***** ACHTUNG AUSFÜHRLICHE ANTWORT *****
Sorry erstmal für die gleich folgende Länge der Antwort, aber das Thema liegt mir am Herzen. Hier tauchen immer wieder Threads zur Quantenphysik auf, die meistens leider das Problem haben, dass die Inhalte der Quantenphysik nur als "Aufhänger" benutzt werden, um eine Idee dieman hatte mal auf die Probe zu stellen. Frei nach dem Motto: Wenn mir die Argumente ausgehen, dann komm ich mit Quantenphysik, da kann dann eh keiner mitreden.
Da es ein schwieriges Thema ist, dass sehr schwer zu erklären ist, kann man auch nicht immer wirklich ernsthaft antworten. Ich gehe ja auch nicht in ein Atomkraftwerk und sage: "So Jungs, wie funzt dat Dingen? Ihr habt drei Minuten Zeit!" Deswegen habe ich hier mal stellvertretend für alle anderen Threads in denen ich die Klappe gehalten habe gepostet.
...and heeeeere we goooooooo!
Normalerweise spricht man im Alltag von Zufall, wenn man den Grund für etwas nicht genau kennt. Wenn wir beide uns eines Tages zufällig in Berlin begegnen (und erkennen
)würden, dann würden wir - wenn wir dies vorher nicht verabredet haben - sagen, dass wir uns zufällig oder aus Zufall getroffen haben.
Hiermit sagen wir aber eben nur, dass wir keinen einzigen ganz genauen Grund angeben können, weshalb wir uns getroffen haben. Allerdings gibt es natürlich Gründe. Ich bin in Berlin, weil ich hier wohne, du vielleicht, weil du hier etwas zu erledigen hast oder ähnliches. Im Grunde lassen sich beliebig viele Gründe finden, je nachdem, wie weit man zurückgeht und wieviele Abzweigungen von dem Weg, den man in seiner Entwicklung als Mensch gegangen ist um genau an diesem Tag mich in Berlin zu treffen, als andere Möglichkeiten durchspielt.
In der Quantenphysik sieht das ganze aber etwas anders aus. Du musst dir Quanten als wirklich verdammt klein vorstellen. So klein, dass sogar das Licht, was so ein Quant beleuchten will, das Quant quer durch die Gegend schießt, wenn es sich ihm auch nur nähert. Dies kennt man, wenn man zum Beispiel versucht Dreck aus einem Weinglas mit dem Finger rauszuholen. Man kommt mit dem dicken Patschefinger an und der Dreck wird von den Frontwellen immer weggeschwemmt, bevor man richtig dran kommt. Dann braucht man ein paar Versuche, und dann war man schnell genug, die Wellen waren zu langsam und der Dreck ist aus dem Glas raus.
Jetzt sind Quanten aber (im übertzragenen Sinne) kleine Dreckstücke, die sich auch durch eines auszeichnen: Sie sind so winzig, dass man sie nicht mehr teilen kann. Das muss man erstmal verstehen, bevor man zu Zufall usw. kommen kann. Quanten haben keine eindeutige Form, weil sie streng genommen gar nicht mehr zur Raumzeit dazugehören. Sie sind fast schon transzendental. Quanten sind die kleinsten Teilchen.
Nehmen wir Licht. Licht kommt in einer uns bekannten sehr hohen Geschwindigkeit an. Jetzt fragen wir uns: wie kommt es an? Als Welle, so wie Wasser am Strand, oder als Teilchen, wie der Sand den man durch seine Hände rieseln lassen kann? Also machten die Physiker viele Experimente, und da sie es ganz genau nehmen wollten, versuchten sie erst einmal, "ein so'n Licht-Ding" zu isolieren.
Also schnell tolle Versuche gebaut und Modelle ausgearbeitet. Eines, das sehr gut funktioniert hat, war das Modell, Licht als Welle zu beschreiben. Man kann eine Wellenlänge angeben, die Frequenzen ermitteln, alles wunderbar. Top Modell - klappt! Licht bewegt sich in Wellen! Und dann kommt Max Planck. Der hat sich mit etwas herumgeschlagen, was ihm keine Ruhe gelassen hat und was die Physiker den "photoelektrischen Effekt" nennen.
Was wohl jeder kennt, ist, dass wenn man Licht auf Metallplatten draufscheinen lässt, die Dinger warm werden. Das bedeutet: Es wirkt Licht auf sie ein, sie heizen sich auf und schlußendlich schicken sie Energie in Form von Wärme zurück. Das können wir dann spüren, wenn wir eine Metallscheibe aus dem Schatten in die Sonne legen und dann nach einer halben Stunde die Temeperatur mit der vorher vergleichen.
Jetzt wollen wir aber nicht wissen, was mit der Scheibe insgesamt passiert, sondern wie das im Einzelnen bei einer Lichtwelle und einer kleinen Metallscheibe abläuft. Und jetzt sagen die Gesetze der Physik, dass wenn Licht tatsächlich eine Welle ist, sich das Metall erstmal von der Welle "aufschaukeln lassen" muss, bevor es Wärme in Form von Elektronen abgeben kann. Und genau das macht das Metall nicht. Es wartet nicht, dass überhaupt eine Lichtwelle ganz da ist, sondern schleudert gleich ein Elektron als Empfangsbestätigung raus.
Der bereits erwähnte photoelektrische Effeklt besteht genau darin und Max Planck hat es tierisch aufgeregt, dass sich das irgendwie alles nicht mit der Wellentheorie des Lichts und den anderen schönen Versuchen deckt. Also hat er - "in einer Stunde der Verzweiflung" - angenommen, dass sich das Licht nicht als Welle sondern als Teilchen bewegt. Erstmal nur so, um zu testen inwieweit das physikalisch denkbar ist. Und er stellte fest, dass es nicht nur denkbar war, sondern genau so gut zu beweisen, wie dass sich Licht als Welle bewegt.
Licht besteht also auch aus Quanten.
Anschließend wurden viele Versuche gemacht, die zeigen, dass wir Licht sowohl als Welle, als auch als aus Teilchen bestehend beschreiben können- beides ist gleich richtig oder falsch.
Für die Erklärung des photoelektrischen Effekts hat dann - auf Plancks Forschung aufbauend - ironischerweise ein späterer Gegner der Quantentheorie, nämlich Albert Einstein gesorgt und dafür den Physik-Nobelpreis erhalten. Ich wiederhole: Albert Einstein hat den Nobelpreis nicht für die Realitivitätstheorie bekommen, sondern für eine auf der Quantenhypothese aufbauende Erklärungdes photoelektrischen Effekts.
Aber weiter im Text und zurück zu Licht und seiner Doppeleigenschaft als Welle und Teilchen:
Es gibt einen in der Physik sehr bekannten Versuch, das sogenannte Doppelspalt-Experiment. Hierbei schickt man winzige Mengen Licht zu einer Wand in der zwei offene Schlitze sind. Das Licht geht durch diese beiden Schlitze hindurch und macht auf der Wand dahinter ein bestimmtes Wellenmuster (genannt: Interferenzmuster). Dieses Wellenmuster entsteht dadurch, dass sich die Welle bei den Schlitzen teilt und danach wieder zusammenkommt, wodurch sie leicht verschoben wird und sich Wellentäler und Wellenberge an manchen Stellen gegenseitig auslöschen. Deswegen trifft an manchen Stellen kein Licht auf die Wand, an anderen dafür umso mehr und es entsteht ein für Wellen typisches Muster.
Die nächste Frage ist: Was passiert, wenn man einen Schlitz dicht macht? Das Muster verschwindet, weil sich Wellenberge- und Täler nicht mehr gegenseitig auslöschen und man findet überall gleich verteilt kleine Einschläge auf dem Schirm, so als ob sich das Licht nicht als Welle, sondern genau wie Sandkörner durch eine Sanduhr bewegen würde.
Der Grund hierfür ist ziemlich überraschend! Der deutsche Physiker Werner Heisenberg hat mit seiner Unschärferelation mathematisch die Unumgänglichkeit der Komplementarität bewiesen. Auf Grund von Quanteneffekten - also Sachen die passieren, wenn man es mit verdammt kleinen Dingern zu tun hat - ist es nicht möglich den Ort und den Impuls/die Geschwindigkeit eines Teilchens zu kennen. Der oben bereits erwähnte Dreck im Weinglas ist im Grunde wieder ähnlich.
Was aber heisst das, dass wir den Ort und die Geschwindigkeit eines Elektrons auch im Prinzip nicht gleichzeitig kennen können?
Die Antwort hängt mit einem Begriff zusammen, der die Quantenphysik auf den Punkt bringt und vom schwedischen Nobelpreisträger Niels Bohr stammt, nämlich
Komplementarität. Der Fremdwörter-Duden definiert Komplementarität als:
"Beziehung von Messgrößen im Bereich der Qunatenmechanik, die besagt, dass man die betreffenden Messgrößen nicht gleichzeitg (simultan) messen kann"
Wenn wir ein Elektron messen wollen, dann können wir uns aussuchen, ob wir entweder eine verschwommene Aufnahme machen, damit wir wissen, wo es sich in etwa befindet und noch eine leichte Ahnung kriegen, wie schnell es wohl so in etwa sein mag, oder ob wir eine ganz genaue Aufnahme des Elektrons machen, so dass wir genau wissen, dass es an diesem Ort war, dann aber so gut wie gar nichts über die Geschwindigkeit mit der es sich bewegt in Erfahrung bringen können.
Im Zusammenhang mit anderen quantenphysikalischen Phänomenen, die noch schwieriger zu erklären sind, wie zum Beispiel dem Einstein-Rosen-Podolsky-Experiment oder dem Bellschen Theorem, lässt sich die Frage stellen, als was sich diese Quanten überhaupt darstellen lassen. Es sind ja keine richtigen "Dinger", wir wissen nichtmal, wie sie "wirklich" aussehen. Wir wissen nur, dass wir sie auf verschiedene Arten beschreiben können und dass diese Beschreibungsversuche allesamt in Bezug auf die Begriffe Raum und Zeitproblematisch sind.
Deswegen hat man in letzter Zeit bei Quantenphysikern immer häufiger den Ansatz lesen können, dass Quanten nicht als rein materielle Teilchen oder Wellen zu denken sind, sondern als kleinste Informationseinheiten, also Bits. Die Begründung ist recht anschaulich. Wir können auf Grund von Heisenbergscher Unschärferelation, Planckschem Wirkungsquantum und der Bestätigung durch eine Unzahl von Versuchen davon ausgehen, dass es sich tatsächlich so verhält, dass wir bei einem Quant - also den kleinsten Einheiten aus denen die Welt besteht - nie möglich ist, simultan
sowohl eine
genaue Angabe des Ortes
als auch eine
genaue Angabe der Geschwindigkeit, mit der es sich bewegt, zu machen.
Dies kann man illustrieren, indem man sich das Quant als einen endbreiten, völlig desorientierten LSD-Hippie vorstellt,der gar nichts mehr peilt. Dieser Hippie-Quant hat eine Zettel und dieser Zettel ist alles, was der Hippe-Quant weiß. Um überhaupt
irgendwas zu wissen, ist er viel zu stoned, der weiß nichtmal wie er heisst oder dass das große gelbe Ding was den Augen aua macht Soinne heisst - außer es steht auf seinem Zettel.
Und dieser Zettel ist auch nicht einfach irgendein Zetteln, er hat Platz für eine Angabe. Hier kann der Hippe-Quant jetzt entwqeder drauf stehen haben, wo er sich befindet, oder wie schnell er gerade durch die Gegend torkelt. Natürlich kann der Hippie-Quant auch versuchen zu tricksen, und so'n bisschen was zum Ort und so'n bisschen was zur Geschwindigkeit aufschreiben - dann kriegt er aber keine genauen Angaben hin.
Wenn unsere Quanten aus der Physik sich jetzt aber tatsächlich so verhalten wie der Hippie mit dem Zettel auf den nur ein Wort passt, und wir sonst keine passende Beschreibung für sie haben, weil sie keine bestimmte Form haben, dann bleiben diese Quants einfach nur Zettel, auf denen ein Wort steht. Oder eben ein anderes. Aber zwei Worte gehören immer zu einem komplementären Paar, dass durch ein striktes Entweder-Oder (eine ausschließende Disjunktion) geregelt wird.
Und hier kommt der Zufall ins Spiel: Nehmen wir an, der Hippie-Quant guckt auf seinen Zettel und liest: "Home" dann weiß er, dass er zu Hause ist. Gleichzeitig weiß er aber sonst gar nix. Er weiß nicht ob er steht, sitzt, rennt, irgendwas - alles futsch!
Bei einem Quant heisst das: Ich messe, erhalte das Ergebnis: Das Quant ist genau hier! Dann weiß ich jetzt, dass nicht einmal das Quant selber in demMoment der Messung gewusst haben kann, wie schnell es sich bewegt hat. Wenn ich umgekehrt die Geschwindigkeit des Quants ganz genau messe, dann ist es nicht deshalb Zufall, wo das Quant am Ende auf die Wand trifft, sondern deshalb, weil sich das Quant nur eines merken kann - wie schnell es ist oder wo es hin will. Wenn ich es jetzt frage: "Wie schnell bist du?" dann gibt es mir eine Antwort und wird dadurch so verwirrt, dass es keine Ahnung hat, wo es hinfliegt. Wo es landet ist also nicht deshalb zufällig, weil wir zu wenig über das Quant wissen, sondern weil das Quant - die Natur - in diesem Punkt nicht festgelegt ist, ja gar nicht festgelegt sein kann!
Diese Zettel-Quanten, die nur eine Information übermitteln können, sind nichts weiter als die Informationen, die sie tragen. Sie können nur eine Information tragen, aber es stehen immer zwei zur Auswahl. Wie die 1 und die 0 im Binärcode. Oder wie bei Laotse "Yin und Yang". Der Binärcode, mit dem unsere Computer laufen, wurde übrigens von Leibniz entwickelt,um das I Ging nachzustellen. Die Verbindung von Laotse und moderner Physik ist also weder New Age noch besonders ungewöhnlich. Die Quantenphysik beschäftigt sich mit Fragen, die die Menscheit im Grunde schon seid tausenden von Jahren beschäftigen. Ich habe gerade eine Hausarbeit zu den Parallelen zwischen der Philosophie des Zenon von Elea (ca.500 v. Chr.) und den Erkenntnissen der modernen Quantenphysik geschrieben, deswegen bin ich drin im Thema. Hoffe, dass konnte ein bisschen weiterhelfen.
Thx for listening und sorry für die vielen Fehler!
