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Die Bohr-Einstein-Debatte. Quantenmechanik und physikalische Wirklichkeit.

Schöningh, Paderborn 1998. 292 Seiten, DM 88,–.


Die Debatte zwischen dem dänischen Physiker Niels Bohr (1885–1962; Nobelpreis 1922) und Albert Einstein (1879–1955; Nobelpreis 1921) um die Grundlagen der Quantenphysik bildet ein besonders ergiebiges und "koestliches" Kapitel der Wissenschaftsgeschichte. Über Jahrzehnte hinweg versuchte Einstein, zeitweilig unterstützt von Erwin Schrödinger (1887–1961; Nobelpreis 1933), mit immer neuen Gedankenexperimenten die sogenannte Kopenhagener Deutung der Quantentheorie zu erschüttern, die durch Bohr, Werner Heisenberg (1901–1976; Nobelpreis 1932) und eine im Lauf der Jahre wachsende Zahl theoretischer Physiker vertreten wurde.

Ihre Unanschaulichkeit, ihr statistischer Charakter, ihre scheinbaren Paradoxien sind unserem Denken so zuwider, daß manche Physiker – zu den prominentesten zählen der Engländer Roger Penrose und der Belgier Ilya Prigogine – nach wie vor nach einem Anlaß suchen, die ganze Theorie grundsätzlich zu revidieren. Ein solcher Anlaß könnte die noch ausstehende Vereinigung mit der Theorie der Gravitation sein.

Eine eingehende Analyse der Bohr-Einstein-Debatte ist also nicht nur von historischem Interesse. Carsten Held hat in seiner philosophischen Dissertation an der Universität Freiburg, aus der dieses Buch hervorgegangen ist, die Quellen umfassend studiert und war besonders im Falle Einsteins auf mühsame Archivstudien angewiesen, da die monumentale Ausgabe von Einsteins gesammelten Schriften erst bis zum Jahre 1918 gediehen ist.

Detailliert zeichnet Held nach, wie sich im Lauf der Debatte die Standpunkte der Kontrahenten konkretisieren. Dabei geht Held als Philosoph und Historiker vor, das heißt, er interpretiert die Äußerungen der Physiker als naturphilosophische Texte und sucht sie hermeneutisch auszulegen. Und damit mißversteht er sie in einem entscheidenden Punkt.

Bohr und Heisenberg haben nämlich in dieser Auseinandersetzung nicht vorrangig philosophische Aussagen eigenen Rechts getroffen, sondern versucht, umgangssprachlich eine neue Theorie zu deuten, deren mathematische Konsistenz und empirische Bestätigung bereits unstrittig waren. Ihr einziger, allerdings alles entscheidender, physikalischer Streitpunkt war die Vollständigkeit der Quantentheorie: Hat man sich – wie Bohr und die meisten Physiker glauben – mit ihrem statistischen Charakter philosophisch abzufinden, oder ist sie – wie Einstein behauptete – unvollständig, das heißt nur ein vorläufiges Durchgangsstadium auf dem Weg zu einer streng deterministischen Theorie mit "verborgenen Parametern"? Diese Frage ist heute eindeutig zugunsten Bohrs entschieden.

Alles übrige sind Interpretationsprobleme. Sie entstehen, weil unser Verstand und unsere Sprache, mit denen wir unter anderem auch Philosophie treiben, sich nicht im täglichen Umgang mit einzelnen Atomen, Elementarteilchen und Strahlungsquanten entwickelt haben, sondern aus der Alltagserfahrung mit makroskopischen Objekten. Wenn man Modelle aus der Makrowelt zur Beschreibung der Mikrowelt heranzieht, darf man sich über Widersprüche – insbesondere zwischen dem Wellen- und dem Teilchenbild – nicht wundern. In der Quantenphysik können beide Bilder koexistieren – sie sind komplementär zueinander. Nicht der Bohrsche Komplementaritätsbegriff ist widersprüchlich und unscharf, ja "unverständlich", wie Held behauptet, sondern unser Alltagsverstand ist für ein Verständnis der Mikrowelt ziemlich ungeeignet.

Recht hat Held allerdings mit seiner – wiederum sehr harschen – Kritik an einer verbreiteten Vorstellung, die auf Heisenberg zurückgeht: Wenn man gewisse Meßgrößen nicht zugleich mit beliebiger Genauigkeit bestimmen kann, sondern nur in den Grenzen der Unbestimmtheitsrelation, dann liege das daran, daß die erste Messung das beobachtete Objekt so störe, daß die zweite Messung wertlos werde. Das ist in der Tat nicht richtig. Das Experiment mit dem sogenannten Quantenradierer zeigt, daß es sich beim Beobachten eben nicht um eine irreversible Störung handelt, sondern um einen reversiblen Informationsgewinn. Wird diese hinzugewonnene Information über die erste Meßgröße noch innerhalb der Versuchsanordnung wieder gelöscht, so wird die zweite wieder meßbar (siehe "Komplementarität und Welle-Teilchen-Dualismus" von Berthold-Georg Englert et al., Spektrum der Wissenschaft, 2/1995, S. 50).

Helds Distanz zum mathematischen Charakter der theoretischen Physik drückt sich im Laufe seiner Studie im-mer deutlicher aus. So setzt er "unanschaulich" praktisch mit "irrational" gleich (S. 65) – als könnten nur anschauliche Überlegungen rational sein, während die meisten mathematischen Gedankengänge irrational wären.

Ein durch und durch mathematisch-unanschauliches Objekt ist die quantenmechanische Wellenfunktion, welche die gesamte Information über den Zustand eines Systems enthält. Held versucht sie zu degradieren: "Die quantenmechanische Zustandsfunktion … bezieht sich nicht auf ein bestimmtes wirkliches Objekt oder System. Diese Funktion bezeichnet nicht den Zustand eines Objekts, nicht einmal in dem Sinne, daß sie für ein vorgegebenes Objekt Wahrscheinlichkeitsaussagen ergäbe."

Zur Begründung führt er an, es sei philosophisch naiv, eine objektive, unabhängig vom Beobachter existierende Wirklichkeit zu unterstellen. Wirklich seien nur Phänomene, die im Augen-blick der Beobachtung quasi aus dem Nichts auftauchen. Darum beschreibe die Wellenfunktion keine "wirklichen" Zustände oder physikalischen Systeme, sondern gebe nur an, welche Phänomene bei einer Beobachtung zu erwarten sind.

Philosophisch kommt diese Position derjenigen von Heisenberg schon ziemlich nahe; der aber erscheint im Buch nur als Objekt der Kritik. Auch daß am Ende ein Unterschied zwischen der "orthodoxen" Deutung der Quantentheorie und Bohrs Position konstruiert wird, trägt zur Verwirrung bei.

Dennoch ist die Studie verdienstvoll und aufschlußreich. Verdienstvoll, weil Held detailliert den dramatischen Hergang einer für die moderne Physik fundamentalen Kontroverse nacherzählt. Und aufschlußreich, weil sie vorführt, wie schwierig es ist, mit den Mitteln einer philosophisch angereicherten Umgangssprache eine mathematisch formulierte Theorie extrem alltagsferner Gegenstände zu erfassen. Mit dieser Schwierigkeit führten Bohr und Einstein einen faszinierenden Kampf, und Held liefert eine eigenwillige Schlachtbeschreibung.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 2 / 2000, Seite 104
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
2 / 2000

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 2 / 2000

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