Quantenmechanik zu Händen Laien: Je anschaulicher die Sprache, umso unverständlicher die Physik

Vor ungefähr sechzig Jahren hielt der renommierte amerikanische Physiker Richard Feynman an der Cornell University eine Vorlesungsreihe, die sich an ein allgemeines Publikum richtete. Darin bemerkt er, dass es eine Zeit gab, in der laut Zeitungsberichten weltweit höchstens zwölf Menschen die Relativitätstheorie verstünden. Feynman bezweifelt, dass dies wirklich der Fall war, versichert aber: Niemand versteht die Quantentheorie. (In der Filmaufzeichnung hört man an dieser Stelle lautes Lachen.) Dieser Satz wird seither oft und gerne zitiert, um die angebliche Unverständlichkeit dieser Theorie zu belegen. Auch der Titel des vorliegenden Bandes kokettiert damit.

Natürlich ist es schwer vorstellbar, dass Wissenschaftler diese Theorie seit hundert Jahren erfolgreich anwenden, ohne sie zu verstehen. Und dem ist auch nicht so. Wie Feynman ausführt, drückt seine Behauptung lediglich die Unmöglichkeit aus, die Theorie in einer vorgefassten Anschauung und mithilfe von Bildern der klassischen Physik zu begreifen. Aus diesem Grund beschreibt er die Theorie in klaren Worten, ohne zu versuchen, auf Analogien mit vertrauten Vorstellungen zurückzugreifen.

Dem scheinen auch unsere Autoren zu folgen. Entgegen dem Titel ihres Buchs behaupten sie im Vorwort: Die Quantenphysik ist keineswegs unverständlich. Bei diesen Autoren, die auch privat ein Paar sind, handelt es sich um Frank Verstraete, Professor an der Universität Gent, und Céline Broeckaert, belgische Schauspielerin, Autorin und Künstlerin. Die Aufgabe der Autorin bestand wohl vor allem darin, die vielleicht eher trockene Diskussion des Autors in eine bildhafte und vereinfachte Sprache zu übersetzen.

Ob aber Sätze wie die folgenden wirklich hilfreich sind, bleibt anzuzweifeln: „In einer sternenklaren Nacht, irgendwo zwischen den Zypressen des idyllischen Pisa, wurde Galilei in seiner Vermutung bestärkt, dass ihm allein die Mathematik weiterhelfen könne. Neben einem schiefen Turm sitzend, blickte er verträumt durch seine ebenso revolutionäre Erfindung, das Teleskop.“ Ganz abgesehen davon, hat Galilei das Fernrohr nicht erfunden, sondern als Erster konsequent für astronomische Beobachtungen genutzt – und zwar in der Republik Venedig.

Überhaupt nehmen es die beiden mit den historischen Anmerkungen nicht sehr genau. So heißt es etwa von Werner Heisenberg, dass er nach seinem Aufenthalt auf Helgoland vor hundert Jahren einen Artikel abgeschlossen habe, in dem er exakt zu demselben Ergebnis kam wie Erwin Schrödinger in seinen Arbeiten – nur hatte Schrödinger seine Arbeiten zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht geschrieben. Wir lesen auch mit Erstaunen, dass Radios schon zu Zeiten Maxwells (1873) gebaut wurden.

Die Autoren beginnen ihre Diskussion mit einer Beschreibung der Leistungen ihres flämischen Landsmanns Simon Stevin, der zu Unrecht im Schatten Galileis steht. Stevin konnte schon 1586 durch Fallversuche von der Turmspitze der Nieuwe Kerk in Brügge nachweisen, dass verschieden schwere Körper gleich schnell fallen. Ob dadurch aber, wie behauptet, die Vernunft aufgeklärt und so geformt wurde, dass sie geradewegs auf die Geburt der Quantentheorie zusteuerte, will nicht wirklich einleuchten.

Haupthindernis auf dem Weg zu einem Verständnis der Quantentheorie sind die quantenmechanischen Zustände, die jedes System der Mikrowelt und vermutlich darüber hinaus beschreiben. Es handelt sich um Wellenfunktionen, welche die Eigenschaft haben, dass auch beliebige Überlagerungen dieser Funktionen das System beschreiben können. Das bekannte Gedankenexperiment von Schrödingers Katze, die in einem merkwürdigen Zwischenzustand von tot und lebendig existiert, zeigt die Konsequenzen an, die entstehen, wenn man dieses Superpositions- oder Überlagerungsprinzip von der Mikro- auf die Makrowelt erweitert.

An solchen Beispielen entzündet sich auch unter Fachleuten noch immer eine teils heftige Debatte um die korrekte Interpretation der Quantentheorie – im Unterschied zur von Feynman gepflegten reinen Beschreibung. Die Autoren folgen hier einer Sichtweise, wie sie vor allem in den Anfangsjahren der Theorie von Heisenberg und Niels Bohr gepflegt wurde. Danach beschreibt die Wellenfunktion keinen realen Zustand, sondern die Information, die man nach einer Messung erhält. Aber warum sollte ein Formalismus, der beispielsweise die experimentell beobachtete Überlagerung von Zuständen eines Makromoleküls erfolgreich beschreibt, nicht die Realität widerspiegeln?

Tatsächlich erfreut sich eine solche realistische Interpretation inzwischen großer Beliebtheit – wenngleich klar ist, dass es sich um eine nichtlokale Realität mit (in Einsteins Worten) „spukhaften Fernwirkungen“ handeln muss. Die Wechselwirkung von Quantensystemen führt zu einer Verschränkung der Systeme, die auch über beliebige Entfernungen bestehen kann, bei Experimenten zur Quantenkryptographie etwa über mehrere Hundert Kilometer. Auch die Nichtbeobachtung von seltsamen Überlagerungen wie bei Schrödingers Katze kann man durch Verschränkung erklären – nämlich durch Verschränkung mit den unbeobachteten Freiheitsgraden einer wechselwirkenden Umgebung (im Buch irreführend als „Rauschen“ bezeichnet).

Seine Stärken hat das Buch dort, wo es um das Forschungsgebiet des Genter Professors geht. Man erfährt, was feste Körper zusammenhält, wie die Quantentheorie Grundgesetze der Chemie begründet und welche große Rolle die Theorie im Alltag spielt – von den Chips im Smartphone bis zur MRT-Untersuchung in der Medizin. Natürlich kommen auch die in den Medien allgegenwärtigen Quantencomputer zur Sprache, deren Funktionsweise auf Verschränkung beruht. Auf der mathematischen Seite erfährt man von der tiefen Bedeutung der Symmetrie (und deren Brechung) in der Physik.

Hat man also die Quantentheorie nach der Lektüre dieses Buchs verstanden? Wohl kaum. Aber man fühlt sich vielleicht angesteckt von dem Enthusiasmus, der die Autoren antreibt, und wird neugierig auf weitere Lektüre. Warum nicht beginnen mit Feynmans gefilmten Vorlesungen? Wie der Physiker dort betont, sind dafür keine Vorkenntnisse erforderlich – außer Englisch.

Frank Verstraete und Céline Broeckaert: „Warum niemand die Quantentheorie versteht“. Aber jeder etwas darüber wissen sollte. C.H. Beck Verlag, München 2025. 351 S., Abb., geb., 28,– €.