Ich erläutere jetzt den physikalischen HinterGrund der QuantenRente. Keine Angst, es wird nicht schlimm - und Formeln gibt es keine.
Die QuantenRente basiert auf einer einzigen Tatsache aus der QuantenPhysik, die den meisten Menschen weit hergeholt erscheint: Die Wirklichkeit teilt sich ständig, zu jedem ZeitPunkt und an jedem Ort, in zahllose neue Wirklichkeiten auf. Diese Wirklichkeiten, die im Folgenden auch "RealitätsZweige" genannt werden, sind sich zumeist noch sehr ähnlich, werden sich im Laufe der Zeit aber immer mehr unterscheiden. Zwischen diesen verschiedenen WirklichkeitsZweigen gibt es keinerlei Verbindungen mehr.
Das ist schon alles. Wer wirklich wenig Zeit hat oder geneigt ist, mir sofort zu glauben, kann jetzt schon zu lesen aufhören. Für die anderen leiste ich noch ein bißchen ÜberzeugungsArbeit.
Man nennt diese ständige AufSpaltung der Realität in neue RealitätsZweige die "VielWeltenInterpretation" der QuantenMechanik, oder englisch auch die "ManyWorldsInterpretation" (MWI).
Ich erläutere, warum
(1) die MWI den Physikern solange verborgen geblieben ist,
(2) wie man sich die MWI anschaulich klarmachen kann,
(3) warum noch heute die MWI bei Physikern und Laien ein NischenDasein fristet,
(4) Bedeutung und ein paar Folgerungen aus der MWI, und
(5) was "...Interpretation" statt "Theorie" bedeutet.
Die QuantenPhysik oder auch QuantenMechanik (beide Begriffe bezeichnen im wesentlichen dasselbe) entstand etwa um 1900. Grund waren verschiedene Experimente, die sich mit der klassischen Physik einfach nicht erklären ließen.
Die klassische Physik war zwar sehr erfolgreich gewesen, etwa in der HimmelsMechanik, die ja geradezu ein SinnBild für Präzision, Vorhersagarkeit, Zuverlässigkeit und Überprüfbarkeit wurde. Dieselben Naturgesetze, die die Bewegung der HimmelsKörper und auch aller bis dahin bekannten Maschinen beschrieb, versagte aber bei einigen wenigen Effekten - etwa die WärmeStrahlung, die von einem jeden Körper ausgeht, konnte nicht berechnet werden, oder auch etwa das HerausSchlagen von Elektronen aus beleuchteten MetallOberFlächen - all diese Dinge entzogen sich jeder Berechnung.
Zwischen 1900 und 1927 etwa fanden die Physiker dann doch eine mathematische Beschreibung, die den Experimenten gerecht wurde - und die bei immer mehr NaturErscheinungen eine solide GrundLage bildete. Diese Beschreibung ist in der Sprache der Mathematik abgefaßt, und sie ist bis heute die beste physikalische Theorie, die wir haben - die QuantenTheorie eben.
Diese QuantenTheorie hat einige Eigenarten, die in der klassischen Physik nicht vorkommen. Zum einen beschreibt sie eine physikalische Größe "QuantenZustand", die jedem physikalischen Objekt zukommt, in präziser und völlig determinierter Weise - wobei "determiniert" nur heißt, daß, wenn man den QuantenZustand eines Objekts zu einem ZeitPunkt kennt, diesen zu jeden anderen ZeitPunkt berechnen kann. Sie beschreibt aber nicht die uns vertrauten Grössen wie etwa Ort oder Geschwindigkeit oder Richtung des DrehImpulses.
Jetzt kommt's: Wenn man eine Eigenschaft eines Objekts wie etwa Ort oder Geschwindigkeit oder Richtung des DrehImpulses messen will, erhält man aus der Theorie keine klare Antwort mehr, sondern nur noch eine WahrscheinlichkeitsVerteilung. Den QuantenZustand selber kann man sogar überhaupt nicht feststellen. Wenn man also tatsächlich eine Eigenschaft eines Objekts mißt - etwa Ort oder Geschwindigkeit oder Richtung des DrehImpulses - dann scheint die Natur zu "würfeln" und sich dann erst für einen Wert der betreffenden physikalischen Größe zu entscheiden. Außerdem wird der QuantenZustand durch dieses Würfeln ebenfalls verändert.
Genaugenommen passiert dieses "Würfeln" jedesmal, wenn quantenmechanisch beschriebene Objekte irgendwie miteinander wechselwirken.
Dieses war für die Physiker eine sehr unbefriedigende Situation: Die Natur schien dauernd die SpielRegeln zu wechseln - da war die strenge deterministische und berechenbare zeitliche Entwicklung eines QuantenZustandes, dort der Zufall der beobachtbaren Eigenschaften eines Objektes. Schon Albert Einstein - immerhin einer der Begründer der QuantenMechanik - war sehr unzufrieden damit ("Gott würfelt nicht"). Aber er selber hat das Problem nie gelöst.
Eine so inkonsistente Theorie - mal würfeln, mal exakt rechnen, und das dauernd im Wechsel - hätte man sicher weggeworfen - unglücklicherweise war diese Theorie so erfolgreich in der Beschreibung der Natur, daß man sie nicht wegwerfen konnte. Auch wenn ein Albert Einstein seine Unzufriedenheit geäußert hatte ...
Dann kam das Jahr 1957, und ein amerikanischer Physiker, Hugh Everett, schrieb eine Arbeit, in der er zeigte, daß man auf das Würfeln verzichten kann. Wenn man nur annimmt, daß die strenge deterministische Evolution eines QuantenZustandes zu allen Zeiten gilt, dann kann man mathematisch zeigen, daß ein Beobachter tatsächlich so etwas wie zufällige Eigenschaften eines Objekts sieht - sehen muß, denn es folgt aus der mathematischen Beschreibung. Aus genau derselben mathematischen Beschreibung folgt aber auch, daß der Beobachter selber in eine Überlagerung vieler Kopien seiner selbst übergeht, die alle verschiedene Werte der beobachtbaren Eigenschaft des Objektes gesehen haben.
Die VielWeltenTheorie war geboren. Und zunächst wurde sie durchaus nicht an die große Glocke gehängt - das lag auch daran, daß Everett seine Arbeit nicht einen Science-Fiction - fähigen Titel gegeben hatte, sondern einfach: "'Relative State' Formulation of Quantum Mechanics" - das wirkt abschreckend genug.
Ich versuche trotzdem mal, diese abstrakte Abhandlung an einem Beispiel anschaulich zu beschreiben.
Wenn wir gemäß den Spielregeln der klassischen Physik zwei Bälle kollidieren lassen, dann fliegen sie in bestimmten Winkeln wieder voneinander weg:
So (Fall A):
O
/
/
/
/
/
/
/
/
/
------------------- >OO< ------------------------------
/
/ Boing!
/
/
/
/
O
Oder so (Fall B):
O
\
\
\
\
\
\
\
\
\
------------------- >OO< ------------------------------
\
\ Boing!
\
\
\
\
O
Oder noch anders (Fall C D E F ...).
Diese Art von Experimenten nennt man in der Physik ein StreuExperiment, weil die Bälle aneinander "gestreut" werden.
In der klassischen Physik kann man die Winkel und die Geschwindigkeiten, in denen die Bälle wieder voneinander wegfliegen, genau berechnen. Sogar jeder FußBallSpieler oder BilliardSpieler kennt sich damit aus - sonst wären diese Spiele in der Form, wie wir sie kennen, gar nicht möglich.
In der QuantenPhysik schaut das nun etwas anders aus. Sie liefert keine bestimmten AbflugWinkel, sondern nur Wahrscheinlichkeiten für jeden möglichen Winkel. Das tut sie, indem sie das Ergebnis dieses KollisionsVorganges als Summe von allen möglichen Situationen mit verschiedenen AbflugWinkeln liefert.
Diese Summe von verschiedenen physikalischen Situationen taucht in der QuantenPhysik immer wieder auf. Man nennt sie "SuperPositionen". Der oben erwähnte "QuantenZustand" läßt sich tatsächlich als eine GesamtSumme all dieser physikalischen Situationen mathematisch beschreiben.
Dem mathematischen Apparat der QuantenPhysik ist es nun ziemlich egal, ob er auf einem einfachen Zustand arbeitet oder auf einer Summe von Zuständen - und wir erinnern uns: da der mathematische Apparat die Natur bislang immer richtig beschrieben hat, müssen wir ihm glauben.
Dieses "Egalsein" besteht darin, daß der mathematische Apparat "linear" ist, wie die Mathematiker sagen.
Was heißt "linear"? Ganz einfach: Wenn ein Vorgang durch einen linearen mathematischen Apparat korrekt beschrieben wird, und ein anderer Vorgang ebenso, dann wird auch die Summe beider Vorgänge durch diesen Apparat korrekt beschrieben.
Sehen wir uns noch einmal den StreuungsVorgang unter diesen GesichtsPunkten an. Wir denken uns einen Physiker, der rund um diesen StreuungsVorgang einen Haufen Detektoren installiert hat, um die AbFlugRichtung zu ermitteln. Wenn die gestreuten Bälle die Detektoren erreichen, liest der Physiker die betreffenden DetektorNummern - es sind ja eine ganze Menge, und er hat sie deshalb durchnummerieren müssen - und ruft dem Rest der Welt diese Nummern zu.
Die quantenmechanische Beschreibung sagt nun, daß jeder der Detektoren von den Bällen getroffen wird. Unsere AltagsErfahrung sagt aber, daß ein GegenStand nur einen einzigen Ort haben kann, und daß nur die getroffenen Detektoren ein Signal geben. Stellen wir mal eine Liste für das StreuExperiment da oben zusammen:
Fall A --> Detektor 1 schlägt an --> Physiker schreit "1" Fall B --> Detektor 2 schlägt an --> Physiker schreit "2" Fall C --> Detektor 3 schlägt an --> Physiker schreit "3" Fall D --> Detektor 4 schlägt an --> Physiker schreit "4" ...
und so weiter. Jede dieser Zeilen wird durch die QuantenPhysik korrekt beschrieben. Jede dieser Zeilen ist ein möglicher physikalischer Vorgang.
Dann ist aber auch die Summe dieser Zeilen ein möglicher physikalischer Vorgang!
An dieser Stelle gibt es oft VerständnisProbleme - wieso schlägt immer nur ein Detektor an, wenn doch die Bälle in alle möglichen Richtungen fliegen? Und wieso schreit der Physiker nur eine Zahl, wenn doch alle Detektoren ansprechen?
Man muß sich klarmachen, daß die verschiedenen RealitätsZweige nicht dadurch verändert werden, daß gleichzeitig noch andere RealitätsZweige existieren. Das ist das wesentliche, was "Linearität" aussagt.
Andersrum: Die SuperPosition, also die Überlagerung der verschiedenen physikalischen Situationen der Bälle mit den verschiedenen AbFlugWinkeln wechselwirkt mit den Detektoren, die dadurch selbst in eine SuperPosition geraten - nämlich den Situationen, wo jeweils ein Detektor angeschlagen hat.
Die Detektoren in ihrer SuperPosition wiederum wechselwirken mit den Physikern - diese müssen ja MeßGeräte ablesen, um zu wissen, welche Detektoren getroffen worden sind, und sind auf diesem UmWeg an die Detektoren angeschlossen - und bringen die Physiker in eine SuperPosition: Derselbe Physiker, der jetzt Kenntnis von den verschiedenen MeßWerten hat, ist in vielfacher Ausführung vorhanden.
Diese Parallelität breitet sich blitzartig aus - der Physiker könnte sein MeßErgebnis ja sofort über RundFunk verbreiten, und auf der ganzen Welt wüßte nach einer zehntel Sekunde jeder, welcher Detektor angeschlagen hat.
Und schon ist die ganze Welt in einer SuperPosition, jeweils bloß durch die Kenntnis der verschiedenen MeßWerte.
An dieser Stelle können wir schon mal demonstrieren, daß sich RealitätsZweige sehr schnell und drastisch voneinander unterscheiden können. Nehmen wir an, jemand wollte den Physiker umbringen und hat deshalb heimlich eine Bombe mit Detektor 2 gekoppelt. Dann sieht die Überlagerung unserer RealitätsZweige so aus:
Fall A --> Detektor 1 schlägt an --> Physiker schreit "1" Fall B --> Detektor 2 zündet Bombe --> Physiker ist tot Fall C --> Detektor 3 schlägt an --> Physiker schreit "3" Fall D --> Detektor 4 schlägt an --> Physiker schreit "4" ...
In dem ersten, dem dritten und allen weiteren RealitätsZweigen ändert sich nichts, denn es wird ja ein anderer Detektor als der mit der Bombe getroffen. Und erst bei Abbau der VersuchEinrichtung wird dem Physiker auffallen: "Au verflucht - das hätte schief gehen können!".
In dem zweiten RealitätsZweig ist es schief gegangen.
Vielleicht ist noch eine andere Formulierung dem Verständnis hilfreich. Die QuantenPhysik beschreibt eine Welt ohne Fakten. Während die gesunde MenschenVerstand und auch die klassische Physik eine Welt beschreiben, in der es Fakten gibt (Die AusSagen "der Gärtner hat den Baron umgebracht" und "der Gärtner hat den Baron nicht umgebracht" können nicht gleichzeitig wahr sein), hat die QuantenPhysik überhaupt keine Probleme damit, die gleichzeitige Präsenz einander widersprechender Fakten zu beschreiben. Diese einander widersprechenden Fakten kann man aber nicht beobachten, denn der BeobachtungsVorgang führt den Beobachter ebenfalls in eine MehrFachExistenz hinein, wobei jeder der entstehenden Beobacher nur einen Satz der Fakten beobachtet hat. Deshalb leben wir in einer Welt voller Fakten, deren Superposition wir als "Unkenntnis" dieser Fakten wahrnehmen.
Noch anders ausgedrückt: Jeder Beobachter nimmt nur einen auf definierte Fakten eingeschränkten Teil der Realität wahr.
All diejenigen Vorgänge, die zum AufSpalten von RealitätsZweigen führen, sind Vorgänge bei sehr kleinen Teilchen. Und sie treten dort nur als ZufallsVorgänge in Erscheinung.
(Naja: Genaugenommen unterliegen auch größere Objekte den SpielRegeln der QuantenMechanik. Aber erstens ist die Streuung der verschiedenen AbFlugWinkel bei einem gestreuten FußBall bei weitem nicht so groß wie bei einem gestreuten Atom - und zweitens würden wir auch einen FußBall nur an einem Ort sehen und nicht an mehreren Orten gleichzeitig, wie ich hier erläutert habe.)
Ob etwa ein angeregtes Atom gleich einen LichtQuant aussendet oder erst später - das kann man nur sehen, wenn man überhaupt einzelne LichtQuanten messen kann. Wenn nicht, dann sieht man leuchtende GegenStände nur, wenn gleichzeitig sehr viele Atome Licht aussenden - glühende Kohlen, KerzenFlammen oder die Sonne zum Beispiel. Und dann sieht man nur ein gleichmäßiges Licht, weil sich die vielen zufälligen AusSendeProzesse der LichtQuanten über die Zeit hinweg sehr schön gleichmäßig verteilen.
Kein Wunder, daß die TeilchenStruktur von Licht und Materie den Menschen JahrTausende lang nicht aufgefallen ist.
Jetzt aber, ausgerüstet mit dem mathematischen Apparat der QuantenMechanik, erkennt man, daß jedes Atom eines glühenden GegenStandes die Realität spaltet. Jedes Absorbieren eines LichtQuants, jede Kollision von Teilchen miteinander, sei es in einem Gas, in einer Flüßigkeit oder in einem FestKörper. Die Anzahl der auf diese Weise entstehenden Realitäten entzieht sich jedem VorstellungsVermögen. Tatsächlich wird auf diese Weise jede mögliche Realität irgendwo wahr. Jede BioGraphie, jeder GeschichtsVerlauf - jede physikalisch mögliche Welt eben.
Und genau dies wird sehr unterschiedlich akzeptiert. Die einen begrüßen die konzeptionelle Vereinfachung, der den Zufall in der Natur erklärt und gleichzeitig eine deterministische Beschreibung der Natur zuläßt - die vielen RealitätsZweige anzunehmen sind nur ein kleiner Preis dafür - sie stören uns im Alltag ja auch nicht, und wir sie auch nicht.
Die anderen stören sich daran, daß es nie einen direkten Beweis für die Existenz der anderen RealitätsZweige geben wird. Eine wissenschaftliche Theorie ist nämlich nur etwas wert, wenn man Experimente angeben kann, die sie widerlegen können - und was den direkten Nachweis der anderen RealitätsZweige betrifft, können wir solche Experimente nicht angeben.
Wir haben zwar in unserem eigenen RealitätsZweig eine Menge Experimente, die den mathematischen Apparat der QuantenMechanik immer wieder belegen - und genau derselbe mathematische Apparat suggeriert die Existenz der anderen RealitätsZweige - aber dieser ExistenzBeweis ist für viele viel zu indirekt.
Deshalb neigt ein großer Anteil der Physiker immer noch alternativen Theorien zu.
Da sind zum einen die, die sagen, daß unsere Beschreibung der QuantenMechanik noch gar nicht vollständig ist, und daß das, was uns noch fehlt, den QuantenZufall genau beschreiben und die Notwendigkeit einer VielWeltenInterpretation wegnehmen wird. Es gibt sogar solche mathematischen ZusatzBeschreibungen - leider liefern diese kein UnterscheidungsKriterium zur einfachsten Formulierung der QuantenMechanik.
Dann ist da die andere Gruppe, die immer noch Anhänger des Kollaps sind - also jenem oben erwähnten "WürfelVorgang". Es ist eine ziemliche GeschmacksFrage, ob man sich damit zufrieden geben will, daß der Zufall ElementarBaustein der Welt ist und ob eine solche Beschreibung wirklich die Bezeichnung "physikalische Theorie" verdienen sollte.
Und es bleibt die Tatsache, daß die Anhänger der "KollapsInterpretation" den Zufall gleich zweimal in ihrem WeltBild haben - da sie für den deterministischen Teil der QuantenMechanik dieselbe Mathematik verwenden wie die Anhänger der MWI erhalten sie auch dieselben Resultate - einschließlich dem deterministisch erzeugten Zufall und den anderen ParallelRealitäten.
Die Physik beschäftigt sich nicht mit der Frage nach der Bedeutung der Dinge - sie findet Beschreibungen der Natur und liefert damit GrundLagen für technische Anwendungen - und sie liefert auch Stoff für die Philosophen. Aber Philosophie ist nicht ihre Aufgabe.
Genausowenig ist es ihre Aufgabe, uns ein WeltBild zu liefern, daß uns gefällt. Sie sitzt da am längeren Hebel, weil wir uns keine andere Welt suchen können, wenn uns diese nicht gefällt.
Die MWI können wir eigentlich getrost ignorieren. Erstens haben wir das schon JahrTausende lang gemacht. Zweitens bestätigt sie unsere alltäglichen Ansichten, die wir etwa über die Zeit haben: Die Vergangenheit ist faktisch, die Zukunft ist möglich, und überhaupt ist das VorUrteil, daß es Fakten gibt, tragfähig und zur Bewältigung des AlltagsLebens gut geeignet.
Der feine Unterschied ist nun: Die Möglichkeiten der Zukunft werden allesamt realisiert - aber in jeder dieser Zukünfte angekommen wundern wir uns, warum es so gekommen ist und nicht anders.
Wir können aufhören, uns zu wundern: Es ist so gekommen und es ist anders gekommen. Die SchicksalsFrage entfällt.
Und da wir jetzt schon in der Zukunft von vergangenen Punkten unserer BioGraphie sind, sind auch Aussagen über unsere ParallelRealitäten, die sich früher von uns getrennt haben, möglich.
In vielen dieser Realitätet sind wir tot. In einigen haben wir im Lotto gewonnen. Jeder von uns hat Realitäten, in denen er (oder sie) der Pabst geworden ist (auch wenn der Anteil dieser Realitäten recht klein ist).
Wir haben jede Krankheit bekommen. Überlebt und nicht überlebt. Jeden Beruf. Erfolgreich und gescheitert. Wir haben gemordet und sind ermordet worden. Wir haben den JahrhundertRoman geschrieben. In einigen RealitätsZweigen haben wir sogar einen Verleger gefunden.
RealitätsZweige, die noch früher abgespaltet wurden, haben sich zu noch erstaunlicheren Welten entwickelt.
Die Kuba-Krise hat zum WeltKrieg geführt. Ebenso hat sie gar nicht stattgefunden. Ebenso der dritte WeltKrieg. Adolf Hitler ist erfolgreicher Maler geworden und bei diesem Metier geblieben. In einem anderen RealitätsZweig starb er im dritten LebensJahr an Tuberkulose.
Es gibt RealitätsZweige, in denen die Italiener zivilisiert autofahren, die Britten kochen und die Deutschen Humor haben können. Andere, in denen es weder Menschen noch überhaupt SäugeTiere gibt, weil die Saurier gewonnen haben. Noch andere, noch früher abgespaltene, wo es unsere Sonne und unser PlanetenSystem nicht gibt. Darüberhinaus gibt es Welten, in denen das Verhältnis von ElektronenMasse und ProtonenMasse nicht das uns bekannte ist.
Es ist durchaus unterhaltsam, sich eine Weile darüber Gedanken zu machen, was in den anderen RealitätsZweigen so abgeht. Alles ist möglich - es muß nur physikalisch möglich sein. Das ist das einzige Kriterium. Nebenbei: der Autor eines fiktiven aber realistischen Romans tut genau das.
Darüberhinaus gibt es in der MWI die sogenannten "thermodynamisch unsinnigen Realitäten". Das sind RealitätsZweige, in denen Dinge passieren, die zwar nicht unmöglich, aber aus thermodynamischen Gründen extrem unwahrscheinlich sind. Beispiel: Der WürfelZucker im Kaffee, der sich schon aufgelöst hatte, entsteht wieder. Ein extrem unwahrscheinlicher Vorgang - in der Menge der ständig entstehenden RealitätsZweige aber eine genauso reale Realität wie die unsere. Anderes Beispiel: Wärme, die von einem kälteren zu einem wärmeren Körper fließt. Zerbrochene Vasen, die durch Hinschmeissen repariert werden. Eingeatmetes ZyanGas, das den Körper wieder schadlos verläßt, weil zufällig kein einziges HCN ein HämoGlobinMolekül gefunden hat.
Wo immer in der Vielfalt der Realitäten solche thermodynamisch unsinnigen Realitäten entstehen, sind die nicht weniger real als unsere Realität - und es gibt auch keine besonderen SpielRegeln: So wird in der Realität, wo der ZuckerWürfel wieder aus dem Kaffee aufgetaucht ist, die Wiederholung eines solchen Vorganges nicht wahrscheinlicher sein als bei uns.
Die Existenz von thermodynamisch unsinnigen Realitäten hat einige interessante Folgerungen, die ich an anderer Stelle erläutern werde. Deshalb: Fortsetzung folgt.
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