Existiert die Welt noch, wenn man die Augen schließt? Die ultimative Antwort der Quantenmechanik nach hundert Jahren: Alles liegt an Ihrer "Phantasie".

Im Jahr 1925 stieg der 23-jährige deutsche Physiker Werner Heisenberg auf eine kleine Insel in der Nordsee, die Insel Helgoland, auf.

Die Luft dort roch nach Meeressalz.

Es war auf dieser abgelegenen kleinen Insel, dass er das tat, was damals als „abwegig“ erschien.

Er gab das anschauliche Bild auf, dass sich Elektronen wie Planeten um den Atomkern drehen, und beschrieb stattdessen die Welt der Atome mit einer ganzen Reihe abstrakter mathematischer „Matrizen“. Diese unsichtbare und greifbare Form wurde bald das erste Fundament der Quantenmechanik: die Matrizenmechanik.

Deshalb errichtete das Max-Planck-Institut auf der Insel eine Gedenktafel.

Kurz darauf präsentierte auch Schrödinger seine eigene „Wellenfunktion“. Er beschrieb die Elektronen mit Wellen und wandelte die Frage „Wo befindet sich das Elektron?“ in die Frage „Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Elektron an einem bestimmten Ort befindet?“ um.

Bei demselben Experiment handelte es sich einerseits um Matrizen und andererseits um Wellen. Sie schienen aus verschiedenen Seiten denselben Nebel zu erhellen.

Sehr bald zeichneten die Rechenergebnisse ein beunruhigendes Bild:

Im atomaren Maßstab können einige physikalische Größen überhaupt nicht gleichzeitig genau gemessen werden;

Der Wert einiger Größen hängt sogar davon ab, „wie man misst“.

Nachdem er 1932 den Nobelpreis für Physik erhalten hatte, schrieb Heisenberg einen Satz, der später unzählige Male zitiert wurde:

„Was wir beobachten, ist nicht die Natur an sich, sondern die Natur, wie sie sich unter der Art und Weise zeigt, wie wir Fragen stellen.“

Jetzt scheinen wir endlich ernsthaft zu fragen: Wie „wörtlich“ ist dieser Satz wirklich?

Von Helgoland aus erneut die Frage: Was ist die Wirklichkeit?

100 Jahre später, im Jahr 2025, stiegen wieder über 300 Weltklasse-Physiker auf diese Insel auf.

Sie kamen, um dem Quanteneffekt seinen „100. Geburtstag“ zu feiern.

Der Veranstaltungsort war nicht groß, aber zwei Personen fielen besonders auf: Carlo Rovelli und Chris Fuchs.

Der eine hatte lockiges Haar, trug einen dunklen Pullover und sprach mit starkem italienischen Akzent; der andere hatte einen starken amerikanischen Akzent, sprach schnell und machte große Gesten.

Sie stritten über ein Problem, das die Quantenmechanik seit 100 Jahren nicht wirklich lösen konnte: Was beschreiben diese Gleichungen eigentlich? Welche Welt liegt hinter ihnen?

Dies ist das sogenannte „Interpretationsproblem der Quantenmechanik“.

Über die Gleichungen stimmen alle überein, und sie werden immer wieder durch Experimente bestätigt. Der eigentliche Streitpunkt besteht darin:

Wenn wir von „Wellenfunktion“, „Superposition“ und „Kollaps“ sprechen,

sprechen wir dann tatsächlich über „wie die Welt an sich aussieht“ oder nur über „wie viel wir über die Welt wissen können“?

Die häufigsten Erklärungen lassen sich grob so zusammenfassen:

Kopenhagener Interpretation: Die Messung wird als einer der grundlegenden Voraussetzungen der Theorie betrachtet.

Man fragt nicht, wer misst, und erklärt nicht, warum es einen Kollaps gibt.

Das Motto lautet: Halte den Mund und rechne einfach (shut up and calculate).

Mehrwelten-Interpretation: Man sagt einfach, es gibt keinen Kollaps.

Jedes mögliche Ergebnis tritt in einem anderen Zweiguniversum auf. Du befindest dich einfach zufällig in einem bestimmten Zweig.

Theorie der verborgenen Variablen (z. B. die Bohmsche Mechanik): Man möchte den strengen Determinismus aufrechterhalten und führt daher unsichtbare „verborgene Variablen“ ein. Der Preis dafür ist, dass man eine Art „Fernwirkung“ akzeptieren muss – Dinge in der Ferne beeinflussen sich instantan.

Auf den ersten Blick scheint es sich um einen Streit zwischen verschiedenen Schulen von Physikern um ihre „philosophischen Vorlieben“ zu handeln. Aber es geht tatsächlich um ein sehr reales Problem:

Können wir die Quantenmechanik und wie können wir sie auf die „makroskopische Welt“ anwenden? Zum Beispiel auf Systeme wie dich, mich und ein ganzes Labor?

Um dieses Problem auf den extremsten Fall zu bringen, entwarf der amerikanische Physiker Eugene Wigner 1961 ein berühmtes Gedankenexperiment: „Wigners Freund“.

Wigners Freund: Welche Wirklichkeit zählt?

Stell dir ein Labor vor, das vollständig schallisoliert, lichtdicht und von der Außenwelt abgeschnitten ist.

Dein Freund Jimena misst darin ein Atom, das sich in einem Zustand der Superposition von „hier und dort“ befindet.

Sie drückt auf die Taste – in einem Moment „sieht“ sie, dass sich das Atom links befindet. Für sie ist die Welt bestimmt: Das Atom befindet sich links.

Und du – Wigner – stehst außerhalb des Labors und siehst nichts. Gemäß der Quantenmechanik musst du das gesamte Labor, einschließlich der Apparatur, des Atoms und sogar Jimena selbst, als ein großes Quantensystem beschreiben.

Aus deiner Sicht hat Jimena die Messung noch nicht „wirklich“ abgeschlossen; sie und das Atom befinden sich immer noch in einem Zustand der Superposition von „sie sieht links“ und „sie sieht rechts“.

Jetzt kommt die Frage: Jimena sagt: „Ich habe es mit eigenen Augen gesehen!“

Du sagst: „Nein, du hast noch nicht ‘kollabiert’.“

Welche Wirklichkeit ist „wahrer“? Wenn beide richtig sind, dann ist die „Tatsache“ nicht mehr eindeutig.

RQM: Die Welt besteht aus Beziehungen

Als Antwort auf die obige Frage gibt Carlo Rovelli die „relationale Quantenmechanik“ (Relational quantum mechanics, RQM) an.

In dieser Interpretation von Wigners Freund hat Jimena eine Beziehung zum Atom aufgebaut. Für sie befindet sich das Atom links. Wigner hat eine andere Beziehung zum Laborsystem aufgebaut. Für ihn befindet sich das System in einem Zustand der Verschränkung und Superposition. Beide Beschreibungen sind wahr.

Die relationale Quantenmechanik besagt, dass die Physik nicht nach einer Wellenfunktion des Universums aus der „Gottessicht“ suchen sollte, sondern die beobachtbaren Eigenschaften von A relativ zu B beschreiben sollte. Die Welt besteht aus unzähligen lokalen Perspektiven und hat keine einheitliche Erzählung.

In der relationalen Quantenmechanik existiert die Wirklichkeit nicht in isolierten Entitäten, sondern entsteht aus der Wechselwirkung zwischen Dingen.

Ein Stein trägt bereits eine riesige Menge an Informationen über die Welt, weil das Sonnenlicht von seiner Oberfläche reflektiert wird und sich im Inneren Fossilien befinden. Carlo Rovelli sagt: „Ich bin real relativ zu einem Stein“ – der Schatten, den du wirfst, ist die „Beziehungsrealität“, die du mit dem Stein aufbaust.

Die Wirklichkeit entsteht nicht unabhängig in einem Ding, sondern in der Wechselwirkung.

QBism: Die Wellenfunktion ist ein „persönliches Benutzerhandbuch“

Auf der anderen Seite des Debatts steht die subjektive Bayes’sche Theorie (QBism), die von Chris Fuchs vorgeschlagen wurde.

QBism geht noch einen Schritt weiter:

Es wandelt die Wellenfunktion direkt von einem „objektiven Zustand der Welt“ in ein persönliches Wahrscheinlichkeitsbenutzerhandbuch um.

Diese Erklärung besagt, dass der Quantenzustand keine objektive Beschreibung der Welt ist, sondern die mathematische Codierung der Überzeugungen eines handelnden Subjekts. Die Quantenmechanik wird dir anzeigen, was die zukünftigen Messergebnisse sein werden.

Nach der subjektiven Bayes’schen Theorie ist die Wellenfunktion von Jimena die Codierung ihrer Überzeugungen über das zukünftige Verhalten des Atoms, die sich aktualisiert, wenn sie das Ergebnis erhält. Die Wellenfunktion von Wigner außerhalb des Hauses ist die Codierung seiner Überzeugungen über das zukünftige Verhalten des gesamten Labors (einschließlich Jimena), die noch nicht aktualisiert wurde. Beide beschreiben die Erwartungen verschiedener Subjekte und nicht den Zustand einer einzigen objektiven Entität.

Das Wesen der subjektiven Bayes’schen Theorie besteht darin, dem Erfahrungsobjekt eine unersetzliche zentrale Stellung zu geben, die weit über die eines beliebigen physikalischen Systems hinausgeht. Die Wellenfunktion wird nicht mehr als Zustand der Welt, sondern als „Benutzerhandbuch“ für den Beobachter, der mit der Welt interagiert, betrachtet.

Verschiedene Wege, gleiches Ziel: Die Quantenmechanik hat den Beobachter wieder aufgenommen

Interessanterweise ist es nicht das Ziel der beiden Seiten dieses Debatts, den anderen zu besiegen, sondern den Beobachter in die Beschreibung der quantenphysikalischen Phänomene aufzunehmen.

Der Befürworter der relationalen Quantenmechanik, Carlo Rovelli, sagt: „QBism und die relationale Quantenmechanik sind extrem, extrem ähnlich … Für mich sind es dasselbe.“

Der Befürworter der subjektiven Bayes’schen Theorie, Chris Fuchs, hält die Missverständnisse für eine Folge der Tatsache, dass die Argumente beider Seiten noch in der „dichterischen Phase“ sind und noch nicht präzise genug sind.

Im Vergleich zur traditionellen Kopenhagener Interpretation, die den Beobachter nicht berücksichtigt, betonen sowohl die relationale Quantenmechanik als auch die subjektive Bayes’sche Theorie die besondere Stellung des Beobachters. Die Rückkehr des Beobachters entspricht der Aussage des Begründers der Quantenmechanik, Heisenberg: „Was wir beobachten, ist nicht die Natur an sich, sondern die Natur, wie sie sich auf unsere Art und Weise der Fragestellung zeigt.“

Eine Umfrage von 2025 in der Zeitschrift „Nature“ unter über 1.100 Wissenschaftlern zeigte, dass die „Kopenhagener Interpretation“ zwar immer noch mit 47 % der Stimmen führte, aber die relationalen und informationsbezogenen Rahmenwerke (RQM + QBism usw.) bereits 21 % der Zustimmung erhalten hatten, und die Zustimmung bei Promotionsstudenten und jungen Forschern