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 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 Quantentheorie stellt eines der anspruchsvollsten und erfolgreichsten Theorieprojekte der Menschheitsgeschichte dar. Sie ist eine, wenn nicht die Universaltheorie der Physik. Die Geschichte ihrer Deutung und die Auseinandersetzung um ihre Interpretation berühren jedoch weitaus mehr als nur das Feld der theoretischen Physik. Eine solche Theorieanlage zerstört ontologische Gewissheiten. Sie stellt den Beobachter in Frage und sie lässt uns ahnen, was zu erwarten ist, wenn wir uns in anderen Feldern mit komplexen Phänomenen beschäftigen, die mit der Beobachterproblematik infiziert sind. Als transklassische Physik ist die Quantentheorie gleichsam auf »Welten ohne Grund« gebaut und enttäuscht damit die Hoffnung, sich Sinnfragen durch die Physik oder Mathematik entledigen zu können. Homolog zu den Hochformen mystischer Reflexion kann uns die Auseinandersetzung um die Deutung der Quantenphysik allerdings eine Ahnung vermitteln, was das Geheimnis der konditionierten Koproduktion von System und Umwelt – Reflexion und Welt – für uns bedeuten kann, und uns möglicherweise dabei helfen, in Welten ohne Grund heimisch zu werden. Hierbei wird deutlich, dass hochgetriebene Theorie, die sich in ihren Abstraktionen in hohem Maße von der lebensweltlichen Wirklichkeit löst, nicht im Widerspruch zur Möglichkeit von Welterkenntnis steht. Im Gegenteil, erst ein hinreichend elaboriertes und mit eigenen, intern konditionierten Konsistenzzwängen ausgestattetes Theoriegebilde stellt die Bedingung zur Möglichkeit von Reflexion und Erkenntnisgewinnung dar.
Die Bohrs che Theorie, die uns eine Vorstellung vom Bau des Atoms gegeben hat, und die mit ihr aufs engste verknüpfte Quantenlehre, die dieser Theorie zugrunde liegt, sind nicht nur in fast alle Gebiete der Physik eingedrungen, sondern haben auch in der Chemie eine gewaltige, beständig wachsende Bedeutung erlangt. Diese Wissenschaft befaßt sich vor allem mit Atomen und Molekülen, und daher ist es von vornherein klar, daß eine Lehre, die so viel Neues über diese Atome gebracht hat, auch für die Chemie als eine Art Offenbarung erscheinen, ihr einen Zufluß von neuen Ideen geben, neue weite Horizonte eröffnen und zur Entwicklung sowie Vertiefung der theoretischen Grundlagen beitragen mußte, mit denen diese Wissenschaft das von ihr erlangte, fast unübersehbare Versuchsmaterial zusammengefaßt und synthesiert. Es ist ohne weiteres klar, daß wir der Anwendung der neuen Lehre auf die Chemie nur wenig Platz einräumen können und nur bei den Fragen verweilen werden, die für die Physik von Interesse sind. Ohne auf Einzelheiten einzugehen, und sich in jedem speziellen Falle auf ein oder zwei Beispiele beschränkend, werden wir unser Hauptaugenmerk auf die leitenden Grundgedanken und Tatsachen richten, durch die die Anwendungen der neuen, auf dem Boden der Physik entstandenen und zur Blüte gelangten Ideen auf die Chemie charakterisiert werden.
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
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.
Im Gegensatz zu vielen — leider muß ich sagen, den meisten — modernen Physikern waren Einstein, Laue und Planck nicht nur an der Philosophie interessiert, sondern sie anerkannten ihre fundamentale Rolle für die theoretische Physik. Und es war natürlich die Erkenntnistheorie, die einen Großteil der Probleme lieferte, welche die Naturwissenschaften betrafen. Wir diskutierten zum Beispiel den Einfluß der Relativitätstheorie auf die Deutung der Begriffe Raum und Zeit oder die Konsequenzen der Quantentheorie für Kontinuität und Kausalität, und wir diskutierten die Frage von Determinismus versus statistische Vorstellungen, Realität und viele andere mehr.
Untersuchungsmethoden, die auf Anwendungen der Quantentheorie beruhen, ermöglichen heutzutage, dem Gehirn beim Denken zuzusehen. Dabei erhält man viele interessante Bilder, mit denen die hirnphysiologischen Abläufe lokalisierbar und erkennbar werden. Solange man jedoch die Quantentheorie nicht auch auf die Interpretation der untersuchten Daten anwendet, bleibt ein Zugang zum Bewusstsein verschlossen. Man kann ohne die Quantentheorie lediglich Korrelationen zwischen Gehirn und psychischen Vorgängen finden, ohne dass man die Erklärungslücke zum Bewusstsein schließen könnte, denn weder die Hirnregionen noch die Biochemie erklären uns, wie das Bewusstsein zu verstehen ist. Dafür ist genau diejenige Änderung in den Grundlagen notwendig, die mit ihren Konsequenzen hier im Buch aufgezeigt wird. Intensive Forschungsarbeit hat das notwendige neue Verständnis vor allem von „Materie“ begründet.