Hegels "bedingter Realismus" im Vergleich zur epistemischen Interpretation der Quantenmechanik (Kopenhagener Deutung)

Inhaltsverzeichnis

1. Hundert Jahre Quantenphysik
1.1 Einhundert Jahre Interpretation der Quantenmechanik
1.2 Die Quantenmechanik und Hegel

2. Ergebnisse der Quantenfeldtheorie und Quantenphysik
2.1 Das quantenmechanische Prinzip der Nicht-Individualität (Holismus)
2.2 Welle-Teilchen-Dualismus und Meßprozeß
2.3 Die Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik

3. Hegels „bedingter Realismus” im Vergleich zur epistemischen Interpretation
3.1 Der Stellenwert von Hegels Logik und Dialektik in seinem Werk
3.2 Die Seinsparagraphen der Logik
3.3 Dialektische Erkenntnis bei Hegel

4. Zusammenfassung und Interpretation
4.1 Drei mögliche philosophische Argumentationstypen der ontologischen Zu- ordnung von Subjekt (Geist, Idee) und Objekt (Materie, Realität):
4.2 Der Vorteil des bedingten Realismus von Hegel bei der Interpretation
4.3 Hegel und Heisenberg

Literaturverzeichnis

1. Hundert Jahre Quantenphysik

1.1 Einhundert Jahre Interpretation der Quantenmechanik

„Insoweit unterscheidet sich ein Quantenrechner noch nicht von einem konventionellen. Die beiden Grundzustände der zweiwertigen Logik werden lediglich durch zwei stabile Zustände eines quantenphysikalischen Systems dargestellt. Doch wo ein gewöhnlicher Kondensator entweder geladen oder ungeladen ist und für eine Eins oder Null, nicht aber beides zugleich steht - , ein Bit der Boolschen Logik ist stets entweder Eins oder Null - kann ein Quantensystem auch in einem Zustand der Überlagerung existieren, in dem es die Null und Eins gleichzeitig darstellt - beispielsweise, wenn ein Atom sich in einem zeitabhängigen Mischzustand von Grund- und angeregtem Zustand befindet. Das eröffnet der Informatik eine zusätzliche Dimension” (Sietmann 2000, S. 131).

Am 14. Dezember 1900 leitete Max Planck eine Revolution in der Physik ein, die in der technischen Nutzung bis heute andauert. Was er zunächst als mögliche Erklärung für die Ungereimtheiten der Temperaturstrahlung präsentierte, erwies sich als so folgenreich, dass eine adäquate philosophische Interpretation der Bedeutung der Quantenphysik bis heute (noch) nicht erfolgt ist. Von der nachwachsenden Generation Physiker wurden Plancks Erkenntnisse zwar aufgegriffen und weiterentwickelt, meist jedoch nur im Rahmen des naturwissenschaftlich-mathematischen Formalismus. Die Quantentheorie ist mittlerweile die Grundlagentheorie der gesamten Physik und es gibt keinerlei (physikalische) Anhaltspunkte oder Experimente, die ihre Richtigkeit und Gültigkeit in Frage stellen. Wenn an ihrer „Wahrheit” gezweifelt wird dann deshalb, weil sie mit grundlegenden Vorstellungen unserer Alltagswelt kollidiert.

Neben der mathematischen Weiterentwicklung wie z.B. der Schrödinger-Gleichung oder der Heisenbergschen Matrizenmechanik ging es insbesondere Niels Bohr und Werner Heisenberg auch um das Nachdenken darüber, was diese Theorie und die ihr zugrundeliegenden Phänomene über die Physik, und damit die Welt im Allgemeinen, aussagen. Es war ihnen ein so wichtiges Anliegen, dass beide mit ihren Überlegungen maßgeblich zur sogenannten „Kopenhagener Deutung” der Quantenmechanik beitrugen. „Es ging darum [...] hinter der formalen mathematischen Struktur den ‘physikalischen Kern bloßzulegen’” (Hermann 1994, S. 38).

Da die Physiker zur Zeit der Entdeckung und Entwicklung der Quantenmechanik oft noch eine philosophische Grundbildung hatten, wurde natürlich auch um eine ontologische Interpretation gerungen. Dabei bildeten sich bald zwei Lager heraus: Die „Realisten”, denen z.B. Einstein und Schrödinger angehörten, sowie die Richtung der sogenannten „Kopenhagener Deutung” (benannt nach der Veröffentlichung von Heisenberg und Bohr 1927 in Kopenhagen). Die in dem Manuskript „Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik” beschriebene Unschärferelation von Heisenberg setzte sich durch und prägte von nun an, zusammen mit dem Komplementaritätsprinzip von Bohr, den Denkstil der Physik und Naturwissenschaften^[1].

Die Kopenhagener Deutung ist im Prinzip eine epistemische Deutung von Naturwissenschaft und Wissen (und damit dem Kant´schen Ansatz ähnlich), d.h. in der Theorie der Quantenmechanik ist das (momentane) Wissen des Menschen über die Welt repräsentiert. Ob die eigentliche Welt dahinter dem Menschen zugänglich ist, ist damit noch nicht von vornherein entschieden, mehrheitlich jedoch wird sicherlich vertreten, dass die Welt dahinter nicht erkennbar sei, das „Ding an sich” bzw. die „reale Welt” menschlicher Erkenntnis also prinzipiell verborgen bleibt^[2]. Dies kollidiert allerdings nicht nur mit dem Impetus von Wissenschaft, sondern auch mit dem Alltagsverständnis von Wirklichkeit, auf dem die klassische Physik und Mechanik aufgebaut ist.

Die Realisten^[3] nehmen deshalb an, dass die Quantenphysik noch unvollständig ist und in diesem Sinne nur eine provisorische Theorie darstellt. Dabei vermuten sie in der Regel weitere, noch verborgene Parameter^[4]. Gerade weil die Interpretation der Quantenmechanik so sehr unseren Vorstellungen der Alltagswelt und ihren Begriffen zuwider läuft, herrscht wohl auch unter vielen Philosophen die Überzeugung vor, dass dies zwar eine nette und wichtige Theorie der Physik ist, aber nichts mit der „Realität” zu tun hat.

Was aber, wenn diese Theorie wahr ist? Was sagt sie dann über die „Realität” aus? Dies führt zu dem Versuch einer ontologischen Deutung. Bei einer philosophischen Interpretation der Quantenmechanik muss man natürlich aufpassen, „daß nicht durch umgangssprachliche Transposition Kategorien eingeschmuggelt werden, die der Physik selber fremd sind” (Mutschler 1990, S. 141). Erst eine Transposition der mikrophysikalischen Ereignisse in die Welt der Alltagserfahrung erzeugt ja die Widersprüche, d.h. in der physikalisch-mathematischen Formulierung ist die Quantentheorie konsistent, erst wenn man anfängt, sich die Sache sinnlich vorzustellen, wird sie absurd. In diesem Sinne soll sie also nicht interpretiert werden. Wenn die Theorie jedoch im ontologischen Sinne wahr ist, dann macht sie Aussagen über die Realität. Mit der Realität unserer Alltagswelt, wie sie uns der Augenschein und Sachverstand nahelegt, ist es dann allerdings nicht ganz so leicht bestellt, wie man intuitiv annimmt.

1.2 Die Quantenmechanik und Hegel

Zu den Zeiten, in denen Hegel lebte und seine philosophischen Werke verfasste, gab es noch keine Quantentheorie und die gesamte Physik dieser Zeit war der klassischen newtonschen Mechanik verpflichtet. Warum kann man dann auf Hegels Gedanken zurückgreifen? Nun vielleicht deshalb, weil die Quantenmechanik möglicherweise auf der Objektseite etwas aufzeigt, was Hegel auf Seiten des denkenden Subjekts entdeckt zu haben glaubte. Hegels erkenntnistheoretische Philosophie gehört dem (objektiven) Idealismus an. Der Kerngedanke des Idealismus ist der, dass die realen Objekte der Wirklichkeit nicht unabhängig von denkenden und erkennenden Subjekten erkannt werden können.

In der Argumentation Kants (kritischer Idealismus) wird dies als erstes aufgewiesen. Das Objekt affiziert die Sinne des Menschen. Der Verstand legt darüber aktiv seine Kategorien, so dass eine Erkenntnis für den Menschen möglich wird. Das "Ding an sich" ist jedoch bei Kant menschlicher Erkenntnis unzugänglich, denn nur wie es erscheint, kann der Mensch mit Hilfe seiner Kategorien ordnen. Da alle Menschen diese Voraussetzungen haben, handelt es sich gleichwohl um objektive Voraussetzungen, um die transzendentalen "Bedingungen der Möglichkeit" von Erkenntnis.

Und genau hier schneiden sich die grundlegenden Gedanken von Hegel mit der modernen Quantenphysik. Nachdem die Logik die Ontologie in Hegels Werk^[5] darstellt, also die Erklärung des Aufbaus der Welt, und damit Realität, beansprucht, soll seine Logik quantenphysikalischen Ergebnissen gegenübergestellt werden. Da es zur Interpretation der Hegel- schen Logik in Bezug zur Quantenphysik aber wenig bis keine Sekundärliteratur gibt, werde ich mich am Originaltext orientieren ohne auf Interpretationen zurückzugreifen (Teil III).^[6] Dies kann zwar möglicherweise den Sinn bestimmter Aussagen im Rahmen des Gesamtwerkes verfremden, bietet aber den Vorteil, die Parallelität direkter aufzuzeigen. Ich beziehe mich dabei einerseits auf die Suhrkamp Ausgabe der „Enzyklopädie der philosophischen Wissenschaften” (Enz), da sie die oft sehr hilfreichen Zusätze enthält, die jedoch „nur” Vorlesungsmitschriften sind und damit nicht von Hegel selbst verfasst, und andererseits auf „Die Wissenschaft der Logik I & II” (WdL I & II).

Von Seiten der Elementarteilchenphysik wird es um die Problematik der Nicht-Individualität und des Holismus gehen, von Seiten der Quantenmechanik im Wesentlichen um den Welle-Teilchen-Dualismus und, damit verbunden, die ausgezeichnete Rolle des Meßprozesses (Teil II). Bei diesen Ausführungen beziehe ich mich ausschließlich auf das Skript „Naturphilosophie. Grenzfragen der Physik. Aufbau der Materie, Kosmologie, Quantentheorie”, meine Vorlesungsmitschriften der Vorlesung Naturphilosophie I sowie die Protokolle und Mitschriften des Seminars „Quanten verstehen: Zur philosophischen Interpre- tation der Quantenmechanik” von Dr. Bauberger S.J.. Die Aussagen der Kopenhagener Deutung entnehme ich im Wesentlichen den Aufsatzsammlungen “Schritte über Grenzen” und “Quantentheorie und Philosophie” von Werner Heisenberg.

Am Ende der Seminararbeit (Teil IV) soll versucht werden, die Relevanz des Hegelschen Denkens für eine adäquate Deutung der Quantenmechanik (und den Unterschied zur epistemischen Deutung) - im Vergleich zum Denken Heisenbergs - aufzuzeigen.

2. Ergebnisse der Quantenfeldtheorie und Quantenphysik

2.1 Das quantenmechanische Prinzip der Nicht-Individualität (Holismus)

„Klassische Objekte sind prinzipiell voneinander unterscheidbar. D.h.: Selbst wenn sie so gleich aussehen, dass sie praktisch nicht unterschieden werden können, so verhalten sie sich doch genauso wie wenn sie unterscheidbar sind. Gleichartige Elementarteilchen sind dagegen prinzipiell nicht voneinander unterscheidbar. Es fehlt ihnen eine Eigenschaft der Dinge der Alltagswelt. Dieses Fehlen sei hier als Nicht-Individualität der Elementarteilchen bezeichnet” (Bauberger, 15).

Kraft ist ein grundlegender Begriff der Physik, der allerdings in der Elementarteilchentheorie eine neue Bedeutung gewinnt. In der klassischen Theorie sah die Beschreibung in etwa folgendermaßen aus: (Unterscheidbare) Objekte üben aufeinander eine Kraft aus, indem sich das Verhalten dieser Objekte (z.B. die Richtung ihrer Flugbahn) verändert. Vorausgesetzt wird dabei die Konstanz der Objekte selbst, d.h. es verändern sich nur die Eigenschaften. In der klassisch philosophischen Terminologie und Ontologie wäre das wohl so zu beschreiben, dass die unterscheidbaren Objekte die Substanzen darstellen, deren jeweilige Akzidenzien sich verändern.

Wenn man bei niedrigen Energien zwei Elektronen aufeinander schießt, können sich diese durch die Abstoßung ihrer elektrischen Ladung niemals berühren, sondern „weichen einander (als punktförmig angenommene Objekte) aus”. Bei hohen Energien jedoch ändert sich dieses Verhalten, oder, eigentlich genauer, trifft die klassische Annahme als grobe Annäherung nicht mehr zu. Dann können diese zwei Elektronen plötzlich kollidieren und mit dieser Kollision völlig neue Teilchen aus den Ursprungsobjekten entstehen, wobei das Entscheidende dabei nicht die Kollision ist, sondern die prinzipielle Umwandelbarkeit von Energie in (Ruhe-) Masse - und umgekehrt (gemäß der Einsteinschen Energie-Masse- Äquivalenz E = mc2). Kraft wird hierdurch zur Wechselwirkung und dieses Prinzip gilt prinzipiell für die gesamte Materie^[7].

Wichtig wird nun die Betrachtung des Gesamtsystems. Kraft ist, wie die beiden Elektronen selbst, eine Eigenschaft dieses Gesamtsystems und nicht etwas, was zu den Teilchen bzw. Objekten hinzukommt bzw. zwischen ihnen wirkt. Entscheidend für den Vergleich mit Hegels Gedanken ist dabei, dass strenggenommen und in einem fundamentalen Sinn nur dem ganzen System die volle Realität zukommt^[8]. In der Elementarteilchenphysik stellen unterscheidbare Objekte nur eine Näherung und Abstraktion dar, bei denen die Kräfte bzw. Wechselwirkungen (in der klassisch philosophischen Terminologie wiederum die Relationen) vernachlässigt werden (müssen).

D.h. die klassische Physik lässt sich deshalb problemlos mit einem erkenntnistheoretischen Realismus (einer beobachterunabhängigen Realität) vereinbaren, weil es eine eindeutige Zuordnung von Phänomenen und Objekten gibt. In der Quantenmechanik und Quantenphysik ist eine derart eindeutige Zuordnung nicht mehr möglich. Ob der Holismus der quantenmechanischen Verschränktheit von Systemen, in der alle Objekte unabhängig von ihrer Entfernung immer miteinander verbunden sind, eine Eigenart unserer Beschreibung oder eine reale Eigenart der Welt ist, ist hier die grundlegende ontologische Frage.

2.2 Welle-Teilchen-Dualismus und Meßprozeß

Das Doppelspaltexperiment^[9] war erst einige Zeit nach den ersten theoretischen Konzeptionen zur empirischen Bestätigung der Quantentheorie möglich und wird dann interessant, wenn eine Strahlungsquelle so gesteuert werden kann, dass z.B. einzelne Elektronen nacheinander durch zwei verschiedene Spalten „geschossen” werden. Sind beide Spalten offen, so verhalten sich die einzelnen Elektronen wellenhaft, d.h. es erscheint ein Interferenzmuster als Wahrscheinlichkeitsverteilung des Auftreffens auf die Detektoren^[10]. Dieses Muster erscheint auch dann, wenn die einzelnen Elektronen gar keine Gelegenheit haben, mit anderen Elektronen zu interferieren^[11], d.h. das Elektron interferiert mit sich selbst. Verschließt man im gleichen Versuchsaufbau nun eine der beiden Spalten, so verschwindet plötzlich das Interferenzmuster und es tritt die Wahrscheinlichkeitsverteilung einer Bahn von definiten Teilchen auf.

Niels Bohr nannte dieses eigenartige Verhalten Komplementarität. Gemeint ist damit, dass sich beide Aspekte in der klassischen Betrachtung gegenseitig ausschließen, aber in der Quantenmechanik zu einer vollständigen Beschreibung der Eigenschaften benötigt werden. Diese Komplementarität kommt noch einmal in der sogenannten „Heisenbergschen Unschärferelation” zum Ausdruck. Diese besagt, dass, je genauer der Ort eines Teilchens gemessen wird, desto unschärfer die Kenntnis über den Impuls wird (und umgekehrt). Dabei ist diese Unschärfe nicht nur auf eine unvollständige Messung zurückzuführen, sondern eine intrinsische Eigenschaft physikalischer Objekte. Dies leitet zum nächsten Punkt, zur ausgezeichneten Rolle des Meßprozesses, über.

[...]

^[1] Vgl. dazu auch Hermann 1994, S. 29 - 45.

^[2] Die Kopenhagener Deutung sagt dazu weiter aus, dass in der Quantenmechanik alles nur wißbare in ihren Formeln beschrieben ist (in der Y-Funktion). Die Beschreibung innerhalb der Formeln der Quantenmechanik ist komplett und damit vollständig determiniert.

^[3] Moderne Vertreter dieser Richtung sind vor allem Bohm und ´t Hooft. Sie handeln sich bei ihren Theorien jedoch mehr Schwierigkeiten ein, als sie auf der anderen Seite lösen können. Auch sind ihre Theorien aufwändiger und komplizierter als die vergleichsweise einfache Quantenmechanik. Vor allem aber teilt die Natur selbst mit,

„daß es die umstrittenen Bestimmungsstücke [verborgenen Parameter] gar nicht gibt, daß unsere Kenntnis schon ohne neue Bestimmungsstücke vollständig ist” (Weizsäcker, zitiert nach Heisenberg, S. 67).

^[4] Der Realismus kann auch in eine andere Richtung interpretiert werden, nämlich in die sogenannte „Vielweltentheorie” oder „Viele-Bewußtseine-Theorie”. Diese werden aber kein weiterer Gegenstand der Seminararbeit sein.

^[5] “Wenn wir auf die letzte Gestalt der Ausbildung dieser Wissenschaft Rücksicht nehmen, so ist [es] erstens unmittelbar Ontologie, an deren Stelle die objektive Logik tritt [...]” (Hegel WdL I, 61).

^[6] Dabei soll nicht der Anspruch erhoben werden, das Gesamtwerk Hegels auch nur annähernd mit einzubeziehen oder vor diesem Hintergrund seine Logik zu verifizieren oder falsifizieren.

^[7] Die relative Stabilität der vorfindbaren Materie erklärt sich daraus, dass sie zum einen aus den leichtesten Teilchen aufgebaut ist und zum anderen in einem System mit niedriger Energie besteht, was den Teilchen dadurch Konstanz gibt, dass ihre Dynamik bei niedrigen Energien quasi „eingefroren” ist.

^[8] Und nur bei niedrigen Energien die klassische Betrachtung als Annäherung angewendet werden kann.

^[9] Hier folgt natürlich eine stark idealisierte Darstellung. Eine genaue Beschreibung des Versuchs und dessen Aufbau findet sich bei Bauberger (1999). Vgl. zu den einzelnen Mustern die Abbildungen 24 u. 25 (S. 70f).

^[10] In diesem Fall des Überlagerungszustandes gilt auch die normale zweiwertige Logik nicht mehr.

^[11] Dies wird einfach dadurch sichergestellt, dass nur jeweils ein Elektron durch die Spalten geschossen wird und bereits aufgetroffen ist, wenn das nächste Elektron seinen Weg antritt.