Physik Die Quantenmechanik ist keine endgültige Theorie

Teleportation, Verschränkung, Unschärferelation: Mit der Quantenmechanik versuchen Physiker das bizarre Verhalten der kleinsten Teilchen zu erklären. Den theoretischen Physiker Lee Smolin überzeugt sie nicht. Es muss noch verborgene Variablen geben, glaubt er.


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Quantenverschränkungs-Experiment: Annäherung an eine grundlegendere physikalische Theorie
Max-Planck-Institut

Quantenverschränkungs-Experiment: Annäherung an eine grundlegendere physikalische Theorie

Ich bin davon überzeugt, dass die Quantenmechanik keine endgültige Theorie ist. Dies meine ich deshalb, weil sie mir in der vorliegenden Fassung bisher noch in keiner Deutung plausibel erschien. Die meisten habe ich gründlich studiert und lange darüber nachgedacht, konnte mir am Ende aber dennoch keinen Reim darauf machen. Unter anderem dürfte das Messproblem ohne eine Änderung der physikalischen Theorie unlösbar bleiben.

Demnach muss die Quantenmechanik eine Annäherung an eine grundlegendere physikalische Theorie sein. Es muss verborgene Variablen geben, aus denen wir, um die annäherungsweise, probabilistische Beschreibung der Quantentheorie herzuleiten, lediglich Durchschnitte bilden. Das Bell’sche Theorem – die experimentelle Widerlegung der Bell’schen Ungleichungen – hat gezeigt, dass jede Theorie, die in einer Reihe von Versuchen zur Quantenmechanik mit dieser übereinstimmt, nichtlokaler Art sein muss.

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Die Quantenmechanik selbst ist ebenso nichtlokal wie alle Vorschläge, sie durch etwas Sinnvolleres zu ersetzen. Daher müssen auch zusätzliche verborgene Variablen nichtlokaler Natur sein. Doch ich glaube, wir können noch mehr sagen. Meiner Ansicht nach stellen die verborgenen Variablen Beziehungen zwischen den Teilchen dar, die wir nicht sehen – nichtlokale verborgene Beziehungen, die weit auseinander liegende Teilchen miteinander verbinden.

Dem entspricht eine andere meiner Grundüberzeugungen, die auf der allgemeinen Relativität beruht, nämlich dass die wesentlichen Eigenschaften physikalischer Entitäten eine Menge von Beziehungen sind, die sich dynamisch entwickeln. Es gibt weder intrinsische nichtrelationale Eigenschaften noch einen feststehenden Hintergrund – wie Newtons Raum und Zeit –, der nur dazu dient, den Dingen Eigenschaften zu geben.

Daraus folgt unter anderem, dass auch die Geometrie von Raum und Zeit nur eine annähernde emergente Beschreibung ist, anwendbar ausschließlich auf solche Maßstäbe, die zu groß sind, als dass wir die fundamentalen Freiheitsgrade sehen könnten. Ihre grundlegenden Relationen sind nichtlokal in Bezug auf den annähernden Begriff der Lokalität, der sich in dem Maßstab ergibt, in dem es geometrisch sinnvoll erschiene, von lokalisierten Dingen zu sprechen.

Und was ist mit der Zeit?

Fügt man dies alles zusammen, so wird deutlich, dass die Unschärferelation ein Rückstand der daraus resultierenden Nichtlokalität sein muss, die unsere Fähigkeit einschränkt, Vorhersagen über die Zukunft beliebiger kleiner Regionen des Universums zu machen. Die Konstante ¯h, in der Quantenmechanik die Grundmaßeinheit der Unbestimmtheit oder Unschärfe, bezieht sich auf N, die Anzahl der Freiheitsgrade im Universum. Nun steht zu vermuten, dass ¯h umgekehrt proportional zur Quadratwurzel von N ist.

Doch wie sollen wir Physik treiben, wenn nicht anhand der Bewegungen von Dingen in einer feststehenden Raumzeit? Mit dieser Frage kämpfte Einstein, und ich finde auch keine andere Antwort als die, der er sich gegen Ende seines Lebens näherte: Die grundlegende Physik muss diskret sein und das Universum mit Hilfe von Algebra und Kombinatorik beschreiben.

Und was ist mit der Zeit? Auch die Vorschläge, sie als ein Grundelement unserer Darstellung der Natur auszuschließen, leuchten mir allesamt nicht ein. Mit anderen Worten, ich glaube an die Zeit und an die Kausalität. Kurz, ich bezweifle, dass die Zeit und damit unsere Geschichte erst mit dem Urknall begann.

Schließlich glaube ich, dass wir in naher Zukunft imstande sein werden, anhand dieser Ideen Voraussagen zu machen und sie in realen Experimenten zu überprüfen.

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