Quantenphysik als Herausforderung der Erkenntnistheorie

Ein neuer Ansatz der erkenntnistheoretischen Interpretation der Quantenmechanik

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Keine Frage: Quantenmechanik funktioniert als mathematisch formalisierte physikalische Theorie einwandfrei, ist also in sich stimmig, bewährt sich bestens in der praktischen Anwendung und verfügt auch über hohes Theoriepotential. Ihre praktische Bewährung zeigt sich an der Genauigkeit der aus ihr ableitbaren Prognosen und an der großen Zahl von präzise funktionierenden Technologien mit hoher wirtschaftlicher und sozialer Relevanz, die auf ihrer Basis entwickelt werden konnten. Ihr theoretisches Potential lässt sich daran ablesen, dass sie eine breite Palette empirischer Phänomene durch einige wenige theoretische Annahmen erklärt, fruchtbare Perspektiven für die Entwicklung neuer Hypothesen eröffnet und interessante Relationen zum übrigen Theoriegebäude der Physik aufweist.

Mit dem zuletzt angesprochenen Aspekt ist ausdrücklich kein bruchloses Anknüpfen an andere Theorien gemeint. Vielmehr geht es hier darum, dass derzeit noch vorhandene Verständnislücken bzw. Inkonsistenzen - etwa im Verhältnis zur Gravitationstheorie - zu lebhaften Diskussionen führen, welche die Entwicklung der Physik weitertreiben.

Der Text ist die konzentrierte Aufbereitung zentraler Argumente einer gleichnamigen Buchpublikation. Es handelt sich dabei um den dritten Band einer vom Autor verfassten Studienreihe über die "Erkenntnistheoretischen Grundlagen der Physik"1, zu der es auch eine Webseite gibt. Dort, wo der Text aus Platzgründen sehr starke Verdichtungen des jeweiligen Gedankengangs vornimmt oder gar ganze Themenbereiche mit Relevanz für das vorliegende Problem ausklammert, wird in den Endnoten auf die entsprechenden Passagen der Buchpublikation hingewiesen.

Der etablierten erkenntnistheoretischen Interpretation des mathematischen Formalismus der Quantenmechanik ist leider kein ähnlich gutes Zeugnis auszustellen. Bei ihr kann weder von Bewährung noch von hohem Theoriepotential die Rede sein, muss man doch ernsthaft befürchten, dass sich das Denken hier in einer Sackgasse verirrt hat. Diese Situation ist umso brisanter, als die erkenntnistheoretische Sicht auf den Formalismus der Quantenmechanik nicht nachträglich zu seiner rein physikalischen Interpretation hinzutritt, sondern aufs Engste mit ihr verknüpft ist. Erkenntnistheoretische Fehleinschätzungen führen somit im vorliegenden Fall unmittelbar zu Fehlinterpretationen von Experimenten und problematischen physikalischen Schlussfolgerungen.

Der nun folgende Versuch einer Begründung dieses negativen Urteils beginnt mit einer kurzen Beschreibung der allgemeinen Aufgabenstellung von Erkenntnistheorie.

Empirische Wissenschaften und Erkenntnistheorie

Während die empirischen Wissenschaften verschiedenste Gegenstände untersuchen, betrachtet die Erkenntnistheorie das jenen Forschungsprozessen zugrunde liegende Verhältnis zwischen den Forschern und ihren Gegenständen. Dabei bemüht sie sich um Verallgemeinerungen, welche die in verschiedenen Einzelwissenschaften gegebenen Subjekt-Objekt-Relationen auf einen gemeinsamen Nenner bringen. Im Idealfall etabliert sich im Zuge dieser Reflexion zwischen den Einzelwissenschaften und der Erkenntnistheorie ein durch gegenseitige Befruchtung gekennzeichnetes Wechselverhältnis: Auf der einen Seite gibt die erkenntnistheoretische Analyse der Subjekt-Objekt-Relation den Einzelwissenschaften Orientierung bei der Weiterentwicklung ihrer Methoden, Fragestellungen und Antwortfolien. Auf der anderen regen neue Trends im Bereich der Einzelwissenschaften die Erkenntnistheoretiker zur Überarbeitung ihrer auf das Subjekt-Objekt-Verhältnis bezogenen Verallgemeinerungen an.

Ein wichtiges Beispiel für die im Zuge dieser Wechselwirkung ausgelösten Fortschritte der Erkenntnistheorie zeigt sich im Anschluss an die im 19. Jahrhundert stattfindende Entstehung der Geistes- und Sozialwissenschaften: In ihren Anfängen hatte die Erkenntnistheorie nur an dem sehr distanzierten Verhältnis der Naturwissenschaften (insbesondere der klassischen Physik) zu ihren Objekten Maß genommen. Nun aber zwangen sie die großen Erfolge der durch eine viel engere Subjekt-Objekt-Relation charakterisierten Wissenschaften neuen Typs zur Adaptierung ihrer Hypothesen über das Verhältnis der Forscher zu ihren Gegenständen. So entstand eine Erkenntnistheorie höheren Allgemeinheitsgrades, die nicht nur für die klassischen Naturwissenschaften gilt, sondern als einen Sonderfall auch den speziellen Zugang der Sozial- u. Geisteswissenschaftler zu ihren Gegenständen berücksichtigt.

Mit der Quantenmechanik entwickelte sich dann im ersten Drittel des 20.Jahrhunderts innerhalb der Naturwissenschaften selbst ein Forschungsfeld, in dem offensichtlich ähnlich wie in den Geistes- und Sozialwissenschaften ein viel engerer Subjekt-Objekt-Bezug besteht als in der klassischen Physik. Während man es dort mit Körpern zu tun hat, die sich auf gesetzlich vorgegebenen Bahnen bewegen, welche sich bei Bekanntheit der betreffenden Gesetze mit beliebiger Genauigkeit vorhersagen lassen, liegt bei der Beobachtung von Objekten im Quantenmaßstab eine völlig andere Situation vor.

Das Grundgesetz der Quantenmechanik, die sogenannte Wellengleichung, lässt uns nämlich die Orte u. Zeitpunkte der Interaktion des Beobachters mit seinem Gegenstand, und damit dessen Bahn, prinzipiell nur im Sinne von mehr oder weniger großen Wahrscheinlichkeiten bestimmen. Das Objekt scheint damit erst durch den Akt seiner Beobachtung zu einem real existierenden Gegenstand zu werden, was auf der Ebene des mathematischen Formalismus durch den sogenannten 'Kollaps' der Wellenfunktion symbolisiert wird. Darüber hinaus sind Quantenobjekte im Unterschied zu den Gegenständen der klassischen Physik dadurch gekennzeichnet, dass ein und dasselbe Objekt in Abhängigkeit vom jeweils gewählten experimentellen Arrangement einmal ein Teilchen und ein anderes Mal eine Welle zu sein scheint.

Die Schwierigkeiten der Erkenntnistheorie mit der Quantenmechanik

Um zu verstehen, welche Probleme sich in dieser neuen Situation für die Erkenntnistheorie auftürmen, ist zunächst ganz kurz auf deren Geschichte einzugehen: Die erkenntnistheoretische Perspektive entwickelt sich nach ersten 'Vorarbeiten' am Beginn der Neuzeit durch Descartes parallel zum allmählichen Erstarken des bürgerlichen Subjekts, das sich als immer wirkungsmächtigerer Akteur in seiner Welt erlebt. Traditionelle Philosophie war Ontologie, beschrieb somit diese Welt als ein durch übergeordnete Prinzipien reguliertes Sein, von dem der Mensch nur ein Teil war. Erkenntnistheorie vollzieht nun einen radikalen Perspektivenwechsel, indem sie nicht mehr von einem umfassenden Sein sondern von jenem Menschen ausgeht, um zu fragen, wie er zu seiner Erfahrung und seinem Wissen vom Sein kommt.

Die extremste Ausformung dieser Gegenposition zur Ontologie bezieht der englische Philosoph David Hume, der alle über das (scheinbar) unmittelbare sinnliche Erleben hinausgehenden Interpretationen als subjektive Täuschungen abtut und damit Sein und sinnliches Erleben kurz schließt. Erst Immanuel Kant sieht dann im Zuge seiner Reflexion auf die Leistungen der klassischen Mechanik ein, dass Erfahrung stets mehr als bloße Sinnlichkeit ist und sich zwingend auf ein vom Erfahrenden selbst hypothetisch konstruiertes, interpretatorisch immer schon vorausgesetztes Objekt bezieht.

Jene die ontologische mit der empiristischen Weltsicht versöhnende transzendentale Perspektive Kants lässt sich jedoch nicht so ohne weiteres auf das Objekt der Quantenmechanik umlegen. Denn dieses kann, wie zuvor erwähnt, nicht als ein im klassischen Sinne verstehbarer Körper mit naturgesetzlich eindeutig determinierten Bahneigenschaften gedacht werden. Die sogenannte 'Kopenhagener Deutung' der Quantenmechanik 'löst' dieses Unbestimmtheitsproblem, indem sie wieder den von Hume vorgegebenen (und von Ernst Mach erneuerten) empiristischen Standpunkt einnimmt. Sie verzichtet also bei ihrer Interpretation der Beobachtungsergebnisse auf unmittelbar gegenstandsbezogene Aussagen und blendet damit alle objektkonstitutiven Leistungen des Subjekts aus.

Viele Interpreten der Quantenmechanik sehen das zwar als einen zu bedauernden erkenntnistheoretischen Rückschritt an, erblicken darin aber die sicherste Art der Vermeidung von Paradoxien.2 Dieser Versuch der Problemlösung greift jedoch aus zwei Gründen zu kurz:

1. ERSTENS lässt sich das Denken nicht per Dekret den Bezug von Beobachtungen auf ein ihnen zugrunde liegendes Objekt verbieten. Das Objekt wird durch verschiedenste bizarre Pseudotheorien unvermeidlich wieder in die Vorstellungswelt der Physiker eingeschleust und existiert dann hier etwa in Gestalt eines Teilchens, das nicht nur eine Bahn sondern alle theoretisch möglichen Bahnen gleichzeitig durchläuft3, oder gar als Partikel, das im Augenblick seiner Beobachtung zum Ausgangspunkt einer Unzahl neuer Universen wird, sodass dann jeder seiner vor der Beobachtung bloß möglichen Wege in einem andern Paralleluniversum Realität ist4. Derart verrückte Positionen rufen nicht minder unhaltbare Gegenpositionen hervor. Gibt es doch tatsächlich Physiker, welche die Strategie der Kopenhagener Deutung, sich objektbezogener Aussagen zu enthalten, zu der Behauptung zuspitzen, dass der Wellenfunktion überhaupt kein reales Wellenobjekt entspreche5 - als ob es sich bei ihr um einen nur sich selbst darstellenden Formalismus handle, der die wunderbare Eigenschaft besitzt, am laufenden Band wie durch Zauberei empirisch korrekte Prognosen zu produzieren.
2. ZWEITENS sägt die Kopenhagener Deutung mit der radikalen Abwehr der Suche nach den die unmittelbaren Erfahrungsdaten fundierenden Begründungszusammenhängen auch den Ast ab, auf dem sie selbst sitzt:
• Wenn man nämlich die sich in Raum und Zeit entwickelnde Beobachtungswahrscheinlichkeit zur nicht weiter hinterfragbaren Basis all unseres Wissens macht
• und damit alle transzendentalen Sinnbezüge, die auf das sich in der Beobachtung zeigende Objekt verweisen, aus der Reflexion auf die Erfahrung eliminiert,
• dann verlieren auch sämtliche in der quantentheoretischen Beschreibung der Realität verwendeten Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitstheorie ihren Sinn.

Denn der Wahrscheinlichkeitsbegriff beschreibt ja den Grad der Sicherheit von Verhaltenserwartungen - und diese sind notwendig auf ein sich verhaltendes Gegenüber, also auf ein hinter seinen Erscheinungen stehendes Objekt bezogen. Wird daher dieses Objekt gänzlich aus der Betrachtung ausgeklammert, dann kann man keine schlüssigen Konzepte von 'Verhalten', 'Verhaltensmöglichkeiten' und 'Verhaltenserwartung', begründen, womit wesentliche Bedeutungsfacetten des Begriffes der 'Wahrscheinlichkeit' (und in weiterer Folge aller auf ihm aufbauenden Konzepte der Wahrscheinlichkeitstheorie) entfallen, bzw. für die Quantenmechanik unbrauchbar werden.6

Damit sind nun aber bei weitem noch nicht sämtliche Probleme der etablierten Interpretation der Quantenmechanik angesprochen. Letztlich geht nämlich allen auf die Kopenhagener Deutung zurückverweisenden Interpretationsversuchen nicht nur das Objekt, sondern auch das Subjekt des Beobachtungsvorgangs verloren: Man hantiert zwar mit Beobachtungsergebnissen und Messvorschriften, hat aber von dem hinter seinem Beobachten stehenden Subjekt ebenso wenig einen Begriff wie von dem beobachteten Objekt. Denn bei allem empiristischen Gehabe steht man im Grunde auf dem alten Standpunkt der Ontologie, welcher das Subjekt nur als eine Sonderform des Seins erfassen möchte - es dabei aber nicht und nicht zu fassen bekommt. Dies wird deutlich an der Art, wie man den zum Kollaps der Wellenfunktion führenden Vorgang der Beobachtung zu beschreiben versucht. Was in Wahrheit eine Interaktion zwischen Subjekt und Objekt ist, reduziert sich für die physikalische Ontologie unter der Hand auf einen innerhalb der Objektwelt stattfindenden Vorgang, bei dem das Subjekt völlig verschwindet.

Ahnvater aller einschlägigen Deskriptionsversuche ist J. von Neumann mit seinem Programm, den quantenphysikalischen Messprozess allein mit den Mitteln der Quantenmechanik zu beschreiben. Dieses Programm ist, wie von Neumann selbst erkannte, gescheitert, und Gleiches gilt für alle seither unternommenen Versuche des Anknüpfens an sein Programm.7 Letzte Ursache für dies Scheitern ist der Umstand, dass ganz einfach kein Subjekt vorhanden ist, das die Wellenfunktion zum Kollabieren bringt - wie ja auch niemand da ist, der Verhaltenserwartungen hegt und daher dem für die Wellenfunktion konstitutiven Begriff der Erwartungssicherheit (sprich: Wahrscheinlichkeit) Sinn verleiht.