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Erschienen in:

2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

6. Interpretation I

verfasst von : Marcus Elstner

Erschienen in: Physikalische Chemie II: Quantenmechanik und Spektroskopie

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Eine Interpretation scheint zunächst eine ganz einfache Sache zu sein, es ist die Deutung des Formalismus der Quantenmechanik. Wovon handelt dieser? Die Quantenmechanik ist offensichtlich eine Beschreibung des Mikrokosmos, wie also sieht dieser aus? Was beispielsweise passiert beim Photoeffekt, was beim Compton-Stoß, was genau machen die Elektronen in Atomen? Wenn sie nicht um ihre Kerne kreisen, wie im Bohr’schen Atommodell, was dann?

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Nächstes Kapitel Kastenpotenziale

N. D. Mermin, Physics Today 57, 5, 10 (2004).

Das Problem kann wie folgt beschrieben werden: Wenn Interpretationsfragen nicht angesprochen und möglicherweise konsistent ausgebreitet werden, bilden sich die Lernenden ihre eigenen Konzepte [4], was zu vielfältigen Fehlkonzeptionen führen kann [64, 69], und ein tieferes Verständnis erschwert.

In Bd. 1 haben wir nun den statischen Fall, d. h. die Situation im thermischen Gleichgewicht besprochen, daher die Zeitabhängigkeit nicht betrachtet.

Dies ist analog zur Diffusionsgleichung, die die Ausbreitung der Konzentration beschreibt: Aussagen über Teilchen erhält man wieder nur über Wahrscheinlichkeitsaussagen, was wieder auf unser Wissen über die Teilchen verweist (Abschn. 5.2.2).

Sie geben an, wie viel Arbeit ein System leisten kann, oder wie irreversibel ein Prozess ist. Man kann sie also als Begriffe wie Länge verstehen, sie machen die Vorgänge messbar, verweisen also auf nichts in der Welt, sondern erlauben, Vorgänge quantitativ zu beschreiben. Wichtig ist aber die immense Bedeutung, die diese Begriffe bei der Ordnung von Phänomenbereichen haben. Mit der Entropie etwa bekommt man die verschiedensten Phänomene, wie etwa Wärmeleitung, Stromfluss oder Teilchendiffusion, unter einen Hut, für die Energie gilt Analoges.

Hier gibt es zahlreiche Beiträge, siehe z. B. [36].

Siehe etwa [38, Abschn. 8.7], [70, Kap. 6] und [47].

Als eine erste Einführung und Übersicht über die Literatur, siehe z. B. [11].

Phys. Rev. 47 (1935) 777.

Dies ist natürlich kein logischer Schluss, sondern eine starke Annahme. Es gibt viele Versuche, diese zu verteidigen, etwa mit dem sogenannten miracle argument: Wie sonst, als dass die Natur so ist, wie die Mathematik sie beschreibt, kann man verstehen, dass die Theorie so erfolgreich ist: The positive argument for realism is that it is the only philosophy that doesn’t make the success of science a miracle [57]. Aber das ist natürlich schwierig, Theorien können sich ändern, wann ist man bereit, theoretischen Begriffen eine Realität zuzubilligen? Gravitationspotenziale sind hier vielleicht ein gutes Beispiel. Oder die Bohr’schen Umlaufbahnen in Atomen, denn auch diese erlauben erfolgreiche Vorhersagen, wenn auch mit Einschränkung. Das Realitätskriterium löst natürlich nichts in der Diskussion um den Realismus, es setzt einfach eine Marke, von der aus wir das diskutieren können, was in der Quantenmechanik neu gegenüber den klassischen Theorien hinzukommt.

Im Prinzip muss man auch die Schwärzungen am Schirm als Messungen auffassen, denken Sie sich am Schirm einfach eine Reihe von Messgeräten, jeder Einschlag ist eine Messung des Ortes.

Der Antirealismus speist sich heute auch aus den EPR-Experimenten, siehe Kap. 29.

Beispiel: Wenn es regnet, wird die Straße nass. Der Umkehrschluss Wenn die Straße nicht nass ist, regnet es nicht, ist logisch zulässig, nicht aber wenn es nicht geregnet hat, kann die Straße nicht nass sein, denn möglicherweise wars die Straßenreinigung. Das Realitätskriterium schließt von der Berechenbarkeit auf die Realität, aber wir sind nicht (logisch) gezwungen, die Nicht-Realität der Eigenschaft anzunehmen, nur weil wir sie nicht ausrechnen können.

Oft wird der Antirealismus mit der sogenannten Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik assoziiert. Es wurde jedoch verschiedentlich hervorgehoben, dass es die eine Kopenhagener Deutung nicht gibt, es gibt so viele Varianten, wie es Vertreter gibt. So bemerkt zu diesem Punkt W. Heisenberg (Die Einheit der Natur. 1971): Die Kopenhagener Deutung wird oft, sowohl von einigen ihrer Anhänger wie von einigen ihrer Gegner, dahingehend missdeutet, als behaupte sie, was nicht beobachtet werden kann, das existiere nicht. Diese Darstellung ist logisch ungenau. Die Kopenhagener Auffassung verwendet nur die schwächere Aussage: ‚Was beobachtet worden ist, existiert gewiss; bezüglich dessen, was nicht beobachtet worden ist, haben wir jedoch die Freiheit, Annahmen über dessen Existenz oder Nichtexistenz einzuführen‘. Von dieser Freiheit macht sie dann denjenigen Gebrauch, der nötig ist, um Paradoxien zu vermeiden.

Oder betrachten Sie den Stern-Gerlach Versuch in Kap. 21, das ist auch ein Strahlteiler.

Wobei, wenn wir von verkürzen und verzerren reden impliziert das, dass wir eine richtige Vorstellung davon haben, und nicht immer nur eine Modellvorstellung. Wir werden darauf in Kap. 35 zurückkommen.

Der in der Wissenschaftsgeschichte öfter zum Einsatz kam. Das Problem ist die Feststellung von sogenannten Dispositionen: Tendenzen, die den Objekten innewohnen, sich in dieser speziellen Weise verhalten zu können. So haben manche Körper die Disposition, sich bei Erwärmung auszudehnen, oder in Flüssigkeit aufzulösen. Aber die Lage ist nicht immer so eindeutig: Eine Disposition ist eine einem Körper innewohnende Möglichkeit, situationsabhängig bestimmten Reaktionen zu zeigen. So hatten in der vor-Newton’schen Physik die Planeten die Disposition, sich kreisförmig um die Sonne zu bewegen. Es braucht dafür keine Anziehungskraft, sondern das liegt in dem Wesen der Planeten selbst begründet. Heute sehen wir das anders. Es gibt also Situationen, in denen die Rede von Disposition zu gehaltvollen Erklärungen zu führen scheint, in anderen Fällen könnte die Rede von Disposition aber gerade den wichtigen Sachverhalt verschleiern, oder eine Scheinerklärung erzeugen.

Und aus einem Teilchen könnte man nie die Wellenfunktion rekonstruieren: die Abstände zwischen den Maxima ergeben sich aus dem Impuls der Elektronen, und diesen Abstand erhält man erst wenn N Teilchen die Apparatur durchlaufen haben! Siehe auch Beispiel 5.7: Die Wellenfunktion ist eine Wahrscheinlichkeitsamplitude, und einem Teilchen ‚sieht‘ man Wahrscheinlichkeiten nicht an.

Siehe auch [42].

Und den Autor dieses Buches auch nicht, sonst würden Sie hier etwas mehr darüber lesen. Aber machen Sie sich selber ein Bild.

Zumindest die Welt, in der Chemiker leben; bei Elementarteilchentheoretikern mag das anders sein!

Eine alternative epistemische Interpretation ist der Qbism [25].

Siehe auch ‚Guest Post: David Wallace on the Physicality of the Quantum State‘ in www.discovermagazine.com, 18.11.2011.

Wir haben in Abschn. 1.1 schon am Beispiel der Newton’schen Mechanik gesehen, welche Fragen bei der Definition der physikalischen Grundbegriffe auftreten und wie schwer es scheint, den Status der Axiome zu fassen; sind es Gesetze, Definitionen oder sogar Konventionen? In der Literatur zur Wissenschaftstheorie findet man alle Positionen vertreten. Klar scheint aber zu sein: Eine grundlegende Theorie muss zugleich die Grundlagen der Beschreibung festlegen, also auch die Beschreibung der Phänomene selbst vornehmen. Inwieweit dies rein empirisch und zirkelfrei möglich ist, scheint hier die Frage zu sein. Und natürlich können wir das hier nicht lösen, wir können aber sehen, wie die Grundlagen geschaffen werden, und was und wie erklärt wird.

Galilei, zitiert nach M. Jammer [33] S. 94.

Dies ist ein Beispiel aus [10] Kap. 1.

a. a. O., Kap. 25, S. 243.

Siehe ‚Münchhausen Trilemma‘.

Die Vollständigkeit wurde u. a. schon von Einstein und Kollegen in Frage gestellt, siehe hierzu Kap. 29.

In der Wissenschaftsphilosophie wurden einige Theorien zu wissenschaftlichen Erklärungen entwickelt, das hier vorgestellte ‚Vereinheitlichungsmodell‘ (M. Friedman, P. Kitcher) ist nur eines davon, aber für unsere Überlegungen an dieser Stelle relevant.

W. Heisenberg, Physics and Philosophy, Kap. 3, Penguin Books 1958.

Titel: Interpretation I
verfasst von: Marcus Elstner
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Physikalische Chemie II: Quantenmechanik und Spektroskopie
Print ISBN: 978-3-662-61461-7

Electronic ISBN: 978-3-662-61462-4

Copyright-Jahr: 2021
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-61462-4_6

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