Viele-Welten-Theorie

Inhaltsverzeichnis

I) Einleitendes zur Viele-Welten-Theorie

II) Begriffsklärung
1) Parallel-/Zwillingsuniversum
2) Multiversum
3) many worlds
4) many minds

III) philosophische Untersuchungen
1) Das ‚Ich’ in der Viele-Welten-Theorie
2) freier Wille und Determinismus
3) eine neue Sicht auf das Ganze
a) Wirklichkeit
b) anthropozentrische Realität
c) Möglichkeit
d) Abschließende Bemerkungen

In einem Brief an Max Born im Jahre 1926 schreibt Albert Einstein: „Die Quantenmechanik ist sehr Achtung gebietend. Aber eine innere Stimme sagt mir, daß das noch nicht der wahre Jakob ist. Die Theorie liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns kaum näher. Jedenfalls bin ich überzeugt, dass der nicht würfelt.“ Nicht nur der Entdecker der Relativitätstheorie, Albert Einstein, hatte Probleme sich mit den Konsequenzen der Quantenmechanik an zu freunden.

Um die empirischen Ergebnisse wie den Welle-Teilchen-Dualismus besser verstehen zu können, machte sich eine Gruppe von Forschern um den Kopenhagener Physiker Niels Bohr daran, eine Interpretation auszuarbeiten. Eine wichtige Aussage dieser so genannten Kopenhagener Interpretation besagt, dass durch den Messprozess die Wellenfunktion, welche durch die Schrödinger-Gleichung beschrieben wird, kollabiert. Das bedeutet: Wenn das Photon durch den Doppelspalt geschickt wird besteht die Möglichkeit, dass es an jedem möglichen Ort auf dem Schirm eintrifft. Dies wird durch die Wellenfunktion beschrieben. Erst im Moment der Messung ‚entscheidet’ sich das Photon, wo es genau eintrifft. Dadurch wird das Subjekt mit in den objektiven Vorgang der Messung der Naturphänomene einbezogen. Mit dieser Interpretation, die nicht in sein streng deterministisches Naturbild passte, hatte Albert Einstein seine Probleme. Für ihn kamen nur zwei Punkte in betracht. Entweder die Quantenmechanik war nicht vollständig oder sie beinhaltet Fehler. Dazu äußerte sich Werner Heisenberg: „Alle Gegner der Quantentheorie sind sich aber über einen Punkt einig. Es wäre nach ihrer Ansicht wünschenswert, zu der Realitätsvorstellung der klassischen Physik, oder allgemeiner gesprochen, zur Ontologie des Materialismus zurückzukehren, also zur Vorstellung einer objektiven, realen Welt, deren kleinste Teile in der gleichen Weise objektiv existieren wie Steine und Bäume, gleichgültig, ob wir sie beobachten oder nicht.“^[1]

Einstein machte es sich zur Aufgabe dies zu beweisen. Doch der Erfolg der Quantenmechanik über die Jahre hinweg bestätigte, dass der Formalismus dieser Theorie richtig ist. Albert Einstein, der große Physiker, lag im Bezug auf die Quantenmechanik und seine Konsequenzen nicht richtig.

Durch die Entdeckungen in der Quantenmechanik wurde nicht nur die Physik revolutioniert sondern es begann auch ein Umdenken im Bereich ontologischen Sicht auf die Welt. Werner Heisenberg war überzeugt, „daß in der Quantentheorie die stärksten Veränderungen hinsichtlich der Wirklichkeitsvorstellung stattgefunden haben; (…). Aber die Veränderungen der Wirklichkeitsvorstellung, die die Grundlage zum Verständnis der heutigen Quantentheorie bilden, können nicht einfach eine Fortsetzung der vergangenen Entwicklung genannt werden. Hier scheint es sich um einen wirklichen Bruch in der Struktur der Naturwissenschaft zu handeln.“^[2]

Diesen Bruch, den Heisenberg und andere Physiker gesehen haben, wurde und wird noch heute von vielen Physikern nicht so gesehen. An der Debatte wird ersichtlich, dass es sich hier nicht mehr nur um physikalische oder mathematische Fragen handelt. Die Väter der Quantenmechanik führten intensive philosophische Debatten. Diese Tatsache zeigt, dass es bei der Interpretation der quantenmechanischen Vorgänge es sich auch um philosophische Deutungen handelt. Auf mathematische Formalismen und empirische Beobachtungen alleine kann man sich nicht mehr stützen. Dies wird auch dadurch belegt, dass es unter den Physikern nicht nur einheitliche Auslegungen gegeben hat und noch immer nicht gibt. Bis heute gibt es sechs unterschiedliche Auslegungen, die den mathematischen und physikalischen Formalismus je unterschiedlich interpretieren.^[3] Eine von der Kopenhagener-Deutung abweichende Interpretation ist die Viele-Welten-Theorie.

In dieser Arbeit möchte ich mich dieser Auslegung vom philosophischen Standpunkt her annähern. Hierzu werde ich die Viele-Welten-Theorie erst einmal kurz vorstellen. Durch unterschiedliche Betonung verschiedener Aspekte gibt es Abweichungen von der ursprünglichen Fassung dieser Interpretation. Diese haben differente Nomenklatur, welche sehr oft durcheinander gebracht werden. Daher wird im zweiten Kapitel versucht diese Begriffe zu benennen und deren Unterschiede aufzuzeigen. Anschließend werde ich dann im dritten Kapitel mit einigen philosophischen Untersuchungen beginnen.

I) Einleitendes zur Viele-Welten-Theorie

Der Erfolg der Quantenmechanik im Bereich praktischer Anwendungen bestätigte die Richtigkeit des Formalismus. Kritiker und Gegner der Quantenmechanik mussten feststellen, dass sie falsch lagen. Jedoch musste sich die Kopenhagener-Deutung weiterhin Kritik gefallen lassen. Schon Erwin Schrödinger war nicht mit allen Interpretationen aus der Kopenhagener-Deutung einverstanden. „Unter den Gegner der ‚orthodoxen’ Quantentheorie nimmt Schrödinger insofern eine gewisse Ausnahmestellung ein, als er nicht den Teilchen, sondern den Wellen die objektive Realität zusprechen will, und nicht bereit ist, die Wellen nur als Wahrscheinlichkeitswellen zu interpretieren.“^[4] Mit einem Gedankenexperiment wollte Erwin Schrödinger einige Absurditäten der Kopenhagener-Deutung aufzeigen (bekannt als Schrödingers Katze). Eine Katze ist mit einer ‚Atomtötungsmachine’ in einer abgeschlossene Box. Wenn nun das Atom zerfällt, wird ein Gift freigesetzt, welches die Katze tötet. Nach der Kopenhagener-Deutung ist die Katze zugleich tot und lebendig. Erst wenn ein Beobachter nachsieht, ‚entscheidet’ sich, ob die Katze lebt oder tot ist. Dies bedeutet, dass der Beobachter die Wellenfunktion auf unerklärliche Weiße zum Kollaps bringt.

Die Kopenhagener-Deutung kann nicht erklären, wieso die Wellenfunktion kollabiert wenn man diese beobachtet. Dieses Manko veranlasste den US-amerikanische Physikstudent Hugh Everett dazu in seiner an der Princeton University 1956 eingereichten PhD-These eine alternative Auffassung zur Kopenhagener-Deutung zu erarbeiten. Nach heftiger Intervention durch Niels Bohr musste Everett seine Arbeit noch einmal neu verfassen und wurde schließlich unter dem Titel: "Relative State" Formulation of Quantum Mechanics^[5] vom Promotionsausschuss angenommen. Die Arbeit blieb lange unbeachtet unter den Physikern. Erst in den 1970er Jahren wurde der Ansatz von Everett durch den US-amerikanischen Physiker Bruce DeWitt aufgegriffen. Schließlich war es auch DeWitt, der die Arbeit von Everett durch den Begriff ‚Viele-Welten-Theorie’ bekannt machte.

„Everetts Deutung geht dahin, daß die einander überlagernde Wellenfunktionen des gesamten Universums, die alternativen Realitäten, durch deren Wechselwirkung auf der Quantenebene messbare Interferenzen entstehen, nicht kollabieren. Sie alle sind gleichermaßen real und existieren in ihrem jeweiligen Teil des ‚Hyperraums’ (und der Hyperzeit). Wenn wir auf der Quantenebene eine Messung durchführen, müssen wir aufgrund des Beobachtungsvorgangs eine dieser Alternativen auswählen, die dann zu einem Bestandteil dessen wird, was wir als die ‚reale’ Welt sehen; durch den Akt der Beobachtung werden die Bande, welche die alternative Realitäten zusammenhalten, durchtrennt, und die einzelnen Realitäten können ihre jeweils eigenen Weg durch den Hyperraum einschlagen, wobei jede alternative Realität ihren eigenen Beobachter enthält, der die gleiche Beobachtung gemacht hat, aber eine andere ‚Quanten-Antwort’ erhalten hat und glaubt, er habe dafür gesorgt, daß die Wellenfunktion zu einer einzigen Quantenmöglichkeit ‚kollabiert’.“^[6]

Die Arbeit von Hugh Everett kann man im Prinzip mit einem Satz zusammenfassen: Die Superpositionen der Wellenfunktion beschreiben alternative Parallelwelten. Daraus ergeben sich dann folgende Konsequenzen:

- Die Schrödinger-Gleichung gilt uneingeschränkt.
- Wellenfunktionen kollabieren nie.
- Wellenfunktionen gehorchen immer der gleichen Wellengleichung während der Messung und Beobachtung.
- mathematische Entitäten = physikalische Realität.

Während die ersten drei Punkte auf einen mathematisch-physikalischen Formalismus zurückgehen, ist der letzte Punkt eine philosophische Forderung. Diese folgt nicht zwangsläufig aus den quantenmechanischen Gesetzen. Dahinter steht die alte Frage, ob Zahlen in der Natur an und für sich existieren.

Everetts Interpretation und die daraus resultierenden Konsequenzen scheinen auch das Rätsel um Schrödingers Katze zu lösen. „Wir brauchen uns über das rätselhafte Phänomen einer Katze, die sowohl tot als auch lebendig und weder lebendig noch tot ist, nicht mehr den Kopf zerbrechen. Wir wissen vielmehr, dass die Kiste unserer Welt seine Katze enthält, die entweder lebendig oder tot ist und daß in der Welt nebenan ein anderer Beobachter ist, der vor einer identischen Kiste steht, die ebenfalls eine Katze enthält, die entweder tot oder lebendig ist.“^[7]

In seiner Arbeit bietet Everett einen mathematischen Formalismus an, der in sich konsistent ist.^[8] Ein Problem der Arbeit aber ist, dass Everett uns selber keine Interpretation gab. Die oben beschriebenen Konsequenzen sind wiederum Interpretationen der Thesen von Everett, insbesondere von Bruce DeWitt. Die Sicht, dass alle Superpositionen der Wellenfunktion einer realen Parallelwelt entsprechen ruft viel Widerstand, vor allem von philosophischer Seite hervor. Dadurch haben sich immer wieder Philosophen, Kosmologen und Physiker daran versucht Everetts Arbeit anders zu interpretieren. Leider wurden und werden dabei immer wieder gleiche Begriffe unterschiedlich gebraucht und verstanden.

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^[1] Werner Heisenberg; Physik und Philosophie; S.186

^[2] Werner Heisenberg; Physik und Philosophie; S.45

^[3] Siehe: Roger Penrose; The Road to Reality; S.786

^[4] Werner Heisenberg; Physik und Philosophie; S.202

^[5] Erschienen in: Rev. Mod. Phys. 29, 454 - 462 (1957)

^[6] John Gribbin; Auf der Suche nach Schrödingers Katze; S.251f.

^[7] John Gribbin; Auf der Suche nach Schrödingers Katze; S.259

^[8] Dass Konsistenz nicht das wichtigste Kriterium ist haben Dowker und Kent 1995 herausgearbeitet. (Phys. Rev. Lett. 75, 3038 - 3041 (1995)