Abstract Der folgende Aufsatz ist ein Beitrag zur Interpretation der Quantenmechanik. In ihm wird der Versuch unternommen, einer unter Quantenphysikern weit verbreiteten positivistisch geprägten ‚Beruhigungsphilosophie’︁ (dies ist ein Ausdruck Einsteins), die wissenschaftliche Theorien nur als Instrumente zur Vorhersage von Beobachtbarem ansieht und sich auf diese Weise den Umgang mit der Quantentheorie in gewisser Hinsicht leicht macht, eine ambitioniertere Deutung der Quantentheorie entgegenzusetzen. Nach einer längeren, rein philosophischen Einführung zeigt der Autor, wie einige zentrale quantenmechanische Interpretationsprobleme — vor allem das Problem der Nichtlokalität — im Sinne seines „internen Realismus”︁ behandelt werden können. Die physikalischen Grundlagen dieser Diskussion sind z. B. im Aufsatz „Nonseparability and the Tentative Descriptions of Reality”︁ von B. d'Espagnat, Physics Reports 110, No. 4 (1984) 201–264, ausführlich beschrieben. Ferner sei auf die Beiträge von B. S. De‐Witt „Quantum Mechanics and Reality”︁, Physics today September 1970, S. 30 und April 1971, S. 36 sowie von W. Mücken‐heim „Das EPR‐Paradoxon und die Unbestimmtheit der Realität”︁, Physikalische Blätter Oktober 1983, S. 331 hingewiesen. Hilary Putnam ist einer der renommiertesten und scharfsinnigsten amerikanischen Philosophen der Gegenwart. Er bemüht sich zur Zeit darum, eine umfassende und konsistente Position des philosophischen Realismus zu entwickeln, die er „interner Realismus”︁ nennt.
Abstract Der folgende Aufsatz ist ein Beitrag zur Interpretation der Quantenmechanik. In ihm wird der Versuch unternommen, einer unter Quantenphysikern weit verbreiteten positivistisch geprägten ‚Beruhigungsphilosophie’︁ (dies ist ein Ausdruck Einsteins), die wissenschaftliche Theorien nur als Instrumente zur Vorhersage von Beobachtbarem ansieht und sich auf diese Weise den Umgang mit der Quantentheorie in gewisser Hinsicht leicht macht, eine ambitioniertere Deutung der Quantentheorie entgegenzusetzen. Nach einer längeren, rein philosophischen Einführung zeigt der Autor, wie einige zentrale quantenmechanische Interpretationsprobleme — vor allem das Problem der Nichtlokalität — im Sinne seines „internen Realismus”︁ behandelt werden können. Die physikalischen Grundlagen dieser Diskussion sind z. B. im Aufsatz „Nonseparability and the Tentative Descriptions of Reality”︁ von B. d'Espagnat, Physics Reports 110, No. 4 (1984) 201–264, ausführlich beschrieben. Ferner sei auf die Beiträge von B. S. De‐Witt „Quantum Mechanics and Reality”︁, Physics today September 1970, S. 30 und April 1971, S. 36 sowie von W. Mücken‐heim „Das EPR‐Paradoxon und die Unbestimmtheit der Realität”︁, Physikalische Blätter Oktober 1983, S. 331 hingewiesen. Hilary Putnam ist einer der renommiertesten und scharfsinnigsten amerikanischen Philosophen der Gegenwart. Er bemüht sich zur Zeit darum, eine umfassende und konsistente Position des philosophischen Realismus zu entwickeln, die er „interner Realismus”︁ nennt.
In dieser Arbeit wird ein Klassifikations-Schema prasentiert, anhand dessen die Eigenheiten der verschiedenen Interpretationen der Quantenmechanik bezuglich des Formalismus, der Deutung, der verwendeten Konzepte und der Ontologie verglichen werden konnen. Mithilfe des Schemas wird die Einsteinsche Konzeption von Realitat im Kontext mit dem EPR Paradoxon untersucht. Dabei wird der Begriff der
Vollstandigkeit, der bei dem EPR-Argument von zentraler Bedeutung ist, analysiert und in seiner vielfaltigen Verwendung definiert. Begleitet wird die Darstellung von einem Uberblick zu den Schematas verwandter Konzeptionen zu der Strukturen von wissenschaftlichen Theorien. Diese entwickelten sich mit dem Aufkommen des logischen Empirismus und erfuhren eine wesentliche Entwicklung und Wandlung im Hinblick auf die Realismus-Debatte.
Die Anwendbarkeit von Ockham's razor in den Interpretationen der Quantenmechanik wird anhand einer historischen Analyse der Ursprunge dieser Heuristik untersucht und hinterfragt. Die Anwendung in ontologischen Aussagen und Argumenten von verschiedenen Interpretationen wird einer kritischen Analyse unterzogen.
Die verschiedenen Konzepte von Realitat die in der klassischen Physik, im EPRArgument, den Bell-Ungleichungen, und dem Kochen-Specker-Theorem verwendet werden, werden definiert und gebrauchlichen Realitatskonzepten in der Wissenschaftstheorie gegenubergestellt. Dabei zeigt sich der strukturelle Realismus als vielversprechender Ansatz um die weltanschaulichen Probleme der Quantenmechanik zu bewaltigen, indem auf die primare Rolle von Objekten verzichtet wird.
Anhand des Klassifikationsschemas wird der ontologische Gehalt der verschiedenen Interpretationen untersucht und gegenubergestellt. Dabei wird die jeweilige Konzeption von Realitat prasentiert.
Die Diskussionen zur Interpretation der Quantentheorie leiden gegenwärtig an (1) der zunehmenden Axiomanie in Physik und Philosophie, die Grundprobleme durch Formulierungsprobleme in einem vorgegebenen Kalkül ersetzt, und (2) am (seit 1927) abnehmenden philosophischen Interesse und Feingefühl bei Fachphysikern wie auch Fachphilosophen, das zur Ersetzung differenzierter durch grobe Positionen und dialektischer Argumente durch dogmatische geführt hat. Des näheren bestehen Hindernisse in der Ignoranz der Gegner sowie auch der Verteidiger der Kopenhagener Auffassung bezüglich älterer Argumente für diese. Das Erscheinen von Bunges Quantum Theory and Reality und insbesondere des Popperschen Beitrags dienen als Anlaß zu einer Neuformulierung der Bohrschen Position und der Widerlegung einiger recht beliebter, aber überraschend naiver und kenntnisloser Einwände gegen sie. Bohrs Position unterscheidet sich sowohl von der Heisenbergs als auch von den Vulgärformen, die in die sogenannte „Kopenhagener Deutung“ eingegangen sind, und deren Undifferenziertheit ein Segen für alle jene Kritiker war, die leichte Siege einer vernünftigen Diskussion vorziehen. Einsteins Haupteinwand wird erörtert, und seine Widerlegung von Bohr wird neu formuliert. Auch der philosophische Hintergrund sowie ältere Formen von Bohrs Auffassungen werden dargestellt. als jede vorhandene Alternative; daher muß die Grundlagendiskussion erst einmal auf sie zurückgehen. Es wird aber nicht behauptet, daß sie die einzigen sind. Hier ist der Verfasser immer noch der Ansicht, daß hundert bescheidene Blümchen besser sind als eine einzige noch so prächtige Blüte. Doch hundert bescheidene Blümchen plus eine prächtige Blüte sind noch besser. Diese Auffassungen sind detaillierter und den Tatsachen der Mikrophysik näher als jede vorhandene Alternative; daher muß die Grundlagendiskussion erst einmal auf sie zurückgehen. Es wird aber nicht behauptet, daß sie die einzigen sind. Hier ist der Verfasser immer noch der Ansicht, daß hundert bescheidene Blümchen besser sind als eine einzige noch so prächtige Blüte. Doch hundert bescheidene Blümchen plus eine prächtige Blüte sind noch besser.
Der beispiellose Erfolg der Quantentheorie, die in zahlreichen Experimenten seit Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts bestatigt werden konnte, halt bis heute an. Dabei laufen einige ihrer Grundmerkmale unserer alltaglichen Intuition zuwider. Im Jahr 1935 stellten Einstein, Podolsky und Rosen das beruhmte Paradoxon der “spukhaften Fernwirkung” vor, das die angebliche Unvollstandigkeit der Quantentheorie (und die Notwendigkeit versteckter Parameter) belegen sollte. Klarheit schaffte erst John Bell, indem er 1964 zeigte, dass die Quantentheorie unvereinbar ist mit der Annahme des lokalen Realismus: Keine Theorie, in der sich alle physikalischen Einflusse hochstens mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und in der alle physikalischen Eigenschaften unabhangig von der Messung festgelegt sind, kann die Vorhersagen der Quantenmechanik korrekt wiedergeben. Dies folgt aus der Bellschen Ungleichung, einer oberen Schranke fur statistische Korrelationen zwischen zwei entfernten Messapparaten, die sich ausgehend vom lokalen Realismus herleiten l asst und in der Quantentheorie uberschritten wird.
Obwohl das Bellsche Theorem zunachst keine Aussage uber die Beschaffenheit der naturlichen Welt macht, legt es den Grundstein fur eine Prufung derselben durch Experimente mit verschrankten Teilchenpaaren an entfernten Messstationen. Seit den 70er Jahren ist die Verletzung der Bellschen Ungleichung mehrfach beobachtet worden, doch obwohl der lokale Realismus damit zunehmend als widerlegt gilt, bleiben Restzweifel. Alle bisherigen Experimente beruhten auf Annahmen, die Schlupflocher fur eine lokal realistische Erklarung, wie abwegig sie auch sein mag, offnen. Ein unbestreitbarer Nachweis w are erst durch ein Experiment erbracht, in dem alle Schlupflocher gleichzeitig geschlossen werden.
Man unterscheidet zwischen Schlupflochern in der Annahme der Unabhangigkeit zwischen den Messparteien und in der Auswertung der Messstatistik. Bei Ersteren handelt es sich um mogliche versteckte Beziehungen zwischen Messergebnissen oder -einstellungen, oder um versteckte Variablen, die eine scheinbare Verletzung des lokalen Realismus erklaren konnen. Dagegen lasst sich ein Experiment nur absichern, indem man die Wahl und die Durchfuhrung der Messungen beider Parteien raumzeitlich trennt, was unter anderem die Entwicklung schneller Zufallszahlengeneratoren erfordert.
Schlupflocher in der Auswertung der Messdaten sind kurz gesagt all jene, die durch verfeinerte Analyseverfahren geschlossen werden konnen. Das memory loophole etwa bleibt bestehen, solange man bei der Auswertung annimmt, dass die vielen Einzeldurchlaufe im Experiment unabhangig und gleich verteilt sind (IID: independent and identically distributed). Ein weiteres Schlupfloch besteht in der fair-sampling-Annahme, dass die tatsachlich aufgenommenen Messdaten eine ausgewogene Stichprobe aller im Messzeitraum detektierbaren Resultate darstellen. Bei niedriger Detektionseffizienz, wie sie in Experimenten mit Einzelphotonen typisch ist, kann nicht ausgeschlossen werden, dass eine scheinbare Bell-Verletzung durch eine einseitige Stichprobe vorliegt. Um dieses Schlupfloch zu schliesen, sind hohe Detektionseffizienzen von 2/3 oder mehr erforderlich. Hierzu stelle ich eine experimentelle Arbeit von mir und meiner Gruppe aus dem Jahr 2012 vor. Weiters beschreibe ich eine Analysemethode samt ihrer theoretischen Grundlagen, die wir zur Behebung des Erinnerungsschlupflochs unter Berucksichtigung mangelhafter Zufalligkeit in der Wahl der Messeinstellungen entwickelt haben.
Den Kern meiner Arbeit bildet unser 2015 durchgefuhrtes Experiment, in dem wir alle wichtigen Schlupflocher schliesen und eine starke Verletzung der Bell-Ungleichung beobachten konnten. Die Wahrscheinlichkeit dafur, dass der lokale Realismus weiterhin gilt und unsere Messung lediglich ein statistischer Ausreiser ist, betragt hochstens 3,74 x 10^{-31}. Dies entspricht einer Signifikanz von 11,5 Standardabweichungen bei Annahme unabhangig und gleich verteilter Einzelmessungen. Es wurden zwei Schlupflocher fur versteckte Abhangigkeiten zwischen beiden Messparteien in der Wahl und im Messergebnis geschlossen (locality loophole und freedom-of-choice loophole), sowie drei weitere in der Auswertung (fair-sampling loophole, coincidence-time loophole und memory loophole). Unsere Arbeit ist heute eines der glaubwurdigsten empirischen Zeugnisse gegen den lokalen Realismus.
In die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts fielen nicht nur die Umwälzungen der Physik durch Relativitätstheorie und Quantentheorie. Es war auch eine Zeit, in der die Physiker zu Philosophen wurden - und dies aus Notwendigkeit und mit Konsequenzen, wie dieses Buch zeigt. Zu Unrecht klage man darüber, daß unsere Generation keine Philosophen habe, soll schon Adolf von Harnack gesagt haben: "Die Philosophen sitzen jetzt nur in der anderen Fakultät, sie heißen Planck und Einstein." Einstein hat auch die Begründung dafür vorgezeichnet, warum er und seine Kollegen die Philosophie nicht den Philosophen überlassen konnten. In einer Zeit, in der die Physiker über ein festes, nicht angezweifeltes System verfügten, möge dies wohl in Ordnung gewesen sein, schreibt er, "nicht aber in einer Zeit, in welcher das ganze Fundament der Physik problematisch geworden ist". Nur der Physiker selbst jedoch fühle und wisse am besten, wo ihn der Schuh drückt. In einer aufwendig recherchierten, auf die Originalquellen zurückgreifenden und umfassenden Darstellung analysiert der Naturwissenschaftler und Philosophiehistoriker Erhard Scheibe dieses neue Verhältnis von Physik und Philosophie und den dazugehörigen Typus des philosophierenden Physikers, der die Physik bis heute nachhaltig prägt. Zum Buch In die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts fielen nicht nur die Umwälzungen der Physik durch Relativitätstheorie und Quantentheorie. Es war auch eine Zeit, in der die Physiker zu Philosophen wurden - und dies aus Notwendigkeit und mit Konsequenzen, wie dieses Buch zeigt. Zu Unrecht klage man darüber, daß unsere Generation keine Philosophen habe, soll schon Adolf von Harnack gesagt haben: "Die Philosophen sitzen jetzt nur in der anderen Fakultät, sie heißen Planck und Einstein." Einstein hat auch die Begründung dafür vorgezeichnet, warum er und seine Kollegen die Philosophie nicht den Philosophen überlassen konnten. In einer Zeit, in der die Physiker über ein festes, nicht angezweifeltes System verfügten, möge dies wohl in Ordnung gewesen sein, schreibt er, "nicht aber in einer Zeit, in welcher das ganze Fundament der Physik problematisch geworden ist". Nur der Physiker selbst jedoch fühle und wisse am besten, wo ihn der Schuh drückt. In einer aufwendig recherchierten, auf die Originalquellen zurückgreifenden und umfassenden Darstellung analysiert der Naturwissenschaftler und Philosophiehistoriker Erhard Scheibe dieses neue Verhältnis von Physik und Philosophie und den dazugehörigen Typus des philosophierenden Physikers, der die Physik bis heute nachhaltig prägt.
In die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts fielen nicht nur die Umwälzungen der Physik durch Relativitätstheorie und Quantentheorie. Es war auch eine Zeit, in der die Physiker zu Philosophen wurden - und dies aus Notwendigkeit und mit Konsequenzen, wie dieses Buch zeigt. Zu Unrecht klage man darüber, daß unsere Generation keine Philosophen habe, soll schon Adolf von Harnack gesagt haben: "Die Philosophen sitzen jetzt nur in der anderen Fakultät, sie heißen Planck und Einstein." Einstein hat auch die Begründung dafür vorgezeichnet, warum er und seine Kollegen die Philosophie nicht den Philosophen überlassen konnten. In einer Zeit, in der die Physiker über ein festes, nicht angezweifeltes System verfügten, möge dies wohl in Ordnung gewesen sein, schreibt er, "nicht aber in einer Zeit, in welcher das ganze Fundament der Physik problematisch geworden ist". Nur der Physiker selbst jedoch fühle und wisse am besten, wo ihn der Schuh drückt. In einer aufwendig recherchierten, auf die Originalquellen zurückgreifenden und umfassenden Darstellung analysiert der Naturwissenschaftler und Philosophiehistoriker Erhard Scheibe dieses neue Verhältnis von Physik und Philosophie und den dazugehörigen Typus des philosophierenden Physikers, der die Physik bis heute nachhaltig prägt. Zum Buch In die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts fielen nicht nur die Umwälzungen der Physik durch Relativitätstheorie und Quantentheorie. Es war auch eine Zeit, in der die Physiker zu Philosophen wurden - und dies aus Notwendigkeit und mit Konsequenzen, wie dieses Buch zeigt. Zu Unrecht klage man darüber, daß unsere Generation keine Philosophen habe, soll schon Adolf von Harnack gesagt haben: "Die Philosophen sitzen jetzt nur in der anderen Fakultät, sie heißen Planck und Einstein." Einstein hat auch die Begründung dafür vorgezeichnet, warum er und seine Kollegen die Philosophie nicht den Philosophen überlassen konnten. In einer Zeit, in der die Physiker über ein festes, nicht angezweifeltes System verfügten, möge dies wohl in Ordnung gewesen sein, schreibt er, "nicht aber in einer Zeit, in welcher das ganze Fundament der Physik problematisch geworden ist". Nur der Physiker selbst jedoch fühle und wisse am besten, wo ihn der Schuh drückt. In einer aufwendig recherchierten, auf die Originalquellen zurückgreifenden und umfassenden Darstellung analysiert der Naturwissenschaftler und Philosophiehistoriker Erhard Scheibe dieses neue Verhältnis von Physik und Philosophie und den dazugehörigen Typus des philosophierenden Physikers, der die Physik bis heute nachhaltig prägt.
Die Untersuchung kann im Bereich der Philosophie der Physik angesiedelt werden. Die Philosophie der Physik des 20. Jahrhunderts hat sich vor allem mit logischen und epistemologischen Problemen beschaftigt. Doch diese epistemologische Problematik schoepft die philosophischen Anregungen der Physik nicht aus. Die Physik kann auch Gegenstand ontologischer Untersuchungen werden, wenn man sich mit dem konkreten Inhalt der physikalischen Theorien beschaftigt. Die Arbeit gehoert zu den ontologischen Untersuchungen, die ihre Impulse aus der Quantentheorie erhalten. Dieses Buch zeigt, dass eine Reihe von Quantenentitaten einem auf dem aristotelischen Substanzbegriff basierenden Objektbegriff entsprechen. Dieses Ergebnis bedeutet, dass nicht alles in der Quantenwelt anders ist. So aussergewoehnlich die Quantenobjekte auch sein moegen, sie sind Objekte im gleichen Sinne wie die Objekte der Alltagserfahrung.