Kwaku Ananse

Im Zuge der Selbstbewusstseinsproblematik und beim Studium der Leib-Seele-Theorien stoße ich immer wieder auf den Versuch die Schnittstelle (Bewusstsein) zwischen Körper und Geist auf die quantenmechanische Ebene zu verorten. Die Heisenbergsche Unschärferelation soll beschreiben, dass es dort zu spontanen Energiefluktuationen kommt, für die es keine physikalisch determinierten Ursachen gibt. Da ich selbst keine nennenswerten Kenntnisse der Physik, bzw. Quantenmechanik besitze, aber das Thema teilweise essentiell für die Leib-Seele-Problematik scheint, wünsche ich mir eine Art Einführung in die Quantenmechanik, mit Augenmerk auf die Heisenbergsche Unschärferelation. (Miriam K., 16.3.2005)

Ich fühle mich außerstande, eine Einführung in die Quantenphysik zu geben, weil ich kein Physiker bin und man dafür praktisch fast die gesamte Physik des 20. Jahrhunderts gut kennen müsste. Aber eine kurze Betrachtung der Heisenbergschen Unschärferelation und einiger Konsequenzen daraus sind mir möglich.

I. Klassische Physik
Die klassische Physik ist eine deterministische Physik. Bereits in der Schule lernt man die Erhaltungssätze für Energie und Impuls kennen. Das bei allen Vorgängen die Masse erhalten bleibt, ist ebenfalls bereits intuitiv verständlich. Der vierte klassische Erhaltungssatz ist der des Drehimpulses. Die Konsequenz dieser Erhaltungssätze ist, dass man die Welt als eine Art riesiges Räderwerk auffassen müsste. Wenn man zu einem bestimmten Zeitpunkt die Position und die Bewegungseigenschaften jedes Körpers erfassen könnte, dann wäre es theoretisch möglich, den Zustand der Welt zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Vergangenheit oder der Zukunft zu berechnen.

An diesem Grundprinzip der Erhaltung von Masse, Energie und Impuls hat auch die Relativitätstheorie nichts Wesentliches geändert. Neu ist hier nur, dass über Einsteins Grundgleichung E=mc² gezeigt wurde, dass die Erhaltungssätze miteinander im Zusammenhang stehen. „Verschwindet” Masse, dann wird Energie „erzeugt”, und umgekehrt.

II. Chaostheorie
Es gibt Vorgänge in der Natur, bei denen sehr kleine Unterschiede in den Anfangsbedingungen zu sehr verschiedenen Entwicklungen in der Zukunft führen. Ein Beispiel dafür ist die Beschreibung der Planetenbewegungen. Zum Beispiel kann man die Position der Erde zu einem beliebigen Zeitpunkt nur auf wenige Millionen Jahre im voraus berechnen, danach weichen die Vorhersagen in Abhängigkeit von den heute gemessenen Größen immer weiter ab.

Dieses Planetenbeispiel ist im Übrigen besser geeignet, die Zusammenhänge zu verstehen als der häufig verwendete „Schmetterling im Regenwald”, der für einen Sturm an einer anderen Stelle der Erde zuständig sein soll. Man kann einen Schmetterlingsverfechter leicht mit den Fragen aus dem Konzept bringen, warum denn der neben dem Schmetterling gefällte Baum einen kleineren Einfluss haben soll, welcher der vielen Millionen gleichzeitig flatternden Schmetterlinge der richtige ist oder wo der Einfluss des in China zum selben Zeitpunkt umstürzenden Sackes Reis in seinen Überlegungen geblieben ist.

Aber auch die Chaostheorie ist im Prinzip eine Theorie, die auf der klassischen Physik beruht. Es wird zwar eingestanden, dass sehr kleine Unterschiede in den Ausgangsbedingungen zu sehr verschiedenen Entwicklungen der Zukunft führen können. Aber man könnte sich immer noch bezüglich der Unsicherheit der Bestimmung der Zukunft auf den Standpunkt retten, dass unser Unvermögen nur an den praktischen Beschränkungen der Messauflösung liegt.

III. Quantentheorie
Mit der ebenfalls im 20. Jahrhundert parallel zur Chaostheorie entwickelten Quantentheorie hat sich jedoch unser Verständnis der Welt im Vergleich zur klassischen Physik grundlegend geändert. Ausgangspunkt waren Experimente mit Licht und die Entdeckung des sogenannten Welle-Teilchen-Dualismus. Je nach den durchgeführten Messungen verhielt sich das Licht mal als Welle, mal als Kollektiv von Teilchen. In keinem Fall konnten beide Eigenschaften des Lichts in einem Experiment zugleich mit höchster Genauigkeit gemessen werden. Heisenberg hat aus der Analyse dieser und ähnlicher Versuche die nach ihm benannte Heisenbergsche Unschärferelation (HUR) aufgestellt:

ΔX Δp ≥ ½h/2π

wobei h = 6,6261 * 10-34 Js das Plancksche Wirkungsquantum ist. (1 Js= 1 kg*m²/s)

ΔX ist dabei die Ortsunschärfe, Δp die Unschärfe in der Bestimmung des Impulses. Wenn man beachtet, dass der Impuls das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit ist, dann kann man die ursprüngliche Aussage der HUR verbal auch so formulieren:

Es ist nicht möglich, Ort, Masse und Geschwindigkeit eines Objekts zugleich mit beliebig großer Genauigkeit zu messen.

Beachtet man die Einheiten, die im Planckschen Wirkungsquantum stecken (kg, m, s), dann kann man leicht einsehen, dass sich die Unschärfe auch auf alle anderen physikalischen Größen überträgt, die aus Masse, Raum und Zeit ableitbar sind. In der Quantenphysik selbst wurden weitere Unschärferelationen auch für andere Größen formuliert, z.B. für Drehimpuls und Winkel u.a.m.

Die ursprüngliche Aussage Heisenbergs bezog sich auf die experimentelle Bestimmung der Größen. Man nahm zunächst an, dass die Unschärfe darin begründet ist, dass wir mit einer Messung den zu messenden Vorgang beeinflussen.

Ein Beispiel: Wenn man z.B. den Ort eines Teilchens messen will, dann kann man das damit tun, dass man dafür Photonen verwendet und die Interferenz von Wellen misst. Je genauer man den Ort messen will, umso mehr braucht man Photonen mit einer kleinen Wellenlänge, d.h. mit kleinen räumlichen Abständen zwischen Berg und Tal der Welle. Kleinere Wellenlängen bedeuten jedoch, dass diese Photonen eine höhere Energie besitzen müssen, denn Energie und Frequenz sind einander proportional, Frequenz und Wellenlänge sind umgekehrt proportional. Das hat zur Konsequenz, dass wir in unserem Messaufbau auf das zu messende Teilchen eine immer höhere Energie einwirken lassen, was eine immer stärkere Störung zur Folge haben muss.

Wenn wir aber das Wesen des Messvorgangs betrachten, dann besteht dieses doch offensichtlich darin, dass es eine Wechselwirkung zwischen den betrachteten Teilchen gibt; denen, deren Eigenschaften gemessen werden sollen, und denen, aus denen sich die Messapparatur selbst zusammensetzt. Solche Wechselwirkungen gibt es aber ständig im gesamten Universum. Die zeitliche Fortschreibung der Welt ist eine unablässige Interaktion der darin enthaltenen Teilchen. Die so erweiterte Interpretation besagt deshalb: Die Tatsache der „unscharfen” Wechselwirkung ist nicht an die Existenz eines mit Bewusstsein ausgestatteten Beobachters gebunden, sie ist ein universelles Prinzip.

IV. Änderungen im Weltverständnis
Welche wesentlichen Änderungen bringt die HUR für unser Verständnis von der Welt? Hier fallen einem sofort die folgenden Gesichtspunkte ein:

1. Es gibt einen echten Zufall. Bei jeder Wechselwirkung gibt es einen tatsächlichen Spielraum, innerhalb dessen sich das Ergebnis bewegen kann. Deshalb ist es prinzipiell nicht möglich, die Zukunft aus den Tatsachen der Gegenwart vollständig herzuleiten. Das mechanistische Modell der Welt als ein großes Räderwerk, dessen Zukunft zu Anbeginn der Welt für alle Zeiten festgelegt wurde, ist falsch.
   
   Das ist übrigens sowohl für Menschen, die nicht an Gott glauben, als auch für solche, die das tun, eine echte Befreiung. Für die Nichtgläubigen, weil auch sie nicht mehr die grauenvolle Vorstellung ertragen müssen, mechanische Marionetten zu sein. Für die Gläubigen, weil die Anerkennung von Erkenntnisgrenzen von Seiten der Physik eine Möglichkeit für Gottes Wirken in der Gegenwart geschaffen hat. Für sie kann er sich hinter dem Zufall der Quantenphysik verstecken und dort, quasi von den Physikern unbemerkbar, an den „Stellschräubchen” der Welt drehen.
   
   
2. Das Kausalitätsprinzip kann verletzt werden. Da auch die Zeitpunkte, zu denen jeweils Ursache und Wirkung stattfinden, der HUR unterliegt, können die Zeitpunkte für Ursache und Wirkung in umgekehrter Reihenfolge zueinander stehen.
   
   
3. Es gibt eine Möglichkeit, Dinge aus dem Nichts zu erschaffen. Die HUR definiert dabei die Grenzen, die diese Objekte einhalten müssen. Ihre Größe, Energie und Lebensdauer sind sehr begrenzt. Auch im Vakuum, in dem per Definition die Masse aller Teilchen null sein sollte, kann es von virtuellen Teilchen nur so wimmeln. Dass diese Vorstellung von den Physikern ernst genommen wird, zeigt die Theorie von Stephen Hawking zur Strahlung, die von Schwarzen Löchern ausgeht:

Unmittelbar am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs entstehen spontan aus dem Vakuum Teilchen und Antiteilchen (Z.B. zwei Photonen, da das Photon sein eigenes Antiteilchen ist). Normalerweise vernichten sich diese beiden Teilchen sofort wieder und geben ihre dem Vakuum geborgte Energie diesem wieder zurück. Stürzt jedoch eines der beiden Teilchen während seiner HUR-kurzen Lebensdauer ins Schwarze Loch, dann wird das andere frei und kann in den Raum abgestrahlt werden.

Das Schwarze Loch muss jetzt - im Nachhinein! - die Energie für die Erzeugung beider Teilchen zur Verfügung stellen, es erhält jedoch nur eins der Teilchen zurück, deshalb verliert es Masse. Von außen sieht es so aus, als ob das Schwarze Loch, das nach der Relativitätstheorie niemals strahlen dürfte, selbst diese Strahlung aussendet.

Man hat hier wahlweise mehrere Unmöglichkeiten für die klassische Physik versammelt: 1. Das Photon startet, bevor das Schwarze Loch die Energie dafür liefert. 2. Die Energie kommt von einem anderem als dem Startort. 3. Vom Energie liefernden Ort, dem Innern des SL, dürfte normalerweise nichts entkommen können, auch keine Energie.

V. Wirkung der HUR auf die gegenständliche Welt
Das folgende Gedankenexperiment soll zeigen, wie eine quantenphysikalische Unbestimmtheit auf die reale gegenständliche Welt einwirkt und den Verlauf der menschlichen Geschichte beeinflussen kann. Als Mitwirkende an diesem Experiment benutzen wir:

• einen Berg,
• einen Ball und
• zwei Gruppen von Kindern, denen gerade langweilig ist.

Grob vereinfacht besteht der Berg aus zwei Berghängen, die an der Spitze zusammentreffen. Diese Spitze wird durch ein einziges Atom gebildet. Lassen wir den Ball absolut genau über der Spitze des Berges fallen, dann ist es bis zum Auftreffen des Balls und dem Beginn des Hinabrollens wegen der HUR nicht klar, wo sich die Spitze des Bergs genau befindet. Erst durch die „Entscheidung” des Balles wissen wir mit Sicherheit, wo sie sich befand. Hätten wir die Möglichkeit, dieses Experiment unter absolut identischen Umständen nochmals durchzuführen, dann könnte der Ball dieses Mal die andere Bergseite hinunterrollen, weil es physikalisch absolut zufällig ist.

Die Unbestimmtheit der Lage des sich an der Spitze des Berges befindenden Atoms hat makrophysikalische Konsequenzen. In einem Fall kann die eine Gruppe Ball spielen, sich jemand dabei ein Bein brechen …, während die andere Gruppe aus Langeweile ein paar Kinder aus der Nachbarschaft verprügelt, was weitere Folgen hat, und so fort bis in alle Ewigkeit. Im zweiten Fall wäre es genau anders herum. Die Orte des Beinbruchs und der Prügelei würden vertauscht, die Folgen andere.

VI. Quantenphysik als „Theorie für Alles”!?
Es ist so, dass man in jedem genügend weit entwickelten Wissenschaftsgebiet auf Widersprüche stößt, die innerhalb dieser Wissenschaften nicht auflösbar sind. Für die Mathematik hat Kurt Gödel den Glauben an eine mögliche logische Widerspruchsfreiheit ad absurdum geführt. In der Philosophie beißt man sich an der Frage des Freien Willens oder an der Leib-Seele-Problematik die Zähne aus. Für atheistische Wissenschaftler, die an die vollständige Erklärbarkeit der Welt durch die Physik glauben, liegt es jetzt nahe, die in ihren Wissenschaftsgebieten gefundenen Widersprüche oder Erklärungsnotstände auf die Physik zurückzuführen, weil diese ja in Gestalt der Quantenphysik die Möglichkeit akausaler und zufälliger Vorgänge einräumt.

Roger Penrose war meines Wissens der erste, der Vorgänge innerhalb des Bewusstseins auf quantenphysikalische Prozesse zurückführen wollte. Auf jeden Fall beseitigt man mit diesem Ansatz die unangenehme Vorstellung, wir alle wären mechanische Roboter, wir könnten den Gang der Dinge nicht beeinflussen und alles wäre im Voraus bereits festgelegt. Die entscheidende Frage bleibt jetzt aber, welche Möglichkeiten eines Beweises bzw. einer Falsifikation bieten diese neue Theorien mit dem Rückgriff auf die modernste Physik?

So wie ich es sehe, gibt es hier überhaupt keinen Ansatzpunkt. Jedes Neuron im Gehirn besteht aus einer astronomisch großen Zahl von wechselwirkenden Elementarteilchen, das Gehirn wiederum setzt sich aus sehr vielen Neuronen zusammen, die ihrerseits über eine nahezu unendlich große Zahl von möglichen Interaktionsmöglichkeiten verfügen. Man hat so mindestens zweimal einen unendlich breiten Graben zu überspringen, an dessen Rändern jeweils das Schild: „Vorsicht Emergenzbarriere!” aufgestellt ist. Die Eigenschaften des Ensembles sind nicht aus denen seiner Einzelteile berechenbar, weil die dazu notwendigen Kapazitäten auch theoretisch die Möglichkeiten unseres Universums übersteigen.

Wenn das so ist, dann kommt man mit diesen neuen Theorien, Bewusstseinsvorgänge quantenphysikalisch interpretieren zu wollen, oder mit der Quantenphysik zu begründen, genauso wenig weiter wie mit der Behauptung, die Bewusstseinsvorgänge aus einem göttlichen Prinzip „herzuleiten” oder eine Einwirkung nichtmaterieller Vorgänge auf die Materie anzunehmen oder ähnliches. Es scheint mir, als wären die neuen Theorien von Penrose und anderen nichts weiter als eine neue Art von Glauben. Er unterscheidet sich von früheren Glaubensvorstellungen nur durch den Verweis auf die aktuelle Physik. Aber haben das nicht eigentlich die Glaubensvorstellungen früherer Zeiten genauso getan, waren nicht viele Wissenschaftler in der Vergangenheit religiös gebunden? Hat die Quantenphysik die Rolle einer neuen Religion eingenommen?

Wenn wir die Forderungen an eine wissenschaftliche Theorie nach Karl Popper ernst nehmen, dann dürfen wir Theorien nur dann als wissenschaftlich akzeptieren, wenn sie in sich selbst die Möglichkeit einer Widerlegung aufzeigen. Für die derzeitige Behauptung einer quantenphysikalischen Begründung von Bewusstseinsvorgängen sehe ich diese Falsifikationsmöglichkeiten (noch?) nicht.

VII. Salvatorische Klausel
Natürlich kann man so etwas für die Zukunft nicht ausschließen, weil ja - auch gemäß der HUR - die Zukunft prinzipiell nicht vorhersagbare Elemente enthält. Es ist übrigens kurios und scheinbar logisch widersprüchlich, dass die HUR mit sich selbst für sich selbst impliziert, dass auch sie sich in der Zukunft als unvollständig und aufhebbar in noch allgemeineren Naturgesetzen erweisen und auf einer noch höheren Beschreibungsebene wieder deterministische Gesetze gefunden werden könnten. Und sich dieses Wechselspiel vielleicht ad infinitum wiederholt.

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