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Dialektischer Materialismus in der Quantentheorie.

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h a l e n der Physik. 7. Folge, Band 42, Heft 4-6, 1985, S. 409-416
J. A. Barth, Lcipzig
Dialektischer Materiatismus in der Quantentheorie
Von KLAUSFUCHS
Zentralinstitut fiir Kernforschung
der Akademie der Wissenschaften der DDR, Dresden
Robert Rompe zum 80. Geburtstag gewidmet
I n h a l tsubersicht. Dcr absolute Determinismus der klassischen Mechanik bietet keine Ansatzpunkte fur eine befriedigende Naturphilosophie. Mit der Quantenmechanik werden nicht lediglich
die Unzuliinglichkeiten einzelner klassischer Begriffe, sondern die des gesamten klassischen Begriffssystems beseitigt.
Dialectical Materialism in Quantum Theory
A b s t r a c t . The absolute determinism of classical mechanics does not provide any base for a
satisfactory philosophy of nature. In quantum mechanics the shortcomings of not only some single
classical concepts but of the classical description as a whole are removed.
1. Einleitung
Puntu Rei (Heraklit)
Der unmittelbare Eindruck, den die Welt uns bietet, ist ein Bild der Bewegung und
standigen Veranderung, in dem die Verflechtung von Erscheinungen ebenso deutlich
hervortritt wie zufalliges Zusammentreffen. Es ist eine Szene, in der standiger Wechsel
im Werden und Vergehen ebenso augenscheinlich ist wie die Existenz relativ bestandiger
Gebilde im FluB des Geschehens.
Es ist nicht moglich, diese Erscheinung standigen Flusses mit all ihren Verflechtungen auch nur anniihernd zu iiberschauen. Um von der Oberflache der Erscheinungen
tiefer in das Wesen der Dinge und Vorgiinge einzudringen, ist es notwendig, einzelne
Dinge aus dem allgemeinen Zusammenhang herauszunehmen, sie in kontrollierten Bedingungen zu untersuchen und sie in ihre Teile zu zerlegen, um ihre Struktur zu erkennen, Diese Prozedur der Vereinzelung init dem Ziel bis hin zu den letzten ,,unteilbaren Elementen" vorzudringen, aus denen komplexere Gebilde zusamtnengesetzt sind,
ist zwangslaufig verbunden mit der Zerlegung der Koinplexitat ' des allgemeinen Zusamnienhangs in vereinzelte Bindungen - in ,,Krafte", die beim Zusammenbari der
Elemente wirken werden und ihre Bewegung determinieren. Diesem Rezept sind die
groBartigen Erfolge der Naturerkenntnis durch die klassische Physik zu verdanken, die
Friedrich Engels im ,,Antidiihring" gewiirdigt hat. Doch er hat diese Wiirdigring init
einer scharfen Kritik der metaphysichen Verabaolutierung des resultierenden Weltbildes verbunden.
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Manche Physiker sahen in der mathematischen Schonheit und Geschlossenheit der
klassischen Theorie einen wesentlichen Ausdruck ihrer Wahrheit. Albert Einsteins Antwort auf die Frage des Rabbi von New York, ob er an Gott glaube, ist ein beredtes
Zeugnis dieser Philosophie: ,,Ich glaube an Spinozas Gott, der sich in der Harmonie
aller Dinge offenbart, nicht an einen Gott, der sich mit dem Schicksal und den Handlungen der Menschen beschaftigt".
Andere haben mit Unbehagen empfunden, da13 der mit dieser Betrachtungsweise
verbundene absolute Determinismus keine Ansatzpunkte fur eine befriedigende Naturphilosophie bietet. Ganz im Gegenteil - die Verabsolutierung von Begriffen und Abbildern, die durch Abstraktion aus der Vielfalt konkreter Erscheinungsformen der
niakroskopischen Welt unseres Alltags gewonnen wurden, fuhrt zum Erstarren in einer
Welt unveranderlicher und unverganglicher Bestandteile, deren Bewegung sich in der
mechanischen Unendlichkeit ewiger Wiederholung erschopft. Max Born fixierte seine
Haltung zu dieser Frage in seiner Antrittsvorlesung, mit der er den Lehrstuhl fur Naturphilosophie an der Universitat von Edinburgh ubernahm: ,,Vom Standpunkt der Merhanik aus ist die Welt ein von Anbeginn an determinierter Automat ohne jegliche Freiheit. Ich bin niemals ein Freund dieses extremen Determinismus gewesen und bin froh,
da13 sich die moderne Physik von ihm gelost hat." (Max Born, 1957)
So not wendig die Vereinzelung und Abstraktion fur die wissenschaftliche Analyse
ist, so wenig darf man ihre Einseitigkeit und ihre Grenzen verkennen. Man mull darauf
gefaflt sein, dalj dabei wesentliche Aspekte des allgemeinen Zusammenhanges der Erscheinungen verlorengehen, die nicht durch einfaches Zusammenfugen von Einzelteilen
zuruckgewonnen werden konnen. Des weiteren wird mit dem klassischen Diktum ,,gleichc Ursachen - gleiche Folgen" jede Zufiilligkeit geleugnet. Beides hat sich bekanntlich
bani Vordringen in die Mikrowelt des Atoms bemerkbar gemacht.
2. Der Teil und Das Ganze
Die neuere Phgsik hat uns gelehrt, daJ man dem Wesen ekes Gebildes nicht auf die 8pur komnat,
w e i m man es immer weiter in seine Bestandteile xerlegt und dann jeden Bestnndteil einzeln etudiert, da
bei einern solchen Verfahren oft wesentliche E'igenmbaften dee Gebildes verloren gden. Man muj3 vielmehr
stet.? auch d m Ganze betrachten und auf den Zusammenhung der einzelnen Teile achten. (Max Planck
1933)
Die Methode der Zerlegung von materiellen Gebilden in ihre Bestandteile und der
Untersuchung der Teile in Isolierung fuhrt naturgema I3 zur Ignorierung von Zusammenhangen, die durch die spezifische Struktur des Ganzen bedingt sind. Sie fuhrt in dieser
Abstraktion zu der Vorstellung, daR die Struktur des Ganzen reduzierbar ist auf die
raumliche Anordnung der Teile und ihre durch gegenseitige Beeinflussung bestimmte
Bewegung.
Bekanntlich versagt diese Vorstellung schon ini einfachsten Fall des WasserstoffAtonis. Das Atom besitzt Eigenschaften - insbesondere Bestandigkeit und charakteristische Spektren -, die sich nicht auf die Eigenschaften dek Teile und ihre raumliche
Anordnung reduzieren lassen, sondern nur im Zusammenhang des Ganzen erklarbar
sind. In der Gesetzinaaigkeit der Atomspektren kommen ganz anders geartete Struktnrprinzipien zum Vorschein, die es erforderlich machen, den klassischen Begriff der mechanischen Bewegung eines Teilchens in Raum und Zeit uber Bord zu werfen und die
Atomtheorie auf die Begriffe des stationaren Zustandes und der Quantensprunge zu
grunden, die von vornherein dem Ganzen zugeordnet sind. Die fiir das klassische Teilchen charakteristische Zsolierung wird dainit aiifgehoben. Seine Bewegungsart und die
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physikalischen BewegungsgroBen Ort und Inipuls werden in einen dialektischen Zusamnienhang mit der Umgebung gestellt. l )
Wenn soeben das Wort ,,aufgehoben" benutzt wurde, so ist dies im Hegelschen Sinn
dieses Begriffs zu verstehen. I n der alt,en Atomtheorie sorgte das Korrespondenzprinzip
fur den AnschluB an klassische Begriffe. I n der ausgereiften mathematischen Formulierung der Quantenmechanik gibt uns die Wellenfunktion ein einleuchtendes Kriterium
fur die Zulassigkeit der Vereinzelung von Teilchen oder aus Teilchen zusammengesetzterl
Objekten : Wenn die Wellenfunktion zweier Objekte nicht wesentlich uberlappen, konnen sie a19 getrennte Objekte behandelt werden. Ein Einzelobjekt kann nur dann als
solches identifiziert werden, wenn seine Wellenfunktion andere Wellenfunktionen nicht,
wesentlich uberlappt. (Man erspare mir als theoretischem Physiker eine den strengen
Mathematiker zufriedenstellende Definition des Wortchens ,,wesentlich").
Das soeben formulierte criterion fuhrt, auf Elektronen angewandt, zu der bekannten
Konsequenz, daB sie ihre Individualit,at verliercn, wenn ihre Wellenfunktionen uberlappen. Dann sind sie nicht als Einzelobjekte identifizierbar, sie sind nicht unterscheidbar.
Die beiden Elektronen im Grundzustand des Helium-Atoms bilden ein Paar, von
denen jedes zugleich das andere ist. Das ist ein Greuel fur den Metaphysiker, dem der
Grundsatz heilig ist : ,,Ein Ding kann nicht zugleich es selbst und ein anderes sein".
Doch allen Deutungen des Prinzips im Sinne eines Unvermogens des Experimentat'ors,
die beiden Elektronen zu unterscheiden, ist entgegenzuhalten : Das Prinzip der Nicht unterscheidbarkeit widerspiegelt einen objektiven Sachverhalt, der zugleich Grund fur
reale Wirkungen ist,, auf denen die gesamte Chemie basiert, angefangen vom einfachsten
Pall des Wasserstoff-Molekiils bis hin zii den koinpliziertesten Strukturen der organischen Chemie.
3. Zufall und Notwendigheit
Die durch unsere Lebenserfahrmng diktierte Xotwendigkeit,
das bloJ Miiglick u r n Realisierten 2u
unteiwheiden, wird durch die Quuntenmeclrsmik im vollen Sinne rehubilitiert. (Vladimir Fock 1968)
Die Quantentheorie in der alten wie in der ausgereiften Form bestand ihre crste
Bewahrungsprobe bei der Berechnung der Energien der stationaren Zustiinde. Doch
bald stellte sich die Frage nach dem Ablauf von Prozessen in der Mikrowelt, seien es
Quantenspriinge, d. h. diskontinuierliche nicht weiter als Bewegung in Raum und Zeit
analysierhare elementare Vorhange, sei es in der Form von StoBprozessen und Reaktionen, die vermittelst, der zeitabhiingigen Wellenfuiikt'ion beschrieben werden. Bekannb
lich fiihrte diese Fragestellung Max Born zur Interpretation der Wellenfunktion (bzw.
ihres Absolutquadrates) als Wahrscheinlichkeit fur den Aufenthaltsort des durch die
Wellenfunktion dargestelken Teilchens, die nur statistisch nachgewiesen werden kann.
Seitdeni werden meist statistische Gesetze, die nur fiir ein statistisches Ensemble gelten
sollen, dynamischen Gesetzen, die causal verlaufen, gegenubergestellt.
Wahrscheinlichkeit ist nach Aussage des Worterbuches fur Philosophie und Naturwissenschaften das ,,MaB der Moglichkeit, eines Ereignisses". In ~bereinstimmnngmit
der Int,erpretat)ion der Wellenfunktion dirrch Vladiniir Fock ist also der Begriff der
l) Mit dem Ausdruck ,,aufgehobcn" sol1 aiich die oft vertretene Auffassung vom .,KorpuskelWelle-Duelismus", nach der heidcn Begriffen gleicher Rtmg einzuraumen ist, a,bgelehnt werden.
Auch das quantenmechanische Teilchen besitzt typisrhe Teilcheneigenschaften, wie Ruhmasse,
elektrische Ladong und Spin. Die Wellenfunktion hingegen ist Trager der Moglichkeiten der Wechselwirkung des Teilchens mit anderen Objekten bzw. Feldern. Erst die Quantenfeldtheorie ale einheitliche Theorie der Elementarteilchen, und ihrer Wechselwirlrungen einschliel3lich ihrer Umwandlungen,
bringt die Begriffe Teilchen nnd Feld in einen engen Zusammenhang, der durch die Quantisierung der
kliissischen Felder entsteht, ohne den UnterRchied zwischen bniden Begriffen zu leugnen.
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,,Moglichkeit" als grundlegende Kategorie anzusehen, von der der Begriff der Wahrscheinlichkeit abgeleitet ist. Wie sollte man denn auch z. B. die Schrodinger-Gleichung
in die obige Zweiteilung von Gesetzen einordnen ?
Betrachten wir einen konkreten Fall. Denken wir z.B. an eine alpha-Reaktion am
BIO mit zwei offenen Kanalen
B10 (alpha, p )
B10
(alpha, n )
Cl3
N13.
Beide verlaufen uber ein angeregtes Niveau des Compound-Kerns N14, das zwei Moglichkeiten des Zerfalls besitzt. Eine der beiden Moglichkeiten wird in der Phase der
Wechselwirkung realisiert. Wenn die Reaktionsprodukte sich so weit voneinander entfernt haben, daB die Wellenfunktionen nicht mehr iiberlappen, sind die Reaktionsprodukte identifizierbar. Die gemeinsame Wellenfunktion enthiilt natiirlieh beide Moglichkeiten des Reaktionsergebnisses. Eine geeignete Beobachtung an einem der Reaktionsprodukte kann uns dariiber informieren, welche der beiden Moglichkeiten realisiert
wurde. Diese Information konnen wir nutzen, die Wellenfunktion zu reduzieren. Die
Reduktion der Wellenfunktion ist demnach nichts anderes als die Widerspiegelung des
in der Phase der Wechselwirkung erfolgten Prozesses der Verwsndlung einer zukunftigen
Moglichkeit in eine prasente Realitat.
Wenn es moglich ware vorherzusagen, welche der beiden Moglichkeiten realisiert
wird, so kame dies einer Leugnung des Zufalls gleich. Wir kamen zuriick zum absoluten
Determinismus der klassischen Mechanik im Widerspruch zu der Gesamtheit der Ergebnisse der von der Quantenmechanik beherrschten Gebiete der Physik. Es gibt nur eine
von logischen Widerspriichen freie Losung des Problems : die Existenz des Zufalls ist
objektiv. I n der Physik der Mikroteilchen nianifestieren sich Zufall und Notwendigkeit
in der dialektischen Einheit der Moglichkeit. Absolute Notwendigkeit beherrscht den
zeitlichen Verlauf der Wellenfunktion als Ausdruck der Gesaintheit der durch Anfangsbedingungen und die konkrete Situation gegebenen Moglichkeiten. Zufall manifestiert
sich in der Realisierung einer der moglichen Resultate.
Das hier gewiihlte Beispiel ist besonders einfach, weil eine ein-eindeutige Beziehung
zwischen den fur jedes Reaktionsprodukt einzeln ausgewiesenen Moglichkeiten existiert.
Wenn ein Produkt ein Neutron ist, so mu13 das andere N13 sein; ist eines ein Proton, so
ist das andere C13. Das begiinstigt eine semi-deterministische Vorstellung, wonach die
Auswahl aus den verschiedenen Moglichkeiten in der Phase der Wechselwirkung erfolgt ;
nachdem die Wiirfel fur einen Kana1 gefallen sind, ist der weitere Ablauf detenniniert.
Ein radikaler Bruch mit dem Prinzip ,,gleiche Ursachen - gleiche Folgen" liegt vor,
wenn die Auswahlmoglichkeiten fur die Endprodukte des Vorgangs nicht ein-eindeut ig
miteinander verbunden sind, sondern einer allgeineineren Form der Korrelation unterliegen. Das bekannteste Beispiel ist die Korrelation zwischen den Spins zweier Elektronen,
die aus dem Zerfall eines Zustands mit dem Gesamtspin Null hervorgegangen sind. Werden die Spins mit Apparaturen geinessen, die urn einen gewissen Winkel gegeneinander
gedreht sind, so ist die Korrelation zwischen den beiden MeBergebnissen durch eine von
diesem Winkel abhiingige Funktion gegeben. Gegen einen solchen Begriff der Korrelation straubt sich der Verstand, der an dem Prinzip ,,gleiche Ursachen - gleiche Folgen"
und seiner Umkehrung geschult ist. Bei ungleichen Folgen niu5 eine ungleiche Ursache
vorliegen und, wenn diese Ursache logischerweise in dem Geschehen nach der Trennung
der beiden Elektronen liegen muB, so ergibt sich ein Paradoxon.
Es wurde zu weit fuhren, auf die inimer wieder auflebende Diskussion zuin EinsteinPodolski-Rosen-Paradoxon einzugehen. Ein Hinweis nioge an dieser Stelle geniigen : Das
von E P R postulierte Realitiitskriterium inipliziert eine Verabsolutierung von Begriffen,
die aus der Erfahrung abstrahiert wurden und die Realitat, widerspiegeln. Eine Abhan-
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gigkeit dieser Widerspiegelung von den1 konkreten Zusammenhang, in den der betrachtete Teil der Realitat eingebettet ist, wird ignoriert. Das in der Mikrowelt gultige Tabu
gegen die bedenkenlose Nutzung der Begriffe ,,Ort" und ,,Impuls" ohne Beachtung der
konkreten Situation wird verletzt.
Wie stark das Diktum ,,gleiche Ursache - gleiche Folgen" wirksam ist, wurde auch
bei der Entdeckung des Neutrons demonstriert. Die zwei Moglichkeiten fur die oben angefiihrte alpha-Reaktion am BIO wurden von Chadwick ohne weiteres den beiden Isotopen BIO und BL1zugeordnet. Als Joliot Curie auf einem Solvay-KongreB seine ersten
Vorstellungen vortrug, dell beide Reaktionen uber den gleichen Compound-Kern N14
erfolgen, fand er nur bei Niels Bohr und Wolfgang Pauli Ermutigung, seine Forschungen
fortzusetzen, die ihn gemeinsam mit seiner Frau zur Entdeckung der kunstlichen Radioaktivitat fuhrten.
4. Zukunft und Vergangenheit
Der mit der Reduktion der Wellenfunktion verbundene Sachverhalt kann auch anhand der Begrqffr.
I'rognose und Tatsache erkiutert werden: Die aus der Beriicksichtigung neu hinzutretender Tatsachen
folgende A'nderung der Prognose geschieht sprunghaft und stellt Linen physikulischen Vorqung dar.
(Vlildimir Fock 1958)
Die Prognose des Ausgangs von Experimenten spielt eine zentrale Rolle in der philosophischen Diskussion des Wahrheitsgehaltes der Quantenphysik. Bedeutet die Tatsache, daB die Quantenmechanik verschiedene Moglichkeiten offen laat, daW sie unvollstandig ist und gar eine Begrenzung der Erkennbarkeit der Welt widerspiegelt oder
handelt es sich um einen objektiven Sachverhalt ? Dariiber stritten sich Werner Heisenberg und P. A. M. Dirac, die ihre entgegengesetzten Standpunkte als ,,Wahl vonseiten
des Beobachters" bzw. ,,Wahl vonseiten der Natur" gegeniiberstellten.
Wir geben Dirac recht. Die Kategorie der Moglichkeit besitzt objektiven Charakter.
Unsere Kenntnis der GesetzmiiBigkeiten der Natur muS diese Kategorie widerspiegeln.
Eine adaquate Theorie mu6 verschiedene Moglichkeiten fur das Resultat realer Prozesse
erlauben. Tut sie dies nicht, so ist unsere Kenntnis unzureichend. Eine Theorie, die Moglichkeiten nicht kennt, ist unvollstandig und setzt der Erkennbarkeit der Welt Urenzen.
Die Kategorie des Moglichen setzt einen markanten Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft. Wie ist dies mit der allgenieinen Ansicht vereinbar, daB die Quantentheorie invariant gegen die Zeitumkehr ist, daB sie den ,,Pfeil der Zeit" nicht kennt Z
Was ist dazu zu sagen ? 1. Die Theorie bewegt sich im Bereich des Moglichen und gibt
hieruber eindeutige Aussagen. Der Ubergang vom MEjglichen zum Realisierten liegt
auBerhalb ihrer Kompetenz. Implizit hat Werner Heisenberg diesen Tatbestand anerkannt, a18 er bei der Ableitung der Unbestiinmtheitsrelationen feststellte, daB diese nicht
fur die Vergangenheit gelten. Bei einem Streuexperiment z.B. konnen nach dem Aufblitzen auf dem Szintillahionsschirm Ort und Impuls des Teilchens mit beliebiger Genauigkeit festgestellt werden. Dies sei jedoch fur die Theorie irrelevant, da diese Information, welche die Unbestimmtheitsrelation verletzt, nicht als Ausgangspunkt fur Vorhersagen genutzt werden kann. 2. Jede quantentheoretische Berechnung eines Experimentes beniitigt die Pixierung des Ausgangszustandes und liefert Information uber die
moglichen Endzustande in der Form einer Uberlagerung von Quantenzustanden. AUS
dieser kann die statistische Verteilung abgeleitet werden, welche fur die jeweilige experimentelle Anordnung zutrifft. Wie man sich am Beispiel der auslaufenden Welle der
Streutheorie oder des radioaktiven Zerfalls leicht uberzeugt, erlaubt der mathematische
Formalismus eine zeitliche Umkehr des Vorgangs. Die so erhaltene Losung ist jedoch
im allgemeinen auf keine experimentelle Anordnung anwendbar, da ein Ersatz des
Ausgangszustandes durch den Endzustand experimentell unmoglich ist. Das Mogliche
und das Realisierte sind nicht vertauschbar.
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Die Unmoglichkeit der Zeitumkehr, die begrifflich aus der Kategorie der Moglichkeit
folgt, ist also eng verknupft niit der Uinsetzung der durch die Wellenfunktion reprasentierten streng determinierten Gesamtheit der Moglichkeiten in die Realitat einer statistischen Verteilung. Ein Ansatzpunkt fur einen Zusammenhang mit dem zweiten Hauptsatz
der Thermodynamik zeichnet sich hier ab.
5. Da8 Begriffssystem
Offenbar bleibt nichts ubrig als die allerdings sehr naheliegende radikale Annahme, dap die clementaren
Regrqfe der klassischen Physik in der Atomphysik nicht mehr ausreichen. (Max Plsnck 1935)
Die ifberlegungen der vorhergehenden Abschnitte demonstrieren, daR einc physikalische Theorie zwei wesentliche Elemente enthalt : einen rnathematisclien Formalismiis
und ein Begriffssystem. Die gef undenen quantitativen GesetzmaBigkeiten werden in1
mathematischen Apparat der Theorie fixiert. Der Zusammenhang mit der Realitat wird
durch das Begriffssystem hergestellt . Diese Tatsache wird oft iibersehen, da wir von
der klassischen Physik gewohnt sind, physikalische Begriffe und die von ihnen widergespiegelte Realitat zu identifizieren. Doch wer kann zwei nicht kommutierenden niathematischen Operatoren ansehen, daB sie die in der klassischen Physik Ort und Impuls
geriannten realen GroBen reprasentieren, und wie die Operatoren aus der Sprache der
Matheinatik in die Sprache der theoretischen Physik zu iibersetzen sind ?
Die Geschichte der Physik kennt viele Beispiele des Erkenntnisfortschritts, in denen
niathematische Formulierung und begriffliche Klarung eng miteinander verknupft war m . Fiir Max Planck begann nach eigenem Zeugnis der anstrengendste Teil seiner theoretischen Arbeit, n a c h d e m er die niatheinatische Formel fur die Hohlraurnstrahlung
gefunden hatte. Was bedeutete die eigenartige Konstante, die in dieser Formel auftritt 1
Ein viertel Jahrhundert verstrich biP zur vollen Beantwortung dieser Frage. Ein zweites
Beispiel : Wo ware die Quantenmechanik geblieben, wenn die Physiker sich mit dern
Etitzschen Kombinationsprinzip und der Balmerformel zufriedengegeben hatten ? Wie
lasscn sie sich in das Begriffssystem der Physik einordnen ? Erst nachdem Niels Bohr
vollig neuartige Begriffe einfiihrte, war der Weg zur mathematischen Formulierung - so
schwierig er auch noch war - gewiesen.
I m Systein der Spektrallinien und der chemischen Valenzen koniinen Strukturprineipien Zuni Vorschein, die offensichtlich im Rahmen der klassischen Begriffe von raumlicher Anordnung iind Bewegung nicht erfaBbar sind. Daher durfte es keine uberraschung sein, daW gerade die klassischen Begriffe, welche fur die Beschreibung raumlicher
Strukturen und Bewegungen erforderlich sind, in der Atomphysik versagen. Die Begriffe Ort und Impuls eines Teilchens miissen relativiert werden in dem Sinne, daB ihre
Anwendbarkeit prazisiert wird in Abhangigkeit von dem konkreten Zusammenhang, in
dem sie sich befinden. Die Operatoren, welche in der Quantenmechanik Ort und Impuls
reprasentieren, sind das geeignete Werkzeug, iim verniittelst ihrer physikalischen Interpretation diesein Sachverhalt Rechnung zu hagen.
Es sei betont : Es handelt sich darum, die Unzulanglichkeiten nicht lediglich einzelner klassischer Begriffe, sondern des gesaiiiten klassischen Begriffssystems bei der
Anwendung auf die Mikrowelt zu beseitigen durch eine situationsabhangige Modifizierung. Da im Experiment die jeweilige Situation voni Beobachter gestaltet wird, werden
posit ivistische Auslegungen begunstigt in dem Sinne, daB die gefundenen GesetzmaBigkeiten VOM Beobachter beeinfluBt sind, und ihr Wahrscheinlichkeitscharakter durch die
Wechselwirkung von Subjekt und Objekt bedingt ist. Diesem Standpunkt konnen wir
das Wahrheitskriterium von Friedrich Engels entgegenhalten : Die Bewahrung in der
gesellschaftlichen Praxis, d. h. ,,im Experiment und in der Industrie". Die GesetzinLBig-
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keiten der Mikrophysik bewiihren sich ohne Mitwirkung eines Beobachters in1 Kernkraftwerk, im Transistor, im Laser und vielen anderen nutzlichen Anwendungen - sie
sind unabhangig von eineni Beobachter.
Wir ziehen die SchluBfolgerung: Die Quantentheorie bildet in der Einheit von mathematischeni Formalismus und physikalischem Begriffssystem eine rationelle, widerspruchsfreie und vollstandige Widerspiegelung der physikalischen Vorgiinge im atomaren
Bereich.
6. Die Physik und das Leben
Genugen die Gesetze der Chemie und Physik, urn alle biologischen Erscheinungen z u erkluren ? Die
Antwort muJ3 in einem Sinne j a , im anderen nein lauten. J n insofern, aEs alle biologischen Erscheinungen
innerhalb des Rahmens der Mtiglichkeiten liegen, welcher durch jene Wissenschaften gegeben ist. Nein
insofern, als innerhalb dieses Rahmens durch biologische Tatsachen sicherlich eine groJere Mannigfaltigkeit gegeben wird, als durch Physik und Chentie erschopjend darstdlbar sein k8nde. (Wilhelm O s t w l d ,
1903)
Der Begriff des Moglichen wird unentbehrlich, wenn wir Obergange von niederen zii
hoheren Bewegungsformen der Materie betrachten, die nieht, wie im Falle der Cheniie,
durch Reduktion erklarbar sind. Die in der Einleitung beriihrte Kluft zwischen der t,oten
und der lebenden Materie, die im Rahnien des klassischen deterministischen Weltbildes
unuberbruckbar ist, demonst'riert, da8 die Physik die Tur offen lassen mu8 fur die schier
endlose Vielfalt der Entfaltungsmoglichkeiten biologischer Wesen, welche die Evolution
hervorgebracht hat und die mit der Herausbildung der menschlichen Gesellschaft am Beginn einer neuartigen Bewegungsform der Materie steht.
Eigenartigerweise, doch im Sinne der Dialektik verstandlich, ist diese Unerschopflichkeit der Natur verbunden mit einer Einschrankung der im Rahmen der vorhergehenden Bewegungsform der Materie gegebenen Moglichkeiten. Diese Tatsache hat schon
Wilhelm Ostwald angedeutet niit seinem Pyramidenschema der Wissenschaften. Das
I'rinzip der Einschrankung der physikalisch-chemischen Moglichkeiten wurde von
Alexander Oparin (1963) klar formuliert : ,,Die Wege dieser weiteren Entwicklung des
Lehens konnen schon nicht niehr allein auf der Grundlage physikalischer und chemischer Gesetzmafiigkeiten verstanden werden, weil auf den1 weiten von diesen Gesetzniafiigkeiten eroffneten Feld der Moglichkeiten das Leben nur eine ganz bestimmte
Richtung einschlagt,, die von irgend einer spezifischen, historisch entstandenen Notwendigkeit diktiert wird."
Zur SchluWfolgerung, daB der quantenniechanische Begriff der Moglichkeit den
Schliissel zur Losung des Problems enthalt, die ich 1965 als Hypothese auf dein Philosophischen Kongress vort,rug, gelangte ich, ausgchend von den1 offensichtlichen Tathestand, da13 bei der Ontogenese eines Lebewesens aus der immensen Vielfalt von
cliiantenmechanisch moglichen Konfigurationen, die aus den1 Ausgangszustand ent stehen konnen, nur eine kleine Auswahl Zuni lebenden Geschopf fuhrt. Diese Auswahl
deut,et auf die Existenz zusatzlicher spezifisch biologischer GesetzmaRigkeiten hin, welche den Prozess auf lebensfahige Strukturen orientiert. Strukturen und Gesetze des
Lebens sind nur zii verst,ehen, wenn man voraussetzt, da13 sie in einer genieinsamen
Entwicklung entstanden sind. Die inzwisahen entwickelten niodernen Theorien der
Selbstorganisation der Materie bestatigen diese Oedankengange.
Biologische Prozesse sind gekennzeichnet durch eine wesentlich schkfere Determinierung im Vergleich zur physikalischen Wirklichkcit . Doch die drastische Einschrankung der physikalisch-cheniischen Moglichkeiten eroffnet den Reichtum und die immense Vielfalt der Mogliehkeiten im Bereich der Lebewesen. Dies ist ein beeindruckender
Nachweis der Einheit der Materie und ihrer Unerschopf1,ichkeit zugleich.
411;
Ann. Physik Leipzig 42 (1985) 4-6
Literaturverzeichnis
[l] EINSTEIN,
A. : Zitiert von A. SOMMERFELD
in: Albert Einstein: Philosopher-Scientist, Library of
living philosophers 1949.
[ 2 ] BORN,
M. : Physik im Wandel meiner Zeit. 1957, S. 47.
131 PLANCK,
M.: Die Physik im Kampf urn die Weltanschauung. 1935, S. 28.
[4] FOCK,
V.: gber die Deutung der Quantenmechanik. In: Mns Planck Festschrift 1958, S. 190.
[a] FOCK,
V.: loc. cit. S. 194.
[6] PLANCK,
$1.: loc. cit. S. 23.
[7] OSTWALD,W. : Rede zur Einweihung des biologischen LTboratoriums der Universitit Berkeley
1903. Abgedruckt in: Ostwalds Klassiker Nr. 257, 1978, S. 21.
[8] OPARIN,A.: Das Ihben. Itussische Originalausgabe 1960. Deutsche tfbersetzung 1963, S. 178.
[9] FUCHS,
K. : Deutsche Zeitschrift fur Philosophie. Sonderheft mit den Materialien des Philosophischen Kongresses 1965, S. 66.
Bei der Redaktion eingegangen a m 7. Februar 1985.
Anschr. d. Verf.: Prof. Dr. KLAUSFUCHS
Akadeniie der Wissenschaften der DDR
DDR-8027 Dresden, Helmholtz-Str. 20
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