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Physik in unserer Zeit

Deterministische Chaos‐Strukturen im Unvorhersagbaren

Christian Toepffer

Published Jan 1, 1991• 1 citation
Publisher

Abstract

Abstract Viele Ergebnisse über Chaos betreffen Gebiete wie Mechanik und Hydrodynamik. Da wir diese heute als klassische Grenzfälle der Quantenmechanik auffassen, stellt sich die Frage nach der Signatur von Chaos auf tiefer liegenden Ebenen.
DOI
10.1002/piuz.19910220510

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Ist die klassische Mechanik tatsächlich deterministisch?

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Die Gesetze der klassischen Mechanik und nach ihrem Vorbild die der ganzen klassischen Physik sind so beschaffen, daß, wenn die Variablen eines abgeschlossenen Systems in einem Anfangszeitpunkt gegeben sind, sie für jede andere Zeit berechnet werden können — wenigstens im Prinzip; denn die mathematische Durchführung übersteigt in den meisten Fällen mensch= liche Kräfte. Dieser deterministische Gedanke hat eine große Anziehungs= kraft auf viele Denker ausgeübt und wurde zu einem wesentlichen Teil der naturwissenschaftlichen Philosophie. Die moderne Physik aber hat den Determinismus mit andern überkommenen Lehren über Raum, Zeit und Materie unter dem Druck neuer empirischer Erkenntnisse aufgeben müssen. Die Quantenmechanik, die an die Stelle der Newtonschen Mechanik getreten ist, erlaubt nur statistische Aussagen über das Verhalten von Masse= teilchen. Die große Mehrzahl der Physiker hat sich mit dieser Sachlage abgefunden; denn sie entspricht genau der empirischen Situation in der Atom= und Kernphysik, wo die Experimente im wesentlichen auf Zählun= gen von Ereignissen beruhen. Unter den Theoretikern aber sind einige, die sich damit nicht zufrieden geben, und zwar sind es gerade einige der großen Männer, denen die Quantentheorie ihre Entstehung und Entwick= lung verdankt. Soviel ich weiß, war Planck selbst immer skeptisch gegen über der statistischen Deutung der Quantenmechanik. Von Einstein gilt das gleiche; er hat bis heute nicht aufgegeben, den Widersinn dieser Deu= tung durch raffinierte Beispiele nachzuweisen (wobei er übrigens noch mehr Anstoß nimmt an der Auflösung des Begriffs der physikalischen Realität, die mit der Aufgabe des Determinismus eng zusammenhängt). Schrödinger geht noch weiter und schlägt vor, den Begriff von Teilchen (Elektronen, Kernen, Atomen etc.) zu opfern und die Physik ganz und gar auf die Vorstellung von Wellen aufzubauen, die dann nach der Wellen= mechanik deterministischen Gesetzen gehorchen. de Broglie (und andere) gehen den umgekehrten Weg; sie verwerfen die Wellen und versuchen eine Umdeutung der Quantenmechanik, bei der im Prinzip alles determiniert ist und nur durch das Vorhandensein verborgener, nicht beobachtbarer Para= meter eine Unbestimmtheit der Vorhersagen entsteht. — Keiner von ihnen leugnet, daß die Quantenmechanik im Bereiche ihrer Zuständigkeit (d. h. abgesehen von der Theorie der Elementarteilchen) im Einklang mit der Er= fahrung ist und allen Anforderungen der Experimentatoren genügt. Die Ablehnung wird in jedem Falle damit begründet, daß die übliche Deutung der Quantenformeln unklar und philosophisch unbefriedigend ist.

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Quantenphysik: Quantenkorrelationen und die Bellschen Ungleichungen: Von der Grundlagenforschung zur technologischen Anwendung

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Abstract Seit der Geburt der modernen Quantenmechanik macht jede Generation von Physikern aufs Neue eine befremdende und faszinierende Erfahrung: Ihre an der klassischen, makroskopischen Erfahrungswelt geschulte Intuition prallt auf erstaunliche Voraussagen quantenphysikalischer Gesetzmäßigkeiten. Im Zentrum dieses Staunens stehen die nichtlokalen Korrelationen quantenmechanischer Teilchen. Keine klassische Theorie scheint in der Lage zu sein, diese Korrelationen korrekt zu modellieren. Woran liegt das und wo stehen wir heute am Ende des Jahrhunderts der Quantenmechanik?

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Quantenmechanik

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Gegen Ende des 19. Jh. machten drei grundlegende Beobachtungen deutlich, daß die klassische Mechanik bei Anwendung auf molekulare oder atomare Phänomene keine korrekten Resultate liefern kann. Diese Experimente beruhten auf Beobachtungen der Atomspektren, der Strahlung des schwarzen Körpers und des lichtelektrischen Effekts. Im folgenden Abschnitt wird jedes dieser Experimente diskutiert und gezeigt, wie die grundlegenden Annahmen der klassischen Mechanik modifiziert werden müssen10). Unter diesem Aspekt wird die Quantenmechanik mit einer Reihe von Postulaten eingeführt. Diese Postulate werden dann auf die Berechnung einiger einfacher Systeme angewandt.

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•Jan 1, 2010•0 citations
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