1.b) Quantenmechanik oder Quantenphysik

Die Wissenschaft, die sich mit der Struktur der Materie und deren Elementarteilchen beschäftigt, heißt Quantenphysik, Teilchenphysik oder Quantenmechanik.

Bevor wir uns die Globale Mechanik ansehen, wäre es zweckmäßig, zu verstehen, was ist die Quantenmechanik, ihre Entwicklung und ihre Grenzen und Schwächen; das alles nicht akademisch gesehen und sowohl an Experten auf diesem Gebiet der Elementarteilchenphysik als auch an die Allgemeinheit gerichtet.

Dass ich keine superspezialisierte Wissenschaftlerin bin, ist vorteilhaft und dass meine Perspektive mit den Fragen, die sich ein durchschnittlicher Leser über den Inhalt und die Bedeutung der Quantenmechanik stellen kann, ziemlich übereinstimmen werden.

Die relevantesten Ideen, wie sich die Quantenphysik entwickelt hat, kann man nach einem ausgiebigen Schmökern bei Wikipedia in folgende Gruppen aufteilen:

  • Geschichtlicher Ursprung.

    Die Quantenmechanik entstand in den 20er Jahren des XX. Jahrhunderts mit den ersten Theorien über die Atom Struktur  und dessen Elementarteilchen ausgerechnet als Folge des von Einstein erklärten Photoeffekt, der einen Fortschritt in der physikalischen Annäherung des Konzepts der Konstante von Planck bedeutet.

  • Anfänglicher wissenschaftlicher Kontext

    Aus wissenschaftlicher Sicht prägen, glaube ich, zwei Grundaspekte die Quantenmechanik. Zum Einen hatte man die Existenz des berühmten Äther von René Descartes als Transportmedium für das Licht völlig verworfen und zum Anderen hat man aufgehört, die Relativitätstheorie von Einstein zu akzeptieren.

    Die Versteifung auf die Nicht-Existenz des Äthers aus der Klassischen Mechanik wird die Teilchenphysik daran hindern, die Kraft der Gravitation logisch zu erklären und wird sie zu einer mathematischen Beweisführung der physikalischen Realität verurteilen.

    Gleichzeitig hängen die beiden Effekte voneinander ab. Die Zustimmung durch die Wissenschaft zum Konzept der Relativität der Zeit verpflichtet, die Philosophie der Wissenschaft zu ändern, die aufhören wird, sich in die Philosophie der Technik und des Nutzens zu verwandeln anstatt in logisch-objektives Wissen.

  • Evolution

    Der große Erfolg der Quantenmechanik bestand darin, dem physikalischen Wissen jener Zeit mit der HeisenbergscheUnschärferelation eine Grenze zu setzen, so dass ab dann mathematisch-logische Strukturen der Realität geschaffen werden konnten.

    Während man die Natur oder Realität beobachtete, wurden Namen bestimmt und Gesetze geschaffen, um ihr Verhalten zu erklären. Daher gibt es zwei Aspekte, die in der Quantenphysik am meisten schockieren, nämlich die Vielzahl an unlogischen Namen im Gegensatz zu den Namen der organischen Chemie und dann noch die zahlreichen Gesetze und Prinzipien mit ihren jeweiligen Namen, die Realität definieren.

    Feynman-Diagramm Quantenzeichnung
    Feynman-Diagramm in Quantenzeichnung

    Das heißt, es geschehen Dinge auf Grund dieser Prinzipien, Prinzipien und Gesetze mit normalerweise beschreibendem Charakter und frei von physikalischer Logik.

    Natürlich werden die Prinzipien und Gesetze bis zu dem Punkt erfüllt, bis man einen Verstoß derselben entdeckt und neue Gesetze und Prinzipien erschafft, um die genannten Verstöße mit neuen Theorien und den entsprechenden Namen für die Verstöße, neuen Prinzipien und erwähnten Theorien einzugrenzen.

  • Quantentechnologische Entwicklung

    Im Gegensatz zu den wenigen praktischen Anwendungen der Relativitätstheorie von Einstein ist dieser Zweig der Wissenschaft für die enorme technologische Entwicklung des XX Jahrhunderts in der Elektronik und in Kommunikationssystemen mit allen Auswirkungen auf die Wissenschaft und die Wirtschaft im Allgemeinen verantwortlich.

  • Aktueller wissenschaftlicher Kontext

    Die mathematische Erklärung der Realität, die elementarste Logik missachtet, hört auf, die Rechnung auszustellen und der Entwicklung der Wissenschaft künstliche Grenzen zu setzen. Was schlimmer ist, man gewöhnt sich daran, etwas Nichtssagendes als Wissenschaft anzunehmen, etwas, was nach Zauberei klingt und mich an die alten Zauberer erinnert.

    Die Quantenmechanik enthält ziemlich „wissenschaftliche“ Theorien. Seit ihren Anfängen mit der derzeit genannten Kopenhagener Deutung wurden zahlreiche Theorien in dem Maße hinzugefügt, dass neue Charakteristiken der Struktur der Materie und neue Möglichkeiten, die sich eröffneten, entdeckt wurden.

    Unter den erwähnten Theorien kann man die Quantenfeldtheorie (QFT gleich Quantum Field Theory) zitieren und davon die Quantenelektrodynamik (QED das Akronym von Quantum Electrodynamics) und die Quantenchromodynamik (QCD für Quantum Chromodynamics).

    Um die Richtigkeit des Standardmodells zu begründen, sagt man bei Wikipedia, dass man bis heute die Existenz aller Teilchen desselben bewiesen hat bis auf die des Higgs-Boson. Es ist noch nicht so klar, dass das Standardmodell entwickelt wurde, um die durchgeführten Beobachtungen mit knappem Vorsprung des Modells vor ihnen zu erklären wie beim Higgs-Boson.

    Aufgrund der Diskrepanz zwischen der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie von Einstein sind verschiedene Theorien der Vereinheitlichung entstanden.

    Die bekannteste ist die Stringtheorie mit ihren noch bekannteren 10 zusätzlichen Dimensionen. Das sind mehr oder weniger dieselben Dimensionen wie bei der Superstringtheorie als konkrete Variante oder die, die alle zu vereinen versucht, die M-Theorie.

    Die Quantengravitation und die Schleifenquantengravitation (LQC Loop Quantum Gravity) tragen mit der vorherigen Stringtheorie einen Wettstreit aus, aber sie haben weniger Anhänger.

    Weniger bekannt, aber sympathischer sind die geläufigen der transactional interpretation und der Viele-Welten-Interpretation.

    Die Transactional interpretation argumentiert, dass es in einem Photon eine Welle gibt, die zeitlich voraus und eine weitere, die in der Zeit rückwärts geht. Folglich oder tatsächlich löst sich die Logik von Aktion-Reaktion auf und es taucht etwas Neues auf, das man Quantenlogik nennt, das ich aber anders nennen würde…

    In der Viele-Welten-Interpretation glaubt man hinsichtlich des Kollapses der probabilistischen Wellenfunktion, dass, wenn sich eine konkrete Realität manifestiert, das Objekt der nicht wirklich realisierten Wahrscheinlichkeiten in anderen Welten oder parallelen Universen konkrete Realität sein wird.

    Ich habe den leichten Verdacht, dass es dauern wird, irgendeine der oben genannten Theorien tatsächlich nachzuweisen, obwohl aus der Sicht der anderen, von denen man glaubt, dass sie bewiesen wurden, alles Mögliche geschehen kann.

    Wie man bemerken kann, dauert es nicht lange die geschichtliche Entwicklung der Quantenmechanik noch einmal durchzugehen und man hat sich dabei nach dem Zweck dieses Buches gerichtet. Einerseits erklärt und anerkennt man sowohl die erreichten Erfolge und ihre beeindruckende mathematische Komplexität, als auch ihre riesigen Lücken oder Schwächen. Andererseits werden logische Lösungen für die physikalische Interpretation der Realität vorgeschlagen, so dass die angewandte Mathematik die Kohärenz erfährt, die sie verdient.

    Die Teilchenphysik ist ein noch ziemlich junger Bereich der Wissenschaft und noch am Aufbau. Daher fehlt ihr sicher eine solide und strukturierte Basis für ihre Beiträge zum wissenschaftlichen Kenntnisstand.

    Der Quantenlogik des Seins oder Nicht-Seins folgend, hoffe ich, dass es jetzt wahrscheinlicher geworden ist, die positive Absicht hinter der Darstellung der folgenden negativen Charakteristiken der Quantenmechanik zu verstehen:

  • Die diskrete Natur der Realität

    Diese Eigenschaft der Dinge stimmt mit dem griechischen Konzept des Atoms überein. Es ist ein anderes Thema, dass man dieselbe diskrete Natur abstrakten Konzepten wie dem Raum, der Zeit, der Kraft oder der Geschwindigkeit zuteilt.

  • Akzeptanz der Magie

    Man beruft sich auf virtuelle Feldkräfte mit punktuellen Eigenschaften ohne materiellen oder fassbaren Ursprung, so klein sie auch sein mögen. Das heißt, dass die Kräfte zwischen zwei Körpern, die sich nicht berühren und die Newton nicht mochte, unter anderem erhalten bleiben.

  • Einfluss der Mathematik

    Die Quantenphysik ist tatsächlich mehr als nur eine physikalische Theorie. Sie ist eine mathematische Theorie, die versucht, die Realität zu beschreiben und dabei davon absieht, sie zu verstehen.

    Wenn in das mathematische Modell der Elementarteilchen keine notwendigen Eigenschaften eines Objekts mit Masse passen, dann sagt man, dass das Teilchen keine Masse hat. Das Komischste dabei ist, dass auch nichts darüber ausgesagt wird, dass es aus einem anderen Stoff dieser Welt besteht und dass es immer noch Teilchen heißt!

    Entsteht etwas aus dem Nichts, nennen sie es virtuelle Teilchen und geben sich damit zufrieden wie mit dem W und Z-Boson, dessen Existenz 1983 im CERN Teilchenbeschleuniger in Genf nachgewiesen worden war; nachdem es durch das Standardmodell als Mittlerboson vorausgesagt worden war, um damit andere Teilchen zu erklären.

  • Quantenlogik

    Da die Logik mit Abwesenheit glänzt, wurde dieser neue Begriff in zahlreichen Gelegenheiten durch die entsprechende wissenschaftliche Gemeinschaft geprägt.

    Als Beispiel für diese neue Quantenlogik kann man das nehmen, was man bei Wikipedia findet, wenn es um das virtuelle Z-Boson geht, „dass es darunter eine Asymmetrie zwischen Masse und Energie gibt, die so wenig ist, dass es der Realität fast gar nicht auffällt.“

    Ein weiteres Beispiel ist die Entstehung von Theorien mit vielen Dimensionen, Welten und Zeitreisen.
    Man geht so weit zu sagen, dass sich das menschliche Gehirn nicht dazu entwickelt hat, die Realität zu verstehen. Ich glaube, dass das letztendlich an der Quantenlogik liegt oder um speziellere Gehirnarten zu beschreiben. Wie diejenigen, die nur 1 % ihrer Kapazität nutzen!

  • Die weder erprobte noch bewiesene Theorie

    Einmal abgesehen von den technologischen Errungenschaften ist die Quantenmechanik außerhalb ihres die beobachtete Realität beschreibenden Charakters eine weder erprobte noch bewiesene Theorie. Sie ist in Wirklichkeit nicht einmal eine physikalische Theorie, sondern ein Bereich der Physik, der die Struktur der Materie aus einer besonderen Perspektive untersucht, in der es verschiedene Alternativtheorien gibt.

    Was noch hinzukommt, dass sie alle, obwohl es kürzlich auf philosophischere als auf wissenschaftliche Weise versucht wurde, nicht mit der Relativitätstheorie von Einstein zusammenpassen.

    Letzten Endes ist die Quantenmechanik an sich sehr widersprüchlich und scheint durch die neuen Ideen damit überein zu stimmen, dass sie sich in einer Phase befindet, in der kurzfristig viele Veränderungen oder wichtige Neustrukturierungen geschehen.

    Nichtsdestotrotz glaube ich, dass das Quantenphänomen in Mode ist und sich in die Philosophie der Lebewesen und der Zeit ausbreitet und dabei gelegentlich das Konzept des Quantengottes streift.

    Manchmal lassen sich die Dinge nur schwer verstehen, manche schwer erklären. Vielleicht ist diese Halbwahrheit der kleinen Molwick in einem Kurs über Quantenlogik für besondere Kinder anschaulich:

 

 

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Der Kursleiter erklärt ein Quantenbeispiel:

„Wenn man einen Knopf drückt,
erscheint ein Bild auf dem Bildschirm,
ausführliche Messungen geben an,
dass das Bild auf dem Bildschirm auftaucht,
bevor man den Knopf drückt.“

Alle Kinder denken nach und sind sehr beeindruckt.
Da fragt die kleine Molwick:

„Was passiert, wenn das Bild erscheint,
und man entscheidet sich,
den Knopf nicht zu drücken?“

Die Kinder und der Lehrer denken wieder nach.