Aus der Quantentheorie folgt ein neues Verständnis von Materie. Die Protyposis, eine kosmologisch begründete, abstrakte und somit bedeutungsfreie Quanteninformation, deren Qubits zugleich die einfachsten aller denkbaren Quantenstrukturen darstellen, kann als materielle Teilchen und als Energie erscheinen. Nach vielen evolutionären Schritten und nach einer individuellen Entwicklung wird sie auch zu bedeutungsvollen Inhalten einer Psyche. Mit der Protyposis lassen sich mit wenigen und physikalisch plausiblen Annahmen die grundlegenden physikalischen Strukturen herleiten. Dazu gehören ein dreidimensionaler expandierender kosmischer Raum, die quantischen Teilchen und Felder sowie die Gesetze von deren Wechselwirkungen. Als naturwissenschaftliche Grundstruktur löst sie das überholte „Baustein-Bild“ des 19. Jahrhunderts ab und begründet die quantenphysikalischen Äquivalenzen.
Aus der Quantentheorie folgt ein neues Verständnis von Materie. Die Protyposis, eine kosmologisch begründete, abstrakte und somit bedeutungsfreie Quanteninformation, deren Qubits zugleich die einfachsten aller denkbaren Quantenstrukturen darstellen, kann als materielle Teilchen und als Energie erscheinen. Nach vielen evolutionären Schritten und nach einer individuellen Entwicklung wird sie auch zu bedeutungsvollen Inhalten einer Psyche. Mit der Protyposis lassen sich mit wenigen und physikalisch plausiblen Annahmen die grundlegenden physikalischen Strukturen herleiten. Dazu gehören ein dreidimensionaler expandierender kosmischer Raum, die quantischen Teilchen und Felder sowie die Gesetze von deren Wechselwirkungen. Als naturwissenschaftliche Grundstruktur löst sie das überholte „Baustein-Bild“ des 19. Jahrhunderts ab und begründet die quantenphysikalischen Äquivalenzen.
Die Quantentheorie erweist sich als die Physik der Beziehungen und der Möglichkeiten. Sie liefert die genauste Beschreibung der Natur. Während die Physik lange Zeit lediglich als die Wissenschaft der unbelebten Natur charakterisiert wurde, kann sie nun auch einen Zugang zum Lebendigen finden und muss den Beobachter nicht mehr aus den Strukturen ausschließen, die sie beschreibt. Die Quantentheorie fordert unser Denken auf neue Weise heraus, da sie Unterscheidungen, die im Alltag wie unüberbrückbar erscheinen, als äquivalent aufzeigt. Dabei bedeutet Äquivalenz nicht Gleichheit, sondern die Möglichkeit gegenseitiger Umwandlung. Lokalisiertheit und Ausgedehntheit, Fülle und Leere, Kraft und Stoff, Objekt und Eigenschaft, sowie Materie, Bewegung und eine abstrakte Quanteninformation erweisen sich letztlich in der Tiefe nicht als wirklich verschieden. Als weitere Konsequenz können wir die Vorstellung hinter uns lassen, im Inneren der Atome die Realität noch weiter auf „winzigste und vor allem elementare und fundamentale Bausteine“ reduzieren zu wollen. Die Reduktion auf die tatsächlich einfachsten und fundamentalen Strukturen, die Protyposis, wird im nächsten Kapitel dargelegt.
Die moderne Technik, die wir im Alltag so umfangreich vom Handy über die Computer und vieles andere nutzen, beruht wesentlich auf Ergebnissen der Quantentheorie. Sollten uns diese Erfolge nicht nötigen, sowohl über die Grundstrukturen der Welt als auch des Menschen und die sich ergebenden naturwissenschaftlichen und philosophischen Konsequenzen in entscheidend neuer Weise nachzudenken? Eine bedeutungsfreie abstrakte Quanteninformation liefert die Grundlage für diese neue Sicht. Das evolutionäre Geschehen mit seinen physikalischen, chemischen und biologischen Zusammenhängen wird durch die dynamische Schichtenstruktur begreifbar, welche sowohl die Fakten als auch die quantischen Möglichkeiten in ihrem Wechsel als wirkende Aspekte der physikalischen Weltbeschreibung berücksichtigt. Das Einbeziehen der Quantentheorie hat ein naturwissenschaftliches Verstehen der Einheit von Leib und Seele ermöglicht – der Einheit, als die sich der Mensch in seinen sozialen Bezügen formt. Der einführende Überblick soll den Einstieg ins Buch erleichtern.
Die Quantenmechanik ist eine der wichtigsten Theorien der modernen Physik.Mit ihr lassen sich nicht nur grundlegende Phänomene wie z.B. das Emissionsspektrum von Atomen oder die Stabilität von Materie erklären, sondern sie steckt auch in vielen technischen Anwendungen vom MP3-Player bis zum Tunnelmikroskop, und in Zukunft werden wir vermutlich Technologien wie Quantenkryptographie oder Quantencomputer mit großer Selbstverständlichkeit einsetzen.Die Kenntnis der Quantenmechanik ist daher nicht nur ein Schlüssel für das Verständnis unserer Welt, sondern unabdingbar für die Entwicklung moderner Technologien.Folgerichtig wird die Quantenmechanik heute oft schon in der Schule gelehrt; in jedem Fall jedoch an Universitäten, wo sie in den meisten Naturwissenschaften und auch in vielen Ingenieurwissenschaften zum Curriculum gehört.Eine große Hürde bei der Vermittlung und damit auch auf dem Weg zum Verständnis der Quantenmechanik ist nun nicht, wie man etwa vermuten könnte, die Mathematik, auch wenn diese an der einen oder anderen Stelle sicherlich einige Herausforderungen beinhaltet, sondern die Sprache.Der Grund dafür liegt darin, dass Sprache kein gegebenes Konstrukt ist, welches unabhängig vom Menschen und dessen Wissen über die Welt existiert, sondern sich vielmehr im Laufe der Menschheitsgeschichte durch die Auseinandersetzung des Menschen mit seiner Umwelt entwickelt hat.Sprache ist damit auch immer ein Abbild der Welt, so wie sie der Mensch wahrnimmt.Und dass diese Wahrnehmung gelegentlich trügt, wissen wir spätestens seit Einstein, der uns gezeigt hat, dass unsere Vorstellung von Raum und Zeit nicht der physikalischen Wirklichkeit entspricht.Die Quantenmechanik führt uns nun, mehr noch als die Relativitätstheorie, weg von den uns vertrauten Vorstellungen von der physikalischen Wirklichkeit.Damit verliert aber auch die Sprache ihre Legitimation als ein Werkzeug zur Beschreibung der Quantenmechanik.Streng genommen verbleibt als einzig legitimer Zugang zur Quantenmechanik daher die Mathematik.Mit ihr lassen sich, aufbauend auf einer Handvoll Axiome, alle Gesetze der Quantenmechanik ableiten und damit alle physikalischen Beobachtungen korrekt und widerspruchsfrei beschreiben.Allerdings sind diese Axiome, im Gegensatz zu z.B. denen der Newton'schen Mechanik, alles andere als unmittelbar einsichtig.Um daher auch solchen Leserinnen und Lesern den Zugang zur Quantenmechanik zu ermöglichen, welche die Quantenmechanik nicht als Teildisziplin der Mathematik oder der theoretischen Physik betreiben wollen, werden wir in diesem Buch trotz aller Gefahren den Weg der Sprache und der Bilder beschreiten.Dabei gehen wir von wenigen einfachen Schlüsselexperimenten aus, mit denen sich die Grundgleichungen der Quantenmechanik anschaulich begründen lassen.Im Gegensatz zu vielen anderen Lehrbüchern greifen wir jedoch nicht auf das berühmte Doppelspaltexperiment mit Elektronen oder das Experiment von Stern-Gerlach zurück, sondern wir arbeiten in den ersten Kapiteln ausschließlich mit einem Interferometer und Polarisationsfiltern
In diesem zentralen Kapitel wird gezeigt, dass das Unbewusste und darauf aufbauend das Bewusstsein mit seinen Gedanken naturwissenschaftliche Realitäten sind. Deshalb gehen davon auch reale Wirkungen aus. Unser Bewusstsein ist etwas anderes als unser Gehirn, obwohl beide, solange wir leben, eine unauflösliche Einheit bilden. Bewusstsein ist aus naturwissenschaftlicher Sicht diejenige Form von Quanteninformation, die sich selbst erlebt und kennt. Das Bewusstsein beruht auf der unauflösbaren Einheit von Hard- und Software in der biologischen Informationsverarbeitung. Es ermöglicht, Informationsmodelle zu erzeugen und anhand der Modelle des Körpers und der Umwelt auch Handlungen zu planen. Mit den quantischen Eigenschaften der Psyche kann u.a. die Bindung der Wahrnehmungen aus den verschiedenen Sinnesorganen zu einem Objekt erklärt werden. Die Quantentheorie liefert die objektiven Aussagen über die universellen Quantenstrukturen, welche die Existenz von Bewusstsein ermöglichen, und sie zeigt weiterhin, warum die Inhalte eines jeden individuellen Bewusstseins zwangsläufig subjektiv sind. Diese Eigenschaft des „Privat-Seins“, des subjektiven Empfindens, wird üblicherweise mit dem Begriff der „Qualia“ gekennzeichnet. Spezielle Bewusstseinszustände wie u.a. Traum, Flow und Meditation, werden in das naturwissenschaftliche Verstehen einbezogen.
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.
Mit Hilfe der Semiotik wird untersucht, wie es der Quantenphysik gelingt, Formeln plausibel zumachen, deren zugrunde liegender physikalischer Sachverhalt nicht einem Alltagsverständnis bzw. einem Verständnis im Sinne der klassischen Physik zugänglich ist. Dabei geht es um eine allgemein anerkannte Art des Verständlichmachens bestimmter physikalischer Formeln jenseits der individuellen Ausprägung von Fähigkeiten des Erklärens und Verstehens, sozialer Phänomene und geschichtlicher Entwicklungen, indem man diesen Formeln jeweils ein bestimmtes Experiment zur Seite stellt. Das Experiment ist dabei so gewählt, dass das physikalische Phänomen, das in der Formel beschrieben wird, im Experiment untersucht wird, so dass sich die Formel dann als Auswertung des Experimentes ergibt. Um den schillernden Begriff des Verständnisses auf das für die Untersuchung Notwendige zu beschränken, wird der Begriff Plausibilisierung eingeführt. In einer hermeneutischen Herangehensweise wird ein geeignetes semiotisches Modell dieser wesentlichen argumentativen Figur der Physik anhand von drei Beispielen physikalischer Phänomene entwickelt: die geradlinige Bewegung eines Körpers mit konstanter Geschwindigkeit für die klassische Physik, das Spektrum des energetisch angeregten Wasserstoffs für die ältere Quantenphysik und die Streuung von Elektronen am Doppelspalt für die moderne Quantenphysik. Für jedes der drei Beispiele lassen sich die betreffende Formel und das zugehörige Experiment jeweils als Zeichen auffassen. Lässt sich die Situation der klassischen Physik gut mit dreistelligen Zeichen erfassen, erweist sich der zweistellige Zeichenbegriff für die Situation der Quantenphysik als adäquater. Die Plausibilisierung als Gefüge dieser beiden Zeichen zwingt nicht zu der Annahme, dass einer Formel als Kompositionen von Elementen der Ausdrucksseite eines gewöhnlichen Textes ein Element auf der Inhaltsseite entspricht. Vielmehr dient die zu plausibilisierende Formel dazu, Elemente der Wirklichkeit auf der Ausdrucks- und Inhaltsseite aufeinander zu beziehen. Die Wirkungsweise des Zeichens in der Plausibilisierung der Quantenphysik ist damit nicht negiert, sondern adäquater als beim gewöhnlichen Text in der Physik. Die Plausibilisierung erlaubt, die semantische Interpretation von Formeln zu relativieren, ohne auf ein Verständnis ihrer zeichenbezogenen Funktionsweise verzichten zu müssen.