Photogalerie „Die Essenz der Dinge“

Als Erster stellte Max Planck im Jahr 1900 zur Erklärung des Strahlungsspektrums eines idealen schwarzen Körpers die Hypothese auf, dass die elektromagnetische Strahlung Energie nur in Portionen aufnehmen und abnehmen kann. 1905 ging Albert Einstein noch einen Schritt weiter, als er bei der Erklärung des Photoeffekts behauptete, dass Licht sogar aus Lichtpaketen, den Photonen, besteht. – Ein kleines Sakrileg, denn James Clerk Maxwells damals vorherrschender Theorie zufolge stellte man sich Licht als Welle vor, die sich in einem ätherähnlichen Feld ausbreitet.
Das sprunghafte Verhalten der Quantisierung ist der Kern der Quantentheorie. So kann ein Elektron, das sich um einen Atomkern bewegt, nicht beliebige Energieniveaus besitzen und muss daher springen, um von einem Energiezustand zu einen anderen zu gelangen. Deshalb kann sich beispielsweise die Energie eines elektromagnetischen Feldes nicht um beliebige Werte ändern. Statt dessen kann sie nur in kleinen Portionen, eben den Photonen, aufgenommen und abgegeben werden.
Im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts legten Forscher wie Niels Bohr, Paul Dirac, Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger die mathematischen Fundamente der Quantentheorie. Heisenbergs 1925 vorgestellte Matrizenmechanik und Borns 1926 eingeführte Wellenmechanik erhoben den Anspruch, die Zustände von Quantenobjekten, wie z.B. den Elektronen in einem Atom, exakt zu ermitteln. 1927 erwies sich, daß beide Modelle aufgrund identischer Voraussage das gemeinsame Ziel, das Strahlungsspektrum des Wasserstoffatoms zu modellieren, erfüllten.
Allerdings fegen ihre Ergebnisse die Grundlagen des mechanistischen Weltbildes hinweg. Sie hoben zwar den lange bestehenden Dualismus zwischen Teilchen- und Wellennatur der Materie auf, mussten dafür aber die Vorstellungen einer determinierten und damit berechenbaren Welt und der real existierenden Materie aufgeben!
Auf der Ebene der atomaren Bestandteile existiert die Materie nicht an definitiv zu bestimmenden Orten und auch atomare Prozesse laufen nicht zu fest bestimmbaren Zeiten und auf exakt definierte Weisen ab. Statt dessen bekommen wir auf beide Fragen nur Wahrscheinlichkeitswerte als Antworten. Damit könnte ein Elektron dann z.B. zu 80 % am Nordpol und zu 20 % am Südpol gefunden werden und die Chance, daß sich ein Quantensprung auf eine niedrigere Bahn ereignet, könnte bei 50 % zu 50 % liegen.
Die mathematischen Größen dieser Wahrscheinlichkeitswerte weisen die Form von Wellen auf und deshalb können Partikel gleichzeitig auch Wellen sein. Allerdings dürfen wir sie uns nicht wie echte dreidimensionale Wasserwellen oder Schallwellen vorstellen. Diese Wahrscheinlichkeitswellen sind nur abstrakte mathematische Größen, die die Eigenschaften von Wellen besitzen, und uns Antwort darauf geben, mit welcher Wahrscheinlichkeit wir ein Teilchen zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort vorfinden. Erst wenn wir von der Berechnung zur messtechnischen Bestimmung schreiten, bricht die Wahrscheinlichkeitswelle, die alle denkbaren Zustände enthält, zusammen und wir erfahren etwas über den tatsächlichen Zustand des Quantenobjekts. Ohne unser direktes Hinschauen manifestiert sich ein Quantenobjekt also nicht wirklich. Es hat keine Bedeutung als wie auch immer geartetes Gebilde. Vielmehr kann es nur über die Wechselwirkung zwischen ihm selbst und uns als Beobachter verstanden werden. – Descartes´ Trennung in das Ich und den Rest der Welt ist also nicht mehr haltbar. Damit hat die Physik den Begriff des festen Körpers, so, wie wir ihn kennen, aufgelöst, und zeigt uns an dieser Stelle zum ersten Mal, daß alle Dinge eins sind.