KAPITEL 6. NEUN LEBEN VON SCHRÖDINGERS KATZE
Vielen der Begründer der Quantenphysik fiel es schwer, ihre seltsamen Implikationen zu akzeptieren. Schrödinger selbst äußerte seine Zweifel an der Interpretation der Quantenmechanik anhand von Wahrscheinlichkeitswellen in einem Paradoxon, das heute als Schrödingers Katze bekannt ist.
Angenommen, wir stecken eine Katze in einen Käfig mit einem radioaktiven Atom und einem Geigerzähler. Ein radioaktives Atom zerfällt gemäß den Gesetzen der Wahrscheinlichkeit. Wenn das Atom zerfällt, geht der Geigerzähler los und schaltet den Hammer ein, der Hammer zerbricht die Giftflasche und das Gift tötet die Katze. Nehmen wir an, dass die Wahrscheinlichkeit, dass dies innerhalb einer Stunde geschieht, 50 % beträgt (Abb. 21).
Zeichnung 21.
Schrödingers Katzenparadoxon
Wie beschreibt die Quantenmechanik dann den Zustand einer Katze nach einer Stunde? Wenn wir hinschauen, werden wir natürlich feststellen, dass die Katze entweder lebt oder tot ist. Was ist, wenn wir nicht hinschauen? Die Wahrscheinlichkeit, dass die Katze tot ist, liegt bei 50 %. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Katze lebt, liegt ebenfalls bei 50 %.
Wenn wir klassisch denken, wie es der materielle Realismus erfordert, und uns von den Prinzipien des Determinismus und der kausalen Kontinuität leiten lassen, könnten wir eine mentale Analogie zu einer Situation ziehen, in der jemand eine Münze warf und sie dann mit der Handfläche bedeckte. Wir wissen nicht, ob es Kopf oder Zahl war, aber natürlich war es das eine oder das andere. Die Katze ist entweder lebendig oder tot, mit einer Wahrscheinlichkeit von jeweils 50 %. Wir wissen einfach nicht, welches Ergebnis tatsächlich eingetreten ist. Dies ist nicht das Szenario, das die Mathematik der Quantenmechanik nahelegt. Die Quantenmechanik geht mit Wahrscheinlichkeiten sehr unterschiedlich um. Sie beschreibt den Zustand der Katze am Ende der Stunde als halb tot, halb lebendig. In der Kiste befindet sich im wahrsten Sinne des Wortes eine „kohärente Überlagerung einer halb lebenden und halb toten Katze“, wie es im Fachjargon der Quantenphysik heißt. Das Paradoxon, dass eine Katze gleichzeitig lebt und tot ist, ist eine Folge der Art und Weise, wie Berechnungen in der Quantenmechanik durchgeführt werden. So seltsam die Konsequenzen dieser Mathematik auch sein mögen, wir müssen sie ernst nehmen, da dieselbe Mathematik uns die Wunder von Transistoren und Lasern beschert.
Diese absurde Situation wird durch die folgende Parodie aus T. S. Eliots Old Possum’s Book of Practical Cats zusammengefasst:
Schrödingers Katze ist eine mysteriöse Katze,
sie veranschaulicht die Gesetze;
die komplizierten Dinge, die sie tut, haben keinen
ersichtlichen Grund;
Sie verwirrt Deterministen
und treibt sie zur Verzweiflung,
denn als sie versuchen, sie zu fangen,
gibt es keine Spur von der Quantenkatze!
Die Parodie ist natürlich wahr – niemand hat eine Quantenkatze oder eine kohärente Überlagerung gesehen, tatsächlich nicht einmal Quantenphysiker. Wenn wir in die Kiste schauen, sehen wir tatsächlich entweder eine lebende oder eine tote Katze. Es stellt sich unweigerlich die Frage: Was ist das Besondere an unserem Beobachtungsakt, dass er das teuflische Dilemma der Katze lösen kann?
Es ist eine Sache, plausibel davon zu sprechen, dass ein Elektron gleichzeitig durch zwei Spalte geht, aber wenn wir davon sprechen, dass eine Katze halb lebendig und halb tot ist, wird die Absurdität der quantenkohärenten Überlagerung offensichtlich.
Ein Ausweg besteht darin, darauf zu bestehen, dass die mathematische Vorhersage einer kohärenten Überlagerung nicht wörtlich genommen werden sollte. Folgt man stattdessen der von manchen Materialisten bevorzugten Interpretation im Sinne der Ensemblestatistik, kann man sich davon überzeugen, dass die Quantenmechanik nur Vorhersagen über Experimente mit einer sehr großen Anzahl von Objekten macht. Wenn es zehn Milliarden Katzen in genau denselben Kisten gäbe, würde uns die Quantenmechanik sagen, dass nach einer Stunde die Hälfte von ihnen tot wäre – und die Beobachtung würde die Wahrheit dieser Aussage sicherlich bestätigen. Vielleicht trifft die Theorie für eine Katze einfach nicht zu. Ein ähnliches Argument wurde im vorherigen Kapitel für Elektronen vorgebracht. Tatsächlich stößt die Interpretation im Hinblick auf Ensembles jedoch auf Schwierigkeiten, selbst wenn das Interferenzmuster in einem einfachen Doppelspaltexperiment erklärt wird.
Darüber hinaus kommt die Interpretation im Sinne von Ensembles einer Aufgabe der Quantenmechanik als physikalischer Theorie zur Beschreibung eines einzelnen Objekts oder einzelnen Ereignisses gleich. Da einzelne Ereignisse auftreten (und sogar einzelne Elektronen isoliert wurden), sollten wir in der Lage sein, über einzelne Quantenobjekte zu sprechen. Tatsächlich wurde die Quantenmechanik trotz der damit verbundenen Paradoxien in Bezug auf einzelne Objekte formuliert. Wir müssen auf Schrödingers Paradoxon vorbereitet sein und nach einer Möglichkeit suchen, es zu lösen. Die Alternative besteht darin, für einzelne Objekte überhaupt keine Physik zu haben – und das ist völlig inakzeptabel.
Heutzutage verstecken sich viele Physiker bei der Beschäftigung mit Schrödingers Katzenparadoxon lieber hinter der antimetaphysischen Philosophie des logischen Positivismus. Diese Philosophie entstand aus dem Werk des Wiener Philosophen Ludwig Wittgenstein, Tractatus Logico-Philosophicus, in dem er sein berühmtes Urteil äußerte: „Über das, worüber man nicht sprechen kann, soll man schweigen.“ Dieser Regel folgend behaupten solche Physiker – wir könnten sie die Neo-Kopenhagener Schule nennen –, dass wir unsere Diskussion der Realität auf das Sichtbare beschränken sollten, anstatt zu versuchen, die Realität von etwas zu behaupten, das nicht beobachtet werden kann. Für sie ist das Hauptargument, dass wir nie eine kohärente Überlagerung sehen. Ist die unbeobachtete Katze halb lebendig oder halb tot? Sie würden sagen, dass eine solche Frage nicht gestellt werden kann, weil sie nicht beantwortet werden kann. Das ist natürlich Sophistik. Eine Frage, die nicht direkt beantwortet werden kann, kann dennoch indirekt angegangen werden und die Antwort kann auf der Grundlage der Übereinstimmung mit dem, was wir direkt wissen können, berechnet werden. Darüber hinaus ist die völlige Vermeidung metaphysischer Fragen unvereinbar mit dem Geist der ursprünglichen Kopenhagener Interpretation und mit den Ansichten von Bohr und Heisenberg.
Laut Bohr reduziert die Kopenhagener Interpretation die Absurdität der halb toten, halb lebendigen Katze durch das Prinzip der Komplementarität: Kohärente Überlagerung ist eine Abstraktion; Abstrakt betrachtet kann eine Katze sowohl lebendig als auch tot existieren. Diese Beschreibung ergänzt die Beschreibung, die wir einer toten oder lebenden Katze geben, wenn wir sie sehen. Laut Heisenberg existiert die kohärente Überlagerung – die halb lebende, halb tote Katze – in transzendentaler Potenz. Es ist unsere Beobachtung, die den dualen Zustand der Katze in einen einzigen „kollabiert“.
Wie sollten wir dieses Konzept einer halb lebenden, halb toten Katze, die in Potenz existiert, verstehen? Die Antwort, die wie Science-Fiction klingt, wurde von den Physikern Hugh Everett und John Wheeler vorgeschlagen. Laut Everett und Wheeler werden beide Möglichkeiten verwirklicht – eine lebende Katze und eine tote Katze –, aber sie kommen in unterschiedlichen Realitäten oder Paralleluniversen vor. Für jede lebende Katze, die wir in einer Kiste finden, öffnet unser Gegenstück in einem Paralleluniversum das Gegenstück unserer Kiste, um das tote Gegenstück unserer Katze zu entdecken. Die Beobachtung des dualen Zustands einer Katze führt dazu, dass sich das Universum selbst in parallele Zweige aufspaltet. Es ist eine faszinierende Idee, die einige Science-Fiction-Autoren (insbesondere Philip K. Dick) genutzt haben. Leider ist dies auch eine teure Idee. Demnach würde sich die Menge an Materie und Energie jedes Mal verdoppeln, wenn eine Beobachtung dazu führt, dass das Universum auseinanderbricht. Dies verletzt unseren Hang zur Sparsamkeit, die zwar ein Vorurteil sein mag, aber dennoch als Eckpfeiler wissenschaftlichen Denkens dient. Da Paralleluniversen außerdem nicht interagieren, ist diese Interpretation experimentell schwer zu überprüfen und daher wissenschaftlich nutzlos. (In der Fiktion sind die Dinge einfacher. In Philip K. Dicks Roman „Der Mann im Hohen Schloss“ interagieren Paralleluniversen. Wie könnte es sonst eine Handlung geben?)
Glücklicherweise gibt es eine mögliche idealistische Lösung. Da unsere Beobachtung die Dichotomie der Katze auf magische Weise auflöst, müssen wir – unser Bewusstsein – den Zusammenbruch der Wellenfunktion der Katze verursachen. Materielle Realisten mögen diese Idee nicht, weil sie das Bewusstsein zu einer unabhängigen kausalen Einheit macht; Dies zuzugeben hieße, Nägel in den Sarg des materiellen Realismus zu schlagen. Im Gegensatz zum Materialismus stimmten berühmte Wissenschaftler wie John von Neumann, Fritz London, Edmond Bauer und Eugene Wigner dieser Lösung des Paradoxons zu.
Idealistische Lösung
Nach der idealistischen Lösung ist es die Beobachtung des Bewusstseins, die der Dichotomie zwischen lebender und toter Katze ein Ende setzt. Wie Platons Archetypen existieren kohärente Überlagerungen in einem Märchenland transzendentaler Ordnung, bis wir sie zusammenbrechen lassen und sie durch unseren Akt der Beobachtung in die Welt der Manifestation bringen. In diesem Fall wählen wir einen Aspekt aus zwei oder mehreren Aspekten aus, die durch die Schrödinger-Gleichung gelöst werden. Natürlich handelt es sich um eine begrenzte Auswahl, die der allgemeinen Wahrscheinlichkeitsbeschränkung der Quantenmathematik unterliegt, aber es ist dennoch eine Auswahl.
Selbst wenn der materielle Realismus falsch ist, sollten wir dann schnell die wissenschaftliche Objektivität aufgeben und das Bewusstsein in unsere Wissenschaft einbeziehen? Einer der Pioniere der Quantenphysik, Paul Dirac, sagte einmal, dass große Durchbrüche in der Physik immer mit der Aufgabe großer Vorurteile einhergehen. Vielleicht ist es an der Zeit, die Voreingenommenheit strenger Objektivität aufzugeben. Bernard D’España betrachtet die von der Quantenmechanik ermöglichte Objektivität als schwache Objektivität. Anstelle der Unabhängigkeit von Ereignissen vom Beobachter, die strenge Objektivität erfordert, erlaubt die Quantenmechanik ein gewisses Eingreifen des Beobachters – jedoch so, dass die Interpretation von Ereignissen nicht von einem einzelnen Beobachter abhängt. Diese schwache Objektivität stellt die Invarianz von Ereignissen in Bezug auf den Beobachter dar: Wer auch immer der Beobachter ist, das Ereignis bleibt dasselbe. Da einzelne Messungen eine subjektive Wahl beinhalten, handelt es sich bei diesem Prinzip eindeutig um ein statistisches Prinzip, und die Beobachterinvarianz gilt nur für eine große Anzahl von Beobachtungen – was nichts Neues ist. Nachdem wir die probabilistische Interpretation der Quantenmechanik schon vor langer Zeit akzeptiert haben, sind wir nun gezwungen, die statistische Natur einiger unserer wissenschaftlichen Prinzipien zu akzeptieren – zum Beispiel das Prinzip der Kausalität. Wie die kognitive Psychologie regelmäßig zeigt, können wir mit einer so definierten schwachen Objektivität durchaus Wissenschaft betreiben. Wir brauchen eigentlich keine strikte Objektivität.
Die Lösung von Schrödingers Paradoxon durch das Eingreifen des Bewusstseins ist die einfachste – so einfach, dass sie manchmal als naive Lösung bezeichnet wird. Zu dieser Entscheidung wurden jedoch viele Fragen gestellt, und nur durch die Beantwortung dieser Fragen können wir den Vorwurf der Naivität überwinden.
Fragen zur idealistischen Lösung
Eine Frage, die Sie sich vielleicht immer noch stellen, ist: Wie kann eine Katze halb lebendig und halb tot sein? Das geht nicht – wenn man im Sinne des materiellen Realismus denkt. Der materielle Realismus geht davon aus, dass der Zustand einer Katze zu einem bestimmten Zeitpunkt kausal kontinuierlich sein muss, indem sie entweder das eine oder das andere oder lebendig oder tot ist. Materialistisches Denken ist jedoch eine Folge von Annahmen über kausale Kontinuität und Entweder-Oder-Beschreibungen von Ereignissen. Diese Annahmen sind nicht unbedingt wahr, insbesondere wenn sie durch quantenmechanische Experimente überprüft werden.
Der idealistische Philosoph kümmert sich nicht besonders um das Paradoxon, dass eine Katze sowohl lebendig als auch tot ist. In einer Geschichte wurde einem Zen-Meister ein sogenannter Toter gezeigt, der kurz vor der Beerdigung stand. Auf die Frage, ob eine Person lebe oder tot sei, antwortete der Zen-Meister: „Das kann ich nicht sagen.“ Wie könnte er? Dem Idealismus zufolge stirbt die Essenz des Menschen – das Bewusstsein – niemals. Daher wäre es falsch, direkt zu sagen, dass eine Person tot ist. Wenn jedoch der Körper einer Person für die Beerdigung vorbereitet wird, wäre es absurd zu sagen, dass sie lebt.
Ist die Katze lebendig oder tot? Als der Zen-Meister Zeshu gefragt wurde: „Hat ein Hund Buddha-Natur?“ antwortete er „mu.“ Auch hier wäre es falsch, mit „Nein“ zu antworten, da nach den Lehren Buddhas alle Wesen Buddha-Natur haben. Eine Antwort mit „Ja“ wäre ebenfalls riskant, da die Buddha-Natur erkannt und gelebt und nicht intellektuell verstanden werden muss. Daher antwortete der Meister mit „mu“ – weder ja noch nein.
Wenn die Quantenmechanik besagt, dass Schrödingers Katze am Ende einer Stunde halb lebendig und halb tot ist, geht sie offenbar von einer idealistischen Philosophie aus, die der der Zen-Meister ähnelt. Wie kann es sein? Wie kann das Bewusstsein eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Realität der physischen Welt spielen? Setzt dies nicht die Vorherrschaft des Bewusstseins über die Materie voraus?
Wenn Schrödingers Katze, bevor wir in die Kiste schauen, sowohl lebendig als auch tot ist, sich aber nach dem Blick in die Kiste in einem einzigen Zustand befindet (lebendig oder tot), dann müssen wir einfach durch bloßes Hinsehen etwas tun. Wie kann sich ein flüchtiger Blick auf die körperliche Verfassung einer Katze auswirken? Realisten stellen diese Fragen, um die Vorstellung zu widerlegen, dass Bewusstsein den Zusammenbruch einer kohärenten Überlagerung verursacht.
Ja, die idealistische Lösung impliziert die Einwirkung des Bewusstseins auf die Materie. Allerdings stellt dieser Einfluss nur für den materiellen Realismus ein Problem dar. In dieser Philosophie wird Bewusstsein als ein Epiphänomen der Materie betrachtet, und es scheint unmöglich, dass ein Epiphänomen der Materie das Gewebe selbst beeinflussen könnte, aus dem es gebildet wird – und im Wesentlichen sich selbst verursacht. Dieses kausale Paradoxon wird durch den monistischen Idealismus vermieden, in dem das Bewusstsein im Vordergrund steht. Im Bewusstsein repräsentieren kohärente Überlagerungen transzendente Objekte. Sie werden erst immanent, wenn das Bewusstsein durch einen Beobachtungsprozess einen der vielen Aspekte einer kohärenten Überlagerung auswählt, obwohl seine Auswahl durch die Wahrscheinlichkeiten begrenzt ist, die die Quantenrechnung zulässt. (Bewusstsein ist gesetzestreu. Die Kreativität des Kosmos beruht auf der Kreativität seiner Quantengesetze und nicht auf willkürlicher Gesetzlosigkeit.)
Dem monistischen Idealismus zufolge sind Objekte als beginnende, transzendente, archetypische Möglichkeitsformen bereits im Bewusstsein. Beim Kollaps geht es nicht darum, Objekten durch Messen etwas anzutun, sondern darum, das Ergebnis dieser Wahl zu wählen und zu erkennen. Schauen Sie sich noch einmal die frühere Abbildung der Gestalt „Meine Frau und Schwiegermutter“ an (Abb. 12). Diese Abbildung enthält eine Überlagerung von Bildern. Wenn wir eine Frau (oder Schwiegermutter) sehen, machen wir nichts mit dem Bild. Wir wählen einfach und erkennen unsere Wahl an. Der Prozess, bei dem das Bewusstsein eine Wellenfunktion kollabiert, ist ungefähr so.
Es gibt jedoch Dualisten, die versuchen, die Wirkung des Bewusstseins in Schrödingers Paradoxon zu erklären, indem sie Beweise für Psychokinese finden – die Fähigkeit, Materie durch die Wirkung des Geistes zu bewegen. Eugene Wigner argumentiert, dass, wenn ein Quantenobjekt unser Bewusstsein beeinflussen kann, das Bewusstsein auch in der Lage sein muss, ein Quantenobjekt zu beeinflussen. Die Beweise für Psychokinese sind jedoch unzureichend und fraglich. Darüber hinaus schließt die Betrachtung eines anderen Paradoxons – des „Paradoxons von Wigners Freund“ – eine dualistische Interpretation im Wesentlichen aus.
Wigners Freundparadoxon
Angenommen, zwei Personen öffnen gleichzeitig die Kiste mit Schrödingers Katze. Wenn das Ergebnis des Zusammenbruchs vom Beobachter gewählt wird, wie die idealistische Lösung impliziert, was wäre dann, wenn die beiden Beobachter unterschiedliche Entscheidungen treffen würden – würde das nicht ein Problem schaffen? Wenn wir Nein sagen, kann nur einer der Beobachter die Wahl treffen, und Anhänger des Realismus halten diese Entscheidung zu Recht für unbefriedigend.
In Wigners Freundesparadoxon, das vom Physiker Eugene Wigner formuliert wurde, geschieht es, dass Wigner seinen Freund auffordert, die Katze nicht selbst zu beobachten, sondern dies zu tun. Sein Freund öffnet die Kiste, sieht die Katze und berichtet dann Wigner von den Ergebnissen seiner Beobachtung. Zu diesem Zeitpunkt können wir sagen, dass Wigner gerade eine Realität verwirklicht hat, zu der auch sein Freund und die Katze gehören. Hier liegt ein Paradoxon vor: War die Katze lebendig oder tot, als Wigners Freund sie beobachtete, aber bevor er das Ergebnis der Beobachtung mitteilte? Zu sagen, dass der Zustand der Katze nicht zusammenbrach, als Wigners Freund sie beobachtete, heißt, dass sein Freund bewusstlos war, bis Wigner ihn fragte – dass das Bewusstsein seines Freundes ohne Aufforderung von Wigner nicht entscheiden konnte, ob die Katze lebte oder tot war. Dies ist dem Solipsismus ziemlich ähnlich, einer Philosophie, die glaubt, dass Sie das einzige bewusste Wesen sind und alles andere eine Erfindung Ihrer Fantasie ist. Warum sollte Wigner der privilegierte Agent sein, der die Staatsfunktion der Katze zum Zusammenbruch bringen darf?
Angenommen, wir sagen stattdessen, dass der Zusammenbruch der Überlagerung das Bewusstsein von Wigners Freund verursacht. Öffnet das nicht die Büchse der Pandora? Wenn Wigner und sein Freund gleichzeitig eine Katze betrachten, wessen Wahl wird dann von Bedeutung sein? Was passiert, wenn zwei Beobachter unterschiedliche Entscheidungen treffen? Wenn einzelne Menschen durch ihre Entscheidungen das Verhalten der objektiven Welt bestimmen würden, würde das Leben zur absoluten Hölle werden, da subjektive Eindrücke bekanntlich oft widersprüchlich sind. In einem solchen Fall wäre die Situation ähnlich, als würden Autofahrer, die aus unterschiedlichen Richtungen kommen, die Farbe der Ampel (rot oder grün) nach Belieben wählen. Dieses Argument wird oft als Todesstoß für die Lösung von Schrödingers Paradoxon durch bewusstes Eingreifen angesehen. Allerdings ist es für die dualistische Interpretation nur fatal. Um zu verstehen, warum das so ist, schauen wir uns Wigners Paradoxon genauer an.
Wigner verglich seine paradoxe Situation mit einer Situation, in der ein unbelebtes Gerät zur Durchführung von Beobachtungen verwendet wird. Wenn ein Mechanismus verwendet wird, gibt es kein Paradoxon. Es ist nichts Paradoxes oder Frustrierendes daran, dass sich eine Maschine über einen längeren Zeitraum in einem Zustand der Ungewissheit befindet, aber die Erfahrung lehrt uns, dass die Beobachtung eines bewussten Wesens entscheidend ist. Sobald ein bewusstes Wesen eine Beobachtung macht, manifestiert sich die materielle Realität in einem einzigen Zustand. Laut Wigner:
Daher muss ein bewusstes Wesen in der Quantenmechanik eine andere Rolle spielen als ein unbelebtes Messgerät … Dieses Argument geht davon aus, dass „mein Freund“ die gleichen Eindrücke und Empfindungen hat wie ich – insbesondere nach der Interaktion mit einem Objekt er befindet sich nicht in einem unbewussten Zustand… Aus der Sicht der orthodoxen Quantenmechanik ist es nicht notwendig, hier einen Widerspruch zu sehen, und es gibt keinen, wenn wir glauben, dass die Alternative bedeutungslos ist – enthält das Bewusstsein meines Freundes… der Eindruck dessen, was er sah [entweder eine tote oder eine lebende Katze]. Die Existenz des Bewusstseins eines Freundes in einem solchen Ausmaß zu leugnen, ist jedoch zweifellos eine unnatürliche Position, die an Solipsismus grenzt, und nur wenige Menschen werden ihr in ihrem Herzen zustimmen.
Es ist ein heimtückisches Paradoxon, aber Wigner hat recht. Wir brauchen nicht zu sagen, dass sich der Freund in einem bewusstlosen Zustand befindet, solange Wigner seinen Freund nicht manifestiert. Ebenso müssen wir nicht auf Solipsismus zurückgreifen. Es gibt noch eine andere Alternative.
Wigners Paradox entsteht nur, wenn er die unbegründete dualistische Annahme macht, dass sein Bewusstsein getrennt vom Bewusstsein seines Freundes existiert. Das Paradoxon verschwindet, wenn es nur ein Subjekt gibt und nicht getrennte Subjekte, wie wir sie normalerweise verstehen. Die Alternative zum Solipsismus ist ein einzelnes Subjektbewusstsein.
Wenn ich beobachte, sehe ich die ganze Welt der Manifestation, aber das ist kein Solipsismus, da es kein Individuum gibt, das sich selbst im Gegensatz zu anderen Selbsten sieht. Erwin Schrödinger hatte recht, als er sagte: „Bewusstsein ist das Einzige, für das es keinen Plural gibt.“ Etymologie und Schreibweise haben die Einzigartigkeit des Bewusstseins bewahrt. Die Existenz von Begriffen wie „ich“ und „mein“ in der Sprache führt uns jedoch in eine dualistische Falle. Wir betrachten uns als getrennt, weil wir auf diese Weise über uns selbst sprechen.
Auf die gleiche Weise gewöhnen sich die Menschen daran, darüber nachzudenken, Bewusstsein zu haben, wie bei der Frage: „Hat eine Katze Bewusstsein?“ Nur im materiellen Realismus stellt Bewusstsein etwas dar, das einfach besessen werden kann. Ein solches Bewusstsein wäre deterministisch, nicht frei und es wäre nicht wert, es zu haben.
Der beobachtete Topf kocht immer noch
Schauen wir uns eine weitere Komplikation in Schrödingers Paradoxon an. Nehmen wir an, Schrödingers Katze sei selbst ein bewusstes Wesen. Noch kritischer wird die Situation, wenn wir davon ausgehen, dass sich in der Kiste ein Mensch mit einem radioaktiven Atom, einer Flasche Gift und allem anderen befindet. Nehmen wir dann an, dass wir nach einer Stunde die Schachtel öffnen und ihn, wenn er noch lebt, fragen, ob er den halb toten, halb lebendigen Zustand erlebt hat? Er wird antworten – natürlich nicht! Denken Sie ein wenig nach. Was wäre, wenn wir ihn fragen würden, ob er sich die ganze Zeit lebendig gefühlt hätte? Wenn diese Person nachdenklich genug ist, wird sie nach einiger Überlegung wahrscheinlich Nein sagen. Sie sehen, wir sind uns unseres Körpers nicht immer bewusst. Tatsächlich ist sich ein Mensch unter normalen Umständen seines Körpers kaum bewusst. Aus der Sicht einer idealistischen Interpretation lässt sich das Geschehen daher wie folgt beschreiben. Im Laufe einer Stunde wurde dem Mann von Zeit zu Zeit bewusst, dass er lebte. Mit anderen Worten: Er beobachtete sich selbst. In diesen Momenten brach seine Wellenfunktion zusammen, und glücklicherweise war die Wahl jedes Mal der lebende Zustand. Zwischen diesen Momenten des Zusammenbruchs der Welle weitete sich ihre Wellenfunktion aus und wurde zu einer kohärenten Überlagerung der toten und lebenden Zustände in einem transzendentalen Bereich jenseits der Erfahrung.
Sie wissen, wie wir Filme sehen. Unser Gehirn ist nicht in der Lage, einzelne Standbilder zu unterscheiden, die mit einer Geschwindigkeit von 24 Bildern pro Sekunde vor unseren Augen laufen. Ebenso ist das, was für jemanden, der sich selbst beobachtet, als Kontinuität erscheint, in Wirklichkeit eine Fata Morgana, die aus vielen einzelnen Zusammenbrüchen besteht.
Dieses letzte Argument bedeutet auch, dass wir Schrödingers Katze nicht vor den grausamen Folgen des radioaktiven Zerfalls retten könnten, indem wir sie ständig betrachten und so ihre Wellenfunktion kontinuierlich zusammenbrechen lassen und sie am Leben erhalten. Das ist ein edler Impuls, aber er ist zum Scheitern verurteilt – aus dem gleichen Grund, aus dem ein Topf kocht, der beobachtet wird, obwohl das Sprichwort etwas anderes besagt. Es ist gut, dass der Topf beobachtet wird, denn wenn wir Veränderungen verhindern könnten, indem wir einfach auf ein Objekt schauen, wäre die Welt voller Narzissten, die versuchen, Alter und Tod zu vermeiden, indem sie über sich selbst meditieren.
Der Hinweis von Erwin Schrödinger sollte berücksichtigt werden: „Beobachtungen sollten als einzelne diskrete Ereignisse betrachtet werden.“ Es gibt Lücken zwischen ihnen, die wir nicht schließen können.“
Die Lösung von Schrödingers Katzenparadoxon verrät uns viel über die Natur des Bewusstseins. Indem es die materielle Realität manifestiert, trifft es eine Wahl zwischen Alternativen; es ist transzendental und eins; und seine Handlungen entziehen sich unserer normalen Alltagswahrnehmung. Natürlich scheint aus der Perspektive des gesunden Menschenverstandes keiner dieser Aspekte des Bewusstseins selbstverständlich zu sein. Versuchen Sie, Ihren Unglauben zu zügeln und erinnern Sie sich daran, was Robert Oppenheimer einmal sagte: „Wissenschaft ist ein außergewöhnlicher Sinn.“
Der Quantenkollaps ist ein Prozess der Auswahl und Erkennung durch einen bewussten Beobachter; letztlich gibt es nur einen Beobachter. Das bedeutet, dass wir ein weiteres klassisches Paradoxon lösen müssen.
Wann endet die Messung?
Nach Ansicht einiger Realisten ist eine Messung abgeschlossen, wenn ein klassisches Messgerät, wie der Geigerzähler in Schrödingers Katzenkäfig, ein Quantenobjekt misst; Der Vorgang wird abgeschlossen, wenn der Zähler klickt. Beachten Sie, dass, wenn wir diese Entscheidung treffen, das Paradoxon des dualen Zustands der Katze nicht entsteht.
Das erinnert mich an eine Geschichte. Zwei ältere Herren unterhielten sich und einer von ihnen klagte über chronische Gicht. Ein anderer sagte mit einigem Stolz: „Ich muss mir keine Sorgen wegen Gicht machen; Ich dusche jeden Morgen kalt.“ Der Herr mit Gicht sah ihn spöttisch an und antwortete: „Sie bekommen also stattdessen chronisch kalte Duschen!“
Diese Realisten versuchen, die Dichotomie von Schrödingers Katze durch die Dichotomie der Quanten- und klassischen Ebene zu ersetzen. Sie unterteilen die Welt in Quantenobjekte und klassische Messgeräte. Eine solche Dichotomie ist jedoch unhaltbar und völlig unnötig. Wir können feststellen, dass alle Objekte der Quantenphysik (der Einheit der Physik!) unterliegen, und gleichzeitig die Frage zufriedenstellend beantworten: „Wann endet die Messung?“
Was ist die Definition von Messung? Etwas anders ausgedrückt: Wann können wir sagen, dass die Quantenmessung abgeschlossen ist? Sie können die Antwort historisch angehen.
Werner Heisenberg, der das Unschärfeprinzip vorschlug, formulierte ein Gedankenexperiment, das Bohr weiter verfeinerte. David Bohm hat kürzlich ein Experiment beschrieben, das ich hier verwenden werde. Nehmen wir an, dass das Teilchen in der Ebene des Mikroskopziels ruht, und analysieren wir seine Beobachtung aus der Sicht der klassischen Physik. Um ein Zielteilchen zu beobachten, richten wir ein anderes Teilchen darauf (mit einem Mikroskop), das vom Zielteilchen auf eine Fotoplatte abgelenkt wird und eine Markierung darauf hinterlässt. Basierend auf der Untersuchung der Spur und unserem Wissen über die Funktionsweise des Mikroskops können wir in Übereinstimmung mit der klassischen Physik sowohl die Position des Zielteilchens als auch den ihm im Moment der Ablenkung verliehenen Impuls bestimmen. Spezifische Versuchsbedingungen haben keinen Einfluss auf das Endergebnis.
In der Quantenmechanik ändert sich das alles. Ist das Zielteilchen ein Atom und betrachten wir es mit einem Elektronenmikroskop, bei dem ein Elektron vom Atom auf eine Fotoplatte abgelenkt wird (Abb. 22), ergeben sich folgende vier Überlegungen:
1. Das abgelenkte Elektron sollte sowohl als Welle (während es sich vom Objekt O zum Bild P bewegt) als auch als Teilchen (wenn es P erreicht und eine Spur T hinterlässt) beschrieben werden.
2. Aufgrund dieses Wellenaspekts des Elektrons liefert uns das Bild P nur die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Position des Objekts O. Mit anderen Worten: Die Position wird nur innerhalb der Grenzen einer gewissen Unsicherheit ∆x bestimmt.
3. Auf die gleiche Weise, so argumentierte Heisenberg, gibt uns die Richtung der Spur T nur die Wahrscheinlichkeitsverteilung des Impulses O und bestimmt somit den Impuls nur innerhalb der Grenzen der Unsicherheit ∆p. Mithilfe einfacher Mathematik konnte Heisenberg zeigen, dass das Produkt zweier Unsicherheiten größer oder gleich dem Planckschen Wirkungsquantum ist. Dies ist die Heisenbergsche Unschärferelation.
4. In einer detaillierteren mathematischen Beschreibung zeigte Bohr, dass die Wellenfunktion eines beobachteten Atoms nicht getrennt von der Wellenfunktion des zu seiner Beobachtung verwendeten Elektrons bestimmt werden kann. In Wirklichkeit, so Bohr, könne die Wellenfunktion des Elektrons nicht von der Wellenfunktion der fotografischen Emulsion getrennt werden. Usw. Es ist unmöglich, in dieser Kette eine eindeutige Trennlinie zu ziehen.
Zeichnung 22.
Bohr-Heisenberg-Mikroskop</strong”>
Trotz der Unsicherheit beim Ziehen der Trennlinie war Bohr der Ansicht, dass wir sie aufgrund der „notwendigen Verwendung klassischer Konzepte bei der Interpretation aller korrekten Messungen“ ziehen müssen. Bohr zögerte, zuzugeben, dass die experimentelle Umgebung in rein klassischer Sprache beschrieben werden sollte. Man muss davon ausgehen, dass die Dichotomie der Quantenwellen im Messgerät endet. Wie der Philosoph John Schumacher jedoch überzeugend gezeigt hat, enthalten alle tatsächlichen Experimente ein zweites eingebautes Heisenberg-Mikroskop: Der Prozess, eine Spur in einer Emulsion zu sehen, erfordert die gleichen Überlegungen, die Heisenberg zur Unschärferelation führten (Abb. 23). ). Photonen aus der Emulsion werden durch den eigenen visuellen Apparat des Experimentators verstärkt. Können wir die Quantenmechanik unserer eigenen Vision ignorieren? Wenn nicht, ist unser Gehirn-Geist-Bewusstsein nicht untrennbar mit dem Messprozess verbunden?
Zeichnung 23.
Mechanik des Sehens. Ein weiteres Heisenberg-Mikroskop in Aktion?
Gehört eine Katze zur Quanten- oder zur klassischen Welt?
Wenn wir darüber nachdenken, wird klar, dass Bohr eine Dichotomie durch eine andere ersetzte – die Dichotomie der Katze durch die Dichotomie einer Welt, die in Quanten- und klassische Systeme unterteilt ist. Laut Bohr können wir die Wellenfunktion eines Atoms nicht von allem anderen in der Zelle trennen (verschiedene Messgeräte zur Bestimmung des Zerfalls eines Atoms, wie ein Geigerzähler, eine Giftflasche und sogar eine Katze), und deshalb Die Grenze, die wir zwischen der Mikrowelt und dem Makrokosmos ziehen, erweist sich als völlig willkürlich. Leider sprach Bohr auch über die Notwendigkeit zu erkennen, dass die Messung mit einem Mechanismus – einem Messgerät – die Dichotomie der Quantenwellenfunktion auflöst.
Allerdings ist jeder makroskopische Körper letztlich ein Quantenobjekt; Es gibt kein klassisches Objekt, es sei denn, wir sind bereit, die bösartige Dichotomie Quanten/Klassik in der Physik zu akzeptieren. Es stimmt, dass das Verhalten eines makroskopischen Körpers in den meisten Situationen auf der Grundlage der Regeln der klassischen Mechanik vorhergesagt werden kann. (In solchen Fällen macht die Quantenmechanik dieselben mathematischen Vorhersagen wie die klassische Mechanik – das ist das Korrespondenzprinzip, das Bohr selbst entdeckt hat.) Aus diesem Grund betrachten wir makroskopische Körper oft grob als klassisch. Beim Messvorgang handelt es sich jedoch nicht um einen solchen Fall und das Korrespondenzprinzip findet hier keine Anwendung. Natürlich wusste Bohr das. In seinen berühmten Debatten mit Einstein berief sich Bohr oft auf die Quantenmechanik, um makroskopische Körper in Messungen zu beschreiben und Einsteins gezielten Einwänden gegen Wahrscheinlichkeitswellen und das Unschärfeprinzip entgegenzuwirken.
Betrachten Sie als Beispiel für den Streit zwischen Bohr und Einstein die Situation des Doppelspaltexperiments, jedoch mit einem zusätzlichen Aspekt. Nehmen wir an, dass die Elektronen vor dem Auftreffen auf den Doppelspalt einen einzelnen Spalt in der Membran passieren – der Zweck besteht darin, die Anfangsposition der Elektronen genau zu bestimmen. Einstein schlug vor, diesen ersten Schlitz an extrem empfindlichen Federn anzubringen (Abb. 24). Er argumentierte, dass, wenn der erste Spalt ein Elektron zum oberen der beiden Schlitze ablenkt, sich aufgrund des Prinzips der Impulserhaltung die erste Membran nach unten bewegt, und wenn das Elektron zum unteren der Schlitze abgelenkt wird, dann passiert das Gegenteil. Die Messung des Rückstoßes der Membran gibt uns also Aufschluss darüber, durch welchen Spalt das Elektron tatsächlich geht – eine Information, die aus quantenmechanischer Sicht unmöglich ist. Wenn das erste Diaphragma wirklich klassisch gewesen wäre, dann hätte Einstein Recht gehabt. Bei der Verteidigung der Quantenmechanik wies Bohr darauf hin, dass dieses Diaphragma letztlich auch einer Quantenunsicherheit unterliegt. Daher wird seine Position bei der Messung seines Impulses unsicher. Bohr konnte zeigen, dass diese Verbreiterung des ersten Spaltes das Interferenzmuster effektiv beseitigte.
Zeichnung 24.
Einsteins Idee: ein erster Schlitz auf Federn für ein Doppelspaltexperiment. Wenn Elektronen, bevor sie eine Trennwand mit zwei Schlitzen passieren (nicht dargestellt), einen Schlitz in einer auf Federn montierten Membran passieren, kann dann bestimmt werden, durch welchen Schlitz das Elektron geht, ohne das Interferenzmuster zu zerstören?
Gehen wir jedoch weiter davon aus, dass das Komplementaritätsprinzip funktioniert und dass ein makroskopisches Gerät manchmal tatsächlich eine Quantendichotomie annimmt (wie die Bohr-Einstein-Kontroverse zeigt), dass dies jedoch zu anderen Zeiten nicht der Fall ist – wie im Fall einer Messung Gerät. Diese ursprüngliche Idee, Makrorealismus genannt, stammt vom brillanten Physiker Tony Leggett, dessen Arbeit zur Entwicklung eines großartigen experimentellen Geräts namens SQUID (Superconducting Quantum Interference Detector) führte.
Gewöhnliche Leiter leiten Strom, bieten jedoch immer einen gewissen Widerstand beim Durchgang von elektrischem Strom, was zum Verlust elektrischer Energie in Form von Wärme führt. Im Gegensatz dazu ermöglichen Supraleiter einen Stromfluss ohne Widerstand. Wenn man in einem supraleitenden Stromkreis einen elektrischen Strom erzeugt, dann fließt dieser Strom fast ewig – auch ohne Energiequelle. Supraleitung beruht auf einer besonderen Korrelation zwischen Elektronen, die sich im gesamten Supraleiter ausbreitet. Elektronen benötigen Energie, um aus diesem korrelierten Zustand zu entkommen, was den Zustand relativ immun gegen die zufällige thermische Bewegung in einem normalen Leiter macht.
Ein SQUID ist ein Stück Supraleiter mit zwei Löchern, die sich an einem Punkt, der als „schwache Verbindung“ bezeichnet wird, fast berühren (Abbildung 25). Nehmen wir an, wir erzeugen einen Strom in einer Schleife um eines der Löcher. Strom erzeugt wie jeder Elektromagnet ein Magnetfeld, und auch magnetische Feldlinien, die durch ein Loch verlaufen, kommen häufig vor. Das Ungewöhnliche bei einem Supraleiter ist, dass der magnetische Fluss – die Anzahl der Feldlinien pro Flächeneinheit – quantisiert ist; Der durch das Loch fließende Magnetfluss ist diskret. Dies brachte Leggett auf seine Schlüsselidee.
Zeichnung 25.
Wird sich die Flusslinie zwischen den beiden Löchern teilen und Quanteninterferenz auf makroskopischer Ebene zeigen?
Nehmen wir an, wir erzeugen einen so kleinen Strom, dass es nur ein Flussquant gibt. Dann haben wir eine Doppelspaltinterferenzsituation geschaffen. Wenn es nur ein Loch gibt, ist es offensichtlich, dass sich das Quant überall darin befinden kann. Wenn die Verbindung zwischen zwei Löchern zu dick ist, wird der Fluss auf nur ein Loch beschränkt. Ist es bei geeigneter Größe der Schwachstelle möglich, eine Quanteninterferenz zu erzeugen, sodass das Flussquant nicht lokalisiert ist und sich gleichzeitig in beiden Löchern befindet? Wenn ja, dann bestehen quantenkohärente Überlagerungen eindeutig auch auf der Ebene makroskopischer Körper fort. Wenn keine solche Delokalisierung beobachtet wird, können wir daraus schließen, dass makroskopische Körper tatsächlich klassisch sind und keine kohärenten Überlagerungen als zulässige Zustände zulassen.
Noch gibt es keine Hinweise auf eine Verletzung der Quantenmechanik im Fall von SQUID, doch Leggett rechnet hartnäckig mit dem Zusammenbruch der Quantentheorie. Auf einer kürzlichen Konferenz sagte er: „Aber manchmal, wenn der Vollmond hell scheint, tue ich das, was in der Physik-Community das intellektuelle Äquivalent dazu sein könnte, ein Werwolf zu werden: Ich frage mich, ob die Quantenmechanik die vollständige und endgültige Wahrheit über das ist.“ physikalisches Universum… Ich neige dazu zu glauben, dass sie [die Quantenmechanik] irgendwo zwischen dem Atom und dem menschlichen Gehirn nicht nur scheitern kann, sondern muss .“
Er sprach wie ein wahrer materieller Realist!
Viele Physiker neigen dazu, die gleichen Fragen zu stellen, die Leggett inspirieren, weshalb die SQUID-Forschung fortgesetzt wird. Ich vermute, dass sie eines Tages Beweise für die Quantenmechanik liefern und zeigen werden, dass quantenkohärente Überlagerungen selbst in makroskopischen Körpern eindeutig vorhanden sind.
Wenn wir nicht leugnen, dass letztendlich alle Objekte eine Quantendichotomie annehmen, dann erhalten, wie von Neumann zuerst argumentierte, wenn eine Kette materieller Mechanismen ein Quantenobjekt in einem Zustand kohärenter Überlagerung misst, alle nacheinander die Objektdichotomie bis ins Unendliche (Abb. 26). Wie kommt man aus der durch die von-Neumann-Kette verursachten Sackgasse heraus? Die Antwort ist verblüffend: ein Sprung aus dem System, aus der materiellen Ordnung der Realität.
Zeichnung 26.
Von Neumann-Kette. Laut von Neumanns Beweis infiziert sich sogar unser Gehirn-Geist mit der Dichotomie der Katze. Wie endet die Kette?
Wir wissen, dass die Beobachtung durch einen bewussten Beobachter die Dichotomie beendet. Es ist daher ganz offensichtlich, dass das Bewusstsein von außerhalb der materiellen Welt wirken muss; Mit anderen Worten: Bewusstsein muss transzendental – nichtlokal – sein.
Ramachandrans Paradoxon
Wenn Sie immer noch über die Transzendenz des Bewusstseins besorgt sind, könnte es Ihnen Spaß machen, über das Paradoxon nachzudenken, das der Neurowissenschaftler Ramachandran erfunden hat.
Nehmen wir an, dass es dank einer Supertechnologie möglich ist, mithilfe von Elektroden oder ähnlichem alles aufzuzeichnen, was im Gehirn passiert, wenn äußere Reize darauf einwirken. Sie können sich vorstellen, dass Sie aus diesen Daten und mit Hilfe einiger Supermathematik eine vollständige und detaillierte Beschreibung des Zustands des Gehirns in der Situation der Wirkung eines bestimmten Reizes erhalten können.
Angenommen, der Reiz ist eine rote Blume; Sie zeigen es mehreren Personen, sammeln die Daten, analysieren sie und erhalten eine Reihe von Gehirnzuständen, die der Wahrnehmung einer roten Blume entsprechen. Sie würden erwarten, dass Sie, abgesehen von geringfügigen statistischen Abweichungen, jedes Mal im Wesentlichen die gleiche Beschreibung des Zustands erhalten würden (so etwas wie eine Reaktion in bestimmten Zellen in einem bestimmten Bereich des Gehirns, der an der Farbwahrnehmung beteiligt ist).
Sie könnten sich sogar vorstellen, Supertechnologie zu nutzen, um Ihre eigenen Gehirndaten aufzuzeichnen und zu analysieren (während Sie eine rote Blume sehen). Der Gehirnzustand, den Sie bei sich selbst finden, sollte sich nicht merklich von dem aller anderen unterscheiden.
Bedenken Sie diese interessante Wendung des Experiments: Sie haben keinen Grund zu der Annahme, dass die Beschreibung der Gehirnzustände aller anderen unvollständig ist (insbesondere, wenn Sie voll und ganz an Ihre Superwissenschaft glauben). Und gleichzeitig wissen Sie, dass in Bezug auf Ihren eigenen Gehirnzustand etwas fehlt – nämlich Ihre Rolle als Beobachter – Ihr Bewusstsein für die Erfahrung, die Ihrem Gehirnzustand entspricht, die tatsächliche bewusste Wahrnehmung von Rot. Ihre subjektive Erfahrung kann nicht Teil des objektiven Zustands des Gehirns sein, denn wer würde in einer solchen Situation das Gehirn beobachten? Ein berühmter kanadischer Neurochirurg war ähnlich verwirrt, als er über die Möglichkeit nachdachte, sein eigenes Gehirn zu operieren: „Wo ist das Subjekt und wo ist das Objekt, wenn man sein eigenes Gehirn operiert?“
Es muss einen Unterschied zwischen Ihrem Gehirn als Beobachter und dem Gehirn derjenigen geben, die Sie beobachten. Die einzige alternative Schlussfolgerung ist, dass die Gehirnzustände, die Sie konstruieren, selbst mit Superwissenschaft unvollständig sind. Da Ihr Gehirnzustand unvollständig ist und die Gehirnzustände anderer Menschen mit Ihrem identisch sind, müssen sie ebenfalls unvollständig sein, da sie das Bewusstsein nicht berücksichtigen.
Für materielle Realisten ist dies ein Paradoxon, da aus ihrer Sicht keine der oben genannten Lösungen wünschenswert ist. Der materielle Realist wird nicht bereit sein, dem einzelnen Beobachter besondere Privilegien einzuräumen (was einem Solipsismus gleichkäme), wird aber auch zögern zuzugeben, dass jede erreichbare Beschreibung des Zustands des Gehirns mit Hilfe der materialistischen Wissenschaft ipso facto unvollständig wäre.
Einen wichtigen Hinweis liefert die Frage des Neurochirurgen: Wo ist das Subjekt und wo ist das Objekt, wenn man sein eigenes Gehirn operiert? Der Kern des Problems wird durch den Ausdruck vermittelt: „Was wir suchen, ist das, wonach wir suchen.“ Bewusstsein setzt eine paradoxe Selbstreferenz voraus – die als selbstverständlich angesehene Fähigkeit, sich getrennt von unserer Umgebung auf uns selbst zu beziehen.
Erwin Schrödinger sagte: „Unbewusst und ohne dabei streng konsequent zu sein, schließen wir das Subjekt der Erkenntnis aus dem Bereich der Natur aus, den wir zu verstehen versuchen.“ Eine Theorie der Quantenmessung, die es wagt, in Fragen von Quantenobjekten Bewusstsein hervorzurufen, muss sich mit dem Paradox der Selbstreferenz auseinandersetzen. Lassen Sie uns dieses Konzept klären.
Wann endet die Messung? (Zusammenfassung)
Eine subtile Kritik kann an der Aussage geübt werden, dass transzendentales Bewusstsein den Zusammenbruch der Wellenfunktion eines Quantenobjekts verursacht: Das Bewusstsein, das den Zusammenbruch der Wellenfunktion verursacht, könnte das Bewusstsein des ewigen, allgegenwärtigen Gottes sein, wie in der folgenden humorvollen Passage :
Es gab einmal einen Mann, der sagte: „Für Gott
muss es äußerst seltsam erscheinen,
wenn er entdeckt, dass dieser Baum
weiter existiert
, obwohl niemand in der Nähe ist.“
Sehr geehrter Herr, Ihre Überraschung ist seltsam,
ich bin immer in der Nähe
und deshalb wird der Baum auch weiterhin so sein,
wie er von mir,
Ihrem wahren Gott, beobachtet wird.
Allerdings löst ein allgegenwärtiger Gott, der die Wellenfunktion zusammenbricht, das Messparadoxon nicht auf, da wir fragen können: „An welchem Punkt ist die Messung abgeschlossen, wenn Gott immer hinschaut?“ Die Antwort ist entscheidend: Die Messung ist ohne die Einbeziehung des immanenten Bewusstseins nicht vollständig. Das bekannteste Beispiel für immanentes Bewusstsein ist natürlich das Bewusstsein des Geist-Gehirns eines Menschen.
Wann ist die Messung abgeschlossen? Wenn transzendentales Bewusstsein den Zusammenbruch der Wellenfunktion verursacht, indem das immanente Geist-Gehirn mit Bewusstsein schaut. Diese Formulierung steht im Einklang mit unserer gewöhnlichen Beobachtung, dass es niemals eine Erfahrung eines materiellen Objekts ohne ein begleitendes mentales Objekt gibt, das heißt den Gedanken „Ich sehe dieses Objekt“, oder zumindest ohne Bewusstsein.
Beachten Sie, dass zwischen Bewusstsein mit Bewusstsein und ohne Bewusstsein unterschieden werden muss. Im ersten Fall kommt es zum Zusammenbruch der Wellenfunktion, im letzten jedoch nicht. In der psychologischen Literatur wird Bewusstsein ohne Bewusstsein als unbewusst bezeichnet.
Natürlich gibt es in der Vorstellung, dass immanentes Bewusstsein erforderlich ist, um eine Dimension zu vervollständigen, einen gewissen Kausalkreislauf, da es ohne die Vollendung einer Dimension kein immanentes Bewusstsein geben kann. Was kommt zuerst: Bewusstsein oder Messung? Was ist die Grundursache? Stehen wir vor einer unbeantwortbaren „Henne oder Ei“-Frage?
Eine Sufi-Geschichte hat eine ähnliche Konnotation. Eines Nachts ging Mullah Nasreddin eine verlassene Straße entlang, als er bemerkte, dass sich eine Gruppe Reiter näherte. Mulla wurde nervös und rannte los. Die Reiter sahen ihn rennen und galoppierten hinter ihm her. Jetzt hatte der Mullah wirklich Angst. Als er die Mauern des Friedhofs erreichte, sprang er voller Angst über die Mauer, fand ein leeres Grab und legte sich hinein. Die Reiter sahen ihn über die Mauer springen und folgten ihm auf den Friedhof. Nach einigem Suchen fanden sie den Mullah, der ängstlich zu ihnen aufsah.
“Etwas passiert? – fragten die Reiter den Mullah. – Können wir Ihnen irgendwie helfen? Warum bist du hier?”
„Nun, das ist eine lange Geschichte“, antwortete der Mullah. „Kurz gesagt, ich bin wegen dir hier und ich kann sehen, dass du wegen mir hier bist.“
Wenn uns nur eine Ordnung der Realität aufgezwungen wird – die physische Ordnung der Dinge, dann ist dies ein echtes Paradoxon, für das es im Rahmen des materiellen Realismus keine Lösung gibt. John Wheeler nannte die Zirkularität der Quantenmessung den „Bedeutungskreis“. Dies ist eine sehr aufschlussreiche Beschreibung, aber die eigentliche Frage ist, wer die Bedeutung versteht. Hier gibt es kein Paradoxon nur für den Idealismus, da das Bewusstsein von außerhalb des Systems agiert und den Sinnkreislauf schließt.
Diese Lösung ähnelt der Lösung des sogenannten Gefangenenproblems, einem elementaren spieltheoretischen Problem. Sie planen, aus Ihrer Gefängniszelle durch einen mit Hilfe Ihres Freundes gegrabenen Tunnel zu entkommen (Abb. 27). Offensichtlich wird Ihnen die Flucht viel leichter fallen, wenn Sie und Ihr Freund von gegenüberliegenden Seiten derselben Kameraecke aus graben; Sie können jedoch nicht kommunizieren und die Zelle hat sechs Winkel, aus denen Sie wählen können. Die Chancen auf eine Flucht stehen nicht allzu gut, oder? Aber denken Sie ein wenig über die Form Ihrer Kamera nach und Sie werden feststellen, dass Sie sich höchstwahrscheinlich dafür entscheiden werden, in Ecke Nummer 3 zu graben. Warum? Denn dies ist die einzige Ecke, die von außen anders (konkav) aussieht. Sie würden also erwarten, dass Ihr Freund hier mit dem Graben beginnt. Ebenso ist nur Ecke Nummer 3 von innen konkav, sodass Ihr Freund wahrscheinlich erwartet, dass Sie auch dort mit dem Graben beginnen.
Zeichnung 27.
Gefangenendilemma: Welchen Blickwinkel soll man wählen?
Aber was ist die Motivation Ihres Freundes, in dieser Ecke zu graben? Das sind Sie! Er stellt sich vor, dass Sie diesen Blickwinkel aus demselben Grund wählen, aus dem Sie sich vorstellen, dass er ihn wählt. Beachten Sie, dass wir in diesem Fall keine kausale Abfolge und daher keine einfache Ebenenhierarchie feststellen können. Anstelle einer linearen Kausalhierarchie haben wir eine zirkuläre Kausalhierarchie. Niemand hat sich für den Plan entschieden. Stattdessen handelte es sich bei dem Plan um eine gemeinsame Schöpfung, die von einem höheren Ziel geleitet wurde – der Flucht des Gefangenen.
Douglas Hofstaedter nannte diese Art von Situation eine komplexe Hierarchie – eine Hierarchie, die so kompliziert ist, dass es unmöglich ist, höhere und niedrigere Ebenen auf dem hierarchischen Totempfahl zu unterscheiden. Hofstadter schlägt vor, dass Selbstreferenz aus einer solch komplexen Hierarchie entstehen könnte. Ich vermute, dass in der Gehirn-Geist-Situation, in der das Bewusstsein den Zusammenbruch der Wellenfunktion verursacht, aber nur dann, wenn Bewusstsein vorhanden ist, unsere immanente Selbstreferenz aus einer komplexen Hierarchie stammt. Die von Neumann-Kette endet genau mit der Beobachtung eines selbstkorrelierenden Systems.
Irreversibilität und der Pfeil der Zeit
Wann endet die Messung? Der Idealismus besagt, dass er erst endet, wenn eine selbstreferenzielle Beobachtung stattgefunden hat. Im Gegensatz dazu argumentieren einige Physiker, dass die Messung endet, wenn der Detektor ein Quantenereignis erkennt. Wie unterscheidet sich der Detektor vom bisherigen Messgerät? Diese Physiker behaupten, dass die Erkennung durch den Detektor irreversibel sei.
Was ist Irreversibilität? Es gibt einige Prozesse in der Natur, die als reversibel bezeichnet werden können, da es unmöglich ist, die Richtung der Zeit zu bestimmen, wenn man diese Prozesse in umgekehrter Reihenfolge beobachtet. Ein Beispiel ist die Bewegung eines Pendels (zumindest für kurze Zeit): Wenn man seine Bewegung filmt und es dann in die entgegengesetzte Richtung laufen lässt, wird man keinen sichtbaren Unterschied feststellen. Im Gegensatz dazu kann das Filmen eines irreversiblen Prozesses nicht wiederholt werden, ohne sein Geheimnis preiszugeben. Angenommen, Sie filmen die Bewegung eines Pendels auf einem Tisch und filmen gleichzeitig eine Tasse, die zu Boden fällt und zerbricht. Wenn Sie den Film zurückspulen, werden die Teile, die vom Boden auffliegen und sich wieder zu einer ganzen Tasse zusammenfügen, Ihr Geheimnis enthüllen – dass Sie den Film zurückspulen.
Um den Unterschied zwischen einem reversiblen Messgerät und einem Detektor zu verstehen, betrachten Sie das folgende Beispiel. Photonen haben eine Eigenschaft, die Polarisation genannt wird und zwei Bedeutungen haben kann: Es handelt sich um eine Achse, die nur in eine von zwei zueinander senkrechten Richtungen gerichtet (oder polarisiert) ist. Polarisierte Sonnenbrillen polarisieren normales, nicht polarisiertes Licht. Sie lassen nur solche Photonen durch, deren Polarisationsachse parallel zur Polarisationsachse der Brille verläuft. Sie können dies überprüfen, indem Sie zwei polarisierte Gläser senkrecht zueinander platzieren und durch sie schauen. Du wirst nur Dunkelheit sehen. Warum? Denn ein polarisiertes Glas polarisiert Photonen beispielsweise vertikal, während ein anderes nur horizontal polarisierte Photonen durchlässt. Mit anderen Worten: Beide Gläser zusammen wirken wie ein Doppelfilter, der das gesamte Licht ausblendet.
Ein bei 45° polarisiertes Photon ist eine kohärente Überlagerung von halb vertikal und halb horizontal polarisierten Zuständen. Wenn ein solches Photon eine Polarisationsbox mit vertikal und horizontal polarisierten Kanälen passiert, erscheint es zufällig entweder im vertikal polarisierten oder horizontal polarisierten Kanal. Dies kann anhand der Messwerte der Detektoren beurteilt werden, die hinter jedem der Kanäle angebracht sind (Abb. 28, a).
Nehmen wir nun an, dass in dem in Abb. In Abb. 28, a platzieren wir einen Polarisator mit einem Polarisationswinkel von 45° zwischen der Polarisationsbox und den Detektoren (Abb. 28, b). Es stellt sich heraus, dass das Photon bei einem Winkel von 45° seinen ursprünglichen Polarisationszustand wiederherstellt – einen Zustand kohärenter Überlagerung; er wird wiedergeboren. Daher reicht ein Polaroid allein nicht aus, um Photonen zu messen – da die Photonen immer noch ihr Potenzial behalten, eine kohärente Überlagerung zu bilden. Für die Messung ist ein Detektor erforderlich, in dem irreversible Prozesse ablaufen, beispielsweise ein Leuchtschirm oder ein Fotofilm.
Zeichnung 28.
Experimente mit Photonen, die in einem Winkel von 45° polarisiert sind
Wenn Sie in Zeitumkehr denken, dann ist die Bewegung von 45° polarisierten Photonen, die durch eine Polarisationsbox und dann erneut durch einen 45°-Polarisator laufen, zeitreversibel. Wenn die Photonen jedoch von einem Detektor mit einem irreversiblen Prozess erfasst werden, können Sie, indem Sie sich diesen Prozess in umgekehrter Reihenfolge vorstellen, zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegung unterscheiden.
Erinnern Sie sich an die Geschichte der Szene, die für Stummfilme gedreht wurde. Die Heldin sollte vor einem herannahenden Zug an die Gleise gefesselt werden. Der Handlung des Films zufolge musste die Heldin gerettet werden – der Zug hielt im letzten Moment an. Da die Schauspielerin (aus offensichtlichen Gründen) ihr Leben nicht riskieren wollte, drehte der Regisseur die gesamte Szene rückwärts – beginnend mit dem Moment, in dem die Schauspielerin an die Schienen gefesselt ist und der Zug regungslos neben ihr steht. Dann begann der Zug rückwärts zu fahren. Aber was sahen die Zuschauer Ihrer Meinung nach, als der Film rückwärts abgespielt wurde? Damals wurden die Züge von kohlebefeuerten Dampflokomotiven angetrieben. In dem Film, der rückwärts lief, drang der Rauch in den Schornstein der Lokomotive, anstatt aus ihm herauszukommen, und enthüllte so das Geheimnis des Films. Rauchbildung ist ein irreversibler Prozess.
Bedeutet dies, dass die Lösung des Problems der Quantenmessung nahe liegt – und zwar ohne die Annahme einer Beteiligung des Bewusstseins? Wir müssen nur die Irreversibilität bestimmter Messgeräte, sogenannter Detektoren, erkennen, und dann können wir uns vielleicht aus der von-Neumann-Kette befreien. Nach dem Auslösen der Detektoren kann die kohärente Überlagerung nicht mehr rekonstruiert werden und ist somit tatsächlich beendet.
Aber ist das wirklich so? Reicht der Detektor aus, um die Von-Neumann-Kette zu vervollständigen? Von Neumann selbst antwortet mit Nein. Der Detektor muss eine kohärente Überlagerung der Nadelwerte sein, aus dem einfachen Grund, dass er auch der Quantenmechanik gehorcht. Das Gleiche gilt auch für jedes nachfolgende Messgerät – reversibel oder „irreversibel“. Die von Neumann-Kette wird fortgeführt.
Der Punkt ist, dass die Quanten-Schrödinger-Gleichung zeitlich umkehrbar ist: Sie ändert sich nicht, wenn sich das Vorzeichen der Zeit ändert. Wie der Mathematiker Jules Henri Poincaré zeigte, kann das Verhalten eines makroskopischen Körpers, der einer zeitlich umkehrbaren Gleichung unterliegt, nicht wirklich irreversibel sein. Daher zeichnet sich die allgemein akzeptierte Ansicht ab, dass eine absolute Irreversibilität unmöglich ist; Die scheinbare Irreversibilität, die wir in der Natur beobachten, ist auf die geringe Wahrscheinlichkeit zurückzuführen, dass der Entwicklungspfad eines makroskopischen Körpers zur ursprünglichen Konfiguration zurückkehrt, die eine größere relative Ordnung aufweist.
Die Berücksichtigung der Irreversibilität liefert eine wichtige Lektion. Obwohl letztlich alle Objekte Quantenobjekte sind, ermöglicht uns die scheinbare Irreversibilität einiger Makroobjekte eine grobe Unterscheidung zwischen dem klassischen und dem Quantenobjekt. Wir können sagen, dass ein Quantenobjekt wiederhergestellt wird, während die Wiederherstellungszeit eines klassischen Objekts extrem lang ist. Mit anderen Worten können wir sagen, dass Quantenobjekte zwar keine merkliche Erinnerung an ihre Geschichte haben – sie haben also kein Gedächtnis –, klassische Objekte – zum Beispiel Detektoren – aber über ein Gedächtnis verfügen, und zwar in dem Sinne, dass die Erinnerung lange dauert gelöscht werden.
Es stellt sich eine weitere wichtige Frage: Wenn es keine absolute Irreversibilität in der Bewegung der Materie gibt, wie geht dann die idealistische Interpretation mit der Idee des unidirektionalen Zeitflusses, des Zeitpfeils um? Nach idealistischer Interpretation ist die Zeit im transzendentalen Bereich eine Einbahnstraße, die Anzeichen einer nur annähernden Irreversibilität für die Bewegung immer komplexerer Objekte aufweist. Wenn das Bewusstsein die Gehirn-Geist-Wellenfunktion kollabiert, zeigt es die unidirektionale Zeit, die wir beobachten. Irreversibilität und der Pfeil der Zeit gelangen durch den Prozess des Zusammenbruchs selbst – die Quantendimension – in die Natur, wie der Physiker Leo Szilard vor vielen Jahren vermutete.
Offenbar löst die Irreversibilität von Detektoren das Messproblem nicht. Eine solche Lösung kann nur erreicht werden, wenn wir bereit sind, Irreversibilität in Form einer Unordnung zu akzeptieren, die noch grundlegender ist als die Quantenmechanik. Es gibt einen Vorschlag, genau das zu tun.
Nehmen wir an, dass Materie grundsätzlich ungeordnet ist und dass das ungeordnete Verhalten des Teilchensubstrats durch zufällige Fluktuationen zu einem annähernd geordneten Verhalten führt, das wir Quanten nennen können. Wenn dies wahr wäre, wäre die Quantenmechanik selbst ein Epiphänomen – wie jedes andere geordnete Verhalten. Es gibt keine experimentellen Beweise, die diese Art von Theorie stützen. Wenn sie jedoch bewiesen werden könnten, wäre dies eine geniale Lösung für das Messproblem. Einige Physiker geben jedoch immer noch zu, dass es eine verborgene zugrunde liegende Umgebung gibt, die Zufälligkeit verursacht; Sie ziehen eine Analogie zur zufälligen Bewegung von Molekülen, die die zufällige Bewegung von Pollenpartikeln im Wasser verursacht, die durch ein Mikroskop sichtbar ist (sogenannte Brownsche Bewegung). Die Annahme einer zugrunde liegenden Umgebung steht jedoch im Widerspruch zum Aspect-Experiment, es sei denn, sie beinhaltet Nichtlokalität. Und im Rahmen des materiellen Realismus ist es schwierig, eine nichtlokale Brownsche Bewegung zu akzeptieren.
Neun Leben
Stephen Hawking sagt: „Immer wenn ich von Schrödingers Katze höre, möchte ich mir eine Waffe schnappen.“ Fast jeder Physiker erlebt einen ähnlichen Impuls. Jeder möchte die Katze töten – das ist das Katzenparadoxon –, aber sie hat offenbar neun Leben.
In ihrem ersten Leben wird die Katze statistisch gesehen als Teil eines Ensembles behandelt. Die Katze ist beleidigt (da diese Interpretation sie ihrer Einzigartigkeit beraubt), bleibt aber unverletzt.
In ihrem zweiten Leben betrachteten Philosophen des Makrorealismus die Katze als Beispiel für die Quanten-/Klassik-Dichotomie. Die Katze weigert sich, ihre Dichotomie Leben/Tod gegen eine weitere Dichotomie einzutauschen.
Im dritten Leben wird der Katze Unumkehrbarkeit und Zufälligkeit präsentiert, aber die Katze sagt: „Beweisen Sie es.“
Im vierten Leben trifft die Katze auf verborgene Variablen (die Vorstellung, dass ihr Zustand niemals dualistisch wird, sondern tatsächlich vollständig von verborgenen Variablen bestimmt wird), und was passiert, bleibt verborgen.
Im fünften Leben versuchen Vertreter der Neo-Kopenhagener Schule, die Katze mithilfe der Philosophie des logischen Positivismus loszuwerden. Den meisten Berichten zufolge bleibt die Katze unverletzt.
Im sechsten Leben begegnet die Katze mehreren Welten. Wer weiß, vielleicht ist sie in irgendeinem Universum gestorben, aber soweit wir das beurteilen können, nicht in diesem.
Im siebten Leben begegnet die Katze Bohr und seinem Komplementaritätsprinzip, wird aber durch die Frage gerettet: Was macht eine Dimension aus?
Im achten Leben begegnet die Katze einem Bewusstsein (dualistischer Art), wird aber von Wigners Freund gerettet.
Im neunten Leben schließlich findet die Katze ihr Heil in einer idealistischen Interpretation. Damit endet die Geschichte der neun Leben von Schrödingers Katze.
Das Buch „The Self-Aware Universe. Wie Bewusstsein die materielle Welt erschafft.“ Amit Goswami
Inhalt
VORWORT
TEIL I. Die Vereinigung von Wissenschaft und Spiritualität
KAPITEL 1. DAS KAPITEL UND DIE BRÜCKE
KAPITEL 2. ALTE PHYSIK UND IHR PHILOSOPHISCHES ERBE
KAPITEL 3. QUANTENPHYSIK UND DER TOD DES MATERIALISCHEN REALISMUS
KAPITEL 4. DIE PHILOSOPHIE DES MONISTISCHEN IDEALISMUS
TEIL II. IDEALISMUS UND DIE AUFLÖSUNG VON QUANTUMPARADOXEN
KAPITEL 5. OBJEKTE AN ZWEI ORTEN GLEICHZEITIG UND WIRKUNGEN, DIE IHREN URSACHEN VORHERGEHEN
KAPITEL 6. DIE NEUN LEBEN VON SCHRÖDINGERS KATZE
KAPITEL 7. ICH WÄHLE DAHER, ICH BIN
KAPITEL 8. DER EINSTEIN-PODOLSKY -ROSEN PARADOX
KAPITEL 9. VERSÖNUNG VON REALISMUS UND IDEALISMUS
TEIL III. SELBSTREFERENZ: WIE MAN VIELE WIRD
KAPITEL 10. ERKUNDUNG DES GEIST-KÖRPER-PROBLEMS
KAPITEL 11. AUF DER SUCHE NACH DEM QUANTENGEIST
KAPITEL 12. PARADOXE UND KOMPLEXE HIERARCHIEN
KAPITEL 13. „ICH“ DES BEWUSSTSEINS
KAPITEL 14. VEREINIGUNG DER PSYCHOLOGIEN
TEIL IV . RÜCKKEHR DES CHARMES
KAPITEL 15. KRIEG UND FRIEDEN
KAPITEL 16. EXTERNE UND INNERE KREATIVITÄT
KAPITEL 17. DAS ERWACHEN BUDDHAS
KAPITEL 18. IDEALISMALE THEORIE DER ETHIK
KAPITEL 19. SPIRITUELLE FREUDE
GLOBAR DER BEGRIFFE