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Was ist eigentlich Materie? (3/3) 
Philosophische Implikationen der Quantenphysik

Experimente aus der Quantenphysik belegen eindeutig, dass Materie im Grundzustand nicht aus winzigen Kügelchen besteht und erst infolge einer "Messung" als lokalisierbares Teilchen erfahrbar ist (siehe hierzu den vorigen Artikel zum Doppelspaltexperiment). Doch was bedeutet das für unser Weltbild? Woraus besteht denn nun das Universum, wenn Materie im Grunde gar nicht aus festen Teilchen besteht? Und was genau hat es mit dem Messvorgang auf sich?

Inhaltsübersicht:

  1. Ausgangspunkt: Die wichtigsten Aspekte des Doppelspaltexperiments
  2. Esoterische Fehldeutungen des Messvorgangs und die Anwtwort der Quantenphysiker
  3. Warum Materie dennoch ein Mysterium bleibt
  4. Ist unsere Realität virtuell?
  5. Weiterführende Informationen und Buchtipps

1) Ausgangspunkt: Die wichtigsten Aspekte des Doppelspaltexperiments

Zur Erinnerung wiederholen wir hier zu Beginn noch einmal die wichtigsten Erkenntnisse aus dem Doppelspaltexperiment:

1. Materie ist im Grundzustand keine Ansammlung kleiner Kügelchen. Bevor eine Messung stattfindet, existieren Elektronen, Photonen oder Atome eher wie eine diffuse Möglichkeit, als Metapher grob vereinfacht vielleicht vorstellbar wie eine nicht fassbare, ausgebreitete „Wolke“. Diese nicht fassbare „Möglichkeitswolke“ trägt die Eigenschaften einer Welle, die uns verrät, wo das Teilchen mit welcher Wahrscheinlichkeit auftauchen könnte.

2. Erst wenn wir messen, verdichtet sich metaphorisch gesprochen die bis dato nicht fassbare „Möglichkeitswolke“ und zeigt sich als konkretes Teilchen an einem bestimmten Ort. Physiker sprechen hier vom „Kollaps der Wellenfunktion“.

3. Wo genau das Teilchen erscheint, ist dem Zufall überlassen. Man kann nur angeben, mit welcher Wahrscheinlichkeit es in einem bestimmten Bereich auftaucht – die Wellenfunktion ist sozusagen die „Landkarte dieser Wahrscheinlichkeiten“.

In den nächsten Abschnitten wollen wir untersuchen, welche philosophischen Schlussfolgerungen wir daraus ziehen können - und welche nicht...

2) Esoterische Fehldeutungen des Messvorgangs und die Anwtwort der Quantenphysiker

In spirituellen Kreisen und in der esoterischen Literatur wird die Quantenphysik gerne als Beweis dafür herangezogen, dass nicht Materie, sondern eine immaterielle, geistige Energie die ursprüngliche Substanz alles Existierenden sei. Der Messvorgang beim Doppelspaltexperiment zeige weiterhin, dass zur Umwandlung von abstrakter Energie in konkrete Materie eine bewusste Beobachtung vonnöten sei. Hieraus leiten esoterische Autoren dann gerne die Bestätigung für ihre Auffassung ab, wonach wir unsere physische Lebensrealität mit unserem Bewusstsein selbst erschaffen. Des Weiteren werden verschiedenste Bewusstseinsprozesse gerne als „Quanteneffekte“ gedeutet. Manche Autoren und Praktiker scheuen selbst vor Wortneuschöpfungen wie „Quantenheilung“ nicht zurück. Damit scheinen sie vermeintliche medizinische Hilfestellungen in Zusammenhang mit Erkenntnissen aus der Quantenphysik bringen zu wollen. Ob sie es dabei mit der akribischen Forschungsarbeit der Physiker so genau nehmen, sei hier mal dahingestellt. Der ein oder andere Esoteriker will sich damit vielleicht einfach nur in ein (be-)trügerisches Gewandt wissenschaftlicher Autorität kleiden.

Die Quantenphysiker selbst wehren sich jedenfalls gegen eine derartige Vereinnahmung ihrer Forschung. Was Esoteriker schreiben, sei entweder fachlich falsch, grob verzerrt, unzulässig vereinfacht oder aus dem Kontext gerissen. Grundsätzlich sei es auch nicht möglich und zulässig, die Erkenntnisse aus der Quantenwelt (also der Welt der kleinsten Teilchen) einfach so auf unseren menschlichen Körper und unsere makroskopische Erfahrungswelt mit all ihren Alltagsobjekten zu übertragen. In unserer gewöhnlichen Erfahrungswelt kämen die seltsamen Vorgänge, die sich in der Welt der kleinsten Teilchen zeigen, nämlich gar nicht vor. Warum das so ist, habe vor allem mit dem Konzept der Messung zu tun. Ein schwerwiegendes Missverständnis seitens der Esoterik liege darin, Messung mit bewusster Beobachtung gleichzusetzen. Um eine Messung vorzunehmen und materielle Realität zu erschaffen, braucht es aber nach Überzeugung der meisten Quantenphysiker gar kein menschliches Bewusstsein.

Um dieses Argument nachvollziehen zu können, müssen wir uns anschauen, was Quantenphysiker mit dem Begriff „Messung“ eigentlich genau meinen. Wie wird zum Beispiel im Doppelspaltversuch gemessen, welchen Spalt die „Energiewolke“ wählt? Und warum führt diese Messung dazu, dass diese diffuse, wellenartige „Wolke“ zu einem festen und präzise lokalisierbaren Teilchen „kollabiert“? 

Was passiert bei der Messung?

Atome und erst recht Elektronen sind so klein, dass man sie unmöglich sehen kann. Wir reden hier von Größenordnungen weit unterhalb eines Millionstel eines Millimeters. So stark können selbst die stärksten Lichtmikroskope nicht vergrößern. Messen bedeutet also keinesfalls „beobachten“. Sind Objekte zu klein, um Sie direkt sehen zu können, bleibt nur die Möglichkeit, sie indirekt aufzuspüren. Dazu müssen die gesuchten Objekte mit irgendetwas in Kontakt geraten, was uns signalisieren kann, dass sich an der entsprechenden Stelle etwas befindet – auch wenn wir das nicht direkt sehen können. Es muss also eine Wechselwirkung zwischen dem gesuchten Objekt und irgendeiner Art von Messapparatur hergestellt werden. Und genau das versuchen die Physiker mit technisch ausgetüftelten Geräten und Verfahren zu erreichen.

Konstruieren wir hierzu im Gedankenexperiment ein stark vereinfachendes Beispiel: Nehmen wir an, Sie wollten in einem luftleeren Raum ein einzelnes Atom aufspüren. Selbst mit den besten Lichtmikroskopen könnten Sie es nicht sehen. Sie könnten aber versuchen, einen eng gebündelten elektromagnetischen Strahl durch den Raum zu schwenken. Sofern Sie am gesuchten Atom vorbeischwenken, passiert natürlich nichts. Sobald der Strahl aber auf das gesuchte Atom trifft, wird er vielleicht reflektiert oder absorbiert. Die Abweichungen würden von einem Computer registriert und Sie könnten die Daten anschließend auslesen. So könnten Sie Rückschlüsse über das Atom ziehen, auch ohne es jemals gesehen zu haben.

Messung bedeutet also im Grunde genommen, einen Kontakt beziehungsweise eine Wechselwirkung herzustellen – sei es mit einem Strahl, einem Kraftfeld oder einem festen Objekt. Auf diese Weise kann die Information, ob und wo sich ein Teilchen aufhält, verfügbar gemacht werden.
So ähnlich muss man sich das auch beim Doppelspaltexperiment vorstellen: Die Messung am Doppelspalt funktioniert mittels Wechselwirkung: Die wellenartige „Wolke“ trifft auf eine Messapparatur. Im Moment dieses Kontakts „kollabiert“ die Welle zum Teilchen. Somit liegt nun eine Information über den konkreten Aufenthaltsort des Teilchens vor und es ließe sich klar sagen, welchen der beiden Spalte das Teilchen als Weg gewählt hat. Dabei spielt es nach Überzeugung der meisten Quantenphysiker überhaupt gar keine Rolle, ob diese Information am Ende von einem bewussten Beobachter ausgelesen wird oder nicht. Entscheidend für den Kollaps der „Wellenwolke“ sei allein, dass eine Wechselwirkung stattfindet.

Messung erfordert kein Bewusstsein

Nach dieser Argumentation kann also das, was Quantenphysiker als „Messung“ bezeichnen, auch ohne jegliches Beisein und bewusstes Beobachten von Menschen erfolgen. Und das passiert laut Quantenphysikern auch permanent. Da in unserer makroskopischen Alltagswelt alle Materie ständig mit anderer Materie in Kontakt kommt, finden ja permanent Wechselwirkungen, also sozusagen „Messungen“ statt. Nichts auf unserer Erde ist völlig abgeschirmt und isoliert von seiner Umwelt. Licht, Elektronen, Atome und Moleküle befinden sich auf diesem Planeten in ständiger Wechselwirkung. Folglich ist die räumliche Diffusität immaterieller „Energiewolken“ mit Wellencharakter in unserer Alltagswelt gar nicht erfahrbar.
Im Doppelspaltexperiment hingegen werden Elektronen, Atome und Moleküle durch ein Vakuum von jeglichen Kontakten mit der Außenwelt abgeschirmt. Würde sich um den Doppelspalt herum Luft ausbreiten, käme es früher oder später zur Wechselwirkung zwischen den Quantenobjekten und den Molekülen in der Luft. Dieser Kontakt würde zum Wellenkollaps führen. Die Quantenobjekte würden sich dann als Teilchen manifestieren und folglich auch kein Interferenzmuster an die Projektionsfläche zaubern.

Nach dieser Interpretation des Messvorgangs existiert Materie darum auch dann, wenn niemand hinsieht. Die in spirituellen Kreisen weitverbreitete Idee, wonach Materie sich nur durch bewusstes Beobachten manifestieren könne, halten die meisten Quantenphysiker für Unsinn. Nur eine Handvoll Wissenschaftler vertritt in dieser Angelegenheit einen differenzierteren Standpunkt. Entsprechende Studien, die dem Bewusstsein eine durchaus entscheidendere Rolle beim Wellenkollaps zusprechen, finden Sie im Themenbereich Bewusstseinsforschung und dort im Artikel zu den Experimenten von Dr. Dean Radin "Studien zur mentalen Beeinflussung von Zufallsprozessen."

3) Warum Materie dennoch ein Mysterium bleibt

Selbst wenn die Mehrheit der Quantenphysiker mit ihrer Einschätzung richtig liegen und das Bewusstsein beim Messvorgang irrelevant sein sollte: Der Kuriosität des Doppelspaltexperiments täte das keinen Abbruch. Denn das Besondere bei diesem Experiment ist ja, dass der Messvorgang sich hier gar nicht auf ein sich bereits im Durchflug befindliches, klar lokalisierbares und festes Teilchen richtet, sondern auf eine abstrakte Welle, die durch beide Spalte zugleich schwappt und sich noch nicht als eindeutig lokalisierbares, festes Teilchen manifestiert hat! Bringt man nun einen Detektor an einem der beiden Spalte an, um die Information zu erzwingen, wann welcher Spalt durchquert wird, scheint die Welle augenblicklich zu einem festen Teilchen zu „kollabieren“, das offenbar nach dem Zufallsprinzip entweder am linken oder am rechten Spalt auftaucht.

Dass sich Teilchen erst durch einen Messvorgang als solche zeigen und vorher nicht, ist auch dann noch seltsam, wenn die aktive Beobachtung eines bewussten Menschen hierbei keine Rolle spielen sollte! Warum Materie, sofern sie ohne jegliche Messung isoliert bleibt, ihr Dasein nicht als konkretes Teilchen, sondern als diffuse „Wellenwolke“ fristet, bleibt einfach rätselhaft: Wieso existieren Teilchen nicht von Anfang an als feste Teilchen? Warum schlummern sie bis zum Moment einer Messung nur als potenzielle Teilchen in Form eines kaum begreifbaren „Wellenetwas“? Das ist intuitiv überhaupt nicht einleuchtend und stellt die Basis des klassischen Materialismus, wonach alle Dinge in unserem Universum aus kleinsten Teilchen aufgebaut sind, gehörig infrage!

Philosophische Implikationen bleiben unbeantwortet

Quantenphysiker sind heute in der Lage, die seltsamen Vorgänge in der Welt der kleinsten Teilchen präzise zu analysieren, formal zu beschreiben und mathematisch vorauszuberechnen. Die Bedeutung all dessen hat sich den Physikern bis heute jedoch noch nicht erschlossen. Die meisten Quantenphysiker scheinen sich für die tiefere Bedeutung ihrer Forschungsergebnisse aber auch gar nicht zu interessieren. Einige von ihnen negieren sogar ganz offen die Sinnhaftigkeit jeglicher philosophischer Interpretation. Der Quantenphysiker Florian Aigner schreibt hierzu etwas despektierlich in seinem populärwissenschaftlichen Einführungsbuch „Warum wir nicht durch Wände gehen, unsere Teilchen aber schon“:

„Natürlich kann man die Wellenfunktion, wenn man unbedingt möchte, als eine magische Welt der Wahrscheinlichkeiten bezeichnen und mit innerer Ergriffenheit verkünden: ‚Das Teilchen besteht aus purer Möglichkeit, der noch kein realer Wirklichkeitswert zukommt. Materie ist nichts als transzendente Kontingenz, eine Nebelschwade des Hypothetischen, die sich erst in der Messung zum Faktum kristallisiert‘. Aber solche Formulierungen sind nutzlos. […] Einfacher ist es […] sich radikal damit anzufreunden, dass es hinter der Wellenfunktion keine tiefere Wirklichkeit geben muss.“ (S. 232, siehe Quellenangaben unten)

Quantenphysiker sind eben Wissenschaftler. Und Wissenschaftler stützen sich auf beobachtbare Vorgänge. Was man nicht beobachten kann, ist objektiv nicht „untersuchbar“ – und nach Meinung vieler Wissenschaftler dann mutmaßlich auch nicht existent. Oder es könnte vielleicht existent sein, wäre dann aber trotzdem nicht relevant, weil es sich ja nicht erfassen lässt und man nichts darüber wissen kann. Das ungewöhnliche Verhalten der Materie zu mystifizieren und sich über mögliche philosophische Deutungen den Kopf zu zerbrechen, scheint aus dieser Perspektive ziemlich unproduktiv. Sinnvoller wäre es demgegenüber, die Eigenschaften und das Verhalten der Quantenobjekte mit mathematischen Modellen zu beschreiben, um die entsprechenden Erkenntnisse dann auch technisch nutzbar zu machen. Und das tun die Quantenphysiker auch – man denke an die Lasertechnologie oder den Magnetresonanztomographen.

Aus einer eingeschränkten, wissenschaftlichen Sichtweise klingt das alles verständlich. Aus einer philosophischen Sicht muten die obigen Aussagen hingegen wie ein Denkverbot an. Philosophisch gesehen drängt die Frage, warum feste Materie an ihrer Basis eigentlich eine diffuse, wellenartige „Energiewolke“ ist, unbedingt nach einer Antwort. Dass etwas Massives wie ein Stein auf Ebene seiner kleinsten Bestandteile aus scheinbar immateriellen, wellenartigen „Möglichkeits-Wolken“ hervorgeht, ist doch nun wirklich ein viel zu faszinierender Vorgang, als dass man ihn achselzuckend mit einem „so ist das halt“ zurückweisen könnte, um sich sodann mit nüchternen Rechenmodellen zu befassen. 

Nicht mystifizieren - aber auch nicht banalisieren!

Man soll die Quantenphysik nicht mystifizieren, sagen die Wissenschaftler. Ja, das stimmt. Man sollte sie aber auch nicht banalisieren. Für unser Weltbild ist die Frage, wie die Rätsel der Quantenphysik zu deuten sind, von fundamentaler Bedeutung. Da hilft es auch nicht, das Rätselhafte an der Quantenphysik allein auf unsere begriffliche Begrenztheit reduzieren zu wollen, wie der Quantenphysiker Florian Aigner das tut:

„[Quantentheorie] lernt man wie eine neue Sprache aus einer noch unbekannten, fremden Kultur. Manche Wörter dieser fremden Sprache können wir in unsere eigene Alltagssprache übersetzen. Manche Begriffe sind für uns aber völlig neu – sie bezeichnen etwas, was es in unserer bisher gewohnten Welt einfach nicht gibt. Solche Begriffe kann man nicht verstehen, indem man sie mit etwas Bekanntem erklärt. Man muss sie akzeptieren und sich an sie gewöhnen.“ (S. 249, siehe Quellenangaben unten)

Es stimmt, dass wir aus unserer makroskopischen Lebensumwelt mit vergleichsweise riesigen Objekten wie Häusern, Bäumen, Autos, Möbeln, Werkzeugen, Hunden und Insekten schlicht keine passenden Begriffe kennen, um die seltsamen Eigenschaften von kleinsten Quantenobjekten nachvollziehbar abzubilden. Unter einem „Wellenteilchen“, einer „Teilchenwelle“ oder einer „diffusen Energiewolke mit Wellencharakter“ können wir uns nicht wirklich etwas vorstellen. Trotzdem geht es hier um weit mehr als nur um ein sprachliches Problem. Das Erstaunliche ist ja, dass die makroskopischen Objekte in unserer Alltagswelt, inklusive unseres menschlichen Körpers, letztlich aus diesen unverständlichen Quantenobjekten hervorgehen. Diese seltsamen „Wellenwahrscheinlichkeitswolkenteilchendinger“ sind das Fundament aller Materie. Sie sind die Basis all dessen, was wir sehen und anfassen können.

Insofern hinkt der Vergleich von Florian Aigner ganz gewaltig. 

In Wirklichkeit verhalten sich Quantentheorie und klassische Physik nicht zueinander wie zwei getrennte Kulturen, die wie zum Beispiel Deutschland und Nordkorea keinerlei Berührungspunkte haben und deren Sprachen aus eben diesem Grund verschieden sind. Das Verhältnis von Quantenobjekten zur makroskopischen Welt ist vielmehr mit demjenigen Verhältnis vergleichbar, in dem einzelne Bürger zu einem ganzen Land stehen, zum Beispiel ein einzelner Deutscher zu Deutschland oder ein einzelner Nordkoreaner zu Nordkorea. Die Quantenphysiker würden dieser Analogie zufolge das Verhalten der einzelnen Bürger als Individuen studieren, die klassischen Physiker hingegen die Eigenheiten der Gesellschaft als Ganzes. Denn eine Gesellschaft setzt sich aus ihren Bürgern zusammen, ähnlich wie sich ein großer, materieller Gegenstand aus seinen Atomen und Molekülen zusammensetzt.
Nun würde man logischerweise erwarten, dass Eigenschaften, über die sämtliche Bürger als Individuen verfügen, auch bei der Gesellschaft als Ganzes auftreten. Wenn zum Beispiel jeder einzelne Deutsche Deutsch spricht, würde man ja selbstverständlich davon ausgehen, dass in Deutschland im Allgemeinen Deutsch gesprochen wird. In der Physik geschieht aber etwas völlig Paradoxes: Eigenschaften, die Quantenobjekte auf fundamentaler Ebene aufweisen, sind im makroskopischen Bereich nicht mehr vorzufinden. Statt einer diffusen „Energiewolke“ mit Wellencharakter können klassische Physiker nur noch feste und klar lokalisierbare Materie ausmachen. Das ist in etwa so, als würden Quantenphysiker beobachten, wie ein einzelner Deutscher, sofern er alleine in seinem Zimmer Selbstgespräche führt, Deutsch spricht, wohingegen die klassische Physik feststellen muss, dass Deutsche, sobald sie mit anderen Deutschen in Kontakt kommen, plötzlich nur noch Koreanisch reden. Ist das nicht erstaunlich?

Es ist erstaunlich! Und noch viel erstaunlicher ist es, wie wenig manche Quantenphysiker darüber staunen. Ihre wenig überzeugenden Versuche, das mysteriöse Verhalten von Materie herunterspielen zu wollen, offenbaren, dass die Physik hier auf eine Erkenntnisgrenze stößt, über die sie nicht hinausblicken kann und es auch nicht will. Das Philosophieren überlässt sie lieber anderen. Die Denkmöglichkeit, dass bei der Herausbildung von Materie eine metaphysische Hintergrundrealität mit im Spiel sein könnte, bleibt aus unserer Sicht eine legitime Anfangsvermutung – vor allem dann, wenn man in Betracht zieht, dass es neben den hier beleuchteten Paradoxien der Quantenphysik noch eine Reihe weiterer wissenschaftlicher Rätsel gibt, die Materie als Basis allen Seins unwahrscheinlich erscheinen lassen (siehe zum Beispiel die Artikelsammlungen zu den Rätseln biologischen Lebens und zu den Rätseln der Hirnforschung).



4) Ist unsere Realität virtuell?

Eine mögliche Deutung, die die Paradoxien der Quantenphysik erklären könnte, ist die Konzeption unseres physischen Universums als virtuelle Realität.

Falls Sie diese Interpretation des Doppelspaltexperiments kennenlernen möchten, finden Sie alle weiteren Informationen auf der entsprechenden Artikelseite "Indizien für eine virtuelle Realität" in unserer Artikelsammlung zur Simulationstheorie des Physikers und Bewusstseinsforschers Thomas Campbell.

5) Weiterführende Informationen und Buchtipps


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