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Der Physiker Albert Einstein streckt am 14.03.1951, an seinem 72. Geburtstag, die Zunge heraus.

Quantenphysiker: Uneinig aus Prinzip

Der österreichische Quantenphysiker Anton Zeilinger hat eine Umfrage unter Fachkollegen durchgeführt. Sie zeigt: Was die Quantentheorie über die Welt sagt, ist nach wie vor umstritten. In der Fachgemeinde herrscht fröhlicher Dissens.

Umfrage 14.01.2013

"Wer über die Quantentheorie nicht entsetzt ist, kann sie unmöglich verstanden haben." Dieser Satz stammt von Niels Bohr und ist mittlerweile ein Klassiker. Der dänische Physiker war einer jener Forscher, die die sogenannte Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik ausgearbeitet haben.

Und die wurde als starker Tobak empfunden, besagte sie doch: Die Eigenschaften von Quanten existieren nicht unabhängig vom Beobachter. Bevor der Physiker nicht - via Messung - nachschaut, wo sich ein Elektron im Atom befindet, hat es genau genommen gar keinen Aufenthaltsort. Und es kommt noch schlimmer. Ob sich ein Atom beispielsweise entscheidet, ein Lichtteilchen abzugeben oder nicht, ist dem Zufall unterworfen. Wirkung und Ursache scheinen in der Quantenwelt nicht zu existieren.

"Können Sie mir das Gegenteil beweisen?"

Diese erkenntnistheoretische Krot zu schlucken waren nicht alle bereit. Etwa Albert Einstein. "Sie werden doch nicht behaupten wollen, dass der Mond nicht da oben ist, wenn niemand hinsieht", sagte er einst zu Bohr. Woraufhin dieser antwortete: "Können Sie mir das Gegenteil beweisen?"

Die Debatten zwischen Einstein, Bohr und den anderen Vorreitern des Faches hat Werner Heisenberg in "Der Teil und das Ganze" dokumentiert. Das Buch ist bis heute eine lesenswerte Chronik jener Verwirrungen, die sich eine ganze Wissenschaftlergeneration durch ihre Pionierleistungen eingebrockt hatte. Wenngleich man annehmen sollte, dass sich nun, rund 100 Jahre später, die Wogen geglättet hätten. Doch nichts dergleichen.

Die Studie

"A Snapshot of Foundational Attitudes Toward Quantum Mechanics", Preprint auf arXive (1301.1069).

Der österreichische Physiker Anton Zeilinger hat im Juli 2011 den Teilnehmern der Konferenz "Quantum Physics and the Nature of Reality" in Traunkirchen einen Fragebogen vorgelegt, um die Stimmungslage in der Fachgemeinde zu erheben.

Dass der Zufall wieder erfolgreich aus der Quantenwelt verbannt werden könnte, glaubt heute niemand mehr. Doch was Zufall wirklich ist, darüber gehen die Meinungen bereits auseinander. Ebenso bei der scheinbar harmlosen Frage: "Sind die Eigenschaften eines physikalischen Objekts bereits vor der Messung wohl definiert?" Ja, sagt die eine Hälfte. Nein, meint die andere. Wie Zeilinger in seiner Arbeit schreibt, notierte ein Teilnehmer auf dem Fragebogen die Gegenfrage: "Was heißt wohl definiert?"

"Das ist korrekt und falsch"

Was das historische Match Einstein vs. Bohr betrifft, holt der Däne aus heutiger Sicht einen klaren Punktesieg. Keiner der befragten Physiker glaubt, dass Einsteins Position richtig war (nicht in Bezug auf den Mond, aber in Bezug auf Quanten). 64 Prozent halten sie explizit für falsch. Bohrs Meinung halten immerhin 21 Prozent für richtig, wenngleich sich ein knappes Drittel für "Warten wir ab" entscheidet. Das mag auch an seiner nicht immer ganz klaren Ausdrucksweise gelegen haben. Notiz eines Teilnehmers: Seine Sichtweise sei "korrekt und falsch".

Angesichts der besonderen Dialektik der Quantentheorie ein feiner Satz, den vielleicht sogar Bohr unterschrieben hätte. Er sagte einmal: "Das Gegenteil einer trivialen Wahrheit ist schlicht falsch. Das Gegenteil einer großen Wahrheit ist ebenfalls wahr."

Das Rechnen mit den Quanten funktioniert bestens, die Quantenmechanik ist vermutlich die am besten bestätigte Theorie der Physik. Aber wenn es darum geht zu sagen, was die Rechnungen bedeuten, scheint jeder seine eigene Privattheorie zu haben.

Der US-Amerikaner Hugh Everett hat etwa in den 1950er Jahren eine besonders bizarre Deutung entwickelt. Seine (später so genannte) Viele-Welten-Interpretation besagt, dass sich das Universum mit jedem Quantenereignis in alternative Versionen seiner selbst spaltet. Womit die Welt in Wahrheit aus einer Unendlichkeit gleichzeitig existierender Alternativentwürfe bestünde. Und wir der Illusion erlägen, nur die unsere sei real.

Eine Frage der Weltanschaung

Das ist wie gesagt bizarr und mit dem Alltagsverstand nicht zur Deckung zu bringen. Dennoch zeigt die Umfrage, dass Everetts Ansatz in der Fachwelt beliebt ist, vermutlich wegen seiner logischen Stringenz. Laut Umfrage neigen ihm 18 Prozent der Physiker zu. Den höchsten Wert erreicht übrigens die Kopenhagener Deutung mit 42 Prozent. Jene Fraktion, zu der sich auch Anton Zeilinger zählt.

Was könnte die Ursache der divergierenden Einschätzungen sein? 58 Prozent glauben, dass philosophische Grundannahmen die Deutung der Quantentheorie stark beeinflussen. 27 Prozent stimmen dem ein bisschen zu. 15 Prozent streiten es ab. Für Zeilinger jedenfalls steht fest, dass es so ist. Die Weltanschauung präge die Interpretation der Formeln.

Wie er gegenüber science.ORF.at erzählt, waren auch die Reaktionen der Kollegen auf die Umfrage sehr unterschiedlich. "Manche waren begeistert, andere haben emotional reagiert und gesagt: 'Das ist völlig irrelevant!' Nur: Wenn etwas nicht relevant ist, warum muss man sich dann aufregen? Das Thema ist zweifelsohne von Emotionen besetzt."

Sind wir Quantencomputer?

Womit erneut die Tradition der Altvorderen fortgesetzt wird. Und natürlich liefern auch hier Einstein und Bohr die passenden Worte: "Gott würfelt nicht." - "Hören Sie endlich auf Gott vorzuschreiben, was er zu tun hat!"

Auch wenn es keinen Konsens unter den Fachleuten gebe, sei die Situation keinesfalls statisch, sagt Zeilinger. "Dass so gut wie alle Physiker den Zufall als Teil der Natur akzeptieren - das hätte es meiner Meinung nach vor 20 Jahren noch nicht gegeben."

Ähnliches gelte auch für die Antworten auf praktische Fragen. Etwa: "Wann wird es funktionierende Quantencomputer geben?" 42 Prozent glauben mittlerweile, dass der Rechner der Zukunft in zehn bis 25 Jahren Realität sein wird. 30 Prozent tippen auf 25 bis 50 Jahre. Notiz eines Teilnehmers: "Es gibt bereits einen - unser bewusstes Ich!"

In Zeilingers Fragebogen nicht erwähnt wurde übrigens eine Position, die sich ebenfalls einer gewissen Beliebtheit in der Fachgemeinde erfreut. Sie erklärt den Verzicht zur Grundlage der Debatte. Offizieller Name: "Shut up and calculate!"

Robert Czepel, science.ORF.at

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