Robert P Falte und Gino Elia Frage mich, ob der diesjährige Nobelpreis verliehen worden wäre, wenn sich niemand um die Realität gekümmert hätte
Wissenschaftsphilosophen sind fasziniert den diesjährigen Nobelpreis für Physik. Das liegt daran, dass Alain Aspect, John Clauser und Anton Zeilinger für die Gestaltung und Durchführung einer Vielzahl genialer Experimente zur Demonstration verschränkter Teilchen ausgezeichnet wurden. Für Philosophen ist das Werk faszinierend, weil es im Kern um die Herausforderung geht, zu verstehen, worum es bei der Quantenmechanik geht.
Diese Herausforderung gibt es schon lange, das Thema selbst, bei beiden Niels Bohr und Albert Einstein Er diskutierte bereits 1927 die Implikationen verschiedener Gedankenexperimente. Für Bohr zeigten die Experimente, dass der Formalismus der Quantenmechanik, so seltsam er auch sein mag, die Welt so wiedergibt, wie sie wirklich ist. Für Einstein zeigten sie, dass die Quantenmechanik dies tut nicht die Welt so darstellen, wie sie wirklich ist – und deshalb entbehrt jeder wahren Bedeutung.
Einsteins Argumente gipfelten in der berühmten „EPR“-Papier die er 1935 mit Boris Podolsky und Nathan Rosen schrieb, die angeblich bewiesen, dass die Quantenmechanik die Realität nicht darstellen kann (Körperliche Überprüfung 47 777). Die EPR-Arbeit ist insofern einzigartig unter den Physikarbeiten, als sie mit dem Versuch beginnt, die Realität zu definieren. „Eine hinreichende Bedingung für die Realität einer physikalischen Größe“, erklärten die Autoren, „ist die Möglichkeit, sie mit Sicherheit vorherzusagen, ohne das System zu stören.“
Wenn John Bell von Physikern enttäuscht war, die der Bedeutung der Quantenmechanik gleichgültig gegenüberstanden, so war er noch irritierter von Physikern, die Niels Bohr ehrerbietig gegenüberstanden
Die Abhandlung ist auch insofern bedeutsam, als sich der „Realität“ zum ersten Mal in der modernen Wissenschaft als überprüfbare Hypothese genähert wurde. Woher kam die Ungewissheit der Realität? Erwin Schrödinger, in einem Post-EPR-Brief von 1935 an Einstein, synchronisiert "Verstrickung" – oder die Bedingung, dass der Quantenzustand eines Teilchens in einem System nicht unabhängig von allen anderen definiert werden kann. Einstein und Schrödinger hielten das für ein Verbrechen und waren schockiert, dass ihre Kollegen nicht mehr schockiert waren.
Wirklich werden
Ein Physiker, der sich um das Verbrechen kümmerte, war John Stuart Bell. 1928 geboren, nachdem Bohr und Einstein ihre Debatten bereits begonnen hatten, hatte er keinen Zweifel daran, dass die Quantenmechanik für alle praktischen Zwecke gut war. Bell war jedoch der Ansicht, dass sowohl das EPR-Papier als auch Bohrs verworrene Antwort das grundlegende Problem umgingen, das weder mit der technischen Effizienz der Quantenphysik noch mit ihrer Genauigkeit als Theorie zu tun hatte.
Wenn Bell von Physikern enttäuscht war, die der Bedeutung der Quantenmechanik gleichgültig gegenüberstanden, war er noch mehr irritiert von Physikern, die Bohr gegenüber ehrerbietig waren. Viele gingen davon aus, dass er Einsteins Einwände erfolgreich entkräftet und die grundlegenden Fragen – irgendwie – in der „Kopenhagener Interpretation“. Konzeptionell vage beinhaltet diese Interpretation, dass etwas Wellenartiges (entweder mathematisches oder reales) auf unbekannte Weise zu etwas Partikelartigem zusammenbricht.
1960, auf einer Konferenz am CERN, fand sich Bell unerwartet in einem Aufzug mit Bohr wieder und versuchte, den Mut aufzubringen, dem 75-jährigen alten Mann der Physik zu sagen, wie fehlerhaft und verantwortungslos seine Interpretation der Quantenmechanik war. Leider verlor Bell die Nerven. Tatsächlich fragte er sich, wie viele seiner Kollegen dasselbe getan hatten.
Dann entwickelte Bell 1964 ein kreatives Gedankenexperiment, das, wenn es in der Realität durchgeführt würde, zeigen würde, ob die Verschränkung durch lokale „versteckte Variablen“ verursacht wird – Eigenschaften, die existieren, bevor eine Messung durchgeführt wird. Anfänglich dachte Bell, dass Einstein Recht hatte, dass verborgene Variablen die Antwort auf Probleme der Quantenmechanik sein würden und dass er Bohr zeigen könnte, dass er falsch lag. Aber Bell erkannte zunehmend, dass er es nicht konnte.
Wenn Einstein die Realität in eine prüfbare Hypothese verwandelt hatte, tat Bell auch etwas Neues, nämlich zu zeigen, dass Einsteins Annahme von bereits existierenden Variablen ebenfalls geprüft werden konnte (Physik 1 195). Für Philosophen ist Bells Aufsatz insofern faszinierend, als er die Stichhaltigkeit dessen untersuchte, was Einstein für selbstverständlich gehalten hatte; es fragte, wie die mikroskopische Welt wirklich ist, und fragte nach den Konsequenzen dieses Bildes. Was Einstein konzeptionell für selbstverständlich gehalten hatte – die Existenz bestimmter Eigenschaften von Teilchen vor der Messung – konnte nun bewertet werden.
John Bell und die tiefgreifendste Entdeckung der Wissenschaft
Darüber hinaus zeigte die Arbeit, dass Bohr nicht deutlich gemacht hatte, warum die Existenz von Verschränkung diese bereits bestehenden Eigenschaften ausschließen muss. Mit anderen Worten, Bells Artikel gab Experimentatoren ein Ziel, das weder Einstein noch Bohr in Betracht gezogen hatten. Diese Arbeit begann 1972, als Clauser mit dem verstorbenen Stuart Freedman einen „Bell-Test“ durchführte, der den ersten harten Beweis gegen lokale verborgene Variablen lieferte. Aspect setzte diese Arbeit später fort.
Wie für Zeilinger, hatte er (anders als Bell) lange die von Bohr entwickelte quantenmechanische Beschreibung angenommen. 1989, ein Jahr vor Bells Tod, demonstrierten er und sein Team die Drei-Teilchen-Verschränkung, wodurch die Bellsche Ungleichung mit einer einzigen Messung überflüssig wurde. Seitdem hat Zeilinger immer mehr potenzielle Schlupflöcher geschlossen zu Theorien über lokale verborgene Variablen, indem sie immer ausgefeiltere Verschränkungsexperimente entwerfen.
Der kritische Punkt
Bells philosophische Sensibilität und physische Raffinesse haben ihm einen eingebracht quasi-mythischer Status unter nachdenklichen Physikern und nachdenklichen Wissenschaftsphilosophen. Seine erneute Auseinandersetzung mit dem Rätsel der Verschränkung wurde durch philosophische Bedenken ausgelöst, die von Physikern, die sich um das EPR-Papier stritten, unbeantwortet blieben. Bell konnte seine Bedenken hinsichtlich der Bedeutung der Quantenmechanik auf eine Weise formulieren, die Physiker ansprach, indem er konzeptionelle Unterschiede durch skurrile und spielerische Gedankenexperimente hervorhob.
Aber warum waren wissenschaftlich sensible Philosophen nicht zuerst am Tatort? Warum hatten sie die Herausforderung von EPR nicht erkannt und sich darauf gestürzt? Ein Teil der Antwort liegt zweifellos in ihrer mangelnden technischen Ausbildung. Ein anderer sind die Einschränkungen des akademischen Disziplinlebens. Dennoch sollten Bells reiche philosophische Konzeptualisierung und geniale metaphysische Vorstellungskraft nicht nur in der Mainstream-Theoretischen Physik, sondern auch in der Philosophie ein wichtiger Bestandteil sein.
Der Physiker David Mermin erinnerte sich einmal a Treffen 1989 als Bell einen Physikerkollegen buchstäblich anschrie und versuchte, seine Kollegen dazu zu bringen, ihre Vorstellungskraft nicht im Schatten der konventionellen Weisheit verkümmern zu lassen. Der diesjährige Nobelpreis unterstreicht die Kühnheit und Offenheit von Physikern, die den von ihren Gleichungen vorausgesetzten konzeptionellen Rahmen in Frage stellten und zeigten, dass zumindest philosophische Fragen zur Physik oft physikalisch prüfbar und rigoros gemacht werden können.
Robert P Falte (Klicken Sie auf den Link unten für die vollständige Biografie) ist Vorsitzender der Fakultät für Philosophie der Stony Brook University, USA, und Gino Elia ist Doktorandin der Philosophie an der Stony Brook University
