Die Quantenmechanik, die zwischen 1900 und 1930 entwickelte Theorie mikrophysikalischer Objekte, gilt mit Recht als das Fundament der modernen Physik. Zugleich hat sie eine radikale Umwälzung unseres wissenschaftlichen Weltbildes bewirkt - sicher vergleichbar mit der Evolutionstheorie oder der Relativitätstheorie. Und doch ist die Quantenmechanik bis heute eigentlich unverstanden und gibt ungelöste Rätsel auf. Niels Bohr und Albert Einstein, selbst an ihrer theoretischen Entwicklung beteiligt, führten in den 20er und 30er Jahren eine intensive Diskussion um das angemessene Verständnis der neuen Theorie - eine der wissenschaftlich wie philosophisch bedeutsamsten Debatten des 20. Jahrhunderts.
Die Quantenmechanik, die zwischen 1900 und 1930 entwickelte Theorie mikrophysikalischer Objekte, gilt mit Recht als das Fundament der modernen Physik. Zugleich hat sie eine radikale Umwälzung unseres wissenschaftlichen Weltbildes bewirkt - sicher vergleichbar mit der Evolutionstheorie oder der Relativitätstheorie. Und doch ist die Quantenmechanik bis heute eigentlich unverstanden und gibt ungelöste Rätsel auf. Niels Bohr und Albert Einstein, selbst an ihrer theoretischen Entwicklung beteiligt, führten in den 20er und 30er Jahren eine intensive Diskussion um das angemessene Verständnis der neuen Theorie - eine der wissenschaftlich wie philosophisch bedeutsamsten Debatten des 20. Jahrhunderts.
Das weltweite Interesse an der Quantenmechanik, wie man die in der Matrizen- und Wellenmechanik formulierte Atomtheorie meist übergreifend nannte, war mehr als nur eine flüchtige Begeisterung für eine wissenschaftliche Modeerscheinung. Die Quantenmechanik markierte einen Wendepunkt in der Geschichte der Physik. Die in der «Kopenhagener Deutung» propagierte Interpretation der atomaren Vorgänge rührte an den Grundfesten des Denkens. Das Naturgeschehen erschien in letzter Konsequenz akausal und von einer grundsätzlichen Unbestimmtheit geprägt, die dem Betrachter immer nur Teilaspekte der Wahrheit offenbarte. Die Atomphysik rückte ins Zentrum naturphilosophischer Debatten: Einsteins «Gott würfelt nicht» und die Bohrsche «Komplementaritäts-philosophie» markierten die beiden Extreme eines neuen Grundlagenstreits unter den Physikern, der gegen Ende der 1920er Jahre begann und bis heute keine befriedigende Lösung gefunden hat.1 Seit diesen Auseinandersetzungen um die Interpretation der Quantenmechanik gehört zum Flair der modernen Physiker auch der Hauch des Philosophischen.
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.
Zusammenfassung Die Schaffung der Quantenmechanik war eine der grundlegendsten und wichtigsten Entwicklungen der Physikgeschichte. Sie erschütterte die Grundfesten eines Weltbildes, das auf den Systemen der klassischen Mechanik einerseits und der Maxwellschen Elektrodynamik andererseits beruhte. Beide konnten bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts auf eine eindrucksvolle Erfolgsgeschichte zurückblicken. Mit der Einführung der Quantenmechanik galt es aber auch, sich von einer deterministischen Weltsicht zu verabschieden, zumindest wenn man der Kopenhagener Interpretation folgte. Gleichzeitig macht diese Geschichte deutlich, dass die Wissenschaft kein statisches Gebäude ist, dessen Mauern für ewig unerschütterlich sind. Wissenschaft ist Wandel. Das gilt nicht nur für den Übergang von der klassischen Physik zur Quantenmechanik, sondern erst recht für jene turbulenten Entwicklungen, die überhaupt erst zur Aufstellung dieser bahnbrechenden Theorie führten.
Die Debatte tiber die Grundlagen der Quantentheorie, die auf eine mehr als fiinfzigjiihrige Tradition zurtickblickt, war in zwei Perioden besonders intensiv, niimlich unmittelbar nach der Begrtindung der Quantentheorie und wiederum in den letzten Jahren. An die Frtihzeit der Quantenphysik erinnerte Max Born in seiner Rede, die er anliiBlich der Verleihung des Nobelpreises im Jahre 1954 hielt. Er beschrieb die tiefgreifende Meinungsverschiedenheit, die die bertihmtesten Quantentheoretiker in 1 zwei Lager schied: Wenn ich sagte, die Physiker hiitten die damals von uns entwickelte Denkweise angenommen, so war ich nicht ganz korrekt: es gibt ein paar sehr bemerkenswerte Ausnahmen, und zwar gerade unter den Miinnern, die am meisten zum Aufbau der Quantentheorie beigetragen haben. Planck selbst gehorte zu den Skeptikern bis zu seinem Tode. Einstein, de Broglie und Schrodinger haben nicht aufgehort, das Unbefriedigende der statistischen Interpretation der Quanten- mechanik zu betonen. Dieser intellektuelle Kampf betraf einige der grundlegendsten Fragen der gesamten Naturwissenschaft: existieren die atomaren Objekte unabhangig von der menschlichen Beobachtung und, wenn dies- der Fall ist, sind sie dann dem menschlichen Verstiindnis zugiinglich? 1m groBen und ganzen kann man sagen, daB die Kopenhagener und Gottinger Schulen (Bohr, Heisenberg, Born . . . ) diese Fragen ziemlich pessimistisch beantwor- teten. Niels Bohr befiirwortete beispielsweise den Gebrauch des Wortes Phanomen nur zur Beschreibung einer Messung, die notwendigerweise eine vollstandige Be- schreibung des MeBapparates mitenthielt und damit nicht das atomare Objekt selbst, sondern seine Wechselwirkung mit dem von Menschen gewahlten Apparate betraf.
Es ist bemerkenswert, daß die Grundpfeiler sowohl der Quantenmechanik als auch der speziellen Relativitätstheorie in den ersten fünf Jahren dieses Jahrhunderts gelegt wurden, und interessant die Entwicklung der beiden zu vergleichen. Während die spezielle Relativitätstheorie als Ganzes (1905) ein Geniestreich Einsteins war, entwickelte sich die Quantenmechanik in einer Reihe von kleinen Schritten während eines Vierteljahrhunderts (1900–1925). Eine Erklärung dafür ist, daß es, während in der speziellen Relativitätstheorie das Verhalten von Raum und Zeit einzig und allein aus zwei Prinzipien folgt, in der Quantentheorie keine solch einfachen Prinzipien gab, von denen ausgehend alle Quantenphänomene abgeleitet werden konnten. Vielmehr war jeder Schritt eine weitere Hypothese, die entweder auf einem neuen experimentellen Ergebnis beruhte oder ein solches vorhersagte, was nicht unbedingt in einer logischen Reihenfolge geschah und schon gar nicht in Folge eines oder zweier Prinzipen. Die Quantenmechanik entstand also abwechselnd aus Hypothesen und Experimenten, in etwa fünfundzwanzig Jahren. Wie die Überschriften der folgenden Abschnitte zeigen, können die meisten Schritte auf diesem Weg eng mit einer Person in Verbindung gebracht werden; die Beschäftigung mit ihnen wird uns hier als Einführung in die Quantenmechanik dienen.
Held/Schöningh: Die Bohr‐Einstein‐Debatte. Quantenmechanik und physikalische Wirklichkeit/Schwab: Managementwissen für Ingenieure/Wachter/Hoeber: Repetitorium Theoretische Physik/Gramß: Non‐Standard Computation/Holton: Einstein, die Geschichte und andere Leidenschaften/Leisi: Klassische Physik. Band I: Mechanik, Band II: Elektromagnetismus und Wärme/Weberruß: Quantenphysik im Überblick/Cushing: Philosophical Concepts in Physics. The Historical Relation between Philosophy and Scientific Theories/Zinth/Körner: Physik III: Optik, Quantenphänomene und Aufbau der Atome/WinSTAT für Excel: Entwicklung und Vertrieb: R. Fitch Software, Lindengärten 5
Das Wirkliche ist uns nicht gegeben, sondern aufgegeben (nach Art eines Rätsels).Diesen Ausspruch Einsteins hat der Autor als treffendes Leitmotiv für sein Buch gewählt.Geht es doch in der berühmten Bohr-Einstein-Debatte (1927 -1935), die sicherlich eine der wichtigsten und faszinierendsten in der Geschichte der Wissenschaft war, tatsächlich um die zentrale Frage: Was ist die Wirklichkeit?Einstein, der Realist, bedacht darauf, daß jedes Element der physikalischen Realität ein Gegenstück in der physikalischen Theorie haben muß, betrachtete die Quantenmechanik bekanntermaßen als unvollständig.Bohr hingegen, Einsteins Realitätsbegriff kritisierend, vertrat die Meinung, daß die quantenmechanische Beschreibung der Wirklichkeit sehr wohl vollständig ist.Sein Schlüsselbegriff war dabei die Komplementarität, die die gegenseitige Ausschließung und gemeinsame Ergänzung der quantenmechanischen Beschreibungsarten (z.B. Welle-Teilchen) beinhaltet.