Die Quantenphysik weiß sich für gewöhnlich gut zu verstecken. Mit Hilfe eines Quantengas‐Mikroskops lassen sich ihre Eigenheiten aber direkt ans Tageslicht holen.
ZusammenfassungDie Naturerscheinungen, die sich unseren Sinnen darbieten, zeigen oft eine große Veränderlichkeit und Unbeständigkeit. Um dies zu erklären, hat man von alters her angenommen, daß die Erscheinungen als Folge des Zusammenwirkens einer großen Anzahl von Elementarteilchen, der sog. Atome, die selbst unveränderlich und beständig sind, aber wegen ihrer Kleinheit sich der unmittelbaren Beobachtung entziehen, entstehen. Ganz abgesehen von der prinzipiellen Frage, ob wir berechtigt sind, auf diesen Gebieten anschauliche Bilder zu verlangen, so mußte die Atomtheorie ursprünglich einen hypothetischen Charakter haben, und man war geneigt anzunehmen, daß sie diesen Charakter behalten würde, da man es der Natur der Sache nach für unmöglich hielt, einen direkten Einblick in die Welt der Atome zu erhalten. Es ist aber hier wie auf so vielen Gebieten gegangen; die Grenzen der Beobachtungsmöglichkeiten haben sich infolge der Entwicklung der Hilfsmittel immer weiter verschoben. Wir brauchen nur an die Kenntnis vom Blau des Weltalls, die wir mit Hilfe des Fernrohrs und des Spektroskops gewonnen haben, zu denken oder an den Einblick in den feineren Aufbau der Organismen, den wir dem Mikroskop verdanken. Ebenso hat die außerordentliche Entwicklung der physikalischen Experimentierkunst uns mit einer großen Anzahl von Erscheinungen bekannt gemacht, die direkte Aussagen über die Bewegungen der Atome und über ihre Anzahl gestatten.
Das "Messproblem" oder allgemeiner, das "Interpretationsproblem" der Quantenphysik ist aktuell.Dies ist erstaunlich, liegt die Theorie doch seit nunmehr gut 100 Jahren vor, und kann sie mit Recht als die erfolgreichste, präziseste und umfassendste wissenschaftliche Konzeption bezeichnet werden, über die wir verfügen.Nach vielen der von den meisten Wissenschaftsphilosophen als zentral angesehenen Kriterien guter Theorien, ist die Quantenphysik unübertroffen.Die Zahl ihrer Anwendungen ist enorm, sie erreicht eine Genauigkeit, die weit über allen vorangegangenen Theorien liegt und ihr auch bei überraschenden und ungewohnten Prognosen erreichter Bestätigungserfolg muss beeindrucken.Kurz, sie gilt als ein ausgezeichneter Kandidat für das, was oft als ‚die aktuell beste Theorie' bezeichnet wird.Nur leider, sie beschreibt eine ‚seltsame' Quantenwelt.Formal gesehen betrifft das Interpretationsproblem die Differenz zwischen der Kontinuität der zu Grunde liegenden Gleichung und der Diskontinuität von Messergebnissen.Diese Diskontinuität verdankt sich formal der nicht-kommutativen Algebra für Operatoren.Bei allen Quantisierungsverfahren -auch wenn sie den Korrespondenz-und Analogievorschriften (zum ‚klassischen' Formalismus) genügen -müssen die Vertauschungsregeln zusätzlich angegeben werden.Der Inhalt dieser Vertauschungsregeln ist als solcher also nicht Inhalt des formalen Apparates; er ergibt sich nicht aus diesem.Diese Eigenständigkeit der Vertauschungsregeln ist notwendig, um die Lücke zwischen Formalismus und Messergebnis zu füllen; auf welche Eigenschaften der Quantenwelt sie sich dabei beziehen, eröffnet den Interpretationsspielraum.Viele der sich in diesem Verfahren ergebenden Eigenschaften muten nun seltsam und ungewohnt im Vergleich zur ‚bekannten' makroskopischen (klassischen) Welt an."Seltsam" ist nun natürlich ein Ausdruck, der weder in der Formulierung der Theorie, noch auch in einer wissenschaftsphilosophischen Auseinandersetzung mit ihr, einen rechten Platz hat.Er umschreibt aber die Tatsache, dass einige
Um den Denkansätzen der Elementarteilchenphysik folgen zu können, ist es unerläßlich, sich mit einigen grundlegenden Prinzipien der Mikrophysik bekannt zu machen. Mit Mikrophysik meinen wir jenes Teilgebiet der Physik, das die Wechselwirkungen von Körpern über sehr kurze Entfernungen, über atomare oder subatomare Distanzen umfaßt. Die Theorie, die die Gesetzmäßigkeiten dieses so gänzlich außerhalb unserer Alltagserfahrung liegenden Bereiches umfaßt, heißt Quantentheorie oder Quantenmechanik.
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.