Die großen Rätsel der modernen Physik

In der letzten Folge haben wir das berühmte EPR-Argument näher angeschaut, in dem Albert Einstein gezeigt hatte, dass die Physiker nicht gleichzeitig Realität und Lokalität haben können und gleichzeitig davon ausgehen können, dass die Quantenmechanik der Weisheit letzter Schluss ist. Er hoffte, die Quantentheorie durch „verborgene Parameter“ ergänzen zu können, um unsere alltäglichen Konzepte von Realität und Kausalität zu bewahren.


Lange Zeit galt dieser Streit zwischen Einstein und Niels Bohr als unlösbare philosophische Debatte, bis 1964 der Physiker John Bell auf den Plan trat. Ihm gelang ein absoluter Geniestreich: Er goss Einsteins metaphysische Forderungen in ein mathematisches Konstrukt und machte sie experimentell überprüfbar. Damit konnte man später zeigen, dass die Welt nicht lokalrealistisch ist und die Quantenphysik ohne verborgene Parameter auskommt.


Zusammen mit Quantenoptiker Sven Ramelow spreche ich darüber, wie John Bell aus reiner Philosophie knallharte Experimentalphysik machte. Wir klären, warum ein Experimentator unbedingt einen „freien Willen“ braucht, weshalb Niels Bohr am Ende recht behielt und wieso Einsteins Zweifel die moderne Physik trotzdem entscheidend vorangebracht haben. Viel Spaß beim Hören!

"Gelobt sei der Zweifel!"


Mit diesen Worten von Bertolt Brecht nähern wir uns in dieser Folge einer Seite der Wissenschaft, die oft unter den Teppich gekehrt wird: den Irrtümern. Die Forschung führt keineswegs auf geradem Wege zur Wahrheit, sondern auf einem verschlungenen Pfad voller Abwege, Irrwege, falscher Fährten und auch dusseliger Fehler.


Manchmal sind diese Irrtümer geradezu ein Treppenwitz der Geschichte, wie bei Kolumbus, der sein eigentliches Ziel Indien nie erreichte und den falschen Kontinent entdeckte. In der exakten Wissenschaft gab es Modelle, die absolut plausibel schienen und dennoch komplett falsch waren – wie die Phlogiston-Theorie, die die Chemie der Verbrennung buchstäblich auf den Kopf stellte.


Oder der berühmte, alles durchdringende "Äther": Einstein hatte ihn mit seiner Speziellen Relativitätstheorie aus der Physik ausgetrieben und mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie wieder eingeführt. Heute geistert er als Erklärung der mysteriösen Dunklen Energie weiter durch die Physik.


Selbst geniale Köpfe und Nobelpreisträger wie Enrico Fermi blieben von spektakulären Fehlinterpretationen nicht verschont. Auch die moderne Forschung ist nicht gefeit davor, wie Sensationsmeldungen über überlichtschnelle Neutrinos oder Signale vom Urknall zeigen, die sich am Ende als nichts weiter als "Dreck" entpuppten.


Thomas und ich sprechen über diese historischen Irrtümer und erklären, warum sie nicht das Ende, sondern ein essenzieller Teil des Erkenntnisprozesses sind. Wir diskutieren, warum Wissenschaft eine starke Fehlerkultur braucht und wie wichtig es gerade auch für politische Entscheidungen ist, die Grenzen und Ungewissheiten unseres Wissens ehrlich zu benennen.


Viel Spaß beim Hören!

"Gott würfelt nicht!"


Nicht selten wird mit diesem Zitat von Albert Einstein demselben unterstellt, er hätte sich den Konsequenzen der von ihm mitentdeckten Quantenmechanik verschlossen. Dabei war er es, der mit Nils Bohr um die Deutung der neuen Weltsicht gerungen hat. Er legte immer wieder den Finger in die Wunde und zwang seine Zeitgenossen, sich den großen Fragen zu stellen, die sich aus dieser neuen, wundersamen Theorie ergaben, die so fantastisch funktionierte.


1935 formulierte er gemeinsam mit Boris Podolsky und Nathan Rosen ein Gedankenexperiment, das EPR-Argument, das die verrückte Welt der Quanten scheinbar ad absurdum führte: Entweder muss sich die Menschheit von dem Konzept der Kausalität verabschieden oder von unserer Vorstellung der Realität. Beides schien für die Physiker nicht akzeptabel, also schlussfolgerten sie, dass die Quantenphysik noch nicht der Weisheit letzter Schluss sein kann.


Sehr viel später erst zeigten ausgefallene Experimente, dass die Quantenmechanik keiner weiteren Ergänzung bedarf und wir notgedrungen auf entweder die Kausalität oder die Realität verzichten (oder beides) verzichten müssen - ein weiterer Grund, weshalb sich diese Theorie unserer Intuition entzieht.


Sven und ich sprechen über die historischen Hintergründe, motivieren das EPR-Argument und besprechen, wie das Gedankenexperiment heutzutage im Labor nachgebaut werden kann. Viel Spaß beim Hören!

In dieser Folge sezieren wir einen der grundlegenden Versuche der Quantenmechanik, das Doppelspaltexperiment, von dem Richard Feynman sagt, er beinhalte das Herz der Quantenmechanik. Auch wenn Sven das nicht ganz so sieht, lassen sich anhand dieses einfachen Versuchsaufbaus ganz viele Fragen der Quantenmechanik behandeln: Was hat es mit den Wellen- und Teilcheneigenschaften von Quantenobjekten auf sich? Was hat der Messprozess mit dem Messobjekt zu tun? Und gibt es eine prinzipielle Grenze zwischen der Welt des Kleinen und der Welt des Großen? Und wenn ja, wo verläuft sie?


Neben den akademischen Fragen schauen wir auch auf Anwendungen: Wie lassen sich die Quanteneigenschaften nutzen, um nützliche Informationen zu erhalten, die sich auch technisch nutzen lassen?


Viel Spaß beim Hören!