Das große Puzzle

Manchmal bekomme ich Anfragen von Alternativwissenschaftlern, ob ich mal einen Blick auf ihre Ansätze werfen kann. Ob ich vielleicht helfen kann, diese zu publizieren und bekannt zu machen. Meistens kann ich das nicht. Zum einen, weil ich kein theoretischer Physiker bin und im Bereich fundamental neuer Theorien, wie den Stringtheorien oder der Loop-Quantengravitation, nicht tief und aktuell genug informiert bin, um etwas fachliches beizutragen. Zum anderen, weil mich solche Ansätze meist selbst nicht überzeugen. Meistens aus demselben Grund: Sie passen nicht in die Physik. Vielleicht beantworten sie eine isolierte Frage irgendwo, aber zu dem Preis, dass alles andere nicht mehr passt.

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Wege zur Physikalischen Erkenntnis

Diese erweiterte Neuauflage des Buchs „Wege zur physikalischen Erkenntnis“ enthält neben der wissenschaftlichen Selbstbiographie folgende Vorträge:

Die Einheit des physikalischen Weltbildes.
Die Stellung der neueren Physik zur mechanischen Naturanschauung.
Neue Bahnen der physikalischen Erkenntnis.
Dynamische und statistische Gesetzmäßigkeit.
Das Prinzip der kleinsten Wirkung.
Verhältnis der Theorien zueinander.
Das Wesen des Lichts.
Die Entstehung und weitere Entwicklung der Quantentheorie.
Kausalgesetz und Willensfreiheit.
Vom Relativen zum Absoluten.
Physikalische Gesetzlichkeit.
Das Weltbild der neuen Physik.
Positivismus und reale Außenwelt.
Wissenschaft und Glaube.
Die Kausalität in der Natur.
Ursprung und Auswirkung wissenschaftlicher Ideen.
Die Physik im Kampf um die Weltanschauung.
Vom Wesen der Willensfreiheit.
Religion und Naturwissenschaft.
Determinismus oder Indeterminismus.
Sinn und Grenzen der exakten Wissenschaft.
Scheinprobleme der Wissenschaft.
Wissenschaftliche Selbstbiographie.

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Die Physik ist ein großes Puzzle, die grundlegende Änderung eines Stückes der Theorie hat zur Folge, dass alle benachbarten Stücke ebenfalls angepasst werden müssen. Zudem gibt es feste Stücke, die wir nicht verändern können. Das ist die „Realität“*, der Ausgang von reproduzierbaren Experimenten. Eine Theorie muss die Ausgänge von Experimenten erklären, die sie berührt. Sonst passt sie nicht in die Physik.

Grob lassen sich also zwei Anforderungen an eine neue physikalische Theorie stellen:

  1. Sie muss zur beobachteten Natur passen (konstruktivistisch gesprochen).
  2. Sie muss ins Gesamtbild der Theorien zu anderen Gebieten passen.

Natürlich ist die erste Forderung strenger. Eine Theorie ist widerlegt, wenn sie die Beobachtungen anders vorhersagen als sie tatsächlich gemacht werden, und hat in der Naturwissenschaft nichts zu suchen. So ist jede reine Teilchentheorie des Lichts zum Scheitern verurteilt, wenn sie keine Interferenzen und Überlagerungen erklären kann. Jede Wellentheorie des Lichts muss auch Photoeffekt und Compton-Streuung erklären können.

Bei der zweiten Forderung gibt es schon einmal Ausnahmen. Das Bohrsche Atommodell erlangte zum Beispiel große Aufmerksamkeit, obwohl es willkürliche Annahmen brauchte und gar nicht so recht in die klassische Physik passen wollte. Es erklärte nämlich die Spektrallinien des Wasserstoffatoms verblüffend perfekt und griff die vorher in anderen Bereichen gefundene Quantisierung auf. Aber wirklich zufrieden war mit diesem Modell niemand.

Heute hängt die Latte deutlich höher. Die Quantenmechanik hat das Bohrsche Atommodell überholt und steht experimentell auf sicheren Beinen. Sie geht für große Maßstäbe in die klassische Physik über, passt hier also auch. Nur zur These, dass eine realistische Theorie zu jedem Zeitpunkt einen eindeutigen Ort und Zustand eines Objektes angeben muss und keine instantane Fernwirkung haben darf, passt die Quantenmechanik nicht.

Die Quantenmechanik durch eine realistische, lokale Theorie ersetzen zu wollen, ist ein löbliches Ansinnen. Ich kann diesen Wunsch gut nachvollziehen. Aber mit dem Rückgriff auf naive Teilchenmodelle wird es nicht klappen. Solche Modelle scheitern praktisch immer an dem einen oder anderen komplexen Experiment, das die Quantenmechanik mit Bravour reproduziert. Ich denke da an Experimente an Atomfallen oder in Mikrowellen-Kavitäten, für die es letztes Jahr Nobelpreise gab. Ober an Experimente zum EPR-Paradoxon mit verschränkten Zuständen.

Wenn Sie also glauben, eine gute Alternative zur Quantentheorie gefunden zu haben: Bitte erwägen Sie nicht nur die Experimente aus der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts. Über Doppelspalt und Photoeffekt sind wir hinaus. Die anderen Experimente müssen auch passen. Und dann müssen wir noch darüber reden, wie sich das neue Modell zur klassischen Physik, zum Standardmodell der Elementarteilchen, zur Thermodynamik oder zur Relativitätstheorie verhält.

Anmerkung:

*„Realität“ steht hier in Anführungszeichen, weil ich mir bewusst bin, dass ein direkter Abgleich der physikalischen Theorie mit einer Realität nicht möglich ist. Theorien wie die spezielle Relativitätstheorie und die Lorentzsche Äthertheorie beschreiben eine unterschiedliche Realität ohne experimentell unterscheidbar zu sein. Dazu aber in einem anderen Beitrag mehr.

(Mehr in: Quantenwelt)