Dunkle Energie, Äther und Doppelspalt
Mathematik ist die einzige perfekte Methode,
sich selber an der Nase herumzuführen. (Einstein : Zitiert in Seelig: Helle Zeit-Dunkle Zeit, S.72)
in Piper 5089/1997.
Michelson-Versuch, Äther und Hubble
Ein Urteilchen, das den Teilchenzoo erklärt
Wie Galaxien auch hätten entstehen können
Beugung von Elektronen am Doppelspalt
Bastelstunde Elementarteilchen (Nachtrag)
Die populärwissenschaftliche Literatur über Physik und Kosmologie
ergibt kein befriedigendes Bild. Begriffe der Quantenphysik: etwa Kollaps,
Nichtlokalität, Superposition, Dekohärenz etc.
verursachen Unbehagen. Im Rückblick liegen die Gründe wohl in der Interpretation
der Ergebnisse zu Beginn des 20.ten Jahrhunderts.
Die Überraschung Rutherfords, das
Atom überwiegend als Vakuum vorzufinden, die Schlussfolgerung Bohrs, das
Atom wie ein Planetensystem zu behandeln und dabei Teilerfolge (Balmer, Lyman,
Paschen, Rydberg) zu erzielen, schufen Bilder, die
die weitere Entwicklung prägten. Hätte man das Atom als Struktur vieler
koordinierter Masseteilchen (Kern und Elektronen) angesehen, so hätte
vielleicht eine Analogie zur schwingenden Platte nähergelegen, die zu den
leicht verständlichen Chladni-Figuren führt. Da bei
solchen Schwingungen keine gleichen Moden auftreten, wäre so etwas
wie ein zunächst postuliertes Pauliprinzip nicht
notwendig. Allerdings wäre, wenn die Elektronen sich in Bereichen maximaler
Amplitude aufhalten, das angenommene inneratomare Vakuum zu Schwingungen fähig,
also mit irgendwelchen Teilchen besetzt, eine Vorstellung, die dem modernen
Begriff vom Vakuum so fremd nicht mehr ist.
Hätte man dann unter
Missachtung des damals erörterten Problems der sogenannten Tauchbahnen des
Elektrons das Wasserstoffatom, bestehend aus Proton und Elektron, als Dipol
betrachtet und es wie eine minimierte, angeregte Antenne behandelt, so hätte
man die komplexe Funktion, die Spannung und Stromstärke verbindet, als
Phasenverschiebung zwischen diesen Größen auch im Atom angesehen. Koppelt man
die Antenne zur Leistungsentnahme an einen Schwingkreis, so wird die reelle
Wirkleistung errechnet, indem das Ergebnis mit der konjugiert komplexen
Funktion multipliziert wird. Das führt weiter zur bekannten Thomson-Gleichung.
Eine Analogie zu dem in der Quantenphysik üblichen "Kollaps der
Wellengleichung" ist nicht zu übersehen. So gesehen ist der Kollaps
notwendig, um dem System zwecks Messungen Leistung zu entziehen, ob
man nun hinschaut, hinhört oder nicht.
Allerdings hätte man wegen der Heisenberg-Beziehung
keine Anfangsbedingungen definitiv nennen können, wie es etwa beim
Federpendel üblich ist. Doch genau genommen sind auch dort Anfangsbedingungen
gesetzte Werte, die, mikroskopisch gesehen, ebenso wenig exakt sind. Zeigte ein
solches Pendel, etwa als Doppelpendel, chaotisches Verhalten, so
wären geringste Abweichungen der Ausgangsdaten verantwortlich für
mangelnde Reproduzierbarkeit des Schwingungsverlaufs.
In Vorbereitung auf die SRT hatte Einstein sicherlich Überlegungen
über den Äther angestellt, den er jedoch, wie er dann zeigte, nicht nötig
hatte, aber auch in abgewandelter Form nicht ablehnte. Sein Postulat der
konstanten Lichtgeschwindigkeit in relativ zueinander bewegten Systemen war
hinreichend. Somit musste er aber, um den fotoelektrischen Effekt in der
bekannten Weise zu erklären, die Planck'schen
Lichtquanten in Teilchen oder Lichtpakete umdeuten, die sich im Vakuum bewegen.
Das wiederum ermunterte de Broglie umgekehrt Materiewellen einzuführen.
Diese Gleichheit von Welle und Teilchen musste aber dann zu Widersprüchen
führen, wenn es um die Interpretation des Doppelspaltversuches ging. Und hier
begannen Deutungen mit Born'schen
Wahrscheinlichkeiten, Schrödingers Superpositionen, Feynmans Multipfaden und letztlich Bohrs
Korrespondenzprinzip. Alle diese Entwicklungen warfen stets neue Fragen auf,
die bis heute nicht einvernehmlich beantwortet, eher mit Nichtlokalität,
Viele-Welten-Theorien komplizierter wurden. Wie sagte Hawkings
so trefflich, es ist an der Zeit, Schrödingers Katze
als Symbol der Superposition endlich zu erschießen.
Als die Doppelspaltergebnisse bei Verwendung von
Elektronenstrahlen bekannt wurde, war die Verwirrung total. Superposition der quantenmechanischen
Möglichkeiten, welche Weg-Methoden, Multipfadrechnungen entstanden,
und Theoretiker gestanden, dass wohl niemand dieses Experiment je
verstehen würde. Und diese Bemerkungen blieben nicht ohne Einfluss auf die
Philosophie der Physik, speziell die Erkenntnistheorie und den
Determinismus.
Nun ist nicht sicher, dass menschliche Vernunft jemals das
Universum ohne verbleibenden Rest erkennen wird, aber Bemühungen, die
Ergebnisse bildhaft zu deuten, sollten nicht aufgegeben werden. Quantenfluktuationen, 10
Raumdimensionen, Teilchen als Strings oder Gitarrensaiten, Branen
als getrennte Universen sind ähnlich wie das "Higgs-Teilchen
als Premierministerin auf einem Empfang" wenig ansprechend.
Zwischen den Modellen der klassischen Physik und der Quantenphysik
Brücken zu schlagen, oder - bescheidener gesagt - einige Planken über den Fluss
zu legen, ist die Absicht der folgenden Artikel.
H.D.Zeh bemerkte über die M-Theorie:
"Natürlich bin ich nicht so vermessen, die hohe Mathematik dieser Theorien
verstehen zu wollen, aber ich stimme normalerweise mit Feynmans
Bemerkung überein, dass man einen Beweis ohnehin erst glauben soll, wenn man
ihn anschaulich nachvollziehen kann, oder gar mit Wheelers Rat, wonach
man als Physiker erst dann mit dem "Rechnen" beginnen solle, wenn man
das Ergebnis geraten (also verstanden) hat".
So sind die geschilderten Modelle zu verstehen, die - weil sie
akzeptabel erscheinen - nicht zuletzt unter Hinweis auf die 10 Gebote von
Bertrand Russel hier
beschrieben werden. Auch die Ausführungen von Carlo Rovelli
(Spektrum der Wissenschaft, März 2006) unterstreichen die Bedeutung vom
Mainstream abweichender Überlegungen.
NEXT: Zusammenfassung
überarbeitet: 01.08.2009
bernhard(dot)reddemann(at)gmail(dot)com