Den Physik-Nobelpreis 2012 verdienten sich zwei "Quantendompteure": Der Amerikaner David Wineland und der Franzose Serge Haroche drangen mit raffinierten Experimenten in den Grenzbereich zwischen klassischer Physik und Quantenmechanik vor (Spektrum der Wissenschaft 12/2012, S. 22). Insbesondere Haroche untersuchte quasi in Zeitlupe das Phänomen der so genannten Dekohärenz – den Übergang einer quantenmechanischen Zustandsüberlagerung in einen eindeutigen, "klassischen" Zustand.

Damit realisierte er ein berühmtes Gedankenexperiment des österreichischen Physikers Erwin Schrödinger (1887 – 1961). An die Stelle der sprichwörtlich gewordenen Katze, die quantenmechanisch bedingt in einem Schwebezustand zwischen Leben und Tod verharrt, solange sie in einem Kasten von der Umwelt isoliert bleibt, trat bei Haroche ein einzelnes Atom. Dieses "Schrödinger-Kätzchen" verlor binnen weniger zehntausendstel Sekunden seinen mehrdeutigen Energiezustand, wenn es mit einigen Photonen wechselwirkte; diese repräsentierten den Einfluss der Umwelt und sorgten dafür, dass das Atom sich für einen bestimmten Zustand entschied.

Solche experimentellen Meisterstücke – zu Zeiten Schrödingers nur in Gedanken ausführbar – sind zunächst pure Grundlagenphysik. Doch sie haben naturphilosophische Konsequenzen. Vielleicht läuten sie sogar einen regelrechten Paradigmenwechsel in der Interpretation der Quantenmechanik ein.

Die noch immer herrschende Kopenhagener Deutung der Quantenphysik, die unter anderem von dem dänischen Physiker Niels Bohr (1885 – 1962) stammt, versteht den Übergang von mehrdeutigen Quanten- zu eindeutigen klassischen Zuständen als "Kollaps der Wellenfunktion" beim Messvorgang. Die Wellenfunktion, die den multiplen Quantenzustand repräsentiert, reduziert sich unter dem Einfluss des Messgeräts irgendwie zu dem, was als eindeutiges Ergebnis gemessen wird.

Die Kopenhagener Deutung ist darum eigentlich eine "Zweiweltentheorie": Die Quantenwelt existiert separat von unserer klassischen Alltagswelt. Der Messapparat, der ganz und gar zur klassischen Welt gehört, zwingt die vieldeutige Quantendomäne gewissermaßen, Farbe zu bekennen und eindeutig Stellung zu beziehen. Erst in dem Moment, in dem wir in Schrödingers Gedankenexperiment den Käfig der armen Katze öffnen, wird sie entweder lebendig oder tot.

Diese Deutung passte Physikern wie Schrödinger und Einstein überhaupt nicht, denn sie macht die Realität – den Zustand der Katze – davon abhängig, ob und wie sie beobachtet wird. Damit schleicht sich in die Physik ein subjektives Moment ein: Der Messvorgang gewinnt eine spezielle Bedeutung gegenüber allen anderen Wechselwirkungen. Erst das Hantieren des Beobachters mit klassischem Laborgerät entlockt der unbestimmten Quantenwelt reelle Daten und Fakten.

Schrödinger und Einstein hielten darum die Quantenmechanik für eine vorläufige, unvollständige Theorie. Dahinter müsse sich eine klassische Ebene verbergen, in der dem Messprozess keine besondere Bedeutung zukomme. Zumindest die erstere Hoffnung hat sich als falsch erwiesen: Die Quanten erlauben keine Rückkehr zur klassischen Physik. Aber heißt das zugleich, man müsse sich mit der Kopenhagener Zweiweltentheorie und der besonderen Rolle des Messvorgangs abfinden? Nicht unbedingt.

Der Heidelberger Theoretiker H. Dieter Zeh vertritt seit den frühen 1970er Jahren einen "Quantenrealismus". Demnach bildet die Quantenwelt die fundamentale Realität, und die klassischen Eigenschaften der gewohnten Alltagswelt müssen selbst durch Quantenprozesse erklärt werden. Den in der Kopenhagener Deutung physikalisch undefinierten "Kollaps der Wellenfunktion" beschreibt Zeh als quantenmechanische Wechselwirkung zwischen dem zur Beobachtung ausgewählten Quantenobjekt und dem ebenfalls quantenphysikalisch zu beschreibenden Messapparat. Die beim Messvorgang auftretende Wechselwirkung ist einfach ein natürlicher Dekohärenzprozess des Typs, wie ihn Haroche experimentell realisiert hat.

Durch Haroches und Winelands Versuche hat der "quantenrealistische" Standpunkt, den Zeh schon seit Langem vertritt, sehr an Plausibilität gewonnen. Je feinere Experimente im Übergangsbereich zwischen Mikro- und Makrowelt gelingen, desto künstlicher erscheint die strikte Trennung zwischen Quantenbereich und klassischer Laborwelt. Bei Haroche – und nicht nur bei ihm – sind die vermeintlich klassischen Messsonden längst selbst von der Größenordnung der zu messenden Quantenobjekte.

Allerdings hat Zehs Quantenrealismus einen gewaltigen Pferdefuß, den er im vorliegenden Buch fairerweise nicht unterschlägt, sondern ausgiebig diskutiert. Die Frage ist ja: Wo bleiben diejenigen in der Wellenfunktion des Quantenzustands angelegten möglichen Messresultate, die im konkreten Fall nicht beobachtet werden? Die Kopenhagener Deutung drückt sich bekanntlich mit der Leerformel "Kollaps der Wellenfunktion" um eine Antwort. Zeh hat zwar eine Antwort anzubieten – aber was für eine!

Wenn wir Zehs Quantenrealismus bejahen – wofür nach meiner Überzeugung die jüngsten Fortschritte der Experimentiertechnik sprechen –, dann müssen wir wohl oder übel hinnehmen, dass die bei dem jeweiligen konkreten Messvorgang nicht beobachteten anderen Systemzustände weiter bestehen. Aber wo? Sie bleiben real, sind aber für uns nicht beobachtbar. Vielmehr existieren sie jeder für sich in einer Parallelwelt mitsamt einem parallelen Beobachter weiter. Damit landen wir bei der Vielweltentheorie nach Hugh Everett (1930 – 1982). Um die Kopenhagener Zweiweltentheorie loszuwerden, haben wir uns Everetts viele Welten eingehandelt. Ein hoher Preis!

Zeh ist ein klarer Kopf und ein scharfer Polemiker. Die Schwächen der Kopenhagener Deutung spießt er gnadenlos auf. Von den Konsequenzen seines Quantenrealismus hat er freilich bisher nur eine Minderheit der Physiker überzeugen können.