Abstract In hundert Jahren hat sich die Quantenmechanik zu einer äußerst erfolgreichen und vermutlich universell gültigen physikalischen Theorie entwickelt. Verwirklichen sich in ihr unsere „dreams of a final theory”︁, wie Steven Weinberg es formulierte, oder trifft – gerade wegen der vermuteten Universalität – zu, was Kurt Gottfried in die Frage kleidete „Does quantum mechanics carry the seeds of its own destruction?”︁.
Abstract In hundert Jahren hat sich die Quantenmechanik zu einer äußerst erfolgreichen und vermutlich universell gültigen physikalischen Theorie entwickelt. Verwirklichen sich in ihr unsere „dreams of a final theory”︁, wie Steven Weinberg es formulierte, oder trifft – gerade wegen der vermuteten Universalität – zu, was Kurt Gottfried in die Frage kleidete „Does quantum mechanics carry the seeds of its own destruction?”︁.
Abstract Die Quantenphysik hat zu Beginn des letzten Jahrhunderts das auf der klassischen Physik basierende Weltbild grundlegend geändert. Sie widerspricht in vielen Bereichen der Intuition, und deshalb wurde in der Vergangenheit immer wieder ihre Vollständigkeit infrage gestellt und eine Ergänzung gefordert. Dies hat neben der Diskussion der philosophischen Grundsatzfragen auch zu vielen Gedankenexperimenten geführt; ferner wurden Paradoxa aufgezeigt und diskutiert. Wir geben hier einen Überblick über experimentelle Tests der Grundlagen der Quantenphysik. Es zeigt sich, dass die Besonderheiten der Quantenphysik zu interessanten Anwendungen führen.
Abstract Von den Anfängen der Quantenmechanik bis heute gibt es Versuche, sie als statistische Theorie über Ensembles individueller ‚klassischer’︁ Systeme zu interpretieren. Die Bedingungen, unter denen Theorien verborgener Parameter zu deterministischen Beschreibungen dieser individuellen Systeme als ‚klassisch’︁ angesehen werden können, wurden von Einstein, Podolsky und Rosen 1935 formuliert: 1. Physikalische Systeme sind im Prinzip separierbar. 2. Zu jeder physikalischen Größe, deren Wert man ohne Störung des betrachteten Systems mit Sicherheit voraussagen kann, existiert ein ihr entsprechendes Element der physikalischen Realität. Zusammen sind sie, wie Bell 1964 gezeigt hat, prinzipiell unverträglich mit der Quantenmechanik und unhaltbar angesichts neuerer Experimente. Diese erweisen einmal mehr die Quantenmechanik als richtige Theorie. Um ihre Ergebnisse zu verstehen, müssen wir entweder die in der klassischen Physik als selbstverständlich angesehene Annahme der Separierbarkeit physikalischer Systeme aufgeben oder unseren Begriff der physikalischen Realität revidieren. Eine Untersuchung des Begriffs der Separabilität und einige Überlegungen zum Problem der Messung von Observablen zeigen, daß eine Änderung des Begriffs der physikalischen Realität unumgänglich ist. Der revidierte Realitätsbegriff sollte mit klassischer Physik und Quantenmechanik verträglich sein, um ein einheitliches Weltbild zu ermöglichen.
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?
Das erste Viertel des 20. Jahrhunderts sah zwei große wissenschaftliche Revolutionen. Zuerst die Relativitätstheorie, die unsere Sicht von Raum und Zeit stark wandelte, und dann die Quantenmechanik, die unser Denken über Materie und Energie zutiefst veränderte. Die Quantenmechanik führte zu einer grundlegend neuen Denkweise über Materie und sorgte für ein tiefes Verständnis einer großen Anzahl Phänomene, von den fundamentalsten Eigenschaften der Elementarteilchen bis zu diversen Aspekten der Chemie. Die Quantenmechanik öffnete die Tür zum Mikrokosmos und erklärte dabei viele der Eigenschaften äußerst unterschiedlicher Materialtypen wie Isolatoren, Metalle, Halbleiter und Supraleiter. Die moderne Physik ist immer noch verbissen in die weitere Untersuchung der stets überraschenden Welt von Quanten-Festkörpern, -Flüssigkeiten und -Gasen.
ZusammenfassungZweimal in diesem Jahrhundert wurde zu einer kritischen Auseinandersetzung zwischen den exakten Naturwissenschaften, insbesondere der Physik, und der Erkenntnistheorie bzw. Metaphysik angeregt: zunächst bei Gelegenheit der Entstehung der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorien (1905–1917) und dann im Zusammenhang mit der Formulierung der Quanten(wellen)mechanik, deren entscheidende Etappen, wenn man Plancks, Einsteins und de Broglies Theorien einrechnet, in die Jahre 1900, 1905, 1913, 1923, 1924, 1926–27 fallen1. Beide Male war die Auseinandersetzung vorwiegend gelagert um die Probleme des kantischen Apriorismus, wie er die kritische Erkenntnistheorie des transzendentalen Idealismus fundamentierte, wenngleich auch im Zusammenhang mit den Relativitätstheorien vorwiegend die Raum-Zeit-Frage und im Zusammenhang mit der Quantenphysik vorwiegend die Probleme der Materie und Kausalität diskutiert wurden.
ZusammenfassungGegen Ende seines Lebens schrieb Einstein seinem ältesten Freund, daß ihn 50 lange Jahre des ununterbrochenen „bewußten Nachgrübelns“ über die Frage „Was sind Lichtquanten?“ der Antwort um nichts näher gebracht hätten. Wie immer übertrieb Einstein auch in diesem Falle keineswegs: Das Problem, Diskretheit ebenso wie Kontinuität in der natürlichen Welt zu verstehen, beschäftigte ihn während seiner ganzen wissenschaftlichen Laufbahn. Daß Einstein so viel Zeit und Energie darauf verwendete, sich mit der Quantentheorie auseinanderzusetzen, mag viele — sogar viele Physiker — überraschen. Denn sein Entwurf der speziellen und der allgemeinen Relativitätstheorie sowie seine vielen Versuche, eine noch allgemeinere Theorie, nämlich eine einheitliche Feldtheorie, zu schaffen, haben seine anderen Leistungen in den Schatten gestellt. Und doch wird vermutlich jeder, der das Werk Einsteins kennt, den Worten von Max Born, einer der bedeutendsten Persönlichkeiten in der Entwicklungsgeschichte der Quantenmechanik, zustimmen, als er schrieb: „Meiner Meinung nach müßte er selbst dann, wenn er nicht eine einzige Zeile über die Relativität geschrieben hätte, als einer der größten theoretischen Physiker aller Zeiten gelten.“ Diese Meinung gründete sich hauptsächlich auf jene Schriften, in denen Einstein über die erstaunlichen Ergebnisse seines „bewußten Nachgrübelns“ über das Quantenproblem berichtet.