Die Deutungen der Quantentheorie

243 Pages·1984·7.397 MB·German

by  Kurt Baumann, Roman U. Sexl (auth.)

Kurt Baumann
Roman U. Sexl
Die Deutungen der Quantentheorie
Facetten cler Physik
Physik hat viele
Facetten: historische, technische
soziale, kultureUe, philosophische und
amusante. Sie konnen wesentliche und
bestimmende Motive fur die Beschaftigung
mit den Naturwissenschaften sein. Viele
Lehrbucher lassen diese "Facetten der
Physik" nur erahnen. Daher soll
unsere Buchreihe ihnen
gewidmet sein.
Prof. Dr. Roman Sexl
Herausgeber
Eine Liste der erschienenen Bande
finden Sie auf Seite 233 und 234
Kurt Baumann
Roman U. Sexl
Die Deutungen
cler Q!Iantentheorie
Mit 10 Bildern
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Zeichnungen und Umschlagbild: Rudolf Klein, Wien
Erstellung des Namen- und Sachwortverzeichnisses: Martina Schettina, Wien
1984
Alle Rechte vorbehalten
© Springer Fachmedien Wiesbaden 1984
Ursprunglich erschienen beiFriedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1984
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Druck und buchbinderische Verarbeitung: Lengericher Handelsdruckerei, Lengerich
ISBN 978-3-528-08540-7 ISBN 978-3-663-14179-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-14179-2
Vorwort
Drei Biinde der Buchreihe "Facetten der Physik" sind Problemen der
Quantentheorie gewidmet: "Die Deutungen der Quantentheorie" stellen
anhand von Originalarbeiten die Versuche vor, die in den letzten 50 Jahren
gemacht wurden, urn den mathematischen Formalismus einer der bedeu
tendsten Theorien des 20. J ahrhunderts physikalisch zu deuten, also zu inter
pretieren. Denn nur ein interpretierter mathematischer Formalismus ist als
physikalische Theorie zu verstehen.
Gerade an den Deutungen der Quantentheorie scheiden sich die Geister
aber wie an nur wenigen anderen Problemen der Physikgeschichte. Zwar lernt
jeder angehende Student bald, mit dem Apparat der Quantenphysik Zahlen
werte und Effekte zu berechnen. Doch die Interpretation der Wellenfunktion
ist auch heute noch ein viel umstrittenes Problem. "Wozu soli man sich damit
beschiiftigen, wo doch jeder weiB, wie man quantenmechanische Rechnungen
anstellt?" ist eine Frage, die gar mancher pragmatisch orientierte Physiker
stellt. Versteht man die Quantenphysik als eine physikalische Theorie, die in
vollendeter Form ein fiir aile Mal gegeben ist und keinerlei weitere Entwick
lung im Sinne einer "Theoriedynamik" erfahren wird, mag diese Einstellung
akzeptabel erscheinen. Wenn man aber die Quantenmechanik nur als unsere
heutige Antwort auf das Problem der Struktur der Materie betrachtet, so
stellt sich sofort die Frage nach dem tieferen Verstiindnis und der Interpreta
tion der Theorie. Wenngleich auch die verschiedenen Interpretationen zu
einer gegebenen Zeit zu den gleichen physikalischen Ergebnissen fiihren, so
lassen sie doch ganz unterschiedliche Weiterentwicklungen und Forschungs
richtungen erwarten.
Ein klassisches Beispiel dafiir liefert die Elektrodynamik. Faradays Ein
fiihrung des Feldbegriffes bedeutete zuniichst nur eine andere Deutung des
Coulombschen Gesetzes. Doch lenkte diese Deutung die Forschung in eine
v6llig neue Richtung, die mit Hertz' Entdeckung elektromagnetischer Wellen
einen Triumph feierte.
Auch die Quantenphysik fand in ihren Anfangsphasen durch Heisenberg
und Schr6dinger zwei verschiedene Formulierungen, die jedoch giinzlich
unterschiedlichen Standpunkten und Fragestellungen entsprangen. Teilchen
und Welle waren die Ausgangspunkte der Entwicklung, die im "Dualismus
Teilchen-Welle" eine vieldiskutierte Deutung fand.
v
Bis heute ist "Die Debatte urn die Quantentheorie" nicht abgeschlossen.
Franco Selleri hat einen Band zu diesem Thema zur Reihe "Facetten der
Physik" beigetragen. Er zeigt, wie ein Vertreter einer realistischen Haltung die
historische Entwicklung und die heutige Problematik betrachtet. Selleri ver
sucht dabei, die "Kopenhagener Interpretation" der Quantenmechanik zu
uberwinden. Diese von einer positivistischen Philo sophie gepragte Deutung
hat Einstein einmal als die "Bohr-Heisenbergsche Beruhigungsphilosophie"
bezeichnet. J ahrzehntelang beherrschte sie die Lehrbucher und Vorlesungen
fast unbestritten, nachdem das beruhmte "Von Neumannsche Theorem"
schein bar ein fur aile Mal die Unmoglichkeit der Einfiihrung von verborgenen
Parametern und damit einer kausalen Erganzung der Quantentheorie bewiesen
hatte. Nachdem aber Bohm die praktische Moglichkeit derartiger Theorien an
einem Beispiel gezeigt hatte und Bell die zu engen Grundannahmen des
Theorems aufgezeigt hatte, ist die Debatte heute wieder we it offen.
Selleris Buch gibt einen ausgezeichneten Dberblick uber den heutigen
Stand dieser Diskussion. Dabei kommen die Hoffnungen und Erwartungen,
die er fur die weitere Entwicklung hegt, besonders deutlich in dem abschlie
Iknden Kapitel "Experimentelle Philosophie" zum Ausdruck.
Wenn Selleri in seinem Buch wiederholt betont, wie sehr physikalische
Theorien in den gesellschaftlichen Zusammenhang ihrer Zeit gestellt werden
mussen, wie sehr sie also "Kinder ihrer Zeit" sind, so hat Paul Forman dies
in seinem bekannten und umstrittenen Artikel "Quantenmechanik und
Weimarer Republik" im Detail ausgefuhrt. Das gleichnamige Buch wurde von
Karl von Meyenn herausgegeben. Kernstuck dieses Bandes ist der 1971 er
schienene Artikel des amerikanischen Wissenschaftshistorikers Forman, in
dem dieser ausfuhrlich belegt, daB die geistige Atmosphare in den Jahren nach
dem Ersten Weltkrieg und in der Weimarer Republik wesentlich zur Ent
stehung der Quantenmechanik beigetragen hat. Der 1971 erschienene Artikel
hat zahlreiche Reaktionen im englischen Sprachraum hervorgerufen. Karl von
Meyenn hat einige der interessantesten Beitrage zu dieser Debatte ausgewahlt
und durch eine eigene Stellungnahme erganzt, die den Standpunkt eines
deutschen Physikers und Wissenschaftshistorikers zu den hier dargestellten
Problem en darlegt. Als Mitherausgeber des wissenschaftlichen Briefwechsels
Wolfgang Paulis ist Meyenn ein hervorragender Kenner der Entstehungsge
schichte der Quantentheorie und ihres Zusammenhangs mit dem allgemeinen
Kulturleben ihrer Zeit.
Allen genannten Banden ist gemeinsam, daB sie hochst kontroversielle
und viel diskutierte Probleme der heutigen Physik aufgreifen. Eindeutige Ent
scheidungen und endgultige Antworten sind hier nicht zu erwarten. Gerade
dadurch aber ist lebendige Wissenschaft, Wissenschaft "in statu nascendi"
gekennzeichnet.
VI
Bei der Vorbereitung dieses Bandes waren Gesprache mit unseren
Kollegen John Bell, Bernulf Kanitscheider, Ursula Wegener und Abner
Shimony iiberaus niitzlich. Ihnen allen sei fUr ihre Hilfe und fUr die Ratschlage
bei der Auswahl der Abhandlungen gedankt.
Frau Eva Klug besorgte die umfangreichen und komplizierten Schreib
arbeiten mit gewohnter Sorgalt. Unser Dank gilt auch den Autoren und den
Verlagen der in diesen Band aufgenommenen Originalarbeiten fiir die grog
ziigige Genehmigung zum Wiederabdruck der Artikel.
Kurt Baumann
Roman U. Sexl
Graz und Wien, im Mai 1983
VII
Inhaltsverzeichnis
Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. v
Teill
Die Deutungen der Quantentheorie 1
I Der Weg naeh Kopenhagen .................. _ . _ .... _ .. 4
1 Der Dualismus Teilehen - Welle ....... _ ... __ ...... _ .. _. 4
2 Die statistisehe Deutung der neuen Meehanik . . . ... _ . __ .... _. 8
3 Die Unbestimmtheitsrelation _ ... _ . _ .. _ . _ . _ . _ . _ . _ . ___ . _ 12
4 Die Kopenhagener Deutung ..... __ . _ . _ ... _ . _ . ___ . _ . _ .. 16
5 von Neumanns BewuBtsein verandert die Welt _ .. _ ...... _ . _ .. 19
6 Das (vorliiufige) Ende des Determinismus _. _ . _ . _ ...... __ .. _ 22
II Paradoxien tauehen auf . . .. _ . . . . . _ . _ ... _ . __ .. _ . _ . _ . _ _ 24
7 Gott wiirfelt nieht .. _ .. _ ... _ ..... _ . _ .............. _. 24
8 Schrodinger erfindet eine Katze .. __ .... __ . ___ . ___ . _ . _ . _. 27
III Kritik und Weiterentwicklung der Deutung .. _ ... _ . ___ .. _ . _. 29
9 Quantenmeehanik und Marxismus .. _ ... ___ . ___ ... _ . _ . _ . _ 29
10 Riiekblick auf Kopenhagen ........ _ . _ . __ . _ ... _ . _ . __ .. _ 32
IV Der neue Determinismus und die unteilbare Welt . _ .. _ .. _ . _ .. _ 34
11 Riickkehr zum Determinismus? _ . _ . _ .. _ . __ .......... _ . .. 34
12 Die Wellenfunktion der Welt. _ .... _ ......... _ ... _ . _ ... _ 39
Teil2
Originalabhandlungen ... _ ........ _ . _ ................. 47
1 Max Born Zur Quantenmechanik der StoBvorgiinge (1926) ...... 48
2 Werner Heisenberg Ober den anschaulichen Inhalt der
quantenmechanischen Kinematik und Mechanik (1927) ..... _ .. _ 53
3 Albert Einstein, Boris Podolsky und Nathan Rosen Kann man die
quantenmechanische Beschreibung der physikalischen Wirklichkeit
als vollstandig betrachten? (1935) ... _ ........ _ ......... _ 80
VIII
4 Niels Bohr Kann man die quantenmechanische Beschreibung
der physikalischen Wirklichkeit als vollstlindig betrachten? (1935) 87
5 Erwin Schrodinger Die gegenwartige Situation in der
Quantenmechanik (1935) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 98
6 Wladimir Fock Kritik der Anschauungen Bohrs tiber die
Quantenmechanik (1952) ............................. 130
7 Werner Heisenberg Die Entwicklung der Deutung der
Quantentheorie (1955) .............................. 140
8 Niels Bohr Uber Erkenntnisfragen der Quantenphysik (1958) ..... 156
9 David Bohm Vorschlag einer Deutung der Quantentheorie durch
"verborgene" Variable (1952) .......................... 163
10 John S. Bell Ober das Problem verborgener Variabler in der
Quantentheorie (1966) .............................. 193
11 Bryce DeWitt Quantenmechanik und Realitlit (1970) .......... 206
12 John S. Bell Everetts Theorie des MeBprozesses und de Broglies
Ftihrungswellen (1972) .............................. 221
Quellenverzeichnis .................................... 228
Namen-und Sachwortverzeichnis ........................... 229
IX