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Was ist im Mikrokosmos los?

Auch gut 100 Jahre nach der Formulierung der Quantentheorie sind sich die Gelehrten nicht darüber einig, was aus ihr für unser Wirklichkeitsverständnis folgt. Die von Niels Bohr (1885–1962) und Werner Heisenberg (1901–1976) begründete und bald von den Physikern mehrheitlich akzeptierte Kopenhagener Deutung verlieh dem Beobachtungsprozess eine entscheidende Rolle für das jeweilige, nur statistisch vorhersagbare Messergebnis. Vor allem Heisenberg behauptete, damit sei die klassische Idee einer eindeutigen, vom Beobachter unabhängigen objektiven Realität widerlegt.

Damit waren insbesondere Albert Einstein (1879–1955) und Erwin Schrödinger (1887–1961) überhaupt nicht einverstanden. Einstein versuchte, den "lokalen Realismus" – die prinzipielle Separierbarkeit objektiv-physikalischer Phänomene – zu retten, indem er zeigte, dass die Quantentheorie zur "spukhaften Fernwirkung" zwischen den Komponenten eines Quantensystems führt; also könne die Theorie nicht der Weisheit letzter Schluss sein und müsse um "verborgene Parameter" ergänzt werden. Schrödinger wiederum ersann die nach ihm benannte legendäre Katze, die zusammen mit einem radioaktiven, tendenziell tödlichen Zufallsmechanismus bis zu ihrer Beobachtung in einem undefinierten Zustand zwischen Leben und Tod verharrt. Auch dies war als Argument gegen die nichtlokale "Verschränkung" von Quantenzuständen gedacht.

Realität als Konstruktion des menschlichen Geistes

Heute steht fest, dass Nichtlokalität und Verschränkung unabdingbare Eigenschaften der Quantenwelt sind, die man beispielsweise in den derzeit mühsam entwickelten Quantencomputern zu nutzen versucht. Doch hat damit die Kopenhagener Deutung mit ihrer herausgehobenen Rolle des Beobachters Recht behalten? Darf man mit Heisenberg der Wirklichkeit eine objektive, vom Beobachter unabhängige Existenz absprechen?

Diese Konsequenz passt dem theoretischen Physiker Jean Bricmont, Professor an der Katholischen Universität Löwen in Belgien, ganz und gar nicht ins Konzept. Schon als Koautor des 1997 zusammen mit dem US-Physiker Alan Sokal verfassten Buchs "Eleganter Unsinn" zog er gegen postmoderne Intellektuelle zu Felde, die sich auf vage verstandene Popularisierungen der Quantenphysik beriefen und folgerten: Nun herrsche sogar unter Naturwissenschaftlern die Meinung, dass die Realität eine willkürliche Konstruktion des menschlichen Geistes sei.

Als Gegenmittel gegen derlei eleganten Unsinn führt Bricmont eine gründliche, klare und gut verständliche Darstellung der quantentheoretischen Grundlagen ins Treffen. Indem er erklärt, aus welchen physikalischen Zusammenhängen Begriffe wie Interferenz, Verschränkung und Nichtlokalität stammen, entzieht er dem nebulös-assoziativen Geschwafel über eine vermeintlich aus der Physik entschwundene Wirklichkeit den Boden.

Allerdings lässt der Autor es dabei nicht bewenden, sondern plädiert für eine Alternative zur Kopenhagener Deutung, die von dem US-Quantenphysiker David Bohm (1917–1992) stammt. Die bohmsche Theorie arbeitet mit nichtlokalen verborgenen Parametern in Form eines Führungsfelds, welches das Verhalten der Quantenteilchen analog zur schrödingerschen Wellenfunktion steuert. Diese Deutung hat den Vorteil, dass sie dem Beobachter keine besondere Rolle zuweist; alle Resultate entstehen durch objektiv-physikalische Prozesse.

Schon bei zwei Teilchen höchst unanschaulich

Die bohmsche Theorie befriedigt zwar den Wunsch nach einer Quantentheorie ohne Beobachter, hat aber – was Bricmont nur am Rande zugesteht – durchaus ihre eigenen Probleme. So wird das Führungsfeld schon für zwei Teilchen sofort mehrdimensional und somit höchst unanschaulich. Außerdem ist es zumindest nicht einfach, Bohms Version so zu erweitern, dass sie sich mit der speziellen Relativitätstheorie vereinbaren lässt und dadurch das Entstehen und Vernichten von Teilchen zu beschreiben vermag.

Eine zweite "realistische" – ohne Beobachter auskommende – Alternative zur Kopenhagener Deutung findet hingegen keine Gnade vor Bricmonts Augen: die Vielweltentheorie. Als sie 1957 von Hugh Everett III (1930–1982) publiziert wurde, stieß sie auf wenig Beachtung, erlebt aber gegenwärtig eine Renaissance. Der Grund ist zum einen die so genannte Dekohärenz, eine – beispielsweise beim Bau von Quantencomputern unabdingbare – physikalische Beschreibung für den Übergang von der Mehrdeutigkeit der quantenmechanischen Wellenfunktion zum eindeutigen Messergebnis; in der Kopenhagener Deutung gibt es dafür nur den Begriff "Kollaps der Wellenfunktion", dem kein physikalischer Vorgang entspricht.

Ein zweiter Grund für den Charme der Everett-Deutung ist der enorme Fortschritt der Physik und Kosmologie seit den Anfängen der Quantentheorie: Bei den heutzutage oft ungemein raffinierten Messvorgängen verschwimmt der Unterschied zwischen makroskopischem Beobachtungsgerät und mikroskopischem Quantenobjekt; und in der Astrophysik spielen Quantenprozesse, die zeitlich und räumlich ungeheuer weit entfernt von jedem menschlichen Beobachter ablaufen, eine immer größere Rolle.

Das soll nicht heißen, dass die Vielweltentheorie ohne ihre eigenen Probleme wäre. Aber die knappe, schlecht begründete Abfertigung, die Bricmont ihr zuteilwerden lässt, hat sie nicht verdient.

Mit diesen Einschränkungen ist Bricmont eine hervorragende allgemeinverständliche Darstellung der "alten" Quantentheorie und ihrer populären Missverständnisse gelungen.

Hinweis der Redaktion: Spektrum der Wissenschaft und Springer Science+Business Media gehören beide zur Verlagsgruppe Springer Nature. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Rezensionen. "Spektrum der Wissenschaft" rezensiert Titel aus dem Springer-Verlag mit demselben Anspruch und nach denselben Kriterien wie Titel aus anderen Verlagen.

03/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 03/2018

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