„Habe nun ach! Philosophie, Juristerei und Medizin, und leider auch Theologie! durchaus studiert mit heißem Bemühn. Da steh ich nun, ich armer Tor! und bin so klug als wie zuvor; heiße Magister, heiße Doktor gar, und ziehe schon an die zehen Jahr herauf, herab und quer und krumm meine Schüler an der Nase herum – und sehe, dass wir nichts wissen können!

Das will mir schier das Herz verbrennen!“ 

- Faust I, S. 354–365

Die Quantenmechanische Messung als Übergang vom Möglichen zum Notwendigen

Der Begriff der Quantenmechanischen Messung ist eng mit der Entwicklung der Quantentheorie verbunden und die Diskussion über die damit verbundenen Vorgänge halten an (siehe: Interpretationen der Quantenmechanik). Dabei sind die Begriffe "Messung" und "Messprozess" sehr unglücklich gewählt. Sie legen nahe, dass es sich dabei um Vorgänge handelt, die an Labor, Beobachter und Messgerät gebunden sind. Das ist nicht der Fall. Auch ohne Laboratorien, Beobachter und Messgeräte kommt es ständig zu Wechselwirkungen zwischen Quantenobjekten (die Wellenfunktion kollabiert).

Allerdings haben sich die Ausdrücke "Messung" und "Messvorgang" zur Charakterisierung dieses Wechselwirkungsvorganges erhalten, was zu Missverständnissen durchaus Anlass bieten kann. Das „Messgerät“ kann zum Beispiel auch ein Luftmolekül sein, dass mit einem Quantenobjekt – zum Beispiel einen Atom – zusammenstößt.

Das Ehepaar Brigitte und Thomas Görnitz verbindet diesen ohnehin schon philosophisch interessanten Quantenmechanischen Messprozess mit den Konzepten von Möglichkeit und Notwendigkeit. Dies ist nicht zuletzt deshalb höchst interessant, weil die Unterscheidung von Möglichkeit die komplette Modallogik konstituiert.

Die Quantentheorie sei eine "Theorie der Möglichkeiten", die klassische Physik eine "Theorie der Fakten".[1]  Eine Messung kann also als eine Fragestellung verstanden werden, die an ein Quantensystem gestellt wird. Das System antwortet, indem aus der zu der Frage gehörenden Klasse möglicher Antworten eine ausgewählt wird.[2] Auf die Frage beispielsweise, „rechts oder links?“, kann nur die Antwort „rechts“ oder „links“ erfolgen und nicht etwa „oben“ oder „hinten“, da diese nicht zur Klasse möglicher Antworten auf diese Fragen zählen. Der Quantenzustand, aus dem das Faktum gewonnen wird, ist nach der Messung nicht mehr vorhanden. Alle einst möglichen Quantenobjekte sind beseitigt worden, bis auf eine, die Faktum geworden ist. Diese wiederum kann zum Ausgangspunkt neuer Quantenmöglichkeiten werden, wenn von diesem „faktischen Punkt“ aus ein neuer Quantenzustand „präpariert“ wird. So stehen Präparation und Messung, Möglichkeit und Notwendigkeit, in einem immerwährenden Wechselspiel miteinander. Die Theorie der dynamischen Schichtenstruktur will dieses Wechselspiel beschreiben. 

Der Übergang vom Faktischen zum Möglichen wird in der Quantenphysik als "Präparation" bezeichnet, der Übergang vom Möglichen zum Faktischen ist die "Messung". Das Resultat einer Messung ist ein Faktum, die faktische Realisierung einer Möglichkeit.  Der Messvorgang entspricht somit dem irreversiblen Verlust an Information über die Quantenmöglichkeiten eines Quantenzustandes, die nicht Fakt geworden sind. Messung heißt, dass ein Quantenzustand Information über seine Quantenmöglichkeit verliert bzw. dass sie ihm entnommen wird. „Es mag paradox klingen“, schreibt Thomas Görnitz, dass „prinzipiell mit jedem Messprozess ein Informationsverlust verbunden ist!“.[3]

Die klassische Physik erfasst die Welt der Fakten, der Messresultate. Dahingegen beschreibt die Quantentheorie bloße Möglichkeiten, sprich die Entwicklung von Quantenzuständen vor der Messung (siehe u.a. Quantenverschränkung). Brigitte und Thomas Görnitz schreiben dazu: "Die Quantentheorie beschreibt Möglichkeiten, nicht Fakten. Fakten werden durch "Messungen" erzeugt."[4] Dabei zählt das Ehepaar beides – Möglichkeiten und Fakten – zu der Gesamtheit der physikalisch erfahrbaren Wirklichkeit, die sie durch ihre "dynamische Schichtenstruktur"[5] umfassend beschreiben möchten.

Einzelnachweise

[1] Görnitz T, Görnitz B. Der kreative Kosmos. 2008: 299.

[2] Görnitz T, Görnitz B. Die Evolution des Geistigen. 2008: 80.

[3] Görnitz T, Görnitz B. Quanten sind anders. 2006: 181-231.

[4] Görnitz T, Görnitz B. Die Evolution des Geistigen. 2008: 79.

[5] Görnitz T, Görnitz B. Quanten sind anders. 2006: S. 80

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Kommentare: 2
  • #2

    WissensWert (Samstag, 30 September 2017 22:05)

    "Die Quantenphysik sagt, dass alles möglich ist"

    FALSCH

    Das haben wir alle schon mal gehört – oft im Zusammenhang mit zum Beispiel der Viele-Welten-Theorie: Jede denkbare Welt ist auch möglich. Nun ja, die Antwort hierauf lautet schlicht “Nein” – solange die anderen möglichen Welten auch nach unseren (oder ähnlichen) Naturgesetzen funktionieren, solange wird es auch dort Dinge geben, die nicht funktionieren können – ein perpetuum mobile zum Beispiel dürfte in keiner Parallelwelt funktionieren. Im Rahmen der Naturgesetze erlaubt die Quantenmechanik zwar auch sehr unwahrscheinliche Prozesse. Aber auch das war schon in der klassischen Physik so: Auch in der klassischen Physik können sich die Splitter der gerade runtergefallenen Kaffetasse durch thermische Fluktuationen ganz von selbst wieder zu einer heilen Tasse zusammensetzen. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist so klein, dass es aber besser ist, Kehrblech und Schaufel zu holen, statt ein paar Milliarden Milliarden… Milliarden Jahre zu warten.

    Fazit: Ist alles möglich? Nein. Und selbst unwahrscheinliche Dinge, die in der Quantenphysik möglich sind, sind immer noch unwahrscheinlich – deswegen beobachten wir solche Dinge ja auch nie.

    Aber hier stand so oft “vermutlich”. Könnte es nicht doch sein, dass…?
    Zugegeben, die Interpretation der Quantenmechanik ist nicht vollkommen verstanden, und es könnte sein, dass zum Beispiel “Information” wichtiger ist, als wir im Moment denken. “Es könnte sein” ist aber kein besonders guter Ratgeber – es könnte zum Beispiel auch sein, dass nächsten Dienstag kurzfristig andere Naturgesetze gelten, die dazu führen, dass sich jedes Exemplar des Buchs “Mechanisches Verhalten der Werkstoffe” in pures Gold verwandelt. Da es noch nie “nächster Dienstag” war, können wir das nicht absolut ausschließen – also besser, ihr geht in die nächste Buchhandlung, und kauft euch ein Exemplar ($$$$$$$), man kann ja nie wissen.

    Naturwissenschaft (und gerade Physik) ist immer eine Extrapolation von Bekanntem auf Unbekanntes – man leitet Gesetze aus Experimenten ab, von denen man dann annimmt, dass sie eben auch über exakt diese Experimente hinaus Gültigkeit haben. Es ist niemals sicher, dass das so ist. Es ist immer möglich, dass die Naturgesetze in Wahrheit nur eingeschränkte Gültigkeit haben. Aber solange nichts dafür spricht, dass das so ist, solange geht man sinnvollerweise davon aus, dass es nicht so ist. Und die Tatsache, dass ihr gerade an einem Computer sitzt (den man ohne Anwendung von Thermodynamik, Quantenmechanik und Elektrodynamik nicht hätte entwickeln können), spricht dafür, dass das ganz vernünftig ist.

  • #1

    WissensWert (Samstag, 19 August 2017 02:02)

    Physik ist die Naturwissenschaft, die mathematisch formuliert werden kann. Die Physiker kennen die dazu erforderlichen mathematischen Strukturen. Die faktische Realisierung einer Quantenmöglichkiet bedeutet zugleich, dass eie mathematische Struktur, die der Quantentheorie, durch eine andere, durch die der klassischen Physik, abgelöst wird. Und umgekehrt: Wenn aus einem Faktum, das durch die mathematische Struktur der klassischen Physik beschrieben wird, ein Quantenzustand "präpariert" wird, wie der Fachausdruck lautet, dann wird die Entwicklung der sich daraus ergebenden Quantenmöglichkeiten durch die nach dem Physiker Erwin Schrödinger benannte Gleichung der Quantentheorie beschrieben. Dieses fortwährende Ineinander-Ablösen verschiedener mathematischer Strukturen - von klassisch zu quantisch und umgekehrt - verbirgt sich hinter dem Ausdruck "dynamische Schichtenstruktur.


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