Dr. Bertlmanns Socken. Wie die Quantenphysik unser Weltbild verändert [Broschiert]

E in treffenderer Untertitel für dieses Werk wäre »Wie die Quantenphysik unser Weltbild verändern sollte«. Denn der Physiker Shimon Ma-lin von der Colgate University in Hamilton (New York) ist davon überzeugt, dass die physikalischen Errungenschaften des 20. Jahrhunderts einen Paradigmenwechsel vom Kaliber der kopernikanischen Wende auslösen müssten. Aber in einer Art Schizophrenie nehmen wir es hin, dass in den Physik-labors von nebenan ganz ungeheuerliche Dinge geschehen, während wir weiterhin unverdrossen von Materiebausteinen sprechen, als ob es diese kleinen harten Bällchen, von denen Isaac Newton sprach, tatsächlich gäbe.
Dr. Bertlmann, Physikprofessor an der Technischen Universität Wien, trägt nie zwei gleichfarbige Strümpfe. Wenn man sieht, dass der erste rosa ist, weiß man also, dass der zweite sicher nicht rosa sein kann. So macht sich Bertlmann auf die Socken, um das Einstein-Podolsky-Rosen-Experiment zu erläutern. Die von diesem – zunächst fiktiven – Experiment ausgelöste Diskussion ist kennzeichnend für die Physik des 20. Jahrhunderts, weil sie zwischen Albert Einstein als dem Vater der Relativitätstheorie und Niels Bohr als einem der Gründer der Quantentheorie geführt wurde (Spektrum der Wissenschaft 2/2004, S. 32, und 2/1995, S. 50).
Einstein und seine Mitarbeiter Podolsky und Rosen (kurz EPR) versuchten mit diesem Gedankenexperiment eine von ihnen vermutete Unvollständigkeit der Quantentheorie ans Licht zu bringen. Sie wollten zeigen, dass entgegen der Heisenbergschen Unschärferelation Ort und Impuls eines Teilchens prinzipiell gleichzeitig genau bestimmbar seien. Dazu betrachteten sie zwei Teilchen, deren Gesamtimpuls null ist und die sich in entgegengesetzte Richtungen voneinander fort bewegen. Wenn man den Ort an einem und den Impuls am anderen Teilchen misst, dann kann man auf die entsprechende Größe des jeweils anderen Teilchens schließen und somit beide Größen gleichzeitig genau bestimmen.
Bohr entgegnete, dass durch eine Messung an einem Teilchen auch das andere beeinflusst, dass insbesondere beide erst durch die Messung augenblicklich in einen wohldefinierten Zustand versetzt würden. Diese Sichtweise impliziert eine Fernwirkung zwischen den beiden Teilchen, die Einstein nicht akzeptierte: Wie könnte ein Teilchen ein anderes beeinflussen, ohne dabei die Lichtgeschwindigkeit als oberste Grenze für die ignalübermittlung zu respektieren?
Die Diskussion zwischen Bohr und Einstein währte dreißig Jahre und konnte zu deren Lebzeiten nicht entschieden werden. Erst zwei Jahre nach Bohrs Tod öffnete John Bell mit modifizierten Experimenten einen Weg, der schließlich zu einer Bestätigung der Quantentheorie führte. Bell widerlegte damit seine eigene Vermutung: Die Natur scheint mit uns Verstecken zu spielen, »nature loves to hide« (so der Originaltitel des Buchs). Shimon Malin macht in seinem Buch dieses Experiment zur Schnittstelle zwischen physikalischem Diskurs und philosophischen Erörterungen.
Die gegenwärtige Physik ist unvollständig, auch wenn die Frage hinter dem EPR-Experiment erledigt ist: Bis heute ist es nicht gelungen, die für die Relativitätstheorie bedeutende Gravitation einerseits und die für Prozesse auf atomarer Ebene bedeutende starke und schwache Wechselwirkung andererseits in einer umfassenden Theorie zu vereinigen.
Dies wird, so Malin, im Rahmen unseres gegenwärtigen Weltbildes auch nicht möglich sein, ebenso wenig wie eine Theorie, nach der die Erde eine Scheibe ist, eine Weltumseglung erklären kann. Vielmehr seien die gegenwärtigen Unzulänglichkeiten Vorboten eines großen Umbruchs (»Paradigmenwechsels«). Dessen Gestalt kennen wir naturgemäß noch nicht, aber die problematischen Züge des bisherigen Modells sehr wohl. Darunter ist nach Malin vor allem die Trennung zwischen Subjekt und Objekt, die wir jedesmal vornehmen, wenn wir uns als Beobachter aus dem zu Beobachtenden ausschließen. Die Naturgesetze wenden wir als ein totes Prinzip auf ein Uhrwerk-Universum an, ohne die Lebendigkeit darin zu erkennen.
Malin dagegen stellt die »leblosen Materiebausteine« Newtons in Frage. In Anlehnung an den Neuplatoniker Plotin (um 205–270 n. Chr.) betrachtet er Materie nur als die niedrigste Erscheinungsform eines allen innewohnenden Geistes (nous). Den Gedanken des lebendigen Universums führt Malin etwas plötzlich, aber keineswegs unüberlegt ein. Freilich haben wir davon, dass die Erde ein Organismus ist, schon an anderer Stelle gehört (das »Gaia-Prinzip« von James Lovelock), aber neu ist, wie Malin Lebendigkeit definiert. Selbsterhaltung und Reproduktion, die als Kriterien schon immer problematisch waren, weil Computerprogramme sich selbst reproduzieren und Lebewesen steril sein können, lässt er außen vor, um auf die Fähigkeit der Beziehungnahme als den Kernpunkt der Lebendigkeit hinzuweisen. So gesehen können auch Kunstobjekte lebendig sein, wenn sie auf den Betrachter »ansprechend« wirken.
Lebendig wirkt auch Malins Buch. Denn obwohl der Autor jung genug ist, um spritzig zu schreiben, ist er schon lange genug Wissenschaftler, um Fakten der Physikgeschichte als eigene Erlebnisse schildern zu können. So lesen wir von Bohrs starkem dänischen Akzent ebenso wie von Diracs Wortkargheit. Das hier vorliegende Buch ist seine erste populärwissenschaftliche Arbeit und zugleich ein schriftstellerisches Kunstwerk. Wie bei den einander zeichnenden Händen von M.C. Escher kommt das Gesagte unmittelbar zur Anwendung, wenn der Autor selbst in seinem Buch erscheint – als dritter Diskussionspartner in den nicht nur lehrreichen, sondern vor allem humorvollen Streitgesprächen zwischen den Astro-nauten Julie und Peter. Welcher Malin ist denn nun das Subjekt, welcher das Objekt, und wie wirklich ist dieses sich zankende Liebespärchen? Erleichtert und gleichzeitig verwundert mag der Leser feststellen, dass der Autor jegliches Guru-Gemurmel und Religionsgefasel vermeidet, obwohl er doch immer wieder von dem einen Geistigen spricht, das aller materiellen Erscheinung zu Grunde liegt. Als Schlusspointe hebt Malin es sich auf, dieses Einmalige ein einziges Mal als das Göttliche zu bezeichnen.
-- Sabine Stöcker -- Dieser Text bezieht sich auf eine vergriffene oder nicht verfügbare Ausgabe dieses Titels.

Shimon Malin schickt seine Leser mit einem pädagogischen Trick auf eine erkenntnisreiche Entdeckungsreise. Zwei fiktive Astronauten, die kluge Julie und der leicht begriffsstutzige Peter, diskutieren mit dem realen Autor den Fortgang des Buches. Dabei gelangen sie weit über die reine Naturwissenschaft hinaus, hin zu der philosophischen Frage, was der Paradigmenwechsel in der Physik für unser Weltbild bedeutet.

Einführung
Als ich vor vielen Jahren, zu Beginn meines Studiums, eine Vorlesung über
Quantenmechanik belegte, war ich augenblicklich von ihr fasziniert. Lange
Nächte verbrachte ich mit dem Versuch, Paul Diracs Buch Die Prinzipien der
Quantenmechanik zu verstehen, wobei ich zuweilen stundenlang über eine
einzige Seite grübelte. Ich staunte über die darin enthaltenen tiefen
Einsichten und hatte gleichwohl das Gefühl, vor einem Geheimnis zu stehen.
Obwohl ich die Quantenmechanik recht schnell so weit beherrschte, dass ich
sie anwenden konnte, wurde ich den Eindruck nicht los, dass mir nur ein
Bruchteil des Geheimnisvollen zugänglich war. Dies war der Beginn einer
Leidenschaft, die mich ein Leben lang in Bann hielt. Über die nächsten
vierzig Jahre bemühte ich mich weiter, das Geheimnis zu erforschen. Die
Ergebnisse meiner Forschung wurden in Fachzeitschriften publiziert und auf
internationalen Konferenzen vorgetragen. Bis jetzt waren meine
Veröffentlichungen aber ausschließlich auf ein Fachpublikumbeschränkt.
Dieses Buch richtet sich dagegen an einen allgemeinen Leserkreis. Sein
Gegenstand sind die Erkenntnisse, die die Quantentheorie über das Wesen der
Wirklichkeit bereithält: Wenn es »die Natur liebt, sich zu verbergen«, wie
Heraklit vor 2500 Jahren formulierte, welche Geheimnisse können wir dann
hoffen, mit Hilfe der Quantenmechanik zu entdecken? »Die Natur liebt es,
sich zu verbergen.« Wie schon bei den alten Griechen schwingt diese Aussage
in uns nach. Den vordergründigen Erscheinungen liegt eine verborgene
Wirklichkeit zugrunde. Doch worin besteht sie? In welcher Beziehung steht
sie zur sinnlich wahrnehmbaren Welt? Haben wir ein Weltbild, das sowohl die
verborgenen als auch die offenkundigen Aspekte der Natur erfasst?
Vor 700 Jahren hätte Dantes Vision diese Fragen beantwortet. Sie schenkte
dem abendländischen Menschen ein umfassendes Weltbild, das die
verschiedenen Aspekte des Universums zu einem großartigen Ganzen
zusammenfügte, einem Ganzen, in dem wir Menschen eine organische und
zentrale Rolle spielten. Vor hundert Jahren wären diese Fragen vom
Newton'schen »Uhrwerk-Universum« beantwortet worden, einem Modell des
Universums, das vollkommen mechanistisch geprägt ist. Danach wird alles,
was geschieht, von den Naturgesetzen und dem Zustand des Universums in
ferner Vergangenheit vorherbestimmt. Die vermeintliche Freiheit unserer
Handlungen, ja sogar der Bewegungen unseres Körpers, wäre demnach eine
Illusion.
Das Weltbild, das in Dantes Werk zum Ausdruck kommt, ist ebenso wie das
Newton'sche Weltbild vollständig und kohärent. In der Geschichte der
abendländischen Zivilisation gab es jedoch auch Zeiten, in denen ein
kohärentes und umfassendes Weltbild fehlte - in denen das alte
zusammengebrochen und ein neues noch nicht gefunden war. Dantes Kosmologie
zerfiel um die Mitte des 16. Jahrhunderts mit dem Beginn der
kopernikanischen Revolution. Diese Revolution erschütterte den
abendländischen Geist nicht nur, weil sie Dantes Paradigma zerstörte,
sondern weil sie es versäumte, eine Alternative anzubieten. Kopernikus
entdeckte eine neue astronomische Theorie, aber kein neues und umfassendes
Weltbild. Die Zeitspanne zwischen 1543, der Veröffentlichung von
Kopernikus' Über die Kreisbewegungen der Weltkörper, und 1687, der
Veröffentlichung von Newtons Die mathematischen Prinzipien der Naturlehre,
war ein Zeitalter des Übergangs, ein Zeitalter, in dem die abendländische
Zivilisation über kein kohärentes Gefüge von Anschauungen hinsichtlich des
Wesens der Realität verfügte.
Auch heute befinden wir uns, wie der Theologe Thomas Berry es ausdrückte,
»zwischen verschiedenen Geschichten«. Die Newton'schen Vorstellungen von
Raum und Zeit wurden mit dem Aufkommen der Einstein'schen speziellen und
allgemeinen Relativitätstheorie hinfällig, und Newtons Auffassung von
Materie wurde mit dem Aufkommen der Quantentheorie durch ein radikal neues
Konzept ersetzt. Doch obwohl diese Theorien neue Paradigmen in die Physik
einführten, schufen sie kein umfassendes neues abendländisches Weltbild.
Der menschliche Geist verabscheut die Leere. Wenn ein explizites,
kohärentes Weltbild fehlt, legt er irgendein spekulativ angenommenes
zugrunde. Ein solches Weltbild unterliegt jedoch keiner kritischen
Bewertung und kann leicht Unstimmigkeiten aufweisen. In der Tat besteht
unser spekulativ vorausgesetztes Gefüge von Anschauungen über das Wesen der
Realität aus widersprüchlichen Fragmenten. Das beherrschende Element ist
das Newton'sche »Uhrwerk-Universum«, ein Überbleibsel aus einer anderen
Epoche. An diesem alten, abgenutzten Modell halten wir fest, weil wir nicht
wissen, wodurch wir es ersetzen sollen. Unsere geistige Verfassung kann als
die einer Kultur charakterisiert werden, die mitten in einem schmerzhaften
Paradigmenwandel steckt.
Der Begriff »Paradigmenwandel« ist irreführend. Während ich ihn lese,
entsteht vor meinem geistigen Auge das Bild einer sanften Bewegung. Ich
stelle mir vor, ich treibe träge in einem Segelboot dahin, während der Wind
fast unmerklich von West nach Nordwest dreht. In Wirklichkeit ist ein
Paradigmenwechsel, der das Verständnis der Realität betrifft, ein
welterschütterndes Ereignis. Er geht mit einer tiefen Krise für den
Einzelnen und schwerwiegenden Umwälzungen für die Gesellschaft einher. Viel
steht auf dem Spiel. Im Falle des gegenwärtigen Paradigmenwechsels geht es
um das Schicksal der Erde.
Ein Paradigmenwechsel ist komplex und schwierig, denn ein Paradigma hält
uns gefangen. Ohne dass wir uns dessen bewusst sind, beeinflusst es unsere
Wahrnehmung der Wirklichkeit wie eine gefärbte Brille. Wir glauben jedoch,
die Wirklichkeit so zu sehen, wie sie ist. Aus diesem Grund ruft ein neues
und fremdartiges Paradigma zunächst häufig Unverständnis hervor. Jemand,
der in der Überzeugung aufgewachsen ist, die Erde sei eine Scheibe, würde
die Vermutung einer kugelförmigen Erde als absurd abtun. Denn wenn die Erde
eine Kugel wäre, müssten dann nicht die armen an einem entgegengesetzten
Punkt der Erde lebenden Menschen in den Himmel »herabfallen«?
Dennoch sind wir mit dem Beginn des neuen Jahrtausends gezwungen, uns der
Herausforderung eines neuen Paradigmas zu stellen. Das Schicksal der Erde
steht auf dem Spiel und die prekäre Lage, in der sie sich derzeit befindet,
ist hauptsächlich eine Folge unseres Vertrauens in das Newton'- sche
Paradigma. Das Newton'sche Weltbild muss fallen. Und wenn man genau
hinsieht, lassen sich die wesentlichen Eigenschaften des neu auftauchenden
Paradigmas bereits erkennen. Die Suche nach diesen Eigenschaften ist der
Gegenstand dieses Buches. Wir werden vier verschiedene Wege einschlagen, um
uns ihnen zu nähern.
Der erste Weg der Annäherung beruht auf Hinweisen, die uns die
Quantenmechanik liefert. Obwohl sie kein umfassendes Weltbild darstellt,
ist sie überreich an Andeutungen. Das neu auftauchende Paradigma wird also
die Quantenmechanik notwendigerweise mit einschließen müssen. Die
»seltsamen « Aspekte der Quantentheorie sind ein viel versprechender
Ausgangspunkt, um unsere Suche zu beginnen. Dass sie uns befremdlich
erscheint, deutet nämlich darauf hin, dass sie mit dem herrschenden
Weltbild nicht in Einklang steht. Die Befremdung gegenüber der
Quantentheorie sollte verschwinden, sobald sich das neue Weltbild
durchgesetzt hat. Für jemanden, der glaubt, die Erde sei eine Scheibe, ist
die Geschichte von Magellans Weltumsegelung rätselhaft. Wie ist es möglich,
dass ein Schiff immer nach Westen segelt und ohne die Richtung zu ändern
wieder an seinen Ausgangspunkt zurückkommt? Das Rätsel löst sich
augenblicklich, wenn das Paradigma der flachen Erde durch das Bild von der
kugelförmigen Erde ersetzt wird.
Die Gründerväter der Quantenmechanik waren sich der umwälzenden
Auswirkungen ihrer Entdeckungen wohl bewusst. Als ich anfing, die
philosophischen Aufsätze von Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg
und Erwin Schrödinger zu lesen, war ich beeindruckt von der Tiefe ihrer
Gedanken und überrascht von der Entdeckung, wie oft und wie
leidenschaftlich sie gegensätzliche Auffassungen vertraten. Diese
philosophischen Schriften und die aufschlussreichen Kontroversen zwischen
ihren Verfassern stellen den zweiten Erkundungsweg dar. Heisenberg wird uns
mit einer neuen und revolutionären Auffassung von der Natur der Atome und
der subatomaren Teilchen bekannt machen; mit Schrödinger werden wir das
»Prinzip der Objektivierung« analysieren, eine fundamentale Beschränkung
der Wissenschaft, die man sich gemeinhin nicht eingesteht; und wir werden
uns eingehend mit der berühmten Kontroverse zwischen Einstein und Bohr
beschäftigen. Die Auseinandersetzung zwischen diesen beiden überragenden
Gelehrten trug wesentlich dazu bei, die philosophische Botschaft der
Quantentheorie zu erhellen.
Obwohl mich die Aufsätze der Gründer der Quantenmechanik zutiefst
fesselten, empfand ich sie als unvollständig. Einstein, Bohr, Schrödinger
und Heisenberg waren Physiker, keine Philosophen. Keiner von ihnen
unternahm den Versuch, ein philosophisches System zu errichten. Ich hatte
jedoch den Eindruck, dass die geheimnisvollen Aspekte der Quantentheorie
auch nach einer Revolution der philosophischen Anschauung verlangten. Diese
Lücke wurde geschlosdie geschlossen, als ich auf die Schriften Alfred North
Whiteheads stieß. In den zwanziger Jahren des 20. Jahrhunderts, als die
Quantenmechanik zur Reife gelangte, entwarf Whitehead ein ausgereiftes
philosophisches System, das nicht nur auf einem wissenschaftlichen Ansatz,
sondern auch auf nichtwissenschaftlichen Wissensmodi beruhte. Eine
Untersuchung der Gedanken Whiteheads und ihrer Beziehung zur
Quantenmechanik stellt den dritten Weg der Annäherung dar.
Der Einfluss eines Paradigmas geht über seine expliziten Behauptungen weit
hinaus. Alle Paradigmen schließen versteckte Bereiche stillschweigender
Annahmen ein, deren Einfluss das Paradigma selbst überdauert. So verbannte
zwar Kopernikus die Erde aus dem Mittelpunkt des Universums, aber er
glaubte weiterhin, dass sich die im Kosmos geltenden Naturgesetze von denen
auf der Erde unterschieden. In unserem Fall ist die Überzeugung, nur die
Wissenschaft halte den Schlüssel zu einem Verständnis des Wesens der
Realität bereit, eine solche stillschweigende Annahme. Wie die
Wissenschaftler und Philosophen der Aufklärung gehen wir davon aus, dass
nichtwissenschaftliche Modi der Verarbeitung menschlicher Erfahrung
vernachlässigt werden können, wenn es darum geht, das Universum zu
begreifen. Poesie, Literatur, Kunst und Musik sind wunderbare
Errungenschaften, aber für das Streben nach Erkenntnis des Universums
irrelevant. Es war Alfred North Whitehead, der auf den Trugschluss dieser
Annahme hinwies. In dieser wie in anderer Hinsicht war Whitehead seiner
Zeit um Jahrzehnte voraus. Whitehead zufolge bestehen die Bausteine der
Realität nicht aus materiellen Atomen, sondern aus »Pulsen der Erfahrung «.
Damit vollzieht Whitehead den Wandel von einem mechanistischen zu einem
organischen Paradigma, »einem Universum der Erfahrung«. Obwohl Whitehead
sein System in den späten zwanziger Jahren des 20. Jahrhunderts
formulierte, war es den Begründern der Quantenmechanik meines Wissens nicht
bekannt. Erst 1963 wies der Physiker J. M. Burgers darauf hin, dass
Whiteheads Philosophie die wesentlichen Eigenschaften der Quantenmechanik,
insbesondere ihre »seltsamen« Aspekte, sehr gut zu erklären vermag.
Heisenberg war der Erste, der darauf aufmerksam machte, dass das sich aus
der Quantenmechanik ergebende Konzept von Materie - ein Konzept, das sich
von dem, was man gemeinhin mit dem Begriff »Materie« verbindet, sehr stark
unterscheidet - im Wesentlichen platonisch geprägt ist. Es überrascht
wenig, dass auch Whiteheads philosophisches System von seinem Grundtenor
her platonisch ist. Die letzten drei Kapitel des Buches sind daher dem
vierten und letzten Weg der Annäherung an unser Thema gewidmet. Wir werden
die platonischen Ursprünge der Philosophie Whiteheads erforschen,
insbesondere die Kosmologie Plotins, des großen Neuplatonikers des dritten
nachchristlichen Jahrhunderts. Dieser Ansatz wird es uns ermöglichen,
wesentliche Fragen zu betrachten, die außerhalb des von Whitehead
geschaffenen Systems liegen: Gibt es verschiedene Seinsstufen, das heißt
sind manche Aspekte der Realität »höher« zu bewerten als andere, und wenn
ja, wie ist diese Hierarchie beschaffen? Wo ist unsere Stellung im
Universum? Und schließlich, in welcher Beziehung steht das Streben der
Physik nach einer einheitlichen Theorie, die alle bekannten Fakten zu
erklären vermag, mit den tiefsten Bestrebungen des menschlichen Geistes?
Dantes Vision wies jedem menschlichen Wesen einen Platz von großer
Bedeutung und Würde zu. Die Reise des Dichters und Pilgers endete in der
höchsten Himmelssphäre. Mit Kopernikus begann unser Abstieg. Er mündete in
das gegenwärtige kosmologische Weltbild, wonach wir unbedeutende Bewohner
eines unbedeutenden Staubkörnchens in einem Universum wirbelnder Galaxien
sind. Jeder Versuch, uns in einem solchen Universum eine kosmologische
Bedeutung zu geben, erscheint absurd. Gleichwohl ist dieses Universum nur
ein Paradigma, nicht die Wahrheit. Wenn Sie am Ende dieses Buches angelangt
sind, werden Sie vielleicht geneigt sein, sich meiner Auffassung
anzuschließen, dass nämlich die Würde, die uns Dante verlieh,
überraschenderweise wiederhergestellt werden kann, wenngleich in einem
post-postmodernen Kontext.
Viele Bücher haben in jüngerer Zeit die philosophischen Implikationen der
Quantenmechanik erforscht, wobei meist auf die Beziehung zwischen der
Quantenphysik und fernöstlichen Religionen verwiesen wurde. Ich glaube,
dass die Untersuchung solcher Beziehungen wichtig ist. In dem vorliegenden
Buch geht es jedoch ausschließlich um die abendländische Tradition. Es
sollen die Beziehungen zwischen der Quantenmechanik und der abendländischen
Philosophie, von Platon über Plotin bis zu Whitehead und den
Quantenphysikern, erforscht werden.
Einige Aspekte der hier vorgestellten Interpretation der Quantenmechanik
drücken den Konsens der physikalischen Gemeinschaft aus. Andere Aspekte
werden von manchen Wissenschaftlern vertreten und von anderen (gelegentlich
vehement) abgelehnt. Wiederum andere Aspekte drücken meine eigenen
Auffassungen und Überzeugungen aus. Ich habe mich bemüht, die jeweiligen
Positionen deutlich zu kennzeichnen. Dieses Buch zu schreiben, erwies sich
als schwieriger und zugleich befriedigender, als ich es mir vorgestellt
hatte. Bei dem Versuch, besonders schwierige Ideen zu erklären, entdeckte
ich, dass eine Gesprächsform hilfreich wäre. Aus diesem Grund habe ich die
fiktiven Charaktere Julie und Peter eingeführt. Sie lernten sich während
ihres Psychologiestudiums kennen und wurden später Astronauten. Die
Unterhaltungen, die sie untereinander und mit mir führten, haben mir beim
Schreiben viel Freude gemacht. Ich hoffe, dass sie nicht nur zum
Verständnis beitragen werden, sondern auch unterhaltsam zu lesen sind.