Quantenmechanik – ein Begriff, der für viele Menschen immer noch Rätsel aufgibt. Doch was steckt hinter dieser Theorie der Physik, die unsere Vorstellungen von der Welt auf den Kopf gestellt hat? „Sie beschreibt das Verhalten von Atomen und subatomaren Teilchen, wo die klassischen physikalischen Gesetze nicht mehr gelten“, erklärt der Physiker Ulrich Hohenester. Anstelle einer geordneten, voraussagbaren Welt, wie sie aus dem Alltag bekannt ist, begegnen wir in der Quantenwelt Widersprüchen und Paradoxien. „Die Quantenmechanik benötigt Interpretation, weil die Größen, die sie beschreibt, scheinbar so in der Natur nicht vorkommen“, ergänzt der Philipp Berghofer vom Institut für Philosophie.
Historischer Exkurs
Die Anfänge reichen ins frühe 20. Jahrhundert zurück, als die klassische Physik an ihre Grenzen stieß. Max Planck legte 1900 mit seiner Entdeckung der Quanten den Grundstein. Einer der zentralen Grundsätze der Quantenmechanik ist der sogenannte Welle-Teilchen-Dualismus. Teilchen wie Elektronen oder Photonen können sich je nach Situation entweder wie Wellen oder wie Teilchen verhalten. Das lässt sich am berühmten Doppelspaltexperiment erklären: Schießt man Elektronen durch zwei Spalten, verhalten sie sich wie Wellen und erzeugen ein Interferenzmuster, obwohl man es von festen Teilchen nicht erwarten würde.
Ein weiteres Prinzip, das die Quantenmechanik prägt, ist die Unschärferelation, die vom deutschen Physiker Werner Heisenberg formuliert wurde. Sie besagt, dass man nie gleichzeitig den exakten Ort und die Geschwindigkeit eines Teilchens bestimmen kann. Je genauer man die eine Größe kennt, desto unschärfer wird die andere. Diese Unsicherheit widerspricht fundamental der klassischen Physik, die annimmt, dass alle Eigenschaften eines Objekts exakt messbar sind.
Noch seltsamer wird es mit dem Konzept der Überlagerung: Ein Teilchen kann in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren. Erst durch die Beobachtung „entscheidet“ es sich, in welchem Zustand es wirklich ist. Dies führte zum berühmten Gedankenexperiment „Schrödingers Katze“, das zeigt, dass eine Katze in einer Kiste theoretisch gleichzeitig tot und lebendig sein kann, solange niemand hineinsieht.
Vor etwa 100 Jahren kam dann die mathematische Fundierung der Theorie. Bereits vor der Berufung an die Universität Graz formulierte Erwin Schrödinger 1926 die Schrödingergleichung, mit der sich das Verhalten von Quantenobjekten berechnen lässt. Zeitgleich entwickelte Werner Heisenberg seine Unschärferelation und die Matrizenmechanik, die ebenfalls zentrale Bausteine der Quantenphysik wurden. Heute erlebt die Theorie eine Art Revolution: Quantencomputer sollen die digitale Welt bereichern.
Die Quantenmechanik und die Philosophie: Wie real ist die Realität?
Die Quantenmechanik hat nicht nur die Physik, sondern auch die Philosophie nachhaltig beeinflusst. Ihre Erkenntnisse werfen grundlegende Fragen über das Wesen der Realität auf. Eine der zentralen philosophischen Herausforderungen betrifft den Realismus. Kann die Welt unabhängig von unserer Beobachtung existieren? Ein weiteres philosophisches Problem ist der Determinismus. Während die klassische Physik annimmt, dass alles vorhersagbar ist, führt die Quantenmechanik das Element des Zufalls ein. Es gibt keine absolute Gewissheit, sondern nur Wahrscheinlichkeiten, was zukünftige Ereignisse angeht. Das hat weitreichende Konsequenzen für das Verständnis von Kausalität und freiem Willen.
Die Quantenmechanik stellt auch die Rolle des Beobachters infrage. Der Beobachter beeinflusst das System, das er misst. Das bringt einige Philosop:innen dazu, darüber nachzudenken, ob der Akt der Beobachtung nicht sogar die Realität selbst erschafft.
Vortragsreihe taucht in die Tiefen der Quantenwelt ein
An insgesamt sieben Abenden, mit Beginn am 1. Oktober, laden die beiden Wissenschaftler im Rahmen einer Urania-Vortragsreihe zu diesem Thema ein. Veranstaltungsort ist der Hörsaal VI an der Alten Technik in der Rechbauerstraße 12. Weitere Informationen auf der Webseite der Urania und der Uni Graz.