Die Erkenntnisse der Quantenphysik.
Wie unterscheidet sich die Quantenmechanik von der klassischen Physik? Das ist der erste Frage, der nachzugehen ist. Wobei ich hier schon auf eine erste Schwierigkeit stoße, denn die Sprache, also die Begriffe, die ich verwende, sind allesamt Begriffe der klassischen Physik. Wenn hier von Teilchen die Rede ist, sind dies keine Teilchen im üblichen Verständnis, sondern etwas formloses, das wir eben so beschreiben. Die klassische Physik Isaac Newtons hat nun einmal unser Weltbild und damit auch unsere Sprache geprägt.
Ein Problem, mit dem sich auch die Quantenphysiker der ersten Stunde konfrontiert sahen. Sie konnten über Quantenmechanik zwar mathematisch „sprechen“, aber nur schwer in Worten.
Ich glaube, es war Niels Bohr, der meinte, dass man aber auch das lernen könne. Ich hoffe, er behält damit Recht. Denn bisher steckt die Menschheit vielfach noch im alten Denken fest.
Jedenfalls ist das Weltbild der klassischen Physik ein ganz anderes als das der Quantenmechanik. Denn die Quantenmechanik unterscheidet sich von der klassischen Physik auf mehrere Arten:
- Quantenmechanik beschreibt das Verhalten von Teilchen auf subatomarer Ebene, während die klassische Physik sich auf makroskopische Objekte konzentriert.
- In der Quantenmechanik können Teilchen mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen, während in der klassischen Physik ein Teilchen nur einen bestimmten Zustand haben kann.
- Quantenmechanik verwendet Wahrscheinlichkeitsberechnungen, um das Verhalten von Teilchen vorherzusagen, während die klassische Physik deterministisch ist und das Verhalten von Objekten genau vorhersagen kann.
- Quantenmechanik erfordert eine andere mathematische Beschreibung als die klassische Physik, einschließlich der Verwendung von komplexen Zahlen und der Schrödinger-Gleichung.
- Quantenmechanik basiert auch auf Konzepten wie Verschränkung und Unschärferelation, die in der klassischen Physik nicht vorhanden sind.
Das Wissen der Quantenmechanik hat unsere Weltsicht auf verschiedene Weise verändert:
- Die Welt funktioniert auf subatomarer Ebene anders als auf makroskopischer Ebene. Dies hat dazu geführt, dass wir unsere Vorstellung von der Natur der Realität und der Objektivität der Welt in Frage stellen (müssen).
- Auf subatomarer Ebene ist die Welt probabilistisch, was bedeutet, dass wir nicht in der Lage sind, das Verhalten von sogenannten Teilchen mit absoluter Sicherheit vorherzusagen. Dies hat dazu geführt, dass wir unsere Vorstellung von der Vorhersehbarkeit der Welt in Frage stellen (müssen).
- Die Quantenmechanik hat weiter gezeigt, dass Teilchen auf subatomarer Ebene miteinander verschränkt sein können, was bedeutet, dass sie in einer Art und Weise miteinander verbunden sind, die nicht durch klassische physikalische Gesetze erklärt werden kann. Dies hat dazu geführt, dass wir unsere Vorstellung von der Natur der Kausalität in Frage stellen (müssen).
- In der Quantenmechanik ist der Beobachter nicht neutral, sondern beeinflusst das Messergebnis. Wobei es so ist, dass jegliche Interaktion beeinflusst. Auch dies hat dazu geführt, dass wir unsere Vorstellungen von Gestaltung von Realität in Frage stellen (müssen).
- Die allem Sein zu Grunde liegende „Substanz“ ist „Information“. Fundamental sind nicht materielle Einheiten wie etwa Elementarteilchen, sondern das, was unterschieden werden kann. Die Trennung von Wirklichkeit und Information ist nicht haltbar. Was bedeutet, unsere Vorstellung von Materie in Frage zu stellen (müssen).
- Die mit der Quantenmechanik sichtbaren Phänomene lassen sich zwar beschreiben, aber nicht erklären – anders als in der klassischen Physik. Was sie wahrscheinlich erst einmal so schwierig erscheinen lässt. Was sie aber nicht sind, dazu später mehr.
Die Quantenmechanik unterscheidet sich von der klassischen Physik also in mehreren Aspekten:
- Quantenobjekte können sich in mehreren Zuständen gleichzeitig befinden, was als Superposition bezeichnet wird.
- Die Messung eines Quantenobjekts beeinflusst den Zustand des Objekts, was als Kollaps der Wellenfunktion bezeichnet wird.
- Quantenobjekte können miteinander verschränkt sein, was bedeutet, dass ihre Zustände miteinander verbunden sind, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen.
- Die Quantenmechanik verwendet Wahrscheinlichkeitsverteilungen, um Vorhersagen über das Verhalten von Quantenobjekten zu machen, anstatt exakte Vorhersagen wie in der klassischen Physik zu treffen.
- Die Quantenmechanik erfordert einen neuen mathematischen Formalismus, der auf linearen Vektoren und Matrizen basiert, anstatt auf klassischen Gleichungen der Bewegung.