulásának egy bizonyos aspektusát, amint felismerhetővé válik, mely feltételek alapozzák meg azt, milyen különbséget jelentenének a változások, és hol ér véget ez a magyarázat.

1. Stellen wir uns eine Stadt vor, in der ein Fluss nach anhaltendem Starkregen über die Ufer tritt.

2. Schon am Vormittag hat die örtliche Messstation angekündigt, dass das Wasser am Abend die Uferstraße erreichen werde.

3. Als die Straße tatsächlich überschwemmt wird, erweist sich die Vorhersage als richtig.

4. Für die Bewohner bleibt dennoch die Frage, warum gerade dieses Viertel betroffen ist, während ein anderes trocken bleibt.

5. Eine Ingenieurin verweist auf zwei Zuflüsse, die große Wassermengen fast gleichzeitig in den Fluss bringen.

6. Ein anderer Fachmann hält die neu versiegelten Flächen im Einzugsgebiet für entscheidend, weil dort weniger Regenwasser in den Boden gelangen kann.

7. Eine dritte Untersuchung berechnet die Wasserbewegung anhand einer vereinfachten Darstellung des Geländes.

8. Die drei Antworten können zusammengehören, doch ihr Wert als Erklärung hängt davon ab, welchen Zusammenhang sie tatsächlich erschließen.

9. Eine Beschreibung hält zunächst fest, was geschieht, etwa wann und wo der Wasserstand steigt.

10. Eine Vorhersage sagt, was unter angegebenen Bedingungen zu erwarten ist, bevor das betreffende Ereignis beobachtet wurde.

11. Eine Erklärung soll darüber hinaus verständlich machen, weshalb das Ereignis zustande kommt oder sich aus bestimmten Zusammenhängen ergibt.

12. Diese Leistungen schließen sich nicht aus, denn dieselbe Berechnung kann einen Wasserstand vorhersagen und seinen Verlauf erklären.

13. Sie fallen aber auch nicht notwendig zusammen.

14. Wer nur die gemessenen Pegelstände in zeitlicher Reihenfolge nennt, hat die Überschwemmung genauer beschrieben, ohne schon ihren Grund zu zeigen.

15. Wer aus früheren Messreihen den richtigen Zeitpunkt errechnet, kann erfolgreich vorhersagen, obwohl die entscheidenden Vorgänge ungeklärt bleiben.

16. Deshalb genügt die Übereinstimmung zwischen einer erwarteten und einer beobachteten Zahl allein noch nicht, um eine Erklärung zu beurteilen.

17. Was erklärt werden soll, bestimmt sich genauer durch die Frage, die wir an den Fall richten.

18. Warum ein Fluss überhaupt übertreten kann, ist eine andere Frage als die nach der Überschwemmung dieser Straße an diesem Abend.

19. Für die erste Antwort genügt zunächst der Zusammenhang zwischen Wasserzufluss, Abfluss und verfügbarem Raum im Flussbett.

20. Bei der zweiten müssen wir zusätzlich wissen, welche Wassermengen zusammenkamen und wo das Gelände niedrig genug war.

21. Fragen wir dagegen, weshalb die Überschwemmung stärker ausfiel als bei einem früheren Regen, rücken die Unterschiede zwischen beiden Situationen in den Vordergrund.

22. Eine Antwort kann daher für eine Frage treffend und für eine andere unzureichend sein.

23. Daraus folgt nicht, dass jede beliebige Deutung durch eine passende Frage zur Erklärung wird.

24. Die ausgewählten Bedingungen müssen den behaupteten Unterschied auch begründet verständlich machen und dürfen nicht nur zufällig neben ihm vorkommen.

25. Ein gesetzesorientierter Zugang sucht allgemeine Zusammenhänge, unter die sich der besondere Fall einordnen lässt.

26. Ein wissenschaftliches Gesetz ist hier eine allgemeine Aussage darüber, wie bestimmte Größen oder Vorgänge unter angegebenen Bedingungen zusammenhängen.

27. Anders als eine bloß beobachtete Regelmäßigkeit soll es einen Zusammenhang erfassen, der auch für weitere einschlägige Fälle trägt.

28. Im Flussfall ist die Erhaltung der Wassermenge ein Ausgangspunkt: Was einem betrachteten Gebiet zufließt und es nicht wieder verlässt, muss dort vorerst gespeichert sein.

29. Für die Anwendung müssen dabei alle bedeutsamen Zu- und Abflüsse berücksichtigt werden, auch solche durch den Boden.

30. Zusammen mit Angaben zum Flussbett und zu den Zuflüssen lässt sich so verständlich machen, weshalb der Wasserstand steigen musste.

31. Das Gesetz allein erklärt jedoch nicht, weshalb gerade an diesem Abend ungewöhnlich viel Wasser ankam.

32. Erst durch die Verbindung allgemeiner Beziehungen mit den besonderen Bedingungen wird aus einer allgemeinen Aussage eine Erklärung des einzelnen Geschehens.

33. Dieser Zugang ist stark, weil er ein Ereignis aus seiner scheinbaren Vereinzelung löst und mit anderen Fällen verbindet.

34. Selbst eine einmalige Überschwemmung kann durch Beziehungen erklärt werden, die auch außerhalb dieser besonderen Konstellation gelten.

35. Doch nicht jede verlässliche Regelmäßigkeit besitzt dieselbe Erklärungskraft.

36. Nehmen wir an, ein automatisches Warnsignal ertönt stets, sobald eine Messstation flussaufwärts einen bestimmten Pegelstand meldet.

37. Das Signal könnte den Bewohnern zuverlässig anzeigen, dass ihre Straße bald überflutet wird.

38. Trotzdem steigt das Wasser nicht deshalb, weil die Sirene ertönt.

39. Würde man allein die Sirene abschalten, bliebe der Wasserverlauf unter sonst gleichen Bedingungen unverändert.

40. Eine Ableitung des späteren Hochwassers aus dem Signal und einer bewährten Regel kann somit die richtige Erwartung liefern, ohne die Richtung des erklärenden Zusammenhangs zu treffen.

41. Der kausale Zugang setzt an dieser Richtung an und fragt, welche Bedingungen für das Geschehen einen Unterschied machen.

42. Eine Ursache ist in diesem Zusammenhang ein Umstand, dessen Veränderung unter geeigneten Vergleichsbedingungen den Verlauf oder das Ergebnis beeinflussen würde.

43. Die neu versiegelten Flächen wären erklärungsrelevant, wenn bei vergleichbarem Regen ohne diese Versiegelung weniger Wasser oder dieselbe Wassermenge später in den Fluss gelangt wäre.

44. Entscheidend ist dabei, ob sich dadurch gerade die betrachtete Überschwemmung verändert hätte.

45. Vielleicht wäre die Straße auch ohne die neuen Flächen überflutet worden, allerdings weniger hoch oder erst später.

46. Dann erklärt die Versiegelung einen Teil des Ausmaßes oder des Zeitpunkts, ohne für das Auftreten der Überschwemmung unentbehrlich zu sein.

47. In unserem angenommenen Fall könnten außerdem eine Engstelle im Flussbett und das gleichzeitige Eintreffen der Zuflüsse zusammenwirken.

48. Die Suche nach Ursachen muss deshalb nicht bei einem einzigen Auslöser enden, sondern kann ein Bündel von Bedingungen und deren Zusammenspiel erschließen.

49. Gegen solche Vergleiche lässt sich einwenden, dass wir den vergangenen Abend nicht noch einmal mit demselben Regen auf einem Gelände ohne die neue Versiegelung beobachten können.

50. Zudem wäre es irreführend, jede Bedingung beliebig zu verändern und die übrigen einfach als gleich vorauszusetzen.

51. Entfernt man etwa einen Zufluss, verändert man damit nicht nur einen Namen auf der Karte, sondern die Wasserbewegung im ganzen Gebiet.

52. Der Vergleich muss daher berücksichtigen, welche Folgen eine angenommene Änderung selbst nach sich zieht.

53. Oft können Messungen, Kenntnisse der Wasserwege und begründete Berechnungen einen solchen Vergleich stützen, obwohl eine unmittelbare Gegenprobe unmöglich ist.

54. Hilfreich ist dabei ein Mechanismus, also eine nachvollziehbare Abfolge oder Organisation von Vorgängen, durch die der Einfluss zustande kommt.

55. Für die versiegelte Fläche könnte die Erklärung verfolgen, wie Regenwasser oberflächlich abläuft, über Entwässerungswege gesammelt wird und den Zufluss verstärkt.

56. Eine solche Darstellung verbindet die Ursachenangabe mit einem Weg des Geschehens, muss jedoch durch Kenntnisse des betreffenden Gebiets gestützt sein und nicht nur anschaulich klingen.

57. Ein Modell hilft, die vielen Beziehungen so darzustellen, dass ihr Zusammenspiel überschaubar und untersuchbar wird.

58. Es ist eine vereinfachte Darstellung ausgewählter Eigenschaften und Beziehungen eines Gegenstands oder Vorgangs.

59. Das Hochwassermodell könnte das Gebiet in Teilflächen zerlegen und für jede Fläche angeben, wie viel Wasser aufgenommen, gespeichert oder weitergeleitet wird.

60. Dabei behandelt es vielleicht unterschiedliche Böden als gleichartig und fasst kleine Unebenheiten des Geländes zu einer mittleren Höhe zusammen.

61. Solche Idealisierungen, also bewusste Vereinfachungen gegenüber dem wirklichen Fall, sind kein bloßes Versehen.

62. Sie können gerade sichtbar machen, welche Beziehungen für die gestellte Frage wichtig sind.

63. Für den ungefähren Zeitpunkt einer Hochwasserwelle mag eine grobe Geländedarstellung ausreichen, während die Überflutung eines einzelnen Hauseingangs eine genauere Höhenangabe verlangt.

64. Ob eine Auslassung vertretbar ist, hängt folglich von der Frage und davon ab, wie stark das Weggelassene die gesuchte Antwort beeinflusst.

65. Allerdings kann ein Modell den höchsten Wasserstand richtig berechnen und dennoch irreführend erklären, wie er zustande kam.

66. Stellen wir uns vor, es unterschätzt den schnellen Zufluss von versiegelten Flächen und überschätzt zugleich den Beitrag anderer Flächen.

67. Die Fehler könnten sich für den berechneten Höchststand zufällig ausgleichen.

68. Bei der Frage, ob eine Entsiegelung den Höchststand senken würde, wäre dieses Modell dann trotz seines bisherigen Erfolgs unzuverlässig.

69. Damit liegt ein ernsthafter Einwand gegen die Gleichsetzung von Rechenerfolg und Erklärung vor.

70. Ein erklärendes Modell braucht Gründe dafür, dass gerade die für seine Antwort maßgeblichen Beziehungen angemessen dargestellt sind.

71. Dazu kann man getrennte Zuflüsse und zeitliche Verläufe vergleichen oder untersuchen, ob plausible Änderungen einzelner Annahmen die Antwort stark verschieben.

72. Wo mehrere unterschiedliche Darstellungen dieselben Messwerte treffen, muss offenbleiben, welche davon einen behaupteten lokalen Einfluss tatsächlich erfasst.

73. Diese Grenze macht vereinfachte Modelle nicht entbehrlich, sondern verlangt eine begründete Einschätzung ihrer Reichweite.

74. Im Hochwasserfall können allgemeine Gesetze die Mengenbeziehungen festhalten, Ursachenangaben die Besonderheiten des Abends benennen und Modelle ihr Zusammenwirken erschließen.

75. Dabei stehen die drei Zugänge nicht wie vollständig getrennte Werkzeuge nebeneinander, denn ein Modell kann Gesetze verwenden und kausale Vergleiche ermöglichen.

76. Es wäre jedoch zu eng, von jeder wissenschaftlichen Erklärung eine lückenlose Geschichte aller verursachenden Schritte zu verlangen.

77. Schon der Zusammenhang zwischen Zufluss, Abfluss und Speicherung kann eine Grenze möglicher Wasserstände erklären, ohne jedes einzelne Wasserteilchen zu verfolgen.

78. Welche Darstellung nötig ist, entscheidet sich daran, ob sie die gestellte Frage durch sachlich tragfähige Beziehungen beantwortet.

79. Die Bewohner unserer angenommenen Stadt verstehen die Überschwemmung deshalb nicht schon dann, wenn jemand den richtigen Wasserstand vorausgesagt hat.

80. Sie verstehen einen bestimmten Aspekt ihres Zustandekommens, sobald erkennbar wird, welche Bedingungen ihn tragen, welchen Unterschied Änderungen machen würden und wo diese Erklärung ihre Grenze erreicht.