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Italienischer theoretischer Physiker glaubt, dass unsere Realität ein "Spiel der Quantenspiegel" ist
Italienischer theoretischer Physiker glaubt, dass unsere Realität ein "Spiel der Quantenspiegel" ist
Anonim

Der italienische theoretische Physiker, Begründer der Theorie der Schleifenquantengravitation, Carlo Rovelli, versucht in seinem Buch "Helgoland" die wahnsinnig komplexe Theorie der Quantenmechanik unter Berücksichtigung der Welt der Photonen, Elektronen, Atome und Moleküle zu erklären, die Regeln gehorchen die unserer alltäglichen physischen Realität zuwiderlaufen. Denken Sie daran, dass die Quantentheorie aus den Beobachtungen von Heisenberg und Einsteins früherer Relativitätstheorie entstand. Vor Einstein glaubten Wissenschaftler an ein vorhersehbares, deterministisches Universum, das von einem Uhrwerk gesteuert wird. So wurde der Newtonschen Idee der absoluten „wahren Zeit“, die unaufhaltsam im Universum tickt, Einsteins Theorie entgegengestellt, dass es kein einzelnes „Jetzt“gibt, sondern eine Vielzahl von „Jetzt“. Heisenberg und seine Anhänger glaubten, dass wir den aktuellen Zustand der Welt nicht in allen Einzelheiten kennen können. Alles, was wir tun dürfen, ist die Welt mit Unsicherheits- und Wahrscheinlichkeitsmodellen zu erkunden.

"Das Mysterium der Quantentheorie mag letztendlich unser grobes Verständnis auf der Erde übersteigen. Aber die Newtonsche Mechanik ist zwar alles andere als veraltet, kann aber nicht mehr jeden Aspekt der Welt, in der wir leben, erklären", schreibt Rovelli.

Quantenrealität

Die Quantentheorie lädt uns ein, die Welt als eine riesige Katzenwiege der Beziehungen zu sehen, in der Objekte nur in Bezug auf ihre Interaktion miteinander existieren. Rovelli glaubt, dass Heisenbergs Theorie eine Theorie ist, wie sich Dinge gegenseitig "beeinflussen". Es bildet das Rückgrat aller modernen Technologien – von Computern über Atomkraft, Laser, Transistoren bis hin zu MRT-Scannern.

In seinen Erfindungen wendet der italienische Physiker die Quantentheorie auf verschiedene Philosophien an. Menschen existieren aufgrund ihrer ständigen Interaktion miteinander; Das gleiche passiert mit Atomen und Elektronen.

Carlo Rovelli bei einem Vortrag in Rom / © Marco Tambara / Wikipedia

Nehmen wir also ein Elektron, das an Punkt A emittiert und an Punkt B gefunden wird. Man könnte annehmen, dass das Elektron einer Flugbahn folgt (wie ein Auto von Punkt A zu Punkt B), aber um experimentelle Beobachtungen zu erklären, lehnte Heisenberg ab das Konzept der Bahn eines Elektrons. Und die resultierende Quantentheorie befasst sich mit Wahrscheinlichkeiten und ermöglicht es Ihnen, die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, ein Elektron an Punkt B zu finden.

Gleichzeitig wissen wir nichts über die Bahn, auf der sich das Elektron bewegt. In ihrer strengsten Form bestreitet die Quantentheorie vollständig jede Realität des Elektrons, bis es entdeckt wird (was einige dazu veranlasst, zu argumentieren, dass ein bewusster Beobachter irgendwie die Realität erschafft).

Versteckte Realität

Seit den 1950er Jahren haben Wissenschaftler versucht, die Quantentheorie mit den Anforderungen der klassischen Physik in Einklang zu bringen, etwa die Verteidigung einer "verborgenen" Realität, in der ein Elektron tatsächlich eine Flugbahn hat, oder die Annahme, dass ein Elektron alle möglichen Wege zurücklegt, aber diese Wege erscheinen in verschiedenen Welten … Aber Rovelli weist diese Versuche zurück.

Stattdessen erklärt der Physiker in seinem neuen Buch (Helgoland) die "relationale" Interpretation, wonach ein Elektron beispielsweise nur dann Eigenschaften hat, wenn es mit etwas anderem wechselwirkt. Wenn ein Elektron nicht interagiert, hat es keine physikalischen Eigenschaften: keine Position, keine Geschwindigkeit, keine Flugbahn.

Noch radikaler ist die Behauptung von Rovelli, dass die Eigenschaften eines Elektrons nur für das Objekt, mit dem es wechselwirkt, real sind und nicht für andere Objekte. „Die Welt spaltet sich in viele Sichtweisen auf, die keine eindeutige globale Vision zulassen“, schreibt Rovelli.

Wie die Financial Times schreibt, kann die Quantenphysik nicht ganz klar gemacht werden, aber Rovelli ist hervorragend darin, so viel Klarheit wie möglich zu schaffen.

Die Erwartung, dass Objekte ihre eigene unabhängige Existenz haben – unabhängig von uns und allen anderen Objekten – ist in der Tat eine tief verwurzelte Annahme, die wir über die Welt machen. Diese Annahme hat ihren Ursprung in der wissenschaftlichen Revolution des 17. Jahrhunderts und ist Teil dessen, was wir das mechanistische Weltbild nennen. Aus dieser Sicht gleicht die Welt einem riesigen Uhrwerk, dessen Teile den etablierten Bewegungsgesetzen unterliegen - Carlo Rovelli, Helgoland.

Objektinteraktionen und Raumzeit

Wenn wir also Raum und Zeit als Summe der Entfernungen und Dauern zwischen allen Objekten und Ereignissen auf der Welt betrachten und den Inhalt des Universums aus der Gleichung entfernen, dann werden wir automatisch sowohl Raum als auch Zeit „entfernen“. Dies ist eine "relationale" Sicht der Raumzeit: Sie sind nur räumliche und zeitliche Beziehungen zwischen Objekten und Ereignissen. Die relationale Sicht von Raum und Zeit war für Einstein eine wichtige Inspirationsquelle, als er die Allgemeine Relativitätstheorie entwickelte.

Unser Verständnis der Raumzeit kann kaum als vollständig bezeichnet werden.

Rovelli nutzt diese Idee, um die Quantenmechanik zu verstehen. Er argumentiert, dass Objekte der Quantentheorie, wie ein Photon, ein Elektron oder ein anderes fundamentales Teilchen, nichts anderes sind als die Eigenschaften, die sie bei der Wechselwirkung mit anderen Objekten aufweisen – in Bezug auf diese. Diese Eigenschaften eines Quantenobjekts werden durch Experimente bestimmt und umfassen Dinge wie Position, Impuls und Energie des Objekts. Zusammen bilden sie den Zustand des Objekts.

Nach der relationalen Interpretation von Rovelli sind diese Eigenschaften alles, was ein Objekt hat, was bedeutet, dass es keine zugrunde liegende individuelle Substanz gibt, die Eigenschaften „hat“.

Wie versteht man die Quantentheorie?

In seinem Artikel für The Conversation bietet Rovelli einen Blick auf das bekannte Quantenrätsel von Schrödingers Katze. Wir legen die Katze in eine Kiste mit einer tödlichen Substanz (z. B. einer Flasche mit giftigem Gas), die durch einen Quantenprozess (z. B. den Zerfall eines radioaktiven Atoms) ausgelöst wird, und schließen den Deckel.

Ein Quantenprozess ist ein zufälliges Ereignis. Es ist unmöglich, es vorherzusagen, aber wir können das Geschehene so beschreiben, dass die unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten des Zerfalls oder der Abwesenheit eines Atoms innerhalb eines bestimmten Zeitraums bestimmt werden. Seit dem Öffnen der Box werden wir das Gas aus der Flasche ablassen, daher ist auch der Tod der Katze und ihr Leben ein rein zufälliges Ereignis.

Laut Quantentheorie ist eine Katze weder tot noch lebendig, bis wir die Kiste öffnen und das System beobachten. Es bleibt ein Rätsel, wie sich die Katze fühlen würde, wenn sie weder lebendig noch tot wäre.

Aber nach der relationalen Interpretation steht der Zustand eines Systems immer in Relation zu einem anderen System. So kann ein Quantenprozess in einer Box für uns ein unbestimmtes Ergebnis haben, für eine Katze jedoch ein bestimmtes Ergebnis.

Es ist also durchaus vernünftig, dass eine Katze für uns weder lebendig noch tot ist, aber gleichzeitig kann sie tot und lebendig sein. Für uns in dieser ganzen Geschichte ist eine Tatsache real und eine Tatsache ist für eine Katze real. Wenn wir die Schachtel öffnen, wird der Zustand der Katze für uns sicher, aber die Katze war für sich selbst nie in einem unsicheren Zustand. In der relationalen Interpretation der globalen, "göttlichen" Sicht der Realität existiert e.Aber was sagt uns das nun über das Wesen der Wirklichkeit?

Höchstwahrscheinlich werden wir die Antwort auf die Frage, was Quantenrealität ist, nie erfahren. Aber es ist einen Versuch wert.

Rovelli argumentiert, dass es sich lohnt, auf ihre ähnliche Wahrnehmung zu achten, da unsere Welt letztendlich quantenhaft ist. Insbesondere können solche Objekte, wie beispielsweise ein Lieblingsbuch, ihre Eigenschaften nur in Bezug auf andere Objekte, einschließlich Ihnen, haben. Dazu gehören zum Glück auch alle anderen Gegenstände, wie zum Beispiel ein Smartphone oder ein Küchenschrank. Aber trotz ihrer scheinbaren Einfachheit ist ein solches Weltbild ein dramatisches Überdenken der Natur der Realität.

Aus dieser Sicht ist die Welt ein komplexes Netz von Verbindungen, so dass Objekte nicht mehr unabhängig von anderen Objekten eine eigene individuelle Existenz haben, wie das endlose Spiel der Quantenspiegel. Darüber hinaus ist es durchaus möglich, dass im Herzen dieses Netzwerks keine unabhängige "metaphysische" Substanz vorhanden ist, die unsere Realität konstituiert, schreibt Rovelli.

Es ist also möglich (wie Rovelli selbst es ausdrückte), dass die umgebende Realität, einschließlich uns selbst, nichts anderes als ein dünner und zerbrechlicher Schleier ist, hinter dem … nichts ist. Und wenn wir dazu noch das Rätsel um die Natur des Bewusstseins hinzufügen, dann wird alles noch komplizierter.

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