Quanten

Eine kurze Geschichte von Materie und Energie …

»Drum habe ich mich der Magie ergeben, dass ich erkenne, was die Welt im Innersten zusammenhält.« Faust

Die Quantenphysik verarbeitet die Mathematik und Physik der schnellen Geschwindigkeiten, wie z.B. Lichtgeschwindigkeit. Damit bestimmt es die ›Gesetze‹ der kleinsten Teile (die umso schneller werden, je stärker sie gebunden sind) als auch der galakti­schen ­Phänomene. Diese Tatsache lenkt aber gerne davon ab, dass diese hohen Geschwindigkeiten in uns und allem Lebendigen wirken und deren Grundlage bilden — in jeder Zelle und auch im neuronalen Netz.

14.12.1900: Max Planck beschreibt erstmals Quanten (Energie­portionen), vom lat. ›quantum‹: ›wie viel‹ oder ›so viel‹. Planck erklärt, dass ein Energieaustausch zwischen Strahlung und Materie nur in diskreten Paketen möglich ist. Es tauschen sich Quanten aus. Also keine kontinuierliche Ausbreitung, sondern eine in ›Sprüngen‹. Der viel zitierte Quantensprung, ein Sprung der mehr schaffen kann, als er könnte. Die Plancksche Konstante, auch Wirkungsquantum genannt, bezeichnet die kleinstmögliche Einheit (6,62 x 10-34 Joule). Die Energie dieser Pakete steigt mit seiner ­Frequenz. Z.B. arbeitet unser Gehirn mit sehr wenig Ener­gie und ist sehr langwellig, es treten fast gerade Strahlen aus unseren ­Köpfen.

Das Ur-Experiment: Doppelspalt

Aufbau: Eine Photonenquelle ist auf eine Platte mit zwei Spalten gerichtet. Hinter den Durchlässen befindet mit etwas Abstand eine lichtempfindliche Platte zur Messung.
Beobachtung: Es kann sein, dass Punkte, die bei einem geöf­fneten Spalt erreicht werden (egal welchen Spalt wir schließen), bei beiden geöffneten Spalten nicht erreicht werden.
»Irgendwie löschen sich die möglichen Dinge, die das eine Photon tun könnte, einander aus. So etwas kennt man in der klassischen Physik nicht.« (Penrose, 77)
Es heißt nämlich nicht weniger, als dass alle Möglichkeiten, die das eine Photon erreichen könnte, tatsächlich alle zeitgleich durch­laufen kann.

Man kann sich das als komplexe Wellen von Alternativen vorstellen, die sich überlagern. D.h., genauer der Kombination aus beiden Möglichkeiten, gewichtet mit komplexen Zahlen. D.h., auch ›Teilchen‹ haben eine Ausdehnung, die an ein Feld erinnern bzw. Felder haben ebenso Teilcheneigenschaften: Die Trennung von Teilchen und Feld ist für die atomare Ebene nicht anwendbar.

Einstein schrieb schon 1905:
» […] bei Ausbreitung eines von einem Punkte ausgehenden Licht­strahls ist die Energie nicht kontinuierlich auf größer und größer wer­dende Räume verteilt, son­dern es besteht dieselbe aus einer ­end­li­chen Zahl von in Raum­­punkten lokalisierten ­Energie­quanten, wel­che sich bewegen, ohne sich zu teilen und nur als Ganze absorbiert und erzeugt werden können.«
(Dukas: Albert Einstein, 1979, 125)

Licht ist also in Teilen, doch es ist nicht geteilt und nur als Eins vorhanden. Einsteins späterer Einwand gegen die sich entwickelnde Quantenphysik: »Gott würfelt nicht!« lässt sich meines Erachtens auflösen:
Die quantische Wirklichkeit ›würfelt‹ ununterbrochen, doch es herrschen ganz andere Wahrscheinlichkeitsgesetze. ›Komplexe Wellen von Alternativen‹ verhalten sich einfach anders als ein mechanischer Würfel. Welche der quantischen Alternativen eintreten, hängt im Experiment vom Messprozess ab, in natürlichen Systemen von ­sinnvollem Zufall und im Menschen wohl durch seinen Geist.

Experiment zur Superposition
Elektronen haben um den Atomkern keine festen Bahnen, sondern sind über den Raum ausgebreitet. Es erinnert an den Attraktor, den chaotische Systeme beschreiben. Es gibt keinen festzumachenden Punkt, sondern immer ein Heer von Möglichkeiten, den der ›Zustandsvektor‹ beschreibt.
Wenn zwei Teilchen zusammenstoßen, ergibt sich ein neuer Zustandsvektor, der das Produkt beider Zustandsvektoren ist, obwohl der Zusammenstoß nach unseren Vorstellungen doch zu einer ­bestimmten Zeit und einem bestimmten Ort passiert sein muss. Doch es bildet sich das Produkt aller Möglichkeiten.
Also alle Zeit|Ort-Möglichkeiten von Teilchen A mal alle Zeit|Ort-Möglichkeiten von Teilchen B mal x gleich neuer Zustandsvektor.
In diesem Zusammenhang wird von der Linearität der zeitlichen ­Entwicklung von Quantenzuständen gesprochen, was einige als Beweis für die Möglichkeit von Weissagung ansehen, da die zeitliche Entwicklung des Zustandsvektors voraussagbar ist. (Erwin Schrödinger, 1925) Bezüglich der Zeit ist noch bedeutsam, dass die Antimaterie, die Antiteilchen (Positron) Teilchen sind, die sich rückwärts in der Zeit bewegen (Quanten-Elektrodynamik).

Unbestimmtheits-|Unschärferelation nach Heisenberg:
Je nachdem was gemessen wird, stellt sich z.B. Licht als Welle oder Teilchen dar. Diese KOMPLEMENTARITÄT findet sich auch bei ­Teilchen: Hier ist der Ort oder die Geschwindigkeit bestimmbar, nicht beides zusammen. Komplementarität besteht, wenn zwei Größen für das Verständnis einer Sache unverzichtbar sind, doch sie sich gleichzeitig ausschließen. Z.B. lassen sich Gefühle nur verstehen durch die gegenläufigen Gefühlszustände, das gleiche gilt für die Wahrnehmung (heiß und kalt etc.).
Wir müssen lernen, in dem einen Zustand beide sehen zu können — das meint quantischer Dualismus. Für Quanten ist das normal: zwei sich ausschließende Zustände gleichzeitig anzunehmen und sie als ­untrennbar eins zu sehen.
Einige Geister streiten sich an den Gleichzeitigkeiten, die im Quantischen auftreten.
Ein Quant ist aber sicher nicht teilbar und funktioniert auch nicht wie eine Maschine. Daher brechen sich daran die Dogmen des mechanistischen Weltbildes: Trennung von Objekten, Unterdrückung von Zusammenhängen, lineares Denken, Ursache und Wirkung als Einbahnstraße sowie die strikte Trennung von ­Materie und Geist.

MESSPROBLEM: Wir sind keine Zuschauer, sondern Akteure
Jede Messung verändert, reduziert den Zustandsvektor des ­Beobachteten. Die Messung lässt den Zustand der Unbestimmtheit zusammenbrechen. Der Beobachter ist also genauso Teil des Experiments wie die Messapparatur oder das Beobachtete. Ein entscheidender Paradigmenwechsel in unserer Sicht der Welt.

»Es gibt keine von der Messapparatur unabhängige Realität, da­her soll auch keine Spekulation über die Realität erfolgen. Keine Theorie kann objektive Realität beschreiben, sondern nur Phäno­mene in deren Definition auch der experimentelle Kontext ent­halten ist.«
Niels Bohr

NON-LOKALITÄT: 50 Jahre zum Beweis
Zwei weit voneinander entfernte Elementarteilchen können durch Verschränkung ohne Zeitverzögerung in Beziehung stehen. Jenseits von Raum und Zeit, schneller als Licht. Einstein konnte sich dies nicht vorstellen. Er meinte, dass lediglich eine Variable noch nicht

erkannt ist und erdachte sich mit Rosen und Podolsky 1935 die EPR-­Para­doxon, ein bestimmtes Experiment. Erst 1981 konnte die Gruppe um Alain Aspect das Experiment durchführen, welches jedoch die Non-Lokalität voll bestätigte. Die Teilchen sind miteinander verschränkt, sind also wie Licht, eins. Für Kommunikationsleitungen baut Siemens heute schon 50 Kilometer große Diphotonen, also verschränkte Photonen, die Raum und Zeit nicht kennen.

Die berühmte Katze
Die Schrödinger-Gleichung (1925) wurde berühmt wegen des Superpositionsprinzips, welches er mit einer Katze verdeutlichte (1935): Wenn das Quantensystem zerfällt, wird über einen Mechanismus die Katze getötet — wenn es stabil bleibt, bleibt sie am Leben. Die Wahrscheinlichkeit für den Zerfall ist 50%. Die Quantenmechanik sagt nun einen Gesamtzustand (Superposition) voraus, dass die Katze zu gleichen Teilen tot und lebendig ist. Nicht tot oder lebendig.
Ein Paradoxon, was sich meines Erachtens auflösen lässt, da das Experiment von etwas Unmöglichem ausgeht, nämlich die exakt 50%, die ein mechanistisches Ideal darstellen und in der Natur nicht vorkommen. Ein Bleistift würde nie auf seiner Spitze stehen bleiben.

Die Quantenmechanik kann nur ganzheitlich begriffen werden: Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile (Emergenz). Der Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung entspricht nur einer statistischen Kausalität, die Wirkung verändert die Ursache und als ›Ursache‹ ist auch der Experimentator zu verstehen.

Schwierig? Komplex? Eigentlich nur eine Welt im Zusammenhang. Der innere Widerstand besteht vor allem darin, diese Welt mit UNS in Verbindung zu sehen.

»Wenn der Mensch die Natur erforscht, findet er letztlich keine objektive Wirklichkeit vor, sondern er begegnet sich selber.«
Heisenberg

Der Nobelpreisträger Wolfgang Pauli war der Über­zeugung, dass parallel zur Untersuchung äußerer Objekte die Beobachtung des inneren Entstehens wissenschaftlicher Erklä­rung vorangetrieben werden sollte. Er untersuchte mit C.G. Jung besonders die Synchronizität: das scheinbar zufällige Zusammen­treffen sinn­voller Zufälle. Durch die immaterielle Information, die als Quantenvakuum alles durchdringt, werden diese zielge­richteten Zufälle erklärbar. Dies bedeutet so einiges: Die Wissenschaft fragt funktions­ge­richtet nach dem Warum, aber nicht nach dem Sinn. Wozu geschieht es? Diese Frage zielt auf das Ziel ab, was auch sinn­voller erscheint, weil es voraus blicken lässt. Das ›Warum‹ klärt lediglich den Kausalzusammenhang.

Max Planck führte den Fakt, dass Photonen von allen mögli­chen Kurven immer diejenige auswählten, die sie am schnell­sten zu ihrem Ziel bringt, auf eine höhere Intelligenz zu­rück. Dieses »Prinzip des geringsten Aufwandes« besitze klar teleologischen (finalen, statt kausalen) Charakter. (Bischof, 411)

Photonen wären sich ihres weitergehenden Zieles bewusst, was weit über ihre unmittelbare Funktion hinausgeht. Ebenso wie alle Teilchen und Zellen (siehe ›Kosmos Kopf‹).
Dies betont die Zusammenhänge. Zu­sammenhänge sind wie Bedeutungen immateriell und i.d.R. nicht sichtbar. Letztlich be­deutet es eine enorme Aufwertung von ›Nichts‹ und allem Nichti­gen, besonders des Geistes und der Gedanken. Besonders, wenn der Geist in der Lage sein sollte, Quanten zu lenken, hätte das weitreichende ­Konsequenzen, da Quanten Grenzgänger zwischen den Welten sind.