Warum machte Einstein zwei große Fehler in der Quantenmechanik und der Astronomie?

[Mobile Software: BoKeYuan] Wissenschaftliche Forschung basiert auf der Beziehung zwischen der beobachteten natürlichen Realität und der theoretischen Beschreibung dieser Realität, ausgedrückt in mathematischer Sprache. Wenn alle Konsequenzen einer Theorie experimentell bestätigt werden, gilt sie als gültig. Diese Methode wird seit fast vierhundert Jahren angewendet und hat einen konsistenten Wissensbestand geschaffen. Doch diese Fortschritte sind allesamt dem menschlichen Einfallsreichtum und den Pioniergeistern zu verdanken, die dennoch an ihren bestehenden Überzeugungen und Vorurteilen festhalten konnten. Dies könnte den Fortschritt der Wissenschaft beeinträchtigen, selbst für die größten Köpfe (wie Einstein).

Der erste Fehler: die kosmologische Konstante

In Einsteins Meisterwerk, der Allgemeinen Relativitätstheorie, schrieb er die Gleichungen nieder, die beschreiben, wie sich das Universum im Laufe der Zeit entwickelt. Die Lösung dieser Gleichung zeigte, dass das Universum instabil war und nicht, wie man damals glaubte, eine riesige Kugel mit konstantem Volumen war, um die Sterne glitten. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts glaubte man, wir lebten in einem statischen Universum, in dem die Bewegung der Sterne unveränderlich sei. Dies geht wahrscheinlich auf Aristoteles zurück, der sagte, der Himmel sei unveränderlich, im Gegensatz zur Erde, die sich bewegt.

Diese Vorstellung wirft eine historische Anomalie auf: Im Jahr 1054 bemerkten wir Chinesen ein neues Licht am Himmel, doch in europäischen historischen Aufzeichnungen wird dies nicht erwähnt. Es ist jedoch den ganzen Tag über sichtbar und hält mehrere Wochen an. Es war eine Supernova, ein sterbender Stern, dessen Überreste noch heute als Krebsnebel zu sehen sind. Die vorherrschende Ideologie in Europa hinderte die Menschen daran, ein Phänomen zu akzeptieren, das der Vorstellung, der Himmel sei unveränderlich, völlig widersprach. Eine Supernova ist ein extrem seltenes Ereignis, das im Durchschnitt nur einmal pro Jahrhundert mit bloßem Auge beobachtet werden kann.

Das letzte Mal geschah dies im Jahr 1987. Aristoteles hatte also mit seiner Annahme, der Himmel sei unveränderlich, zumindest im Hinblick auf das menschliche Leben, fast recht. Um der Idee eines statischen Universums treu zu bleiben, führte Einstein eine kosmologische Konstante in die Gleichungen ein, die den Zustand des Universums „einfror“. Seine Intuition führte ihn in die Irre: Als Hubble 1929 nachwies, dass sich das Universum ausdehnt, gab Einstein zu, dass er „seinen größten Fehler“ gemacht hatte.

Der zweite Fehler: Quantenzufälligkeit

Die Quantenmechanik, die sich fast gleichzeitig mit der Relativitätstheorie entwickelte, beschreibt die Physik auf infinitesimalen Skalen (der Planck-Skala), und Einstein leistete 1905 einen wichtigen Beitrag auf diesem Gebiet, als er den photoelektrischen Effekt als Kollision zwischen Elektronen und Photonen erklärte, infinitesimalen Teilchen, die reine Energie transportieren. Mit anderen Worten: Licht, das traditionell als Welle beschrieben wurde, verhielt sich wie ein Strom von Teilchen. Und nicht die Relativitätstheorie, sondern dieser Fortschritt brachte Einstein 1921 den Nobelpreis ein. Doch trotz dieses bedeutenden Beitrags blieb er hartnäckig der Vorstellung treu, dass die Welt der Quantenteilchen nicht dem strengen Determinismus der klassischen Physik unterliege.

Die Quantenwelt ist probabilistisch; wir wissen nur, wie wir die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses innerhalb einer Reihe von Möglichkeiten vorhersagen können. In Einsteins Blindheit erkennen wir erneut den Einfluss der griechischen Philosophie. Platon lehrte, dass das Denken ideal bleiben sollte, unberührt von den Zufällen der Realität, ein edler Gedanke, der jedoch nicht den Vorschriften der Wissenschaft folgt. Wissen erfordert die vollständige Übereinstimmung mit allen vorhergesagten Fakten, während Glaube auf Wahrscheinlichkeit beruht, die sich aus Teilbeobachtungen ergibt.

Einstein selbst war davon überzeugt, dass reines Denken die Realität vollständig erfassen könne, doch der Quantenzufall widerspricht dieser Annahme. In der Praxis ist diese Zufälligkeit kein reines Rauschen, da sie durch das Heisenbergsche Unschärfeprinzip eingeschränkt ist. Dieses Prinzip erlegt Teilchengruppen kollektiven Determinismus auf. Das Elektron selbst ist frei, da wir nicht wissen, wie wir seine Flugbahn berechnen sollen, wenn es das Loch verlässt. Eine Million Elektronen zeichnen jedoch ein Beugungsmuster mit dunklen und hellen Rändern, die wir berechnen können.

Doch Einstein akzeptierte diesen radikalen Indeterminismus nicht und kam zu dem provokanten Schluss: Gott würfelt nicht mit dem Universum. Einstein stellte sich die Existenz verborgener Variablen vor, noch unentdeckter Zahlen jenseits von Masse, Ladung und Spin, die Physiker zur Beschreibung von Teilchen verwenden. Experimente stützen diese Ansicht jedoch nicht. Es ist unbestreitbar, dass die Existenz der Realität jenseits unseres Verständnisses liegt und es uns unmöglich ist, alles über die unendlich kleine Welt zu wissen.

Die zufällige Laune der Fantasie

Im Prozess der wissenschaftlichen Methode gibt es immer noch eine Phase, die nicht vollständig objektiv ist. Aus diesem Grund werden Theorien konzeptualisiert, und Einstein lieferte hierfür mit einem Gedankenexperiment ein berühmtes Beispiel: Vorstellungskraft ist wichtiger als Wissen. Tatsächlich muss sich ein Physiker bei der Betrachtung verschiedener Beobachtungen ein zugrunde liegendes Gesetz vorstellen. Manchmal konkurrieren mehrere theoretische Modelle um die Erklärung eines Phänomens, und erst dann setzt sich die Logik wieder durch. Die Funktion der Intelligenz besteht nicht in der Entdeckung, sondern in der Vorbereitung, und sie ist nur dann nützlich, wenn sie der Aufgabe dient, so dass der Fortschritt des Denkens aus der sogenannten Intuition resultiert.

Dies ist ein intellektueller Sprung über die reine Vernunft hinaus, bei dem die Grenze zwischen dem Objektiven und dem Subjektiven nicht mehr völlig fest ist. Gedanken entstehen aus Neuronen, die durch elektromagnetische Impulse aktiviert werden, wobei einige besonders aktiv werden, als gäbe es einen Kurzschluss zwischen den Zellen, bei dem der Zufall am Werk ist. Aber diese Intuitionen oder „Blumen“ des menschlichen Geistes sind bei jedem anders. Einsteins Gehirn produzierte „E=mc2“, während Prousts Gehirn eine bewundernswerte Metapher hervorbrachte. Intuition entsteht zufällig, aber diese Zufälligkeit wird durch die Erfahrung, Kultur und das Wissen jedes Einzelnen eingeschränkt.

Die Vorteile der Zufälligkeit

Dies sollte keine schockierende Nachricht sein, da es eine Realität gibt, die jenseits unseres Verstandes liegt. Ohne Zufälligkeit würden wir uns von Instinkt und Gewohnheit leiten lassen, von allem, was uns vorhersehbar macht. Unser Handeln beschränkt sich fast ausschließlich auf diese erste Ebene der Realität mit ihren alltäglichen Sorgen und Aufgaben, die erledigt werden müssen. Doch es gibt noch eine andere Ebene der Realität, in der scheinbare Zufälligkeit das Hauptmerkmal ist und in der keine administrative oder akademische Anstrengung das Wunder des Zufalls ersetzen kann, über das große Männer verfügen. Einstein war ein Vorbild an Innovation und Freigeist, doch er behielt seine Vorurteile bei.

Einsteins „erster Fehler“ lässt sich wie folgt zusammenfassen: Ich weigerte mich, an den Ursprung des Universums zu glauben. Das Experiment bewies jedoch, dass er Unrecht hatte, und sein Urteil, dass Gott die Würfel spielte, bedeutete: „Ich weigere mich, an den Zufall zu glauben.“ Allerdings ist in der Quantenmechanik eine erzwungene Zufälligkeit vorhanden. Seine Worte werfen die Frage auf, ob er in einer Welt ohne Zufall an Gott glauben würde, der unsere Freiheit stark einschränken würde, weil wir auf den absoluten Determinismus beschränkt wären, den Einstein hartnäckig ablehnte. Seiner Ansicht nach sollte das menschliche Gehirn in der Lage sein zu wissen, was das Universum ist. Heisenberg war viel bescheidener und sagte uns, dass sich die Physik darauf beschränkt, die Reaktion der Natur unter bestimmten Umständen zu beschreiben.

Die Quantentheorie lässt darauf schließen, dass wir sie nicht vollständig verstehen können, aber sie ist mit Zufälligkeiten behaftet, die Frustrationen und Gefahren, aber auch Vorteile mit sich bringen. Der Mensch kann den Gesetzen dieser Welt nur für kurze Zeit entkommen. Momente des Innehaltens, Momente der Kontemplation, Momente reiner Intuition … es sind diese Geistesblitze, die ihm die Fähigkeit verleihen, ein „Übermensch“ zu werden. Albert Einstein, ein legendärer Physiker, ist ein perfektes Beispiel für einen Mann mit großer Vorstellungskraft. Seine Ablehnung des Zufalls ist daher ein Paradox, da der Zufall Intuition ermöglicht und so kreative Prozesse sowohl in der Wissenschaft als auch in der Kunst ermöglicht.

Boco Garten | Text: François Vannucci/The Conversation

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