Die Quantentheorie zeichnet sich durch spektakuläre empirische Erfolge aus. Gleichzeitig ist bis heute höchst strittig, wie sie sich auf Dinge und Eigenschaften in der Welt bezieht. Dabei stellen sich viele weitere philosophische Herausforderungen: Verletzen Quantenobjekte das Prinzip der Kausalität? Sind gleichartige Teilchen ununterscheidbar und daher keine Individuen? Behalten Quantenobjekte in der zeitlichen Entwicklung ihre Identität? Wie verhält sich ein zusammengesetztes Quantensystem zu seinen Teilen? Diese Fragen werden im Rahmen verschiedener Deutungsansätze der Quantentheorie diskutiert. Ein Ausblick in die Quantenfeldtheorie verschärft das Hauptproblem der Nichtlokalität.
Das Buch will fortgeschrittene Studierende der Philosophie in die Grundlagen der Quantenphysik einführen. Zugleich konfrontiert es Physikerinnen und Physiker mit den philosophischen Fragen ihres Faches. Punktuell kann es auch den gymnasialen Physik-Unterricht bereichern.
/ AUS DEM INHALT: / / /
Vorwort v
1 Physikalisch-mathematische Grundlagen 1
Cord Friebe
1.1 Spin und Superposition 4
1.1.1 Stern-Gerlach-Experiment 5
1.1.2 Aufeinanderfolgende Spinmessungen 7
1.1.3 Superpositionsprinzip 11
1.2 Mathematischer Formalismus der Quantenmechanik 16
1.2.1 Vektoren und ihre Darstellung 17
1.2.2 Operatoren und ihre Eigenwerte 20
1.2.3 Das Problem mehrfacher Eigenwerte 29
1.2.4 Spezielle Operatoren und Ortsdarstellung 33
Literatur zu Kapitel 1 41
2 Messproblem, Minimal- und Kollapsinterpretationen 43
Cord Friebe
2.1 Minimalinterpretation 45
2.2 Ensemble-Interpretation und Kopenhagener Deutung 49
2.2.1 EnsembJe-Interpretation 52
2.2.2 Kopenhagener Deutung(en) 54
2.3 Messproblem und Dekohärenz 60
2.3.1 Quantenmechanisches Messproblem 62
2.3.2 Dekohärenzprogramm 67
2.4 Realistische Kollaps-Deutung: GRW 70
2.4.1 Nicht-lineare Dynamik 70
2.4.2 GRW-Ontologien und ihre Kritik 74
Literatur zu Kapitel 2 77
3 Quanten-Identität und UnUnterscheidbarkeit 79
Holger Lyre
3.1 Quantentheorie gleichartiger Objekte 79
3.1.1 Statistische Mechanik 79
3.1.2 Mehr-Teilchen-Tensorprodukt 81
3.1.3 Quantenstatistik 83
3.1.4 Symmetrische Gruppe 86
3.2 Ontologie der Quantentheorie 89
3.2.1 Identität und Leibniz-Prinzip 89
3.2.2 Leibniz-Prinzip und Quantentheorie 97
3.2.3 Schwache Unterscheidbarkeit 103
3.2.4 Ausblick 106
Literatur zu Kapitel 3 109
4 Verschränkung und Nicht-Lokalität: EPR, Bell und die Folgen 113
Paul Näger und Manfred Stöckler
4.1 Einführung und Überblick 113
4.2 Das EPR-Argument und seine Folgen 115
4.3 Der Bellsche Beweis 124
4.3.1 Experimentelle Grundlagen 125
4.3.2 Das ursprüngliche Bell-Theorem 131
4.3.3 Beils Theorem als Strategie-Spiel 133
4.3.4 Beils Theorem präzise 138
4.4 Nicht-Lokalität 143
4.4.1 Lokalität vs. Hintergrundannahmen 143
4.4.2 Konfliktfelder mit der Relativitätstheorie 145
4.4.3 Signale und Kausalität 148
4.4.4 Outcome Dependence vs. Parameter Dependence 149
4.4.5 Nicht-Separabilität 152
4.4.6 Holismus 157
4.4.7 Nicht-Lokalität und Relativitätsprinzip 159
4.5 Alternative Lösungsvorschläge 163
4.5.1 Kausale Markov-Bedingung 163
4.5.2 Interventionsannahme 166
4.5.3 Rückwärtsverursachung 168
4.5.4 Fazit zu den alternativen Lösungsvorschlägen 171
4.6 Resümee 171
Literatur zu Kapitel 4 172
5 Nicht-Kollaps-Interpretationen der Quantentheorie 177
5.1 Die De-Broglie-Bohm-Theorie 178
5.1.1 Mathematische Beschreibung 179
5.1.2 Die Quantengleichgewichtshypothese 183
5.1.3 Die Führungsgleichung 185
5.1.4 Anwendungen der De-Broglie-Bohm-Theorie 186
5.1.5 Die Lösung des Messproblems 190
5.1.6 Die Schulen der De-Broglie-Bohm-Theorie 194
5.1.7 Kritik an der De-Broglie-Bohm-Theorie 196
5.2 Die Everett-Interpretation 199
5.2.1 Die Grundidee 200
5.2.2 Die Viele-Welten-Interpretation 201
5.2.3 Das Problem der bevorzugten Basis 203
5.2.4 Die Rolle der Dekohärenztheorie 206
5.2.5 Wahrscheinlichkeit in der Everett-Interpretation 209
5.2.6 Kritik an der Everett-Interpretation 215
5.3 Zusammenhang zwischen den verschiedenen Interpretationen 219
Literatur zu Kapitel 5 221
6 Quantenfeldtheorie 225
Meinard Kuhlmann und Manfred Stöckler
6.1 Charakterisierung der Quantenfeldtheorie 225
6.2 Raumzeitliche Beschreibung von Prozessen 227
6.3 Mathematische Struktur 229
6.3.1 Quantisierung von Feldern 230
6.3.2 Das einfachste Beispiel einer Quantenfeldtheorie 233
6.3.3 Besetzungszahldarstellung 239
6.3.4 Quantenfeldtheorie und Experiment 244
6.3.5 Probleme der konventionellen Quantenfeldtheorie 249
6.4 Interpretationen der Quantenfeldtheorie 254
6.4.1 Vorbemerkungen 254
6.4.2 Teilcheninterpretation 255
6.4.3 Feldinterpretation 263
6.5 Neue Wege der Interpretation 265
6.5.1 Ontischer Strukturenrealismus 265
6.5.2 Eine tropenontologische Interpretation 267
6.5.3 Fazit zur Ontologie der Quantenfeldtheorie 270
Literatur zu Kapitel 6 270
7 Chronologie und Ausblick 275
Cord Friebe, Meinard Kuhlmann und Holger Lyre
7.1 Frühphase der Quantenphysik 276
7.2 Etablierung der Standard-Quantenmechanik 277
7.3 Bestätigung und neue Herausforderungen 279
Register 289