Grundbegriffe
Quantenmechanik
Die Quantenmechanik beschreibt die physikalischen Vorgänge auf der subatomaren Ebene. In der heute gängigen Interpretation wird von ›Elementarteilchen‹ gesprochen, die sich aber nicht wie Teilchen im klassischen Sinne verhalten. Ein großer Teil der Versuche lässt sich nur mit Welleneigenschaften der ›Teilchen‹ auf subatomarer Ebene beschreiben. Um den ›dualen‹ Charakter der ›Elementarteilchen‹ zu verdeutlichen, wurde der Begriff ›Quanten‹ geprägt.Der mathematische Hintergrund der Quantenmechanik ist eine Wellentheorie, die mathematisch gut fundiert ist. Einerseits beschreibt sie gut die statistische Verteilung von Ensembles von ›Elementarteilchen‹, wenn man das Betragsquadrat der aus der Gleichung resultierenden Wellengleichung als Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines ›Teilchens‹ interpretiert. Andererseits kann man mit ihrer Hilfe die erlaubten Zustände eines einzelnen ›Teilchens‹ berechnen.
Das Problem mit der Quantenmechanik beginnt dann, wenn man sie als vollständige Theorie für die Beschreibung einzelner physikalischer Prozesse ansieht. Die Hauptschwierigkeit ergibt sich dadurch, dass die Quanten als ›Teilchen‹ verstanden werden, die einer lokale Wechselwirkung unterliegen.
Anschaulichstes Beispiel für dieses Problem ist das sogenannte Doppelspaltexperiment. Dieses Experiment wurde ursprünglich für die Klärung erdacht, ob Licht auf Wellen oder Teilchenströmen basiert. Würde man klassische Teilchen (z.B. Schrottkugel) auf eine Metallplatte mit zwei Schlitzen schießen, würde man auf einer Wand dahinter zwei Maxima von Einschlägen erhalten, nämlich genau hinter den beiden Schlitzen. Schickt man Wellen durch so eine Konstruktion, entstehen mehrere Maxima und Minima (Interferenzen) auf der Wand dahinter, da sich die beiden an den Schlitzen entstehenden Teilwellen gegenseitig überlagern.
Mit Elementarteilchen (z.B. Elektronen) hat man nun das Phänomen, dass sie einzeln durch den Doppelspalt geschickt, genau eine Messung an einem Punkt auslösen. Zeichnet man dies mehrfach hintereinander auf, entsteht aber ein Interferenzmuster, das nur durch Wellen erklärt werden kann.
Das physikalisch-philosophische Problem besteht nun darin, dass das einzelne Elektron bei der Durchquerung des Doppelspaltes sich wie eine Welle verhalten haben muss, aber bei der Messung sich lokalisiert gezeigt hat.
In der Quantenmechanik rechnet man mit Wellen, die z.B. die Messungen für viele Elektronen im Doppelspaltexperiment korrekt beschreiben. Gängige Interpretationen für das Auftreten immer nur eines ›Teilchens‹ während der einzelnen Messungen sind Konstrukte wie das ›Kollabieren der Wellenfunktion‹ zum Zeitpunkt der Messung bis hin zur ›Vielweltentheorie‹.
Erstere ist die häufigste Interpretation und gängige Lehrmeinung der sogenannten ›Kopenhagener Schule‹. Letztere geht von einer physikalischen Realität der Wellenfunktion aus. Jede Realisierungsmöglichkeit erfolgt auch. Dadurch spaltet sich die Welt zu jedem Zeitpunkt in unendlich viele Welten auf. Jede dieser Interpretationen steht vor dem Problem, ein offensichtlich vorherrschendes nichtlokales Verhalten im subatomaren Bereich mit einem lokalen Ansatz eines ›Elementarteilchens‹ in Einklang bringen zu müssen.
