Um die Ergebnisse von Erkenntnisprozessen zu interpretieren, wurden im Laufe der menschlichen Geistesgeschichte zahlreiche Positionen eingenommen. Diese lassen sich aber alle einfach und übersichtlich auf zwei Betrachtungsebenen einordnen. Das ist zum einen die erkenntnistheoretische Ebene mit den Grenzpositionen Rationalismus (Präferenz für die Strukturen der Theorie) und Empirismus (Präferenz für die Beobachtungsdaten), auf der vor allem die Aktivitäten des Erkenntnissubjekts betrachtet werden. Die zweite ist die ontologische Ebene mit den Grenzpositionen Realismus und Idealismus, auf der untersucht wird, wie genau die Aussagen über die untersuchten Objekte tatsächlich den Objekten entsprechen. Mit der Quantenmechanik schienen sich dahingehend völlig neue Probleme aufzutun. Denn lange war nicht erkennbar, was bei der Beschreibung der Quanteneffekte die Diskrepanzen zu den bisher gut bewährten physikalischen Modellen verursachte. Waren die Modelle nicht ausgereift genug? Oder verhält sich die Natur tatsächlich so seltsam, dass es dafür eine ganz neue Theorie braucht? Hinzu kam die eigenartige Beeinflussbarkeit von Quantensystemen durch ihre Beobachter. Im vorliegenden Artikel werden nicht nur diese Probleme und ihre historischen Lösungsversuche diskutiert, sondern wird auch ein eigener Vorschlag zur Einordnung der Quantentheorie gemacht.
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
1. Probleme der Elementarteilchenphysik im historischen Rückblick
2. Entsprechung zwischen Begriff und Gegenstand
2.1 Im Gespräch mit I. Kant: „Die Natur vor dem Richterstuhl der Vernunft“
2.2. Die Kopenhagener Deutung
3. Die Distanz zwischen Subjekt und Objekt auf dem Prüfstand
3.1. Die Rolle des Beobachters in der Quantenphysik
3.2. Die Verschieblichkeit des Schnitts
4. Wie determiniert ist die Natur?
4.1. Wahrscheinlichkeit: Unwissen versus Freiheitsgrade
4.2. Die Metatheorie und ihr Aussageanspruch
Die Quantenmechanik im Schema der ontologischen und erkenntnistheoretischen Ebene
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die philosophischen Interpretationsprobleme der Quantenmechanik durch die Anwendung eines Zwei-Ebenen-Modells, das zwischen der erkenntnistheoretischen (epistemischen) und der ontologischen (Seins-)Ebene unterscheidet, um die wissenschaftstheoretische Verortung der Quantenphysik zu präzisieren.
- Analyse der historischen Entwicklung der Quantenphysik und ihrer Abgrenzung zur klassischen Mechanik.
- Untersuchung des Verhältnisses von Beobachter, Messvorgang und Wirklichkeitskonstruktion.
- Diskussion der Determiniertheit der Natur und der Rolle von Wahrscheinlichkeitsfunktionen.
- Systematisierung verschiedener Deutungsansätze (z.B. Kopenhagener Deutung, EPR-Paradox, Vielgeschichtentheorie) im Zwei-Ebenen-Schema.
- Kritische Reflexion über das Ziel einer vereinheitlichenden Metatheorie in der modernen Physik.
Auszug aus dem Buch
3.1. Die Rolle des Beobachters in der Quantenphysik
Zwei Rätsel, welche die Quantenwelt den Forschern aufgab, haben wir bereits kennengelernt: Das eine besteht darin, die Wellen- und die Teilcheneigenschaft eines Objekts nie gleichzeitig beobachten zu können; das zweite ist die Unschärferelation, welche es unmöglich macht, den Ort und den Bewegungszustand von Elementarteilchen gleichzeitig genau zu kennen. Es ist also nur eine komplementäre Beschreibung möglich. Komplementär heißt allgemein, dass Eigenschaften, die wesentlich für ein Objekt sind, nicht auseinander abgeleitet oder aufeinander zurückgeführt werden können. Hier heißt das speziell auch, dass, obwohl wir nur dieses „Entweder-Oder“ haben, nur beide Eigenschaften zusammen den Gesamtzustand des Objekts ausmachen. Einer solchen Komplementarität unterliegt auch die Ausrichtung des Spin, des Eigendrehimpulses der Elementarteilchen. Für die Teilchen, aus denen sich die Materie zusammensetzt, hat der Spin bspw. einen gebrochenen Wert, nämlich ½.
Ein Experiment, das A. ASPECT in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts durchführte, beschäftigte sich mit eben diesem Spin. Aspect ermittelte den Spin von jeweils zwei Photonen, welche aus einer gemeinsamen Quelle in entgegengesetzter Richtung in den freien Raum ausgesandt wurden. Dabei wies er nach, dass die Spin-Eigenschaften der Photonen eng miteinander korreliert sind und sich daran auch nichts ändert, wenn die Teilchen sich sehr weit voneinander entfernen. In jedem Falle bleibt die Spin-Ausrichtung des einen Photons von der des anderen Photons abhängig. Das heißt, wenn man mit einem Detektor die Spin-Stellung eines der Photonen ermittelt hat, kann man auf die Spin-Ausrichtung des anderen schließen. Aspect widerlegte so ein für alle Mal den Eindruck, dass es vom Verhalten des Experimentators abhinge, wie sich das weit entfernte Teilchen verhält. Dieser Eindruck hatte sich hartnäckig gehalten, seit man diese Korrelation zum ersten Mal bemerkte, aber noch keine Erklärung dafür fand. Man sah nicht nur einmal mehr den Einfluss des Beobachters am Werk, sondern glaubte auch, es gäbe Kräfte, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortpflanzen – was bekanntlich die spezielle Relativitätstheorie nicht erlaubt.
Zusammenfassung der Kapitel
Einleitung: Einführung in das Zwei-Ebenen-Modell zur Systematisierung philosophischer Positionen zwischen Erkenntnistheorie und Ontologie sowie dessen Anwendung auf die Quantenmechanik.
1. Probleme der Elementarteilchenphysik im historischen Rückblick: Überblick über die Grenzen der klassischen Newtonschen Mechanik und die Entwicklung der Quantentheorie durch Planck, Einstein und Bohr.
2. Entsprechung zwischen Begriff und Gegenstand: Diskussion der erkenntnistheoretischen Grundlagen im Gespräch mit Immanuel Kant und Analyse der Kopenhagener Deutung als Ausgangspunkt für die Interpretation quantenmechanischer Phänomene.
3. Die Distanz zwischen Subjekt und Objekt auf dem Prüfstand: Auseinandersetzung mit der Rolle des Beobachters, dem Zusammenbruch der Wellenfunktion und dem Problem des Schnitts zwischen quantenmechanischem und klassischem Bereich.
4. Wie determiniert ist die Natur?: Analyse der Frage der Determiniertheit anhand von Wahrscheinlichkeitsinterpretationen, verborgenen Parametern und dem Streben nach einer vereinheitlichenden Metatheorie.
Die Quantenmechanik im Schema der ontologischen und erkenntnistheoretischen Ebene: Synthetische Betrachtung der diskutierten Lösungsansätze im Zwei-Ebenen-Schema und Einordnung der verschiedenen Interpretationen.
Schlüsselwörter
Quantenmechanik, Erkenntnistheorie, Ontologie, Kopenhagener Deutung, Beobachter, Wellenfunktion, Unbestimmtheitsrelation, Determinismus, Komplementarität, Zwei-Ebenen-Modell, EPR-Paradox, Metatheorie, Informationstheorie, Quantenphysik, Immanuel Kant.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die philosophischen Grundlagen und Deutungsprobleme der Quantenmechanik durch ein spezifisches systematisches Modell.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die Themen umfassen die Geschichte der Quantentheorie, erkenntnistheoretische Fragestellungen, das Verhältnis von Subjekt und Objekt bei Messungen sowie die Suche nach einer umfassenden physikalischen Metatheorie.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist es, verschiedene physikalische Interpretationsmodelle in einem Zwei-Ebenen-Schema (erkenntnistheoretisch vs. ontologisch) zu systematisieren und deren wissenschaftstheoretische Tragweite zu bewerten.
Welche wissenschaftliche Methode verwendet der Autor?
Der Autor nutzt einen wissenschaftstheoretischen Ansatz, der physikalische Theorienbildung mit erkenntniskritischen Positionen, insbesondere in Anlehnung an Immanuel Kant, verknüpft.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden historische Probleme der Teilchenphysik, die Kopenhagener Deutung, die Rolle des Beobachters (Messproblem) sowie alternative deterministische oder informationsbasierte Interpretationsversuche diskutiert.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind insbesondere die Komplementarität, die Wellenfunktion, der Indeterminismus und die Unterscheidung zwischen der erkenntnistheoretischen und ontologischen Ebene.
Wie ordnet der Autor die Kopenhagener Deutung im Schema ein?
Der Autor schlägt vor, die Kopenhagener Deutung auf der ontologischen Ebene – entgegen dem allgemeinen Verständnis – stärker der Seite des Realismus zuzuordnen.
Wie bewertet die Arbeit den Ansatz einer "Weltformel" oder Metatheorie?
Die Arbeit steht dem Streben nach einer vereinheitlichenden Metatheorie zwar als physikalischem Ziel offen gegenüber, warnt jedoch vor einer Reduktion menschlicher Erkenntnis oder Lebenswirklichkeit auf rein physikalische Information.
- Citation du texte
- Dr. phil. Jona Kirchner (Auteur), 2001, Wie realistisch ist die Physik? Der Aussageanspruch wissenschaftlicher Theorien diskutiert am Beispiel der Quantenmechanik, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/370153
