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Welt & Zeugs

Sein oder Nichtsein

miaute die Katze in der Stahlkammer.

Schrödinger und sein Kätzchen

Das arme Kätzchen! Es ist von der Umwelt abgeschottet und ein ziemlich komplizierter Mechanismus bestehend aus strahlendem Material, einem Geigerzähler und einer Giftampulle bedroht sein Leben. Ob die Katze noch lebt oder schon tot ist, wird nach einer Stunde der Beobachter feststellen, der die Kiste öffnet. Im Grunde, so die Quantenmechanik, ist die Katze in der Kiste in einem unscharfen Zustand, wie ein Foto, das mehrfach belichtet wurde: sie ist zugleich tot und lebendig, bis der Beobachter die Kiste öffnet und damit ihren Zustand bestimmt. Soweit Erwin Schrödingers 85 Jahre altes Gedankenexperiment, das spätestens seit der Erwähnung bei „The Big Bang Theory“ zum allgemeinen Kulturgut wurde.

Nun würde natürlich jeder Katzenliebhaber mindestens einen Einwand vorbringen, ganz abgesehen von der offensichtlichen Tierquälerei: Nach einer Stunde in einer vollständig abgeschotteten Kiste wäre jede Katze tot. Darum haben auch diese seltsamen beigen Transportboxen immer Luftlöcher, um das Schätzchen auf der Fahrt zum Tierarzt am Leben zu erhalten.

Tatsächlich war die Absicht Schrödingers aber mitnichten, die Tierschützer auf die Barrikaden zu treiben. Vielmehr sollte hier herausgestellt werden, wie schwierig die Übertragung subatomarer Prozesse auf „grobsinnliche“ Erfahrungen ist.

Im Großen und im Kleinen

Unsere lebensweltlichen Erfahrungen lassen solche Unbestimmtheiten nicht zu. Unsere Umgebung gehorcht den Naturgesetzen der klassischen Physik, starren Regeln, die immer zutreffen. Darum können wissenschaftliche Experimente repliziert werden, darum können wir wissen, was der nächste Moment bringt: wenn wir die Ausgangssituation und die gegebenen Elemente kennen, wissen wir, was erfolgen wird. Wir wissen, dass der Apfel, wenn wir ihn fallen lassen, nach unten fällt und auf den Boden trifft, wir wissen, dass die geworfene Sahnetorte das Gesicht des Clowns erreichen wird und wir wissen, dass wir nass werden, wenn wir ins Wasser fallen.

Die Experimente der klassischen Physik stützen sich alle auf diese deterministische Weltsicht. Sie funktioniert schließlich ziemlich gut und hat uns auf einen zuvor unvorstellbaren technischen Stand gebracht. Es ist aber auch wahnsinnig praktisch, wenn ich genau bestimmen kann, dass der Roboterhammer das Fahrzeugteil trifft, das ich gerade bearbeiten will und nicht meine danebenliegende Hand.

Wenn wir uns aber eine infinitesimal kleine Katze vorstellen, gelten für sie eben nicht mehr dieselben Bedingungen. Auf subatomarer Ebene ist es nicht vorherbestimmt, was als Nächstes geschieht. Das zerfallende Material in der Katzenkiste wird vielleicht im Laufe der Stunde ein Partikel verlieren, aber wann und welches Partikel, ist nicht vorherzusagen. Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts zeigte sich in der voranschreitenden physikalischen Forschung, dass sich das Verhalten subatomarer Teilchen nicht durch makroskopisch funktionierende Modelle erklären ließ. Eine neue Theorie musste her.

Die Mechanik des Alltags

1929 verwendete Max Planck erstmals den Begriff Quantenphysik. Bereits zwei Jahre zuvor hatte Werner Heisenberg festgestellt, dass es unmöglich ist, zur gleichen Zeit Ort und Impuls eines Teilchens zu bestimmen. Während in der klassischen Physik durch ein Experiment eine sichere Aussage getroffen werden kann, werden in der Quantenmechanik durch Messungen lediglich Wahrscheinlichkeiten angegeben.

Für das alltägliche Leben spielt diese Unterscheidung zwischen deterministischer und probabilistischer Weltsicht augenscheinlich keine Rolle. Solange meine Kamera weiter Bilder aufnimmt, kann mir ja egal sein, welches der unzähligen Photonen durch mein Objektiv drang. Dabei ist es durchaus lohnend, sich über die Folgen des allmählichen Eindringens der Quantenphysik in die Populärkultur Gedanken zu machen.

Begriffe wie eben Schrödingers Katze, Quantencomputer oder Unschärferelation nehmen in der Wahrnehmung des modernen Menschen die Rolle von Staubfängern ein – man hat sie irgendwo aufgeschnappt und auf einem staubigen Regal in einem kaum benutzten Zimmer des Gedächtnisses abgelegt. Nur selten kommt man in die Verlegenheit, sie zu betrachten und schon nach einer Weile hat man nicht nur vergessen, wo sie herkamen, sondern auch, warum man sie überhaupt behält.
Dabei sind quantenmechanische Prozesse und ihre Erforschung für die moderne Technik unabdingbar. Man muss nicht in die Zukunft der Computertechnologie schauen, um die Effekte der Quantenmechanik in Anwendung zu sehen. Jedes banale Mobiltelefon beruht auf Halbleitertechnologie und verwendet die Zeit, die von einer Atomuhr vorgegeben wird. Eine Computertomographie wäre ohne die Quantenmechanik ebenso wenig vorstellbar wie ein Laserpointer. Allesamt Dinge, mit denen wir täglich in Kontakt kommen.

Trotzdem fällt es den meisten Menschen offenbar unheimlich schwer, diese Zusammenhänge zu verstehen. Neben unzähligen Blogs und Artikeln, die versuchen, Quantenphysik in einfachen Worten dem Laien verständlich zu machen, gibt es sogar ein Pappbilderbuch: „Quantenphysik für Babys“, ein Hit für Eltern, die ihre Kinder zu den Raketenwissenschaftlern von morgen erziehen wollen. Leider interessieren sich die Kleinen nicht die Bohne für die zugegebenermaßen hübschen, minimalistischen Bilder des Buches. Auch der Lesestoff für Erwachsene ist meist eher wirr und kommt nur selten ohne Fachvokabular aus.

Quanten und Menschen

Vielleicht sollte man das Problem einfach aus einem anderen Blickwinkel betrachten. Wenn wir uns vorstellen, dass wir die Menschheit aus einer sehr großen Entfernung betrachten, schrumpfen die einzelnen Menschen zu mikroskopisch kleinen Punkten. Sie sollen nun unsere subatomaren Teilchen sein. Denken wir uns nun eine bevorstehende Wahl zum, sagen wir, Weltpräsidenten. Der einzelne Mensch betritt seine abgeschottete Wahlkabine und setzt sein Kreuzchen. Wie er wirklich gewählt hat, kann man nicht mit Bestimmtheit sagen. Durch Befragungen vor den Wahllokalen kann man aber mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit den Ausgang der Wahl insgesamt prognostizieren.

Nun zur Rolle des Beobachters: die Befragung vor den Wahllokalen beeinflusst natürlich in gewissem Maße auch das Wahlverhalten – wer zuvor noch völlig unentschieden war und sich nun plötzlich für einen Kandidaten entscheiden soll, wird diese Entscheidung und die Gedanken, die er sich dabei gemacht hat, in die Wahlkabine mitnehmen. So übt der Beobachter einen Einfluss auf den Ausgang der Wahl aus.

Wir sehen, das Verhalten eines einzelnen Menschenteilchens ist unvorhersehbar, das Verhalten großer Massen lässt sich mit Wahrscheinlichkeiten beschreiben. Diese großen Massenbewegungen, die sich mathematisch berechnen lassen, inspirierten Isaac Asimov in seinem „Foundation-Zyklus“ zur Wissenschaft der Psychohistorik, mit der sich die zukünftige Entwicklung der Gesellschaft in Massenbewegungen vorhersagen ließe. Zwar war dies eine rein fiktive Wissenschaft, doch arbeiten heute die Sozialwissenschaften mit ganz ähnlichen Mitteln.

Die mathematischen Modelle helfen sowohl in der Physik wie in der Soziologie dabei, Voraussagen über große Massen von Teilchen oder Menschen zu treffen. Dabei ist das Verhalten eines einzelnen Teilchens oder von Lieschen Müller in der Wahlkabine nicht von Bedeutung. Der Laser funktioniert, auch wenn ich nicht genau sagen kann, wo sich ein bestimmtes Teilchen im Strahl befindet, und die Prognose am Wahlabend berücksichtigt nicht jede einzelne Wahlentscheidung. Es wird keine Aussage über einzelne Elemente getroffen, aber eine über das System.

Das Märchen lebt

Als Kinder träumen wir von Drachen und Hexen, Außerirdischen und fliegenden Einhörnern. Wir glauben an die Zahnfee und den Weihnachtsmann, denn unsere Erfahrung hat uns noch nicht gelehrt, was in der Realität möglich ist, und was nicht. Erst zu Beginn der Pubertät begreifen Kinder allmählich die engen Grenzen der Wirklichkeit. Ist das nicht eine Enttäuschung? Nie wird man wirklich die goldenen Flügel der Engel unter dem Weihnachtsbaum sehen, nie auf einem Drachen reiten. Das UFO, das man jeden Tag erwartete, wird nicht im Vorgarten landen, und man kann auch die bösen Mitschüler nicht mit einem Zauberstab in Stein verwandeln.

Mehr noch, eigentlich scheint das ganze Leben vorgezeichnet: die Schule zu Ende, Ausbildung, Job, Heirat, Kinder, Rente, Tod. Einerseits ist diese Sicherheit tröstlich, andererseits aber auch trügerisch und unendlich langweilig. Was bleibt dem Teenager übrig, als in wilde Rebellion auszubrechen, um diesem engen Korsett der Möglichkeiten zu entrinnen. Schließlich ergibt man sich aber doch der Last des Alltags.

Ist es da nicht ein schöner Gedanke, dass ganz tief in uns und der ganzen Welt eine inhärente Unsicherheit steckt? Eine, die nicht bedrohlich ist, sondern immer und immer wieder Möglichkeiten bereithält, von denen wir nicht zu träumen gewagt hätten? Vielleicht kommt eines Tages doch eine Fee um die Ecke, auch wenn sie sehr, sehr, sehr klein ist. So klein, dass niemand sie sehen kann.

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