Wie wir zu Ende denken, was mit Einstein begonnen hat
Die Quantenphysik ist eine Welt der Rätsel. Seit rund einhundert Jahren zerbrechen sich die besten Theoretiker den Kopf darüber und doch scheint sie niemand so recht zu verstehen. Woran liegt das? Könnte es etwa sein, dass unsere bisherige Theorie der Quantenphysik falsch oder unvollständig ist? Diese These vertritt der renommierte theoretische Physiker Lee Smolin. Die Blinks zu seinem Buch Quantenphysik (2019) erklären die Rätsel, vor die uns die kleine Welt der Atome und Elektronen stellt, und zeigen, wie wir sie womöglich lösen können.
Lee Smolin zählt zu den bedeutendsten Physikern unserer Zeit. Er war Professor für theoretische Physik unter anderem in Yale und Princeton und arbeitet heute am kanadischen Perimeter Institute for Theoretical Physics, das er selbst mitbegründete. Smolin ist Autor zahlreicher populärer Sachbücher wie zuletzt Die Zukunft der Physik (2009) und Im Universum der Zeit (2014).
Es ist das Vermächtnis wissenschaftlicher Arbeit, dass wir heute bestimmte Naturgesetze als Regelmäßigkeiten und Wahrheiten anerkennen dürfen. So können wir uns darauf verlassen, dass der Apfel vom Baum auf den Boden fällt und nicht zum Himmel fliegt und dass die Erde eine Kugel ist, die die Sonne umkreist. Doch vieles ist noch ungelöst und nicht alles ist direkt vom Menschen mess- oder wahrnehmbar. Je tiefer wir in die Dinge eintauchen und je mehr wir uns den allerkleinsten Teilchen und Molekülen nähern, desto mehr Rätsel gibt uns die Natur auf.
Was ist zum Beispiel ein Stein? Relativ einfach, denkt sich der Physiker zunächst: Ein Stein besteht aus Molekülen, die aus Atomen bestehen, und diese wiederum setzen sich aus Elektronen und anderen Elementarteilchen zusammen. Doch was sind diese Elementarteilchen genau? Mit dieser Frage beschäftigt sich die Quantenphysik – und die ist ein Reich voller Paradoxien. Nichts ist dort von Dauer. Alles ist Welle und Teilchen zugleich. Auf einmal erscheint die Frage, was ein Stein ist, schwieriger als gedacht.
Um die Quantenphysik zu erklären, entwickelten Physiker zu Beginn des 20. Jahrhunderts die Theorie der Quantenmechanik. Vom ersten Tag an waren sie über die Frage zerstritten, wie man die Quantenmechanik verstehen sollte, und die Meinungsverschiedenheiten dauern bis heute an. Im Zentrum des Streits stehen zwei fundamentale Fragen über die Erkenntnis der Welt.
Die erste Frage lautet: Gibt es eine Wirklichkeit unabhängig von unserem Geist? Mit anderen Worten: Existiert da draußen eine wirkliche Welt – ganz egal, ob und wie wir sie wahrnehmen? Die zweite Frage ist: Können wir die Wirklichkeit verstehen und beschreiben?
Jene Physiker, die beide Fragen mit Ja beantworten, gelten als Realisten. Sie glauben an eine wirkliche Welt, die weder von unserem Wissen noch von unserer Wahrnehmung abhängt. Albert Einstein zum Beispiel war ein Realist und auch der Autor zählt sich zu ihnen.
Die anderen aber, die die obigen Fragen mit Nein beantworten würden, werden als Antirealisten bezeichnet. Das klingt zunächst verschroben. Denn im Hinblick auf die Dinge unseres Alltags – etwa einen Stuhl, einen Baum oder eine Katze – sind die meisten Physiker Realisten. Sobald wir die alltägliche Größenskala des Menschen jedoch verlassen und die kleine Welt der Atome und Elektronen betreten, gehen die Meinungen auseinander.
Schuld daran ist die Quantenmechanik, denn sie stellt uns vor eine Wahl. Glauben wir ihr, müssen wir den Realismus zu Grabe tragen. Beharren wir aber auf dem Realismus, kann die Quantenmechanik nicht die korrekte Beschreibung der Welt sein. Dass eine realistische Theorie der Quantenwelt möglich ist, sollen diese Blinks zeigen.
„Wir Menschen hatten schon immer Schwierigkeiten mit der Grenze zwischen Wirklichkeit und Fantasie.
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