Denkanstöße – Werner Heisenberg: „Physik und Philosophie“

Warum nimmt man heute ein Buch "Physik und Philosophie" von Werner Heisenberg aus dem Jahr 1959 zur Hand? Könnte man nicht, bei allem Respekt vor dem Autor, das Gefühl haben, man sollte lieber etwas Zeitgenössischeres über dieses Thema lesen? Anders wie in den Geisteswissenschaften lösen sich ja die Erkenntnisse in den Naturwissenschaften vollständig vom Urheber. Sie führen ein eigenes Leben in den Köpfen weiter, völlig unabhängig vom Urheber, und für die Rezeption dieser Erkenntnisse bräuchte man nichts über den Urheber zu wissen. Seine Motivation, sein Vorwissen, seine geistige Prägung, all das ist dafür irrelevant. Heisenberg, Newton oder Einstein muss man also auch nicht im Urtext lesen, um deren Leistungen einordnen und würdigen zu können.

Dennoch, wer schon davon gehört hat, wie stark die Quantenphysik in unsere Sicht von Welt und Realität eingegriffen hat, wer einen Hang zur Philosophie hat und sich noch nicht endgültig in einer Weltanschauung eingerichtet hat, wird neugierig. Was hat ein so großer Mann der Physik zu diesem Thema damals gesagt? Wie hat er gedacht und geschrieben? Was schreibt er über die Zeit, in der diese revolutionären Gedanken zum ersten Mal auftauchten? Welche Weltanschauung resultiert aus seiner Welt-Anschauung?
In der Tat, es lohnt sich auf jeden Fall, dieses Buch zu lesen. Zum einen bekommt man einmal wieder vorgeführt, wie klar und schnörkellos unsere großen Vorbilder denken und schreiben. Man spürt förmlich die intensiven Diskussionen, die Heisenberg mit Geistesgrößen vergleichbaren Ranges stets geführt hat, und die harte gedankliche Arbeit, die dahinter steht. Und wer sie kennt, der spürt auch manchmal die geistige Situation der 50er Jahre, aber höchstens im Duktus und in dem Vorzeigen humanistischer Bildung. In der Sache natürlich, aber auch in den darüber hinaus reichenden Betrachtungen erfährt man einen für die damalige Zeit unerhört modernen und auch heute noch gültigen Standpunkt.

In dem ersten Kapitel über "Die Bedeutung der modernen Physik in unserer Zeit" spricht Heisenberg ein auch für unsere Zeit noch sehr wichtiges allgemeines Thema an. Er fragt, welchen Einfluss die Ergebnisse der modernen Physik auf "die sehr verschiedenen alten Traditionen auf unserer Erde" haben werden. In den 50er Jahren, in dem Heisenberg dieses Buch schrieb, hat man sich die Globalisierung, wie wir sie heute kennen, vermutlich noch nicht vorstellen können, aber man wusste, dass sie irgendwie kommen wird.
Die Ausbreitung physikalischer Ergebnisse kann man dabei auf zwei Ebenen verfolgen, auf der Ebene der Anwendungen in Technik und Industrie und auf der Ebene der Weltanschauung. Dass sich die technischen Möglichkeiten schnell in andere Länder ausbreiten würden, sah man damals nur zu deutlich an dem Streben der Mächte nach der Atombombe, und heute strebt jeder "kleine Mann von der Straße" in Deutschland wie in Indien oder Ägypten nach einem Fernsehgerät und einem Handy. Heisenberg geht es aber eher um den Zusammenstoß des Gedankenguts der modernen Physik mit den "religiösen und philosophischen Grundanschauungen der dort bodenständigen Kultur". Einen wesentlichen Aspekt hebt er dabei hervor: Die Ergebnisse und die Methodik der Naturwissenschaften werden stets in gleicher Form auftreten, sind also von sich aus schon global, während die Überlieferung der traditionellen Grundanschauungen überall verschieden sein werden. Das Verhältnis von Naturwissenschaft und überlieferten Vorstellungen und Religionen jeglicher Art spricht er also an, zunächst hier im ersten Kapitel aber nur, um deutlich zu machen, welcher Aufgabe er sich in diesem Buch stellen will, nämlich die Ergebnisse der modernen Physik "einer in nicht zu wissenschaftlichen Sprache zu erörtern, ihre philosophischen Folgen zu studieren und mit einigen der älteren Traditionen zu vergleichen."

Das geschieht nun in sieben Kapiteln über die Quantenmechanik – so insbesondere über die Geschichte ihrer Entstehung, über die Kopenhagener Deutung, ihre Beziehung zu früheren Atomlehren oder zu philosophischen Ideen seit Descartes. In einem weiteren Kapitel erörtert er die neuen Vorstellungen über Raum und Zeit, die sich durch die Relativitätstheorie ergeben haben. Dieses, in die sieben Kapitel über die Quantenmechanik eingestreut, wirkt dort zunächst wie ein Fremdkörper, lenkt den Blick aber plötzlich auf ganz andere Phänomene und wirkt so wie eine anregende Atempause in einem Exkurs über philosophische Folgerungen aus der Quantenphysik.

Besonders interessant ist natürlich für den "Eingeweihten", dass man hier einmal aus erster Hand erfährt, was die Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik nun wirklich sein soll. So richtig klar ausgesprochen und beschrieben war sie damals nicht, in den Zeiten des Streites um die Interpretation der gerade entstandenen Quantenmechanik, mit Bohr und Heisenberg auf der einen Seite, Einstein und Schrödinger auf der anderen Seite. Im Jahre 1956, dem Erscheinen dieses Buches, war das gerade 30 Jahre her, genügend Zeit für eine Klärung.

Viel ist ja über diese Interpretation der Quantenphysik geschrieben worden, von Berufenen, aber noch mehr von Unberufenen. Was hat man nicht alles in den Messprozess hinein gelegt, bis hin zu verstiegenen Vorstellungen, das Ergebnis der Messung hinge vom Bewusstsein des Beobachters ab. Ja, sogar als Gottesbeweis musste die Quantenphysik herhalten. All diesen Irrsinn haben die Väter der Quantenphysik nicht zu verantworten. Hier steht es ganz unmissverständlich: Die Kopenhagener Deutung der Quantentheorie entspricht dem Ideal einer objektiven Beschreibung soweit wie möglich. Bei dieser Einschränkung "so weit wie möglich" muss man sich klar machen, was Heisenberg unter "Objektivität" versteht. Vollständige Objektivität gäbe es nur aus der Sicht eines Übermenschen, der die Welt in jeder Größendimension in gleicher Weise wahrnehmen könnte, eine Fähigkeit, die wir als Wesen aus der Welt der mittleren Dimension prinzipiell gar nicht erreichen können, denn jede Beobachtung oder Messung eines Quants stellt notwendigerweise einen Kontakt mit einem Gerät aus unserer Welt der mittleren Dimension dar und damit eine Änderung des Quantenzustandes, in der Fachsprache bekannt als "Kollaps der Wellenfunktion". Subjektivität ist also nur in so weit gegeben, dass wir eben als Menschen die Natur betrachten.

Heisenberg macht also einen Unterschied zwischen Intersubjektivität und Objektivität. In diesem Sinne sind die Ergebnisse zwar für alle Menschen gültig, diese können aber nicht ein Quant "sehen", wie dieses sich, "objektiv", in seiner Welt der kleinsten Dimensionen "gibt". Die scharfe Trennung zwischen der Welt und dem Ich, wie sie seit Descartes den Menschen vorschwebt, ist damit nicht möglich. Das Verhältnis ist komplizierter, und das ist wieder mal ein Beispiel dafür, dass alles immer wieder ganz anders ist, als wie man sich das als Lehnstuhl-Philosoph vorstellen kann: Wie sich der Zustand eines Quants mit der Zeit ändert, kann man berechnen, und zwar in deterministischer Weise. Insofern hat man eine vollständige Kontrolle über die Welt der kleinsten Dimensionen, man kann also berechnen, wie sich ein Quant "objektiv", " hinter der Bühne" verhält. Nimmt man aber Kontakt auf zu dieser Welt, durch ein Mess- oder Beobachtungsinstrument, so erhält man eine Antwort, die subjektiv und zufällig ist, und zwar subjektiv in dem Sinne, dass man durch das Messen den Zustand des Quants spontan verändert, so dass dieser in den Eigenschaften, nach denen man fragt, einem Objekt aus der Welt der mittleren Dimension "gleich" gemacht und damit messbar wird, und zufällig in dem Sinne, dass man trotz der deterministischen Berechnung der Zustandsänderung nur die Wahrscheinlichkeit für das Eintreffen bestimmter möglicher Messergebnisse voraussagen kann.

Das ist das radikal Neue, das durch die Quantenphysik entdeckt wurde. Und das Unerhört Neue ist, dass hier über eine zunächst philosophische Frage letztlich experimentell entschieden wurde. Besser kann nicht deutlich werden, wie wichtig für eine Weltanschauung eine Welt-Anschauung ist. Natürlich gibt es inzwischen Versuche, das, was man in der Quantenphysik mit unstrittigen Verfahren berechnen kann, anders zu interpretieren, aber diese sind nicht sehr überzeugend (z.B. Multiuniversen) oder inzwischen als falsch erkannt (verborgene Variablen). Es ist merkwürdig, dass viele Philosophen, die sich mit der Bedeutung der Begriffe Realität und Wirklichkeit sowie mit der Subjekt-Objekt-Problematik beschäftigen, diese nachprüfbaren Ergebnisse der Physik auch heute noch nicht rezipiert haben.

Wenn man heute von dem Wandel berichtet, den die Begriffe Wirklichkeit, Raum und Zeit durch die Quantenmechanik und Relativitätstheorie erfahren haben, möchte man manchmal den Mut bewundern, den die Physiker damals gehabt haben müssen, als sie solche radikal neuen Gedanken diskutierten. Aber diese fielen ja nicht vom Himmel, sie waren auch nicht Frucht besonders forscher Spekulation – sie drängten sich auf durch einen Entwurf einer Theorie in mathematischer Sprache, in der man die wichtigsten experimentellen Ergebnisse durch mathematisch exakte Ableitungen aus einer einzigen Grundgleichung erhalten konnte. Bewundernswert ist wohl eher die Hartnäckigkeit und der Scharfsinn, mit der diese Forscher diese Knäuel von Beobachtungen einer unsichtbaren Mikrowelt entwirrten und eine mathematisch schöne Theorie fanden, von der aus sie alle bis dahin bekannten Quantenphänomene erklären konnten.

Gewissermaßen als Resüme hat Heisenberg zwei Kapitel angeschlossen: In "Sprache und Wirklichkeit in der modernen Physik" sieht er einen wesentlichen Grund für die heftigen Auseinandersetzungen, die die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik hervorgerufen haben, in der Unzulänglichkeit unserer Alltagssprache. In dieser kann man nicht mehr die Verhältnisse der Natur schreiben, die in nichtalltäglichen Dimensionen herrschen. Er beschreibt sehr plastisch die Mehrdeutigkeit unser "gewöhnlichen" Sprache. Ihren Vorteilen für die Vermittlung zwischenmenschlicher Erfahrungen steht die Schwierigkeit entgegen, eine längere Kette logisch zwingender Schlussfolgerungen bilden zu können. In einer Wissenschaftssprache muss aber gerade so etwas die Regel sein.

Für die Übersetzung der Methoden und Ergebnisse der Quantenphysik von der mathematischen Sprache in eine rein verbale, allgemeiner verständliche Sprache sieht Heisenberg zwei Möglichkeiten: Eine davon ist die Nutzung der Alltagssprache im Bewusstsein, dass die klassischen Begriffe, die man dabei benutzt, nur begrenzt taugen, so dass man z.B. manchmal bei einem Quant von einem Teilchen redet, manchmal von einer Welle, aber stets weiß, dass in keinem Fall der klassische Begriff ganz ernst zu nehmen ist. Diese Form der Kommunikation hat sich bis heute durchgesetzt. Wer aber nun die Quantenphysik nur in der Alltagssprache kennen lernt, kann leicht in die Irre gehen. Man spricht so z.B. oft von einem "Teilchen-Welle-Dualismus", ein Wort, das leider oft Verwirrung erzeugt, weil es das Wesentliche verschweigt: Ein Quant ist etwas, womit die Menschen im Laufe der Evolution keine Erfahrung sammeln und wofür sie somit auch keine Vorstellung entwickeln konnten. "Teilchen" und "Welle" können somit nur Bilder sein, die stets nur halbwegs passen. Wer die Quantenphysik nur in der Alltagssprache kennen lernt, hat leider so nicht die geringste Chance, sinnvolle Schlüsse auf diesem Gebiet zu ziehen.

Die zweite Möglichkeit, über Quanten zu reden, besteht darin, dass man unsere von allen intuitiv benutzte zweiwertige Logik erweitert zu einer so genannten Quantenlogik. Diese ist dem mathematischen Kalkül der Quantenmechanik nachgebildet und Heisenberg beschreibt sie relativ ausführlich, da sie damals als eine echte Alternative erschien. Es zeigte sich aber bald, dass nur der sich in dieser Sprache zurecht findet, der auch die mathematische Sprache beherrscht. Somit lohnt sich der Aufwand für den beabsichtigten Zweck eigentlich gar nicht, und es ist plausibel, dass die Quantenlogik in der Vermittlung der Quantenphysik heute keine Rolle spielt.

Im Schlusskapitel greift Heisenberg das Thema des ersten Kapitels wieder auf: Welche Rolle spielen die Ergebnisse der modernen Physik in der Geschichte des menschlichen Denkens? Wie stark werden sie auf überkommene Vorstellungen einwirken? In der Tat, hier wird sehr deutlich, wie sehr Physik auch immer zur Philosophie wird. Deren charakteristische Tugend, das kritische Hinterfragen, pflegt sie allemal, sie beschränkt sich zwar nur auf Fragen, die in der Natur überprüfbar sind. Das führt zu verlässlichem, intersubjektiv konsensfähigem Wissen, das ist aber nicht alles: Es zeigt sich im Laufe der Geschichte immer wieder, dass Grundfragen der Philosophie, die sich auf die Natur beziehen, eigentlich Fragen der Physik sind.

Natürlich gibt es auch noch andere Fragen, nämlich die nach dem richtigen Leben und dem Zusammenleben der Menschen. Auch diese verliert Heisenberg nicht aus dem Blick, er kennt die großen internationalen Forschungsverbünde, in der Forscher aus allen Ländern an einer großen wissenschaftlichen Aufgabe arbeiten und hat erlebt, wie eine solche gemeinsame Arbeit für ein großes Ziel unterschiedliche kulturelle oder religiöse Voreinstellungen irrelevant werden lassen. Und er weiß, dass man das kritische Hinterfragen nicht überstrapazieren kann, dass jeder Mensch früher oder später gewisse Einstellungen zur "Grundlage des Lebens " machen muss, um in allfälligen Lebenssituationen auch zu Entscheidungen fähig zu sein. In der Spannung zwischen diesen beiden Polen – Offenheit gegenüber neuen Gedanken einerseits und Sinngebung auf der Basis einer geistigen Lebensgrundlage andererseits – lebt jeder und jede Gesellschaft, und man kann nur mit Heisenberg hoffen, dass das Wissen um die Vorläufigkeit der eigenen geistigen Lebensgrundlage um sich greift, so dass mehr Toleranz und friedliches Miteinander möglich werden.

 

Josef Honerkamp

Veröffentlicht von

Josef Honerkamp war mehr als 30 Jahre als Professor für Theoretische Physik tätig, zunächst an der Universität Bonn, dann viele Jahre an der Universität Freiburg. Er hat er auf den Gebieten Quantenfeldtheorie, Statistische Mechanik und Stochastische Dynamische Systeme gearbeitet und ist Autor mehrerer Lehrbücher sowie des Sachbuchs: "Die Entdeckung des Unvorstellbaren". Nach seiner Emeritierung im Jahre 2006 möchte er sich noch mehr dem interdisziplinären Gespräch widmen. Er interessiert sich insbesondere für das jeweilige Selbstverständnis einer Wissenschaft, für ihre Methoden sowie für ihre grundsätzlichen Ausgangspunkte und Fragestellungen und kann berichten, zu welchen Ansichten ein Physiker angesichts der Entwicklung seines Faches gelangt. In seiner "Freizeit" versucht er, im klassischen Stil zu komponieren und seine Kompositionen auch mit Hilfe moderner Software zu produzieren. Insgesamt versteht er sich heute als Physiker und "wirklich freier Schriftsteller und Tonsetzer".

12 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. eine Frage:

    Hallo, in einem anderen blog zur Quantenmechanik gab es auf eine Frage, die ich mir (vielleicht ein bischen zu laienhaft) stelle, keine Reaktion, daher stelle ich sie hier noch einmal. Es würde mich interessieren, ob mein Eindruck so einigermaßen zutrifft:

    Ich frage mich gerade, ob die Eigenart der Quantenmechanik (wenn ich das richtig verstanden habe?), daß sie zwar die gegenüber der klassischen Mechanik grundlegendere Theorie sei, aber trotzdem auf klassische Begriffe zurückgreifen muss, nicht einfach daher kommt, dass die Quantenmechanik eine „Deformation“ klassischer Physik ist? Denn in der Mathematik werden Quanten-Varianten von Größen durch einen formalen Deformationsprozeß konstruiert und mir ist irgendwo das Stichwort „deformation quantization“ in der Physik aufgefallen. Ausserdem gibt’s in der Hamilton-Jacobi Mechanik ja den Übergang zur Wellenmechanik („Eikonalgleichung“ wenn ich mich richtig erinnere), der zur Schrödingergleichung führt. Dies macht auch plausibel, warum man in der Mathematik quantenphysikalische Grundkonzepte als math. Grundkonzepte betrachtet (etwa Connes‘ „Noncommutative Geometry“ oder Manin’s Supermanigfaltigkeiten in „Gauge Field Theory and Complex Geometry“, usw.). Demnach wäre das Neue in der Quantenmechanik also keine neue physikalische Erkenntnis gewesen, sondern eine neue mathem. Einsicht (analog der Erfindung der Null), die zwar experimentell motiviert war, aber auf die man sowieso gestossen wäre; auch wären Versuche, klassische Modelle zur Quantenmechanik zu finden, dadurch in sich verfehlt?

  2. @T.- Antwort auf „eine Frage“

    Quantenmechanik macht Aussagen über die Natur in mathematischer Sprache. Man darf die Wörter und die Syntax dieser Sprache aber nicht mit den Aussagen verwechseln. Die Formulierung der Aussage und die Prüfung der Aussage auf Wahrheitsgehalt sind Aufgabe der Physik, die Bereitstellung der Wörter (Begriffe) und der Syntax die der Mathematik. Für die QM brauchte man nicht einmal neue Wörter, man kommt mit linearer Algebra im Hilbertraum aus; Hamilton-Jacobi-Formalismus und Deformationsideen sind nachträgliche Versuche, die QM an die Klassische Mechanik rein formal anzuschließen. Das ist vielleicht mathematisch interessant, aber nicht physikalisch.
    Das Neue ist wirklich eine physikalische Aussage: Im Mikrokosmos müssen wir „Teilchen“, d.h. lokalisierte Objekte durch ein Feld, durch eine Wellenfunktion beschreiben (das ist zumindest eine Form, die Neuigkeit zu formulieren); die Mathematik dazu war bekannt (siehe oben).
    Mathematik ist zwar die Sprache der Physik, neue Sätze in dieser Sprache müssen aber nicht physikalisch sinnvoll sein. Mathematik kommt ohne Physik aus, Physik aber nicht ohne Mathematik. Mathematik ist eine Strukturwissenschaft, Physik eine Naturwissenschaft.

  3. @ Herrn Honerkamp: Antwort auf „eine Frage“

    Vielen Dank! Ich hatte bloss irgendwo aufgeschnappt, schon Hamilton hätte die Schödingergleichung gefunden. Eine weitere Frage: Gibt es Interpretationsfragen nur bei der Quantenmechanik, oder auch welche in der Quantenfeldtheorie? Denn während eine (wenn auch nachträgliche) Zuordnung ersterer zur klassischen Mechanik einen Widerspruchsfreiheitsbeweis liefert (analog zur Widerspruchsfreiheit nichteukl. Geometrien durch euklidische Modelle), habe ich noch nichts von Widerspruchfreiheitsbeweisen für Quantenfeldtheorien gehört. Falls es wirklich keine gibt, wäre das vielleicht eher ein Thema für Philosophie als die nichtrelativistische QM.

  4. @T.

    Dieses ist kein großes Thema bei den Quantenfeldtheorien (sagen wir besser, ich habe während meiner Zeit als Quantenfeldtheoretiker nicht viel davon gehört). Aber man kann zeigen, dass der klassische Grenzfall der Quantenelektrodynamik die Klassische Elektrodynamik ist, und meines Wissens gibt es keine wirklich neuen Interpretationsprobleme, höchstens eher technische. Philosophisch scheint da nicht viel „zu holen“ zu sein. Vielleicht wird das in einer Quantengravitationstheorie anders sein.

  5. Ich finde gerade heute erst Ihr interessantes Blog und diese schöne Besprechung von Heisenbergs Buch. Heisenberg ist ja einer der letzten aus der Generation der Physiker, für die es ganz selbstverständlich war, sich über die philosophischen Aspekte ihrer Wissenschaft und ihrer Forschungen Gedanken zu machen. Schön, dass Sie als Physiker daran anknüpfen.

  6. Erscheinungsjahr 1959 ?

    „“Physik und Philosophie“ von Werner Heisenberg aus dem Jahr 1956″: War das Erscheinungsjahr nicht 1959 ?
    Gruß BG

  7. @Bernd Ganter

    Sie haben recht. Das Buch stützt sich zwar auf Vorlesungen, die er 1955/1956 gehalten hat. Das Buch selbst ist aber 1958 in Englisch und 1959 in Deutsch erschienen. Ich werde es im Text korrigieren. Vielen Dank.

  8. Aktuelle Buecher

    Ich wuerde gerne fragen, welches aktuellere Buch bzw. Buecher über das Thema „Physik und Philosophie“ Sie sonst empfehlen wuerden. Besten Dank!

  9. @ Tiziana Michelotti

    Hmh, das ist nicht einfach zu beantworten; es kommt ganz auf Ihre Vorbildung an und ihr Interesse. Eigentlich wird es spätestens dann philosophisch interessant, wenn es um Quantenphysik geht. Das zeigt auch, dass man erst in die Physik einsteigen muss, um zu den entsprechenden philosophischen Fragen zu kommen.
    Ich fand z.B. gut: D.Lindley: Die Unbestimmbarkeit der Welt,DVA und B. Greene: Der Stoff, aus dem der Kosmos ist, Goldmann. Ich erlaube mir auch mein Buch zu erwähnen (in der rechten Spalte dieses Blogs „angepriesen“: Die Entdeckung des Unvorstellbaren“, dort wird speziell erklärt, wie es zu den physikalischen Theorien gekommen ist und welche begrifflichen Probleme dabei auftraten. Dann ist man schon mitten drin.

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