Einleitung: Da der Chefredakteur beim Konvertieren des Textes, vor allem aber der Grafiken letztes Mal unwillkommene Probleme hatte, die zur Unzufriedenheit aller führten, und auch jetzt die Grafiken sich weigern, an ihren Platz zu finden, poste ich hier direkt lediglich einen Snippet des Gesamttext. Den ganzen zweiten Teil aber habe ich die PDF angehängt, in der dann alle Grafiken da sein werden, wo sie sein sollen. Ich bitte also um eifrigen Download.
bra| und |ket und Schrödingers Katze
Teil 2: Interpretationen der Quantenphysik
von Seejay
Im Teil 1 habe ich euch vom Kollaps der Zustandsfunktion erzählt, bei dem ein Messprozess das beobachtete Quantenobjekt (z.B. Photon) in einen Eigenzustand des Messgerätes wirft, während es vorher eine Zusammensetzung mehrerer Zustände gewesen sein kann. In welchen Zustand es dabei fällt, ist allerdings nicht vorhersagbar, berechnen kann man nur die Wahrscheinlichkeit. Für den Kollaps gibt es innerhalb der Quantenphysik keinen Mechanismus, um ihn zu erklären. In dieser Folge gebe ich euch einen Überblick von Interpretationen, die vorgeschlagen wurden, um dieses Problem in den Griff zu bekommen.
Die orthodoxe Interpretation
Diese geht auf Max Born, Werner Heisenberg und vor allem auf Niels Bohr zurück. Bohr wirkte in Kopenhagen, daher der Name „Kopenhagener Interpretation“. Diese Denkrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Fragen nach den Hintergründen vermeidet und in den Bereich der Metaphysik verbannt, stattdessen verweist sie auf den offensichtlichen praktischen Erfolg der Quantenphysik: „Halt’s Maul und rechne!“.
Murray Gell-Mann sagte später dazu: „Eine philosophische Aufarbeitung wurde fünfzig Jahre lang dadurch verzögert, dass es Bohr gelungen war, eine ganze Generation davon zu überzeugen, das Problem sei bereits gelöst.“
Bohrs Denkweise stand ganz im Stil der damals vorherrschenden Denkrichtung des „Positivismus“ und „Antirealismus“, die es ablehnte, eine über die Beobachtung hinausgehende Realität anzunehmen. Alle Physik ist danach nur Beschreibung von Beobachtungen. Bohr führte den Begriff der „Komplementarität“ ein und meinte damit, dass sich Quantenobjekte unter gewissen Umständen (z.B. bei der Polarisation) als Wellen beschreiben lassen, unter anderen (z.B. Auftreffen auf eine Fotopatte) als Teilchen. Wir sollen aber akzeptieren, dass diese Aspekte miteinander unvereinbar sind.
Anhänger des „dialektischen Materialismus“ sahen in der Komplementarität keine Unvereinbarkeit, sondern im Gegenteil einen Ausdruck des dialektischen Prinzips in der Welt, wonach die innere Widersprüchlichkeit eine reale Eigenschaft der Materie und keine logische Kontradiktion ist.
Hans Reichenbach betrachtet die Komplementarität als eine Singularität, die durch die spezielle Beschreibungsweise der Natur künstlich erzeugt wird. Naturgesetze und Zustände sind für ihn prinzipiell von einer Beobachtung unabhängig. Er unterscheidet „Phänomene“ (die man beobachten kann) und „Interphänomene“ (die sich unbeobachtet dazwischen abspielen). In der „Dualitätsinterpretation“ gibt es zwar für jedes Interphänomen einen Beschreibungsrahmen (Welle oder Teilchen), bei Reichenbach als Normalsystem bezeichnet, jedoch keinen für alle gemeinsam. In der „einschränkenden Interpretation“ wird – positivistisch – auf die Beschreibung der Interphänomene völlig verzichtet. Wenn eine Welle beobachtet wird, gibt es kein Teilchen und umgekehrt, denn was nicht beobachtet wird, existiert nicht. Eine Haltung, die man ja auch (wenngleich zu Unrecht) dem Vogel Strauß zuschreibt.
Unklar bleibt auch, was die Zustandfunktion eigentlich ist. Kommt ihr überhaupt eine ontologische Realität zu? Es könnte ja auch sein, das ein Lichtquant, das oben auf die Fotoplatte trifft, von Anfang an dieses Ziel hatte. Dass der Zustand vorher als
|v = 0,8 · |w + 0,6 · |s
zu beschreiben war, bedeutet dann lediglich eine Unsicherheit in der Kenntnis des Beobachters. Durch die Messung wird seine Kenntnis vergrößert, also weiß er dann, ob es der Zustand |w oder |s war. Die Messung ändert dabei nichts am Lichtquant, sondern nur am Wissen des Beobachters. Das Problem des Kollapses entstünde dann nur dadurch, dass man der Zustandsfunktion eine Realität zuschreibt.
Leugnet man aber deren Realität, so bekommt man Schwierigkeiten. Schräg polarisiertes Licht |v wäre dann gar nicht schräg polarisiert, sondern bestünde aus einer Mischung senkrecht und waagerecht polarisierter Photonen |s und |w. Auch Interferenzversuche wie den mit dem Doppelspalt könnte man dann nicht mehr erklären. Der Doppelspalt ist hier allerdings keine besonders starke Kopfschmerztablette – obwohl Erwin Schrödinger sie gut hätte brauchen können, nachdem er die Konsequenzen seiner Gleichung begriffen hatte und nach eigenem Bekunden bedauerte, sich jemals damit befasst zu haben.
