»Was hat Sie in letzter Zeit besonders berührt,...
...Metin Tolan?«
Wir meinten, mit den so brauchbar formulierten Naturgesetze wäre die Welt begriffen. Wer braucht noch Gott? Jetzt bringt die moderne Quantenphysik unser Weltbild ins Wanken: Gibt es überhaupt kleinste Teilchen? Und wenn ja, dann können sich anscheinend zwei davon auch noch in großer Entfernung miteinander verständigen. Ein Gespräch mit dem Physiker Prof. Metin Tolan über Wellen und Wahrscheinlichkeitswolken.
BerührungsPUNKTE: Quanten sind die kleinsten Teilchen. Woraus besteht unsere Welt denn eigentlich?
Tolan: Ein Elektron malt man als kleine Kugel, als Teilchen. Es verhält sich aber auch wie eine Welle.
BerührungsPUNKTE: Da geht es ja schon los, dass man sich nicht mal mehr auf die Materie verlassen kann.
Tolan: Mit Materie meinen Sie ...??
BerührungsPUNKTE: Äh, kleinste Bauteile? Das wäre doch Materie, oder?
Tolan: Unter Teilchen verstehe ich irgendetwas wie einen Tennisball, das ist ein Teilchen. Unter einer Welle verstehe ich normalerweise etwas anderes, z.B. Licht, Radio, Röntgen, Gammastrahlen. Nun sagt uns aber die Quantentheorie, dass sich der Ball wie eine Welle verhält und das Licht verhält sich wie viele, viele kleine Teilchen - die Photonen, von denen man vielleicht schon gehört hat. Licht ist aber auch eine Welle. Es ist einfach beides.
BerührungsPUNKTE: Dieser Tisch hier, ist der jetzt Teilchen und Welle?
Tolan: Der Tisch hier ist eindeutig ein Teilchen und keine Welle. Er ist ein großes Objekt. Elektronen sind aber kleine Objekte. Aber wie jetzt der Übergang zu machen ist in unsere makroskopische Welt, ist nicht genau geklärt. Was uns daran hindert, das zu verstehen, ist unsere Alltagserfahrung. Die wird hier völlig außer Kraft gesetzt. Wir können es nicht riechen, nicht schmekken, nicht sehen, wir können uns überhaupt kein Bild davon machen. Warum sollte die Natur auch so sein, dass wir sie in unserem Hirn abbilden können?
BerührungsPUNKTE: Und so versuchen Sie, Naturgesetze zu formulieren...
Tolan: Ja, aufgrund unseres Erfahrungsschatzes. Sagen wir mal, unsere Erfahrung betrifft einen Raum von einigen Metern. Warum sollten Naturgesetze, die ich für dieses Spektrum feststellen kann, warum sollten die noch im Bereich der Atome gelten?
BerührungsPUNKTE: Warum haben Sie mit Physik angefangen?
Tolan: Ich habe mich immer für Mathematik interessiert. Mathematik ist ja völlig frei von Anwendungen! Man kann darüber philosophieren, ob sie nur gilt, weil wir sie uns einbilden. Aber: Ein bewiesener mathematischer Lehrsatz gilt IMMER. Der gilt auch dann noch, wenn es die Erde nicht mehr geben sollte. Es gibt zum Beispiel unendlich viele Primzahlen. Da kann jetzt nicht einer kommen und sagen, nee, es gibt doch nur soundsoviele Primzahlen. Das ist schon attraktiv. Nur wurde es irgendwann doch zu abstrakt, dann schwenkte ich um auf Physik, das ist anfassbarer. Es beantwortet auch die Fragen, die man hat. Wie funktioniert die Welt?
BerührungsPUNKTE: Mit der Quantentheorie kam ja auch der Zufall ins Spiel.
Tolan: Ja und nein. Das Elektron beispielsweise, das sich um einen Atomkern bewegt, hat in der klassischen Theorie einen konkreten Ort. Wenn sie alle Anziehungskräfte kennen, können Sie diesen Ort berechnen. In der Quantentheorie können sie das nicht, da ist das gewissermaßen eine Wahrscheinlichkeitswolke. Das hieße in unserer Welt, wir beide befinden uns zwar hier an diesem Tisch, aber es besteht noch eine Chance von zwei Prozent, dass einer von uns in seinem Büro sitzt. Dabei sieht man ja: Wir sind hier. Das wäre die klassische Mechanik.
BerührungsPUNKTE: Und dass es nur einen wahrscheinlichen Wert gibt, liegt daran, dass wir das Teilchen nicht sehen können? Wir können also nur einen Teil der Naturgesetze begreifen?
Tolan: Zu den alten Naturgesetzen sind neue dazu gekommen. Die klassische Mechanik war ja auch sehr erfolgreich, alle Maschinen funktionierten... Aber um die Zustände im atomaren Maßstab zu beschreiben, musste man neue Gesetze finden. Im Großen, im Kosmos gilt das auch. Die Einsteinschen Gesetze zeigen, wie Zeit gekrümmt ist, inklusive der klassischen Mechanik. Also nur, wenn ich mich besonders schnell bewege, brauche ich die Relativitätstheorie. Das Navigationssystem in meinem Auto z.B. funktioniert so perfekt aufgrund der allgemeinen Relativitätstheorie. Wer hätte das damals gedacht, dass so eine abgefahrene Theorie zu irgendwas gut sein kann?
BerührungsPUNKTE: Der Physiker Anton Zeidlinger hat jetzt die Teleportation, also das Beamen von Photonen bewiesen. Auch ganz schön abgefahren.
Tolan: Es geht darum, dass Teilchen über größere Entfernungen voneinander wissen, was sie tun. Da stellt sich sofort die Frage: Wie machen die das? Die Berechnungen stimmen alle, aber WIE das jetzt genau funktioniert, weiß kein Mensch. Und: Erst in dem Moment, wo ich drauf gucke, sehe ich, was los ist. Das Phänomen taucht nur dann auf, wenn sie messen. Ansonsten ist das Objekt in einem Zustand, der alle Möglichkeiten offen lässt. Ich glaube, wir sind immer noch in der Phase des Nachguckens bei der Quantentheorie und kommen jetzt in Bereiche, wo es echt eng wird. Wo wir den Studenten nicht mehr erklären können, wie es genau ist. Es geht darum, das sogenannte Standard-Modell bis zum Ende durchzutesten. Und ein Teilchen, das man da haben möchte, das scheint sich immer noch zu zieren. Nun könnte es sein, dass es dieses Teilchen vielleicht gar nicht gibt. Das würde aber bedeuten, dass man die Theorie mit dem Atomkern sehr stark verändern muss.
BerührungsPUNKTE: Was hat Sie in letzter Zeit besonders berührt?
Tolan: Tja, gerade aktuell hat sich ein Student in der Physik das Leben genommen, einer der besten. Und ich weiß, dass unsere Anforderungen sehr hoch sind. Da stellt sich schon die Frage, ob die vielleicht zu hoch sind.
Interview: Beate Schwedler, Fotos: Dietmar Harwardt