Quanten-Fußball

Es rollt der Ball in der Österreichschweiz. Alles fing ja damit an, dass wir auf einer Fläche erwachten, die wir erst spät als die Oberfläche eines Balls erkannten. Sonne und Mond waren gleich als Bälle kenntlich. Es hüpfen also derzeit munter Bälle über Fußballfelder, gelegen auf einer winzigen Fläche eines Riesenballs, der sich langsam durchs All dreht und sich träge – und einseitig – von der Sonne bescheinen lässt.

Die Spur des Elektrons in der Nebelkammer ist eine Ausdehnung von uns selbst.
– Hier aber: ein ›klassisches‹ Objekt beträchtlicher Größe und weit weg, ein Jet.
(Foto: Helmut Krämer)

Fußball ist für die Erdlinge ein spannendes Spiel, weil vielerlei Faktoren mitwirken, die zu verdecken wissen, dass es sich um ganz gemeine physikalische Kräfte handelt. Fußball ist klassische Physik. Doch es gibt die Quantentheorie. Sir James Jeans sagte: „Das mechanistische Universum, in dem Objekte einander herumschieben wie Spieler sich in einem fußballerischen Getümmel, hat sich als illusorisch erwiesen.“

Die Quantentheorie ist eine geheimnisvolle Theorie, gültig für den Bereich der unmessbar kleinen Teilchen. Vor 1900 sahen sich Physiker mit dem Problem konfrontiert, dass heiße ‚schwarze Körper’ nicht kontinuierlich Licht abgaben. Max Planck erklärte in einem „Akt der Verzweiflung“, die Elektronen sprängen von einem Zustand zum nächsten und gäben Energie „diskret“ ab, in Paketen, deren Einheit er „Wirkungsquantum“ nannte. Am 14. Dezember 1900 wurde so die Quantentheorie geboren.

Das Quantum (lat. „Betrag“) ist das Produkt aus der Unsicherheit der Bestimmung des Orts und der Unsicherheit der Geschwindigkeit (oder des Impulses) eines Teilchens. In der Quantenwelt kann man nur einen Wert sicher messen: Das ist die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation. Außerdem sind keine präzisen Vorhersagen möglich. Ich kann nur berechnen, wo die Wahrscheinlichkeit hoch ist, ein Teilchen anzutreffen. Radioaktiver Zerfall etwa ist unvorhersehbar, scheint eine Ursache ohne Wirkung zu sein. Die esoterisch anmutenden Axiome machen sich in der Alltagswelt nicht bemerkbar, weil das Plancksche Wirkungsquantum zu klein ist. So haben wir, wie der Physiker John Stewart Bell scherzhaft sagte, eine „grüne“ Welt und eine „blaue“ Welt, und wir wissen nicht genau, wo Farbe und Sprache wechseln.

Die Welt der Quanten, über die man schlecht sprechen kann, muss wunderschön sein, wenn sie nur annähernd der Eleganz des sie darstellenden mathematischen Formalismus entspricht.
– Auf Lanzarote. (Foto: Jürgen Kuntke)

In der Quantentheorie ist der Messende mit dem Objekt verbunden, das er misst. Ohne seine Messung existiert das Elektron nicht. Wenn wir eine Beobachtung (oder Messung) vornehmen, sehen wir es. Oder eher: das Messergebnis. Wo war das Ding vor der Messung? Wo war es zwischen zwei Quantensprüngen? Wir wissen es nicht. Es ist auch kein Ding wie etwa ein kleiner Ball. Es war nicht in unserer Raumzeit, es war irgendwo oder überall. Bell in einem Interview mit „Omni“: „Aber die Elektronen und so weiter – über die darf man nicht sprechen. Man kann nichts über sie sagen.“ In der Praxis hat sich die Quantenmechanik so sehr bewährt, dass die klassische Physik als ihr Sonderfall gilt; man könnte ebensogut sagen, Materie sei ein Sonderfall des Bewusstseins, denn die bewusste Beobachtung erst fixiert sie. Fußballtrainer wissen das und sagen: „Das Spiel wird im Kopf entschieden.“

Noch mehr Merkwürdigkeiten: Licht tritt als Welle und als Partikel auf (Einstein erkannte das), Materie auch (de Broglie). Die Komplementarität sei die „Logik der Natur“, meinte ja Niels Bohr. Wichtig: die Nichtlokalität oder „Verschränkung“ (entanglement). Zwei Teilchen, die erst miteinander verbündet waren, werden in verschiedene Richtungen davongeschickt. Wenn man den „Spin“ (Drehrichtung) eines Teilchens misst, wirkt diese Messung augenblicklich auf den Spin des anderen ein, auch wenn es Lichtjahre entfernt ist: das Einstein-Podolsky-Rosen-Gedankenexperiment, 1982 und 1997 im Experiment in Paris bzw. Genf bestätigt (der russische Physiker Boris Podolsky, 1896–1966, nicht Lukas, hatte die anfängliche Idee). Ein Signal zwischen beiden ist undenkbar; es hätte Überlichtgeschwindigkeit haben müssen. Irgendwie gehörten die Teilchen also immer noch zusammen.

Beim „Zwei-Schlitz-Experiment“ schießt eine Kanone Elektronen auf eine Platte mit zwei Schlitzen. Die Beobachtung mittels Lichts stört das Elektron, wirft es aus der Bahn und erbringt ein Ergebnis, über das John Wheeler sagte: „Welche Antwort wir bekommen, hängt von der Frage ab, die wir gestellt haben.“ Beim „Delayed-Choice“-Experiment will es sogar scheinen, als ob ein einzelnes Elektron durch beide Schlitze gegangen sei, wenn man ganz spät einen der beiden schließt. Das wäre rückwirkende Kausalität, doch das ist konventionelle Semantik; Elektronen existieren nicht im eigentlichen Sinne, sondern wirken eher wie literarische Erfindungen in einer Catch-22-Welt. Ihre Spuren in der Nebelkammer sind höchstens „Ausdehnungen von uns selbst“ (Amit Goswami). Darauf spielte Sir James Jeans an, als er sagte, das Universum ähnele immer mehr einem großen Gedanken als einer Maschine.

Die Quantenwelt ist ohne das Bewusstsein nicht zu denken. Sie ist nicht die klassische Welt, wo der Ball rollt, wie er will, ob ich nun hinschaue oder mir ein Bier aus dem Kühlschrank hole. Gedanken und Wünsche nehmen Einfluss. Plötzlich verstehe ich auch den Satz von, ich glaube, Niels Bohr: „Das Universum ist Gebeten gegenüber aufgeschlossen.“ Man bedenke noch, dass wir alle und die Objekte um uns herum aus Teilchen bestehen, die es seit der Entstehung der Erde gibt; diese Partikel haben miteinander „wechselgewirkt“, sich abgestoßen oder sich miteinander verschränkt. Eigentlich hat die Aufteilung in Ichs und Objekte keinen Sinn: Wir sind alle aus demselben Stoff, und unser Bewusstsein gehört zu einem großen, allumfassenden Bewusstsein, wie Amit Goswami schreibt („The Self-Aware Universe“, 1993).

Das Universum. Gebeten gegenüber aufgeschlossen.
– Am Hafen 2, Offenbach. (Foto: Manfred Poser)

Wir sollten Prozesse statt Strukturen betonen, das große Ganze statt der Teile. Dies, bezogen auf den ganzen Planeten, ist die Lehre der Quanten. Der Menschengeist (Herder)! Der Weltgeist (Hegel)! Dekretierte nicht ein Fußballlehrer, der Star sei die Mannschaft? Sieg ist nur, wenn alle siegen. Mein Siegerteam: Einstein; Heisenberg, de Broglie, Planck, Schrödinger; Bohr, Bohm, Jeans; Stapp, Wheeler, Bell.

(14. Juni 2008)