Quantenphysik und Relativitätstheorie

In diesem Artikel möchte ich Ihnen gerne eine kurze und möglichst neutrale Einführung in das spannende Thema der Quantenphysik und Relativitätstheorie geben. Wenn Sie sich wie ich mit dem Thema Geistheilung beschäftigen, finden Sie in sehr vielen Büchern Verweise auf die Quantenphysik als Beweis. Um eine klare Vorstellung von diesem komplexen Thema zu bekommen habe ich mich intensiv damit beschäftigt - die Resultate finden Sie in diesem Artikel wieder.

Zielsetzung dieses Artikels

Leider werden in manchen Büchern Aussagen getroffen, die nicht klar zwischen Theorie und tatsächlich rein wissenschaftlich bewiesenen Tatsachen trennen. Das möchte ich hier gerne anders machen.

Außerdem möchte ich Sie gerne zum Nachdenken anregen und dazu ermutigen sich eine eigene Meinung zu bilden - nicht eine vorgefasste Meinung bzw. Interpretation blind zu übernehmen. Weder meine, noch die von jemand anderen. Nehmen Sie Ihre.

Um Ihnen diesen Prozess zu erleichtern verlinke ich auf einige, meiner Meinung nach seriöse, Videos und Literatur zu diesem Thema.

Vortrag über Quantenphysik und Relativitätstheorie

Ich habe zu diesem Thema einen Vortrag in Weiden gehalten und möchte gerne diesen Artikel daran anlehnen. Ich stelle meine Vortragsunterlagen hier bereit und erkläre diese dann in Fließtext. Allerdings werde ich nicht alles genau erklären können, denn das würde den Rahmen dieses Artikels sprengen.

Die Darstellung basiert auf der Arbeit von Vera F. Birkenbihl und nennt sich KAWA (diese Technik ist allerdings nicht Gegenstand dieses Artikels).

Geschichtliche Entwicklung

Beginnen möchte ich gerne mit der geschichtlichen Entwicklung und den Anfängen der Quantenphysik. So zeichnet sich ein gutes Bild und schafft eine fundierte Basis. Es werden nicht alle Entdeckungen aufgezeigt, sondern nur die aus meiner Sicht am interessantesten.

Thomas Young: Doppelspaltexperiment

Den Anfang hat bereits im Jahre 1802 Thomas Young mit dem berühmten Doppelspaltexperiment gemacht. Dabei hat er den sogenannten Welle-Teilchen-Dualismus bewiesen. Dieser besagt, dass sich Lichtteilchen (sogenannte Photonen) sowohl als Teilchen wie auch als Wellen verhalten können - etwas was eigentlich unmöglich scheint. Noch verblüffender ist allerdings die Erkenntnis, dass der Vorgang der Messung bzw. Beobachtung an sich bereits den Ausgang des Experiments verändert.

Später wurde dieser Versuch von verschiedenen Forschern wiederholt und er hat nicht nur für Licht sondern auch für andere Teilchen wie Elektronen, Neutronen und Atome Gültigkeit.

Den genauen Ablauf können Sie hier nachlesen: https://de.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment

Das Plancksche Wirkungsquantum

Im Jahr 1900 brachte Max Planck mit dem sogenannten Planckschen Wirkungsquantum den Stein der Quantenphysik ins Rollen. Später bekam er dafür sogar den Nobelpreis.

Er hatte entdeckt, dass Energie von einem Körper nicht, wie bisher immer angenommen, kontinuierlich sondern in Sprüngen abgegeben wird - quasi in einzelnen Paketen, den sogenannten Quanten. Durch diese Erkenntnis wurde der bisherigen Vorstellung vom Aufbau unserer Welt der Boden unter den Füßen weggezogen.

Albert Einstein: Relativitätstheorie

Nur 5 Jahre später, nämlich 1905, veröffentlicht Albert Einstein die spezielle Relativitätstheorie. Diese bringt zwei eigentlich bisher getrennt voneinander existierende Dinge zusammen - sie verschmilzt den 3 dimensionalen Raum mit der Zeit zur sogenannten Raumzeit. Sie besagt auch, dass je schneller sich ein Objekt bewegt, desto langsamer vergeht die Zeit - fahren wir also in einem ICE vergeht die Zeit langsamer als würden wir still stehen.

Von Einstein stammt auch die extrem berühmte Formel: E = mc²

11 Jahre später veröffentlicht er seine zweite große Arbeit, die allgemeine Relativitätstheorie, die auch die Gravitation noch mit aufnimmt und deren Einfluss auf die Zeit erklärt. Demnach vergeht die Zeit z.B. auf einem Berg langsamer als im Tal - die Unterschiede sind so gering, dass Sie uns nicht auffallen, aber dennoch vorhanden. Extremer wären diese Unterschiede in der Nähe eines schwarzen Loches.

Diese beiden Darstellungen der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie sind extrem vereinfacht und vielleicht aus Sicht eines Physikers auch unvollständig. Es soll jedoch nur als kleine Illustration dienen und ich habe mich der für mich interessantesten Aussagen daraus bedient. Es gibt ganze Werke nur über diese Theorie(n) - von daher sehen Sie es mir nach, dass ich nicht alles in 2 Sätzen beschreiben kann. Bei Interesse sind Sie gerne eingeladen sich mehr darüber zu informieren.

Atom ist zu über 99,9999 Prozent leer

Betrachtet man das Bohrsche Atommodell, dass wir alle in der Schule noch gelernt haben, wissen wir, dass es einen Atomkern gibt, der aus Protonen und Neutronen besteht. Darum kreisen in wohl definierten Bahnen die Elektronen.

Außerdem wissen wir, dass z.B. der Stuhl oder die Bank auf der Sie gerade sitzen, aus einer Unmenge von diesen Atomen besteht und so feste Materie bildet. Was jedoch fast unglaublich scheint, ist dass über 99,9999 Prozent des Atoms einfach nur leerer Zwischenraum bzw. Vakuum ist. Die übrigen 0,00001 Prozent bilden dann die eigentliche Masse.

Diese Entdeckung stammt unter anderem von Ernest Rutherford aus dem Jahre 1911

Werner Heisenberg: Unschärferelation

Von der klassischen Physik und auch in unserem Alltag sind wir es gewohnt die Eigenschaften eines Objektes zu jeder Zeit immer genau bestimmen zu können. Als Beispiel soll ein Ball dienen der auf einer schiefen Ebene hinunter rollt. Hier können wir zu jeder Zeit exakt den Ort bestimmen, an dem sich der Ball gerade befindet und auch die Geschwindigkeit mit der er sich bewegt.

Im Jahr 1927 hat Werner Heisenberg mit seiner berühmt gewordenen Unschärferelation gezeigt, dass das auf Quantenebene nicht der Fall ist. Wenn wir von einem Teilchen den exakten Aufenthaltsort bestimmen, kennen wir dafür nicht seine genaue Geschwindigkeit und den Spin sondern nur eine Annäherung. Messen wir die Geschwindigkeit wissen wir nicht exakt wo es ist.

Aktueller wissenschaftlicher Stand

Die grundlegenden Erkenntnisse der Quantenphysik und Relativitätstheorie sind jetzt bereits seit mehr als 100 Jahren bekannt. Es wurde und wird nach wie vor viel geforscht. Bis heute ist kein Experiment bekannt, dass die Erkenntnisse der Relativitätstheorie bzw. der Quantenphysik widerlegt.

Jeder von uns nutzt tagtäglich Geräte, die nur durch die Kenntnis dieser Tatsachen entwickelt werden konnten - dazu zählen z.B. Computer oder GPS.

Im Juli 2012 gelang der medienwirksame Nachweis des Higgs-Boson Teilchens am CERN, dass auch eine Zeit lang als Gottesteilchen gehandelt wurde. 2015 gelang es Forschern erstmals Gravitationswellen zu messen, wie sie ein Postulat der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt hatte.

Ein Grundproblem existiert allerdings auch heute noch: die Widersprüche der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik in Grenzbereichen (z.B. bei einem schwarzen Loch). Beide Theorien sind für sich richtig und wurden niemals widerlegt - allerdings widersprechen Sie sich in Grenzbereichen und können rein logisch eigentlich nicht beide richtig sein.

Stringtheorie und Schleifenquantengravitation

Dieses Dilemma zu lösen beschäftigt viele Physiker der heutigen Zeit. Es gibt mehrere Theorien, die zum Ziel haben die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik zu vereinheitlichen. Die bekanntesten sind die sogenannte String-Theorie und die aktuell hoch gehandelte Schleifenquantengravitation oder auch Loop-Theorie.

Welche sich als richtig erweist oder am Ende durchsetzt wird sich zeigen.

Kopenhagener Deutung und Viele-Welten-Theorie

Die Kopenhagener Deutung und die Viele-Welten-Theorie sind beides Versuche zu erklären, welche Auswirkungen die Erkenntnisse der Quantenphysik auf die makroskopische Welt haben.

Besonders das Gedankenexperiment namens Schrödingers Katze, dass die Kopenhagener Deutung veranschaulichen soll, hat es zu großer Berühmtheit geschafft. Demnach kann der Zustand einer quantenphysikalischen Superposition geschaffen werden, in der die Katze gleichzeitig lebendig und tot ist - erst durch das Nachsehen, was passiert ist, wird eine der beiden Möglichkeiten real.

Ziemlich bekannt ist auch die sogenannte Viele-Welten-Theorie. Diese besagt, dass zum Zeitpunkt einer Messung, sich das Universum in zwei Teile aufsplittet, in der jeweils eine Möglichkeit existiert. Somit gäbe es quasi unendlich viele Parallel-Universen in denen alle nur denkbaren Möglichkeiten gleichzeitig existieren.

Videos

Auf Youtube finden sich zum Thema Quantenphysik eine ganze Menge an guten Videos. Hier ein paar Namen, nach denen Sie auf Youtube suchen können und die ich persönlich gut finde: Anton Zeilinger, Hans-Peter Dürr, Ulrich Warnke

Einen Vortrag von Vera F. Birkenbihl finde ich allerdings so wichtig und sehenswert, dass ich Ihn hier gerne direkt verlinken möchte.

Literatur

Hier möchte ich Ihnen drei Bücher vorstellen, die ich sehr inspirierend fand. Diese stellen allerdings nur einen sehr kleinen Auszug an Büchern zu diesem Thema dar. Die Bücher von Carlo Rovelli gehen beide deutlich mehr ins Detail als es dieser kurze Artikel vermag. Das Buch von Ulrich Warnke betrachtet das Thema aus einem anderen Blickwinkel, den ich ebenfalls sehr spannend finde.

warnke_quantenphilosophie_interwelt
rovelli_wirklichkeit_nicht_wie_scheint
rovelli_7_kurze_lektionen_physik

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Persönliches Fazit

Die Quantenphysik bzw. Relativitätstheorie ist ein extrem komplexes Thema - allerdings finde ich ist es lohnenswert sich damit zu beschäftigen. Für mich ist dieses Thema allerdings nur ein Vorbote für die eigentlich interessante Frage: Was genau ist Realität?

Wir verwenden den Begriff "realistisch" zwar sehr häufig in unserem alltäglichen Sprachgebrauch. Dennoch setzen sich nur wenige mit der Frage auseinander was genau eigentlich Realität ist. Meist ist mit "unrealistisch" gemeint, dass sich der Betroffene das Ganze nicht für sich vorstellen kann - dies muss jedoch nicht für andere auch gelten!

Um eine umfassende und wirklich befriedigende Antwort auf diese Frage zu finden, reicht die Quantenphysik meiner Meinung nach (aktuell noch) nicht aus. Daher beschäftige ich mich auch mit anderen Disziplinen, die weitere Puzzlestücke liefern und so ein größeres Bild und Verständnis ermöglichen.

Die aus meiner Sicht wichtigste Erkenntnis der wissenschafltichen Forschung auf diesem Gebiet ist die Erkenntnis, dass es (zumindest auf Quantenlevel) so etwas wie echte Objektivität nicht länger gibt. Die Beobachtung bzw. Messung beeinflusst den Ausgang des Experiments.