Werner Heisenberg und die Frage nach der Wirklichkeit
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. . . Ein Fachmann ist ein Mann, der einige der gröbsten Fehler kennt, die man in dem betreffenden Fach machen kann und der sie deshalb zu vermeiden versteht. |
Werner Heisenberg (05.12.1905 – 01.02.1976)  |
. . . Die Quantentheorie ist so ein wunderbares Beispiel dafür, daß man einen Sachverhalt in völliger Klarheit verstanden haben kann und gleichzeitig doch weiß, daß man nur in Bildern und Gleichnissen von ihm reden kann. |
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Architekt der Quantenmechanik & Nobelpreisträger |
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»Das Gegenteil einer richtigen Behauptung ist eine falsche Behauptung. Aber das Gegenteil einer tiefen Wahrheit kann wieder eine tiefe Wahrheit sein.«
Niels Bohr
Die Autobiografie von Heisenberg „Der Teil und das Ganze“ redet in einer unvergleichlichen Klarheit von den Problemen, die die moderne Physik aufgeworfen hat – für jeden, der sich mit ihr beschäftigt und der im deterministischem Denken der Newtonschen Physik, im angeblich gesetzmäßigen Ablauf des Alltags, aufgewachsen ist, eine Quelle der Erleuchtung. Heisenberg benutzt den Dialog zwischen konträren Meinungen, um uns direkt an den damaligen Auseinandersetzungen teilnehmen zu lassen, die die Welt durch Revolutionen im Denken und der Politik bis nahe an den Abgrund, vor dem wir noch immer stehen, führten.
Der Dialog der mannigfachen Einstellungen, von Heisenberg gelobt als befruchtende Form für den wissenschaftlichen Fortschritt, vermag auch uns beim Lesen dieser Erinnerungen die moderne Physik klarer verständlich zu machen – uns wird fassbar, wie sehr sich dieses neue Denken auch auf den Geist der Epoche auswirken musste.
Dabei schwankte der geniale Physiker anfangs noch, ob er nicht Pianist werden solle:
„Aber in den letzten Jahren scheint die Musik in ein merkwürdig unruhiges und vielleicht etwas schwächliches Experimentierstadium zu geraten, in dem theoretische Überlegungen eine größere Rolle spielen als das sichere Bewußtsein eines Fortschritts auf vorbestimmter Bahn. In der Naturwissenschaft, und besonders in der Physik ist das anders. Dort hat die Verfolgung des vorgezeichneten Weges – dessen Ziel damals, vor zwanzig Jahren, das Verständnis gewisser elektromagnetischer Erscheinungen sein mußte – von selbst zu Problemen geführt, in denen philosophische Grundpositionen, die Struktur von Raum und Zeit und die Gültigkeit des Kausalgesetzes, in Frage gestellt werden. Hier, glaube ich, eröffnet sich ein noch unübersehbares Neuland, und wahrscheinlich werden mehrere Generationen von Physikern zu tun haben, um die endgültigen Antworten zu finden. Es scheint mir eben sehr verlockend, dabei irgendwie mitzutun“
Er wollte jedoch wirken, etwas bewegen und das glaubte er nur in der Physik tun zu können. Schon früh, noch als Gymnasiast, beschäftigte er sich mit Erkenntnissen von Planck und Einstein und philosophierte mit seinen Freunden darüber. Seinen Schulfreund Otto Laporte zitiert er mit der folgenden tiefsinnigen Überlegung:
„…Aber du solltest auch die beherzigenswerte Definition kennen: ›Philosophie ist der systematische Mißbrauch einer eigens zu diesem Zwecke erfundenen Nomenklatur‹. Jeder Absolutheitsanspruch ist eben von vorneherein abzulehnen. In Wirklichkeit sollte man nur solche Wörter oder Begriffe benutzen, die unmittelbar auf sinnliche Wahrnehmung bezogen werden können, wobei man sinnliche Wahrnehmung natürlich auch durch kompliziertere physikalische Beobachtung ersetzen darf. Solche Begriffe können ohne viel Erklärung verstanden werden. Gerade dieser Rückgriff auf das Beobachtbare war Einsteins großes Verdienst. Einstein ist mit Recht in seiner Relativitätstheorie von der banalen Feststellung ausgegangen: Zeit ist das, was man von der Uhr abliest. Wenn du dich an solche banale Bedeutung der Wörter hältst, so gibt es in der Relativitätstheorie keine Schwierigkeiten. Sobald eine Theorie gestattet, das Ergebnis der Beobachtungen richtig vorherzusagen, so liefert sie damit auch alles, was für ein Verständnis nötig ist.“
Im Gespräch mit Einstein (übrigens ein Juwel) lässt er Einstein dazu direkt Stellung beziehen:
„Vielleicht habe ich diese Art von Philosophie benützt«, antwortete Einstein, »aber sie ist trotzdem Unsinn. Oder ich kann vorsichtiger sagen, es mag heuristisch von Wert sein, sich daran zu erinnern, was man wirklich beobachtet. Aber vom prinzipiellen Standpunkt aus ist es ganz falsch, eine Theorie nur auf beobachtbare Größen gründen zu wollen. Denn es ist ja in Wirklichkeit genau umgekehrt. Erst die Theorie entscheidet darüber, was man beobachten kann.“
Als Student war folgende Überlegung für ihn der Anlass, das mathematische Modell der Quantenmechanik zu entwickeln:
„Bohr benützt die klassische Mechanik oder die Quantentheorie eigentlich nur so, wie ein Maler Pinsel und Farbe benützt. Durch Pinsel und Farbe ist das Bild nicht bestimmt, und die Farbe ist nie die Wirklichkeit; aber wenn man das Bild vorher, wie der Künstler, vor dem geistigen Auge hat, so kann man es durch Pinsel und Farbe – vielleicht nur unvollkommen – auch den anderen sichtbar machen. Bohr kennt das Verhalten der Atome bei Leuchterscheinungen, bei chemischen Prozessen und in vielen anderen Vorgängen ganz genau, und dadurch hat er intuitiv eine Vorstellung von der Struktur der verschiedenen Atome gewonnen; ein Bild, das er nun mit dem unvollkommenen Hilfsmittel der Elektronenbahnen und Quantenbedingungen den anderen Physikern verständlich machen will. Es ist also gar nicht so sicher, daß Bohr selbst an die Elektronenbahnen im Atom glaubt. Aber er ist von der Richtigkeit seiner Bilder überzeugt. Daß es für diese Bilder einstweilen noch keinen angemessenen sprachlichen oder mathematischen Ausdruck gibt, ist doch gar kein Unglück. Es ist im Gegenteil eine außerordentlich verlockende Aufgabe.“
Wie schwierig es selbst für den genialen Albert Einstein war, die neue Quantentheorie, insbesondere die Unbestimmtheitsrelation von Heisenberg zu akzeptieren, sei hiermit demonstriert:
Einstein war dann etwas beunruhigt, aber schon am nächsten Morgen hatte er beim Frühstück ein neues Gedankenexperiment bereit, komplizierter als das Vorhergehende, das nun die Ungültigkeit der Unbestimmtheitsrelationen wirklich demonstrieren sollte. Diesem Versuch ging es freilich am Abend nicht besser als dem ersten, und nachdem dieses Spiel einige Tage fortgesetzt worden war, sagte Einsteins Freund Paul Ehrenfest, Physiker aus Leyden in Holland: »Einstein, ich schäme mich für dich; denn du argumentierst gegen die neue Quantentheorie jetzt genauso, wie deine Gegner gegen die Relativitätstheorie.« Aber auch diese freundschaftliche Mahnung konnte Einstein nicht überzeugen.
Wieder wurde mir klar, wie unendlich schwer es ist, die Vorstellungen aufzugeben, die bisher für uns die Grundlage des Denkens und der wissenschaftlichen Arbeit gebildet haben. Einstein hatte seine Lebensarbeit daran gesetzt, jene objektive Welt der physikalischen Vorgänge zu erforschen, die dort draußen in Raum und Zeit, unabhängig von uns, nach festen Gesetzen abläuft. Die mathematischen Symbole der theoretischen Physik sollten diese objektive Welt abbilden und damit Voraussagen über ihr zukünftiges Verhalten ermöglichen. Nun wurde behauptet, daß es, wenn man bis zu den Atomen hinabsteigt, eine solche objektive Welt in Raum und Zeit gar nicht gibt und daß die mathematischen Symbole der theoretischen Physik nur das Mögliche, nicht das Faktische, abbilden. Einstein war nicht bereit, sich – wie er es empfand – den Boden unter den Füßen wegziehen zu lassen. Auch später im Leben, als die Quantentheorie längst zu einem festen Bestandteil der Physik geworden war, hat Einstein seinen Standpunkt nicht ändern können. Er wollte die Quantentheorie zwar als eine vorübergehende, aber nicht als endgültige Klärung der atomaren Erscheinungen gelten lassen. »Gott würfelt nicht«, das war ein Grundsatz, der für Einstein unerschütterlich feststand, an dem er nicht rütteln lassen wollte. Bohr konnte darauf nur antworten: »Aber es kann doch nicht unsere Aufgabe sein, Gott vorzuschreiben, wie Er die Welt regieren soll.«
So kam denn auch Heisenberg dem Standpunkt immer näher: es gibt keine absolute Wahrheit – man versteht nur das, was man mit seinen Erfahrungen erfassen kann. Es reicht nicht neue Tatsachen zu akzeptieren, es ist erforderlich, sein bisheriges „Verstehen“ mutig auf Schwachstellen und Widersprüche zu diesen „neuen Tatsachen“ abzuklopfen.
„In ähnlicher Weise glaube ich, daß die Kantsche Analyse der Erkenntnis echtes Wissen, nicht nur unbestimmtes Meinen enthält, und daß sie überall dort richtig bleibt, wo lebendige Wesen, die reflektieren können, zu ihrer Umwelt in die Beziehung treten, die wir vom menschlichen Standpunkt aus ›Erfahrung‹ genannt haben. Aber auch das Kantsche ›a priori‹ kann später aus seiner zentralen Stellung verdrängt und Teil einer sehr viel umfassenderen Analyse des Erkenntnisprozesses werden. Es wäre an dieser Stelle sicher falsch, naturwissenschaftliches oder philosophisches Wissen mit dem Satz ›Jede Zeit hat ihre eigene Wahrheit‹ aufweichen zu wollen. Aber man muß sich doch gleichzeitig vor Augen halten, daß sich mit der historischen Entwicklung auch die Struktur des menschlichen Denkens ändert. Der Fortschritt der Wissenschaft vollzieht sich nicht nur dadurch, daß uns neue Tatsachen bekannt und verständlich werden, sondern auch dadurch, daß wir immer wieder neu lernen, was das Wort ›Verstehen‹ bedeuten kann.“
Tiefsinnig auch diese Überlegungen zur Sprache:
Denn das Sprechen, und damit indirekt auch das Denken, ist eine Fähigkeit, die sich – im Gegensatz zu allen anderen körperlichen Fähigkeiten – nicht im einzelnen Individuum entwickelt, sondern zwischen den Individuen. Wir lernen das Sprechen nur von anderen Menschen. Die Sprache ist gewissermaßen ein Netz, das zwischen den Menschen ausgespannt ist, und wir hängen mit unserem Denken, mit unserer Möglichkeit der Erkenntnis in diesem Netz.
Und was hält Heisenberg von Leuten, die die gesamte Theorie eines Wissenschaftszweiges ad acta legen wollen, damit ihre eigene „Wahrheit“ desto heller leuchte?
In der Wissenschaft kann eine gute und fruchtbare Revolution nur dann durchgeführt werden, wenn man sich bemüht, sowenig wie möglich zu ändern, wenn man sich zunächst auf die Lösung eines engen, fest umrissenen Problems beschränkt. Der Versuch, alles Bisherige aufzugeben und willkürlich zu ändern, führt zu reinem Unsinn. Der Umsturz alles Bestehenden wird in der Naturwissenschaft nur von unkritischen halbverrückten Fanatikern probiert – zum Beispiel von Leuten, die behaupten, ein Perpetuum mobile erfinden zu können -, und natürlich kommt bei solchen Versuchen gar nichts heraus. Allerdings weiß ich nicht, ob die Revolutionen in der Wissenschaft mit denen im Zusammenleben der Menschen verglichen werden können. Aber ich könnte mir denken – selbst wenn es sich um einen Wunschtraum handeln sollte -, daß auch in der Geschichte die nachhaltigsten Revolutionen jene sind, bei denen man versucht, nur eng umgrenzte Probleme zu lösen und sowenig wie irgend möglich zu ändern. Denken Sie an jene große Revolution vor zweitausend Jahren, deren Urheber, Christus, gesagt hat: ›Ich bin nicht gekommen, das Gesetz aufzulösen, sondern zu erfüllen.‹ Also nochmal: es kommt darauf an, sich auf das eine wichtige Ziel zu beschränken und sowenig wie möglich zu ändern. Das Wenige, was dann doch geändert werden muß, kann hinterher eine solche verwandelnde Kraft besitzen, daß es fast alle Lebensformen von selbst umgestaltet.
Man denke an den Ausspruch von Niels Bohr (s.o.), weiterer Kommentar überflüssig! Die schwerwiegendste Entscheidung Heisenberg war die, dem faschistischen Deutschland nicht den Rücken kehren zu wollen. Seine Erklärung dazu im Nachhinein wirkt noch immer nicht überzeugend, doch ist das eine Entscheidung, die nachfühlbar ist – seine Wahrheit ist nicht meine Wahrheit.
Es kam doch darauf an, hier und jetzt zu entscheiden, ob ich auswandern oder in Deutschland bleiben wollte. Man mußte an die Zeit nach der Katastrophe denken. Das hatte Planck gesagt, und das leuchtete mir ein. Also: Inseln des Bestandes bilden, junge Leute sammeln und sie nach Möglichkeit lebendig durch die Katastrophe bringen, und dann nach dem Ende wieder neu aufbauen; das war die Aufgabe, von der Planck gesprochen hatte. Dazu gehörte wohl unvermeidlich, Kompromisse schließen und später dafür mit Recht bestraft werden – und vielleicht noch Schlimmeres. Aber es war wenigstens eine klar gestellte Aufgabe. Draußen wäre man eigentlich überflüssig. Dort gab es nur Aufgaben, die von vielen anderen besser geleistet werden konnten. Bei der Rückkehr nach Leipzig war mein Entschluß gefaßt, wenigstens vorläufig in Deutschland und an der Universität Leipzig zu bleiben und zu sehen, wohin mich dieser Weg weiter führen würde.
Wie schwer ihm die Zeit im Nationalsozialismus geworden sein muss, wie bedrückend die Probleme für ihn waren, mag der eine Satz aus seinen Erinnerungen zeigen:
Als am 4. Mai der amerikanische Oberst Pash mit einigen Soldaten in unser Haus eindrang, um mich gefangenzunehmen, hatte ich ein Gefühl, wie es etwa ein zu Tode erschöpfter Schwimmer haben mag, der zum ersten Mal wieder den Fuß auf festes Land setzt.
Und dann der Atombombenabwurf auf Hiroshima und Nagasaki! Wie kann ein Physiker damit umgehen, die theoretischen Grundlagen für diese Bombe mit entwickelt zu haben? Hat der Physiker Heisenberg Schuld auf sich geladen?
Ich glaube nicht, daß es Sinn hat, hier das Wort ›Schuld‹ zu verwenden, selbst wenn wir in irgendeiner Weise in diesen ganzen Kausalzusammenhang verwoben sind. Otto Hahn und wir alle haben an der Entwicklung der modernen Naturwissenschaft teilgenommen. Diese Entwicklung ist ein Lebensprozeß, zu dem sich die Menschheit, oder wenigstens die europäische Menschheit, schon vor Jahrhunderten entschlossen hat – oder wenn man vorsichtiger formulieren will, auf den sie sich eingelassen hat. Wir wissen aus Erfahrung, daß dieser Prozeß zum Guten und Schlechten führen kann. Aber wir waren überzeugt – und das war insbesondere der Fortschrittsglaube des 19. Jahrhunderts -, daß mit wachsender Kenntnis das Gute überwiegen werde und daß man die möglichen schlechten Folgen in der Gewalt behalten könne. An die Möglichkeit von Atombomben hat vor der Hahnschen Entdeckung weder Hahn noch irgendein anderer von uns ernstlich denken können, da die damalige Physik keinen Weg dahin sichtbar machte. An diesem Lebensprozeß der Entwicklung der Wissenschaft teilzunehmen, kann nicht als Schuld angesehen werden.
In welch poetischer Sprache Heisenberg reden konnte, mögen die Schlusszeilen seiner Erinnerungen beweisen:
Wer über die Philosophie Platos meditiert, weiß, daß die Welt durch Bilder bestimmt wird. Daher soll auch die Schilderung der Gespräche durch ein Bild abgeschlossen werden, das sich mir als Zeichen der späten Münchner Jahre unvergeßlich eingeprägt hat. Wir fuhren zu viert, Elisabeth, unsere beiden ältesten Söhne und ich, durch die üppig blühenden Wiesen ins Hügelland zwischen Starnberger-See und Ammersee nach Seewiesen, um im Max-Planck-Institut für Verhaltensforschung Erich von Holst zu besuchen. Erich von Holst war nicht nur ein ausgezeichneter Biologe, sondern auch ein guter Bratschist und Geigenbauer, und wir wollten ihn wegen eines Musikinstruments um Rat fragen. Die Söhne, damals junge Studenten, hatten Geige und Cello mitgebracht für den Fall, daß sich Gelegenheit zum Musizieren bieten sollte. Von Holst zeigte uns sein neues Haus, das er künstlerisch und lebendig, weitgehend mit eigener Arbeit geplant und eingerichtet hatte, und führte uns in ein geräumiges Wohnzimmer, in das durch die weitgeöffneten Fenster und Balkontüren an diesem sonnigen Tag das Licht mit voller Kraft hereinströmte. Wenn man den Blick nach draußen wandte, fiel er auf hellgrüne Buchen unter einem blauen Himmel, vor dem sich die Schützlinge des Seewiesener Instituts in der Luft tummelten, v. Holst hatte seine Bratsche geholt, er setzte sich zwischen die beiden jungen Menschen und begann, mit ihnen jene von dem jugendlichen Beethoven geschriebene Serenade in D-dur [op 8] zu spielen, die von Lebenskraft und Freude überquillt und in der sich das Vertrauen in die zentrale Ordnung überall gegen Kleinmut und Müdigkeit durchsetzt. In ihr verdichtete sich für mich beim Zuhören die Gewißheit, daß es, in menschlichen Zeitmaßen gemessen, immer wieder weitergehen wird, das Leben, die Musik, die Wissenschaft; auch wenn wir selbst nur für kurze Zeit mitwirken können – nach Niels‘ Worten immer zugleich Zuschauer und Mitspieler im großen Drama des Lebens.
Die eingerückten Zitate aus den Lebenserinnerungen Heisenbergs scheinen mir seine Denkweise besonders gut zu illustrieren, ich bin mir jedoch bewusst, dass dies wieder nur meine ganz persönliche Wahrheit ist – Über seine Autobiographie gibt es auch einen Artikel mit einer kurzen Inhaltsbeschreibung bei Wikipedia.
Die folgenden Videos sind Ausstrahlungen auf ARTE (Autor: BR-alpha, Redaktion: Eva Maria Steimle) über Leben und Werk Werner Heisenbergs:
- Werner Heisenberg
- Die Poesie der Physik
- Was die Welt im Innersten zusammenhält
- Die Unschärferelation
- Die Angst vor der Bombe
- Die Verantwortung des Wissenschaftlers
- Der Teil und das Ganze