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Wenn wir an die Vergangenheit denken, fallen uns einige Sachen auf, die nach heutigem Kenntnisstand überholt sind. Schau um dich herum: Was sind für dich unanfechtbare Wahrheiten, die sich möglicherweise in der Zukunft als völlig falsch herausstellen werden? Haben wir überhaupt schon einen Punkt erreicht, bei dem wir mit einer Gewissheit sagen können, dass wir überhaupt «etwas» wissen? Ist diese Frage selbst überhaupt sinnvoll? Um solche Fragen (oder vielleicht auch mich selbst) besser zu verstehen, habe ich einige Jahre des Physikstudiums hinter mir.
Als kleines Kind war ich schon immer sehr neugierig. Ich habe sehr viele Fragen gestellt. Die infantile Version der sokratischen Methode quasi. Zufrieden gegeben habe ich mich nie: Der Versuch, tiefer liegende Komplexe zu verstehen, hat mich schon immer begleitet. Angefangen hat das, als meine Eltern mir «100 Fragen – 100 Antworten» – Bücher gekauft haben. Aus erzieherischer Sicht sicherlich ein guter Weg, um meine stete Neugier zu besänftigen. Doch hat es nicht funktioniert. Im Gegenteil, meine Neugier stieg immens. Das hat schliesslich dazu geführt, dass ich mich für ein Physikstudium entschieden und meine restliche Zeit mit Philosophie-Vorlesungen überbrückt habe.
Ein Blick zurück in die Antike an die Ionische Küste: Thales von Milet (heute noch wegen dem «Satz von Thales» bekannt) gilt als einer der ersten Vorsokratiker und hat die Philosophie an die herkömmliche Bevölkerung gebracht. Dazu gibt es eine interessante Anekdote:
«Man hielt ihm […] aufgrund seiner Armut vor, dass die Philosophie eine nutzlose Beschäftigung sei. Da er nun infolge seiner Sternbeobachtung erkannt hatte, dass es eine reiche Olivenernte geben werde, soll er noch im Winter […] für alle Ölpressen in Milet und Chios Anzahlungen hinterlegt und sie, da niemand dagegenhielt, für einen geringen Betrag gemietet haben. Als aber der rechte Augenblick gekommen war, und gleichzeitig und plötzlich ein hoher Bedarf an Ölpressen entstand, habe er sie zu seinen Bedingungen vermietet und viel Geld dabei gemacht. Er habe damit bewiesen, dass es für Philosophen leicht sei, reich zu werden, wenn sie nur wollten, es jedoch dies nicht sei, wonach sie strebten.» – Aristoteles: Politica 1259a
Auch in der anfänglichen Naturphilosophie galten die Vorsokratiker schon als wegweisend: Der Begriff «Atomos» (unteilbar), geprägt durch Demokrit von Abdera, war seiner Ansicht nach ein Grundbaustein des Kosmos und er erklärte damit die Beschaffenheit (wie auch die Unterschiede) von alltäglichen Dingen (grosse, runde Atome für süsse Speisen, kleine, spitze Atome für saure Speisen). Aus heutiger Sicht sind viele Überlegungen über die Beschaffenheit der Welt der antiken Philosophie falsch. Jedoch bestimmen eine Menge dieser Ideen unser Denken bis heute.
Oberflächlich gesehen ist die Physik heute eine eher materialistische Wissenschaft. Phänomenologisch werden Experimente durchgeführt, theoretische Modelle konstruiert, die dann mit mathematischer Präzision approximiert, verallgemeinert und verbessert werden. Der Anspruch der Physik ist dabei abhängig von der Anwendung. So ist beispielsweise die konservative Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik (sehr kurz gesagt ist die Quantenmechanik im Kern eine indeterministische Theorie und so lassen sich Vorgänge nur statistisch beschreiben) heute ziemlicher Kanon.
Der Vorteil kann je nach Blickwinkel ein sehr pragmatischer sein: Sie galt als die erste abgeschlossene und in sich konsistente Interpretation des mathematischen Fundaments der Quantenmechanik. Durch diese Interpretation lassen sich heutige Anwendungen (z.B. der Computerbildschirm, auf dem dieser Text gerade dargestellt wird) gut konstruieren und beschreiben. Dies widerspricht jedoch in vielen Stellen unserem Bauchgefühl: Quantenmechanische Systeme sind sehr fragil auf äussere Einflüsse, so kann jede noch so kleine Wechselwirkung mit dem System dazu führen, dass es sich nach diesem Vorgang klassisch verhält (Schrödingers Katze ist dazu ein gutes Gedankenexperiment). Es macht also einen Unterschied, ob man von der Physik vor oder nach einer Messung (Wechselwirkung mit dem System) spricht.
So können sich quantenmechanische Zustände überlagern (tote und lebendige Katze), nach einer Messung jedoch einen Zustand (tote oder lebendige Katze) einnehmen. Was für Elementarteilchen in dieser Grössenordnung eine Rolle zu spielen scheint, ist für uns auf unserer Grössenordnung scheinbar unwichtig. Wie ist das mit unserem Denken vereinbar? Wie man sich schon vorstellen kann, hat diese Interpretation der Quantenmechanik zu einem sehr umfassenden philosophischen Diskurs geführt, dabei ist meine Beschreibung der Quantenmechanik bestenfalls maximal oberflächlich.
Wir können auch ohne ein Wissen (für uns verhält sie sich in vielen Punkten wie eine Black Box) der tieferliegenden Vorgänge (und trotz unseres widersprechenden Bauchgefühls) diese Theorie benutzen, um Anwendungen zu finden, die unser Leben vereinfachen. Entfernt man sich aber von dieser pragmatischen Sicht, so wird die Sache schwieriger. Die Physik ist auch eine Grundlagenwissenschaft. Nicht nur Beobachten, auch das «Verstehen» spielt für viele eine Rolle. Die Kopenhagener Deutung hat für viel Kritik gesorgt, so kann man aber nicht wegdiskutieren, dass auch ohne ein absolutes Verständnis ein gewisses Wissen über die Theorie vorhanden ist.
«Die Kopenhagener Deutung wird oft, sowohl von einigen ihrer Anhänger wie von einigen ihrer Gegner, dahingehend missdeutet, als behaupte sie, was nicht beobachtet werden kann, das existiere nicht. Diese Darstellung ist logisch ungenau. Die Kopenhagener Auffassung verwendet nur die schwächere Aussage: ‚Was beobachtet worden ist, existiert gewiss; bezüglich dessen, was nicht beobachtet worden ist, haben wir jedoch die Freiheit, Annahmen über dessen Existenz oder Nichtexistenz einzuführen.‘ Von dieser Freiheit macht sie dann denjenigen Gebrauch, der nötig ist, um Paradoxien zu vermeiden.» – Carl Friedrich von Weizsäcker: Die Einheit der Natur. Hanser 1971, S. 226
«Um Paradoxien zu vermeiden» hilft meinem Bauchgefühl leider nicht. Scheinbar sind wir an etwas gestossen, was irgendwie nicht verstanden werden möchte. Auch die Quantenmechanik und ihre Interpretation (abgesehen von rein pragmatischen Forschungsgruppen) ist Gegenstand aktueller Forschung. So gibt es die populärwissenschaftlich sehr diskutierte «Many-Worlds»-Interpretation von Everett, bei dem jeder mögliche Zustand reell zu existieren scheint (Es gibt ein Universum, in dem die Katze verstorben ist und ein Universum, in welchem die Katze noch munter lebt und sich um 3 Uhr nachts beschwert, warum die Futterschale noch nicht aufgefüllt wurde). Gerade in neu aufkommenden Feldern wie zum Beispiel der «Quantum Information» werden die Grundzüge der Quantenmechanik noch einmal unter die Lupe genommen.
Weg von der Quantenmechanik gibt es auch noch viele weitere ungelöste Probleme der Physik. Der «heilige Gral» ist die Vereinigung der vier Grundgesetze der Physik. Historisch gesehen waren der Magnetismus (in der Antike ging man von eine Anziehung zweier Magneten durch eine «intrinsische» Liebe derer aus) und die Elektrizität zwei paar Schuhe. Maxwell konnte im späten 19. Jahrhundert jedoch zeigen, dass es sich um eine Wechselwirkung handelt.
Der Traum Einsteins war es, eine Theorie der kompletten Physik zu konstruieren. Heute konnte man bereits drei der vier Grundkräfte zum berühmten «Standardmodell» der Teilchenphysik vereinen, aber die vierte Grundkraft, die Gravitation (beschrieben durch die «Allgemeine Relativitätstheorie»), lässt sich seit den 70ern mit keinem Mittel ohne Widersprüche oder sehr exotische (unvollständige) Theorien vereinen. Auch gibt es Effekte, die in dem Standardmodell nicht widerspruchslos sind.
Zurück zur Antike: Wir sind in den vergangenen 2500 Jahren zwar sehr weit gekommen, aber eins ist klar: Wir sind noch lange nicht bei unanfechtbaren Wahrheiten angekommen. Viele Probleme in der Physik, namentlich der Zeitpfeil, die maximale Grösse quantenmechanischer Systeme, die kosmologische Konstante etc. bereiten Forschenden auch heute noch Kopfzerbrechen. Selbst unbestreitbare Tatsachen sind vielleicht in 1000 Jahren lange nicht mehr gültig. Werden Menschen uns heute genauso müde belächeln, wie wir es ab und zu mit Menschen aus der Antike machen?
Welche Fragen hat mein Studium nun beantwortet? Ich kann nicht behaupten, dass ich die Welt viel besser verstehe als noch vor Jahren. Nach etlichen Physik- und Philosophievorlesungen habe ich viele der selben brennenden Fragen wie damals: Wo kommen wir her? Wie ist das Leben entstanden? Was passiert denn hier wirklich? Was ist überhaupt real? Was können wir überhaupt wissen?
Ich fühle mich manchmal wie in einem Simulacrum, aber ich denke, eine Sache ist klar: Die Welt ist sehr komplex und wir sind immer noch auf einer Reise. Und gerade diese Reise macht es spannend auch weiter daran festzuhalten und niemals die Neugier zu verlieren.