Gedankenwege

Leider ist zu beobachten, dass die modernen wissenschaftlichen Erkenntnisse bisher nur wenig Einzug in die naturphilosophische, geschweige den gesellschaftsphilosophische Betrachtung genommen hat.
Das determiniert, mechanistische Weltbild der klassischen Physik ist, obwohl obsolet, immernoch das wesentliche Konstrukt vieler philosophischer Betrachtungen und Weltbilder.
Auch wenn in unserer alltäglichen Erfahrung der Welt scheinbar so vieles nach diesem Muster abzulaufen scheint und uns unsere technischen Errungenschaften aufgrund dieser Sichtweise überwältigend sind, so ist sie aus grundsätzlicher, physikalischer und philosophischer Sicht nicht haltbar. Dies zu ignorieren ist nicht länger möglich und alles was auf eine rein deterministische Betrachtung der Welt und ihrer Wirkzusammenhänge zurückgeht, kann leider nicht mehr ernst genommen werden. Ich möchte auch an dieser Stelle anmerken, dass die Erkenntnisse der modernen Physik schon sehr weit in die technische Anwendung eingegangen sind, auch wenn dies vielen nicht bewusst ist. Es stehen uns auch noch große revolutionäre Schritte bevor (z.B. Quantencomputer). Trotzdem bleibt die moderne Physik aus philosophischer Sicht weitgehend unverstanden und wird kaum berücksichtigt.

Also öffnen wir uns zunächst, ganz im Sinne eines aufgeklärten Geistes für die neuen Erkenntnisse, die wir aus Beobachtungen der uns umgebenden Welt in Form der modernen Physik gewonnen haben.

Erkenntnisse der Quantenmechanik

Die Ursprünge dieses neuen Denkens gehen nach meiner Kenntnis auf den Physiker Max Planck zurück. Dieser löste zunächst mit einem mathematischen Trick den Widerspruch zwischend den verschiedenen Gleichungen seiner Zeit zur Beschreibung der Strahlung eines schwarzen Strahlers auf. Dieser Trick bestand in der Einführung einer heute nach im benannten Konstante in die Gleichungen, welche in der Folge die Quantelung in die Welt der Physik einführte. Die sich aus dieser Quantelung ergebenden Konsequenzen sind immens und degradieren die klassische Physik zu einem Grenzfall und damit als unzureichend für die Beschreibung der Wirklichkeit im Allgemeinen.

Der Aufbau der quantenmechanischen Theorie durch Schrödinger und Heisenberg führte zu statistischen Betrachtungen und unvorhersehbaren Ereignissen in der Physik, der Zufall hält Einzug in die Physik. Auch der Beobachter bekommt scheinbar eine besondere Rolle, denn er kann durch die Art und Weise, wie er Messungen vornimmt die Systeme beeinflussen. Vielmehr er muss die Systeme beeinflussen und kann nicht mehr neutrale Messungen vornehmen ohne durch die Wechselwirkung, die Systeme zu beeinflussen. Schon die Physiker der Geburtsstunde waren sich uneins darüber, wie die Ergebnisse dieser Betrachtung zu interpretieren und welches Weltverständnis sich daraus ableiten lässt.

Beim genauen Betrachten der Phänomene zeigt sich, dass diese neuen Phänomene und Zusammenhänge nicht darauf zurückzuführen sind, dass man nicht geschickt genug gemessen hat und dass die Messapparatur noch nicht genau genug ist. Vielmehr handelt es sich hier um eine prinzipielle Unmöglichkeit. So ist es nach einer der heisenbergschen Unschärfe Relationen unmöglich Ort und Impuls eines Quantenzustandes gleichzeitig zu messen. Eine genaue Kenntnis des Orts bedingt eine Unkenntnis des Impulses (indirekt der Geschwindigkeit). Es gibt hier noch weitere Größen, die sich genauso Koppeln u.a. die Energie-Zeit-Unschärfe.
Ferner führt diese Betrachtung dazu, dass man wenn man z.B. von Licht spricht weder von einem Teilchen noch von einer Welle sprechen kann. Der Quantenzustand des Lichtes beinhaltet beide Aspekte. Je nachdem wie ich messe, kann ich beeinflussen, ob ich eher den Wellenaspekt oder eher den Teilchenaspekt vermessen möchte. Beides gleichzeitig zu messen ist prinzipiell unmöglich. Genau wie beim Licht, kann man im Weiteren darüberhinaus zeigen, dass dieses Verhalten auch auf jegliche andere Materie zutrifft. Wer sich im Detail damit auseinandersetzen möchte, sollte sich das Doppelspaltexperiment genauer ansehen, ein Experiment, welches genau diesen Effekt aufzeigt. Eine Ortsmessung hinter dem Doppelspalt für dazu, dass sich das Licht eher nach einem Teilchencharakter verhält, wärend ein unbeeinflusstes passieren der Spalte eher zu einer Wellenabbildung führt.

Das kuriose daran ist, dass sich das Ganze durchaus mathematisch und deterministisch mit Hilfe einer Wellengleichung beschreiben lässt (alternativ auch über Matritzen). Diese Welle bleibt uns aber unzugänglich und sie kann als sogenannte Wahrscheinlichkeitswelle interpretiert werden. Diese bekommt erst im Moment der Messung eine Realität. Entscheidend ist nun, dass dadurch der klassische Determinismus verloren geht. Betrachten wir hierfür das Phänomen der Radioaktivität. Es kann nach der Quantenmechanik zwar vorhergesagt werden wieviele Atomkerne pro Zeit, rein statistisch betrachtet, zerfallen werden. Für den einzelnen Atomkern ist die Vorhersage, wann dieser zerfällt aber prinzipiell unmöglich.

Wie kann man nun aber zeigen, das es hier tatsächlich um eine prinzipielle Unmöglichkeit handelt? Einstein hatte große Vorbehalte gegenüber der Quantenmechanik, obwohl er u.a. mit seinen Arbeiten zum photoelektrischen Effekt (für die er den Nobelpreis bekam und nicht wie viele meinen für die spezielle Relativitätstheorie) die Quantenmechanik mit entwickelt hat. Doch sein Auspruch Gott würfelt nicht zeigt, dass er überzeugt war, dass die Quantenmechanik unvollständig ist und dass diese irgendwann von einer vollständigen, deterministischen Theorie abgelöst würde. Er verfasste mit Rosen und Podolski ein Papier in dem er versucht die Unvollständigkeit der Theorie aufzuzeigen. Das Papier zeigt den Weg zu Experimenten, die beweisen könnten, dass die Quantenmechanik unvollständig ist. Später wurden daraus die sogenannten Bellschen Ungleichungen entwickelt. Diese Ungleichungen stellen die quantenmechanische Statistik einer klassisch, deterministischen Statistik gegenüber. Diese Letztere in dem Sinne, dass man sagt, es gebe noch verborgene Parameter, die für uns noch unbekannt sind oder die für uns auch unzugänglich sein könnten. Aber gäbe es diese Parameter, würden sich Quantensysteme statistisch anders verhalten, als dies durch die Quantenmechanik vorhergesagt wird. In den 1980er Jahren war die technische Entwicklung soweit fortgeschritten, dass erstmals Experimente zum Test dieser Ungleichungen durchgeführt werden konnten. Bis heute, haben alle Experimente die Quantenmechanik bestätigt und gezeigt, dass Einstein unrecht hatte. Es ist scheinbar so, dass es den Zufall prinzipieller Art in der Natur gibt.

Viele mögen jetzt denken, Licht, Atome und Quanten, das sind winzige Dinge, dies hat nichts mit unserer menschlichen, makroskopischen Welt zu tun. Ein zum Test der Bellschen Ungleichung häufig verwendetes Phänomen, ist das der quantenmechanischen Verschränkung. Dieser Zustand lässt sich z.B. erzeugen, wenn in einem nichtlinearen Kristall durch Anregung eines Elektrons und dessen Rückkehr in einen energieärmeren Zustand ein verschränkter Zustand des Lichts generiert wird. Man hat es inzwischen geschafft diesen Zustand über mehrere hundert Kilometer auszudehen. Das unglaubliche ist, dass bei einer Messung an diesem Zustand genau die selben Effekte wie am Doppelspalt zu beobachten sind. Messe ich eher den Teilchen oder den Wellenaspekt? Egal wie ich mich entscheide, ich verändere damit instantan (sofort) den verschränkten Zustand, egal wie weit er sich ausdehnen mag. Da das Messereignis selbst aber ebenfalls zeitlich mit dem Zufall gekoppelt ist, bin ich nicht in der Lage hier Informationen instantan zu transportieren. Es ist unbegreiflich, aber die Natur zieht auch in diesem Fall wieder den Kopf aus der Schlinge und die maximale Geschwindigkeit für die Informationsübertragung bleibt die Lichtgeschwindigkeit.

weitere Aspekte moderner Physik

Neben der Quantenmechanik möchte ich noch auf einige Aspekte der modernen Physik eingehen, die aus philosophischer Sicht wichtig sein könnten.
Die allgemeine Relativitätstheorie ist genau wie die Quantenmechanik bis heute von unseren Beobachtungen widerspruchslos bestätigt. Trotzdem steht sie in gewisserweise im Widerspruch zur Quantenmechanik und eine Vereinheitlichung der beiden Theorien steht noch aus. Es ist fast die selbe Situation, wie bei Max Planck und den Gleichungen zur schwarzen Strahlung. Die Quantenmechanik gilt in ihrem Geltungsbereich, die Allgemeine Relativitäts Theorie in ihrem, aber der Übergang von der einen zur anderen Theorie macht Schwierigkeiten und eine Lösung ist noch nicht gefunden. Allerdings ist klar, mit einer Einführung einer neuen Konstanten wird es nicht getan sein. Vielmehr sucht man zur Zeit nach Lösungen durch Einführung weitere Dimensionen neben Raum und Zeit. Ich freue mich schon auf die philosophische Auseinandersetzung mit dieser neuen, einheitlichen Theorie, sollte sie jemals gefunden werden.
Bevor wir uns den Spekulationen zu weiteren Dimensionen hingeben, möchte ich einige wichtige Aspekte der allgemeinen Relativitätstheorie aufzeigen. Zunächt wenden wir uns wieder dem Phänomen Licht zu. Alle Messungen zeigen, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist. Die Konstants dieser Geschwindigkeit ist eine wesentliche Grundlage dieser Theorie. Das Kuriose was sich daraus ergibt, liegt auch nicht in unserem alltäglichen Erfahrungsbereich. Aber würden wir uns mit sehr hohen Geschwindigkeiten (nahe der Lichtgeschwindigkeit) bewegen, würden wir bemerken, das sowohl Raum als auch Zeit nicht absolut sind, sondern eben relativ. Man könnte dann beobachten, dass man je schneller man ist umso langsamer würde die Zeit im Vergleich zu der langsameren Umgebung vergehen, dies nennt man Zeitdilatation. Der Effekt der Zeitdilation lässt sich auch im Schwerefeld beobachten. Ein Körper der einer großen Graviation ausgesetzt ist wird die Zeit als gedehnt empfinden bzw. er wird beobachten, wie die Umgebung ausserhalb des Schwerefeldes schneller altert, denn auch die Schwerkraft verändert Raum und Zeit.
Neben den gravitativen Effekten auf die Raumzeit halte ich, vom philosopischen Standpunkt betrachtet, es auch für sehr interessant sich das Licht nochmal genauer zu betrachten. Wir sehen, dass es sich immer mit konstanter Geschwindigkeit ausbreitet. Andererseits kann man aus der Perspektive des Lichts sagen, es ist ausserhalb von Raum und Zeit. Ein Lichtstrahl, der das Universum durchquert, ist aus Perspektive des Lichts instantan im Universum vorhanden. Raum und Zeit machen aus Sicht des Lichts keinen Sinn.
Auch aus dieser Sichtweise gibt uns das Licht große Rätsel auf und ich glaube das die eigentliche Natur des Lichts auch aus physikalischer Sicht immernoch unverstanden ist.

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