Quantenwelt - Smolin, Lee
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Die Zukunft der Quantentheorie von einem der führenden Physiker unserer Zeit
Die Quantenphysik ist das Lieblingskind der modernen Wissenschaft. Sie ist das Fundament für unser Verständnis von allem was sich abspielt zwischen den Elementarteilchen bis hin zum Verhalten von Materie aller Art. Die Quantenphysik ist aber auch ein Problemkind: Ihre Erfinder können sich noch nicht einmal _auf ihre Grundlagen einigen, sie ist gefangen in seltsamen Paradoxien, und was sie ausmacht, klingt eher erfunden als erforscht. Warum das so ist, zeigt uns Lee Smolin in seinem neuen Buch: Die Probleme der…mehr

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Produktbeschreibung
Die Zukunft der Quantentheorie von einem der führenden Physiker unserer Zeit

Die Quantenphysik ist das Lieblingskind der modernen Wissenschaft. Sie ist das Fundament für unser Verständnis von allem was sich abspielt zwischen den Elementarteilchen bis hin zum Verhalten von Materie aller Art. Die Quantenphysik ist aber auch ein Problemkind: Ihre Erfinder können sich noch nicht einmal _auf ihre Grundlagen einigen, sie ist gefangen in seltsamen Paradoxien, und was sie ausmacht, klingt eher erfunden als erforscht. Warum das so ist, zeigt uns Lee Smolin in seinem neuen Buch: Die Probleme der Quantenphysik sind ungelöst und unlösbar aus einem einzigen Grund: Die Quantentheorie ist unvollständig. Er zeigt uns, wie wir zu einem wirklich neuen Verständnis von Natur und Universum kommen können, indem wir die Theorie vervollständigen und zu Ende denken, was mit Einstein begonnen hat.

Ausstattung: 14 s/w Abbildungen
Autorenporträt
Lee Smolin, geboren 1955 in New York, ist Professor für theoretische Physik, lehrte u.a. in Princeton und Yale und ist einer der Begründer des kanadischen Perimeter Institute for Theoretical Physics, wo er heute arbeitet. Er ist einer der bedeutendsten theoretischen Physiker unserer Zeit und ein profilierter Autor. Bei DVA erschienen zuletzt 'Die Zukunft der Physik' (2009) und 'Im Universum der Zeit' (2014).
Rezensionen

Frankfurter Allgemeine Zeitung - Rezension
Frankfurter Allgemeine Zeitung | Besprechung von 23.11.2019

Das Systemprogramm des naiven Realismus

Der Quantentheorie verdankt die Physik ihre präzisesten Befunde: Lee Smolin hält sie trotzdem für falsch - und alle vorliegenden Alternativen auch.

Von Ulf von Rauchhaupt

Noch ist Quantentheorie kein Schulstoff. Doch nicht erst seit Google oder IBM an Quantencomputern basteln, sind ihre Gleichungen unentbehrlich geworden. Keinen Laser, keine Digitalkamera hätte man ohne sie zum Laufen gebracht, nicht einmal Opas Transistorradio. Mittels der Quantenmechanik und ihrer Weiterentwicklungen haben wir Atome und Elementarteilchen im Griff, bis zur vierzehnten Dezimalstelle genau.

Trotzdem hält Lee Smolin diese Quantentheorie für falsch - und zwar nicht nur in dem Sinn, dass sie sich eines Tages als bloßer Spezialfall eines umfassenderen Lehrgebäudes herausstellen müsste. Nun rudert Smolin, theoretischer Physiker am Perimeter Institute im kanadischen Waterloo, gerne gegen Hauptströmungen seiner Zunft an und füllte damit schon mehrere schwungvolle Bücher. In einem haderte er mit der Stringtheorie, in einem anderen mit der angeblich auf Albert Einstein zurückgehenden Vorstellung, das Verfließen der Zeit sei eine Illusion. Tatsächlich hat Einstein dergleichen in seinem wissenschaftlichen Werk nirgendwo vertreten. Wessen er sich aber sicher war, das ist auch die These in Smolins neuem Buch: Die Quantentheorie kann nicht stimmen.

Smolin macht angenehm deutlich, dass er dafür keine naturwissenschaftliche Gründe hat, sondern weltanschauliche. Seine Position ist der physikalische Realismus. Er glaubt, die Gegenstände der Naturwissenschaft, insbesondere die Eigenschaften der Materie, seien unabhängig von unserer Wahrnehmung und unserem Wissen und könnten überdies von uns Menschen grundsätzlich erkannt werden, um das Sosein des Universums zu erklären und seine Zukunft vorauszusagen.

Dieser Realismus ist mit der Quantentheorie der Physik-Lehrbücher tatsächlich nicht vereinbar - und Smolin erklärt, so gründlich und anschaulich es geht, warum. Ähnlich denkt auch der Philosoph Tim Maudlin von der New York University, der sich sogar weigert, den Inhalt der gängigen Quantenmechanik-Bücher eine Theorie zu nennen, da dort in fundamentalen Postulaten Begriffe wie "Beobachtung" oder "Messung" vorkommen und damit der beobachtende Mensch. "Eine physikalische Theorie", schreibt Maudlin in seinem im Frühjahr erschienenen Band "Quantum Theory" (Princeton University Press) zum Thema, "würde stattdessen genau sagen, was existiert und wie es sich verhält." Theorien hätten von den "beables" zu handeln, wie sie der irische Theoretiker John Stewart Bell nannte, den seinsfähigen Eigenschaften, nicht von den "observables", deren Werte Physiker tagtäglich ausrechnen.

Nach Maudlin wenden sie dafür keine Quantentheorie an, sondern nur "Quanten-Rezepte". Maudlins verhandelt in seinem Buch drei populäre Typen von Vorschlägen dafür, was an Seinsfähigem hinter jenen Rezepten stecken könnte: "Führungswellen-Theorien", die bereits in den Gründerjahren der Quantenphysik vorgeschlagen worden waren, "Kollapstheorien", die allerdings eine Abänderungen der heute in den "Rezepten" verwendeten Gleichungen erforderten, sowie die berüchtigten "Viele-Welten-Theorien", die eine praktisch kontinuierliche Aufspaltung der Realität in Zweige alternativer Geschichten postulieren.

Auch Lee Smolin diskutiert diese und andere Möglichkeiten von Quantentheorien, mit denen ein Realist leben könnte - und verwirft sie alle. Einmal eine ausführliche populärwissenschaftliche Darstellung der Probleme mit allen diesen Ansätze zu versuchen ist die eigentliche Leistung des Buches. Dabei verlangt Smolin Lesern, die mit der Debatte nicht vertraut sind, einiges ab. Er belohnt sie aber mit wichtigen Details, die populärwissenschaftliche Darstellungen der Quantenphysik gemeinhin scheuen, etwa dem Kochen-Specker-Theorem oder den verschiedenen Möglichkeiten, "Wahrscheinlichkeit" zu verstehen.

Smolin argumentiert dabei physikalisch und philosophisch. Der Viele-Welten-Idee etwa macht er den Vorwurf, den Realismus zu übertreiben und einen "Magischen Realismus" zu propagieren, in dem sich die Wirklichkeit "stark von der Welt, die wir wahrnehmen und messen, unterscheidet". Stattdessen wünscht Smolin sich einen nach Möglichkeit "naiven Realismus", den er selbst so nennt. Diese Möglichkeit ist allerdings eingeschränkt, vor allem durch Befunde, die Smolins Idol Einstein noch nicht vorlagen. Insbesondere darf auch eine naive Realität nicht mehr lokal gedacht werden: Mittels eines Gedankenexperiments hatte Einstein einst gegen die Quantenmechanik argumentiert, weil diese "spukhafte Fernwirkungen" zulasse. Das Gedankenexperiment ist heute in realen Versuchen durchgeführt worden, und jene spukhafte Fernwirkung gibt es tatsächlich.

Die Skizzen eines für Realisten akzeptablen nichtlokalen Theorieansatzes, die Smolin am Ende zeichnet, präsentiert er in Vorträgen und Büchern schon seit Jahren. Physikalisch sind sie kaum konkreter geworden, hier werden sie höchstens etwas programmatischer auf Prinzipien gegründet, denen eine Quantentheorie nach Smolins Geschmack genügen müsste. Er sieht sie alle als Aspekte des bereits von Leibniz hochgehaltenen "Satzes vom zureichenden Grund", dem in den Augen eines naiven Realisten unter anderem der irreduzible Indeterminismus der Rezept-Quantenmechanik hohnspricht: Ob ein Uran-Atom innerhalb der nächsten Stunde zerfällt, dafür lässt sich zwar eine Wahrscheinlichkeit ausrechnen. Wenn es aber zerfällt, dann gibt es dafür, dass es genau dann zerfallen ist, keinen Grund.

Dergleichen nicht zu akzeptieren ist eine weltanschauliche Entscheidung. Alternativlos ist sie freilich nicht. Seit die "Quantenrezepte" 1927 zuerst aufgelistet wurden, haben mehrere ihrer Pioniere, allen voran Niels Bohr, sich getraut, die Lösung der Quantenrätsel nicht in einem noch unvollständigen physikalischen Verständnis zu suchen, sondern in einem Abschied von der Vorstellung, Physik könne die Wirklichkeit als solche ergründen und nicht nur das, was wir physikalisch über die Wirklichkeit in Erfahrung bringen können - eine Position, die Smolin als "Antirealismus" geißelt.

Warum aber Realität nicht mehr sein darf als das naturwissenschaftlich Erkundbare, ist eine Frage, die auch Smolin jenseits seines philosophischen Geschmacks am Ende nur politisch beantworten kann: Naturwissenschaft müsse im Zeitalter von Fake News und Klimawandelleugnern von "mystischem Verlangen" und "metaphysischen" Programmen "rein" bleiben. Doch der Realismus, das gesteht auch Smolin ein, "hat in jeder Variante einen Preis". Nicht zuletzt wohl den, selbst ein metaphysisches Programm vorzustellen.

Lee Smolin: "Quantenwelt". Wie wir zu Ende denken, was mit Einstein begonnen hat. Aus dem Englischen von Jürgen Schröder.

Deutsche Verlags-Anstalt, München 2019. 400 S., Abb., geb., 25,- [Euro].

Alle Rechte vorbehalten. © F.A.Z. GmbH, Frankfurt am Main…mehr
»Smolins neuestes Buch ist ein radikal ehrlicher Rechenschaftsbericht. Es liefert tiefe Einblicke in Stoff und Arbeit eines der bedeutendsten Grundlagenforscher, wie man sie nur selten vorgesetzt bekommt.« NZZ "Bücher am Sonntag"
»Keine leichte Lektüre, aber ein fantastisches geistiges Abenteuer.« Technology Review