Unschärferelation

Die Quantentheorie und der Kampf um die Seele der Physik

Ein Gastbeitrag von Christian Bührig

Solvay 1927_1 — Teilnehmer der Solvaykonferenz 1927 – Die „Quantenkritiker“: Einstein (1. Reihe, Mitte), Schödinger (3. Reihe, Mitte); die „Quantenfreaks“: Bohr (2. Reihe, ganz rechts), Heisenberg und Pauli (3. Reihe, 3. u. 4. v. rechts)

A. Einleitung von Axel Stöcker

Von allen naturwissenschaftlichen Theorien ist die Quantentheorie jene, die am besten empirisch bestätigt wurde. Und sie ist wohl auch die Theorie, die am meisten technisch angewendet wird. Von der Neonröhre bis zum Computer, von der Quantenkryptographie bis zur Photovoltaik, alles beruht auf Quanten.

Doch so souverän man die Theorie in der Praxis auch beherrscht, so unsicher ist man sich nach wie vor in der Frage, wie ihre theoretischen Grundlagen eigentlich zu interpretieren sind. Zugespitzt formuliert gleicht die Quantentheorie einer großen Black Box, die perfekte Ergebnisse liefert, aber deren Inneres ein großes Rätsel darstellt. Was bedeuten all die Wellenfunktionen, Matrizen und Operatoren eigentlich? Repräsentieren sie physikalische Realitäten, oder sind es lediglich raffinierte mathematische Simulationen?

Hawkings Bluff (1) – Ist die Philosophie tot?

Teil 1: Die Widersprüche in Hawkings Vermächtnis

Stephen Hawking wollte in seinem letzten populärwissenschaftlichen Buch nicht nur wichtige kosmologische, sondern auch große philosophische Fragen beantworten. Hat er erreicht, was Generationen von Wissenschaftlern und Philosophen misslang?

Stephen Hawking ist wieder in den Bestsellerlisten. Das hätte dem weltberühmten, öffentlichkeitsaffinen Kosmologen, der im März dieses Jahres verstarb, sicher gefallen. So ganz glücklich wäre er über das Werk, das ihn – wieder – in den populärwissenschaftlichen Charts vertritt, aber wahrscheinlich nicht. Es handelt sich nämlich um sein Erstlingswerk Eine kurze Geschichte der Zeit, das bereits vor 30 Jahren ganz nach oben stürmte. Das ist der Fluch des frühen Erfolges, wie man ihn auch von Michael Jackson kennt: Der King of Pop litt im Grunde sein ganzes Leben darunter, dass er sein Debutalbum Thriller nicht mehr toppen konnte.

Wie hältst du’s mit der Mathematik?

zitat_heisenberg01 — *Das Zitat im November – Werner Heisenberg (Foto: Screenshot Youtube)*

Werner Heisenberg gilt als einer der bedeutendsten Physiker des 20. Jahrhunderts. War Niels Bohr der Guru der Quantenmechanik, so waren Heisenberg und Wolfgang Pauli die jungen Wilden dieses Fachs. Kühn oder, wie sein Doktorvater Arnold Sommerfeld oft meinte: leichtsinnig setzte sich der Professorensohn über traditionelle Sichtweisen hinweg, wenn es darum ging Erklärungen zu finden. So entwickelte er zum Beispiel eine Formel für die Darstellung von Atomspektren, indem er halbzahlige Werte für die Spinquantenzahl verwendete – eine Annahme, die physikalisch eigentlich gar keinen Sinn ergab.
Als er im Juni 1924 auf Helgoland einen Heuschnupfen auskurierte, erarbeitete er die erste mathematische Formulierung der Quantenmechanik; eine Sternstunde der theoretischen Physik. Wie sich erst danach herausstellte hatte Heisenberg dabei intuitiv die Regeln der Matrizenrechnung verwendet, eines neuen, bis dahin rein theoretischen und kaum beachteten Seitenzweiges der Mathematik. Drei Jahre später entwickelte Heisenberg seine berühmte Unschärferelation, 1932 erhielt er den Nobelpreis für Physik.