„Die Realität ist unschuldig – schuldig sind unsere Begriffe“ Gastbeitrag von Dr. Bernd Stein als Lösung der Rätsel der Quantenphysik 2. Versuch

Es hat mich sehr gefreut mal wieder etwas von Bernd zu hören und zu lesen. Auf meinem Philosophie-/Wissenschaftsblog hat er durch seine zahlreichen Essays zum spannenden Thema der Quantenphysik immer wieder zu neuen Denkanstößen, Impulsen und Diskussionen bezüglich der wissenschafts- und erkenntnistheoretischen Basis geführt. Hierzu zählt auch sein vorhergehender Gastbeitrag „Die Lösung der Rätsel der Quantenphysik“, in dem er versucht hatte „die Ontologie der Physik widerspruchfrei und kohärent mit unserer Alltagserfahrung zu beschreiben“. Hierin versucht er die hinlänglich bekannten Probleme der modernen Physik und besonders der Quantenphysik zu überwinden.

Einen ähnlichen Ansatz verfolgt nun sein neuer Essay, der eigentlich aus einem Vortrag am 11. Dezember 2025 an der Universität Bonn über die erkenntnistheoretischen Aspekte der Quantenphysik stammt. Der Text wurde nur geringfügig für die Publikation auf meinem Wissenschaftsblog abgeändert. Die Veranstaltung fand im Rahmen einer laufenden Vorlesungsreihe statt, die internes Wissen der Physik für ein interessiertes Publikum außerhalb des akademischen Umfelds zugänglich macht. Die Reihe wird von Prof. Dr. Meschede, emeritierter Physikprofessor, organisiert.

Die Quantenphysik konfrontiert uns ja immer wieder mit einer Zumutung: Sie funktioniert perfekt – und widerspricht zugleich unserem tiefsten Verständnis von Wirklichkeit. Teilchen scheinen keine Eigenschaften zu besitzen, solange man sie nicht misst. Zustände springen. Messungen erschaffen Fakten. Seit über hundert Jahren streitet man darüber, ob die Welt im Innersten wirklich so seltsam ist – oder ob wir sie nur falsch beschreiben.

Bernds Beitrag schlägt nun vor, das Rätsel nicht in der Physik, sondern in unserer Erkenntnistheorie zu suchen. Er kontrastiert einen naiven wissenschaftlichen Realismus mit einer konstruktivistischen Sichtweise. Das ist natürlich ebenfalls „Wasser auf meine Mühlenräder“, da ich dieses Thema bereits in einem älteren Essay „Konstruktivismus vs. Realismus“ – Hätten Sie lieber die rote oder die blaue Pille?“ hinsichtlich des Rätsels des Bewusstseins in der Erkenntnistheorie zu beleuchten versucht habe.

Bernd führt bei seinem Ansatz aber eine oft unterschätzte Kategorie ins Zentrum: die Möglichkeit. Nicht als bloße Vorstufe künftiger Fakten, sondern als strukturelles Merkmal physikalischer Systeme. Die Mathematik der Quantentheorie beschreibt demnach nicht, wie die Welt ist, sondern unter welchen Bedingungen sie beschreibbar wird. Was wir Unbestimmtheit nennen, ist kein ontologisches Defizit der Natur – sondern ein Hinweis auf die Grenzen unserer klassischen Begriffe.

Vielleicht ist die Quantenwelt gar nicht so paradox. Vielleicht verlangt sie nur, dass wir anders über Wirklichkeit nachdenken. Ein Schlüssel hierzu mag vielleicht auch einmal eine Reflexion über die verwendeten Begriffe in der Quantenphysik sein. Aber nun genug der Begrifflichkeiten, lassen wir lieber einmal Bernd zu Worte kommen:

erkenntnistheoretische Überlegungen zur

Lösung der Rätsel der Quantenphysik

Liebe Zuhörerinnen und Zuhörer,

Sie alle wissen, die Quantentheorie ist eine er erfolgreichsten physikalischen Theorien. Aber sie wirft auch tiefgreifende philosophische Probleme auf, über deren Lösung ich heute reden will.

Dazu will ich zwei Sichtweisen gegenüberstellen:

1. Die realistische Sicht auf die äußere Welt (Sicht des wissenschaftlichen Realismus)

Aus dieser Sicht sind alle physikalischen Gegenstände auf bestimmte Weise beschaffen. Und die Physik nähert sich mit ihren Beschreibungen, die auf ihren besten Theorien gründen, der Wahrheit dieser Beschaffenheit immer mehr an.

2. Konstruktivistische Sicht

Aus dieser Sicht wird bei Beschreibungen der äußeren Welt die Frage nach der objektiven Beschaffenheit der physikalischen Gegenstände nicht gestellt.

Der Realist und der Konstruktivist wollen beide die physikalische Welt beschreiben. Dazu ordnen sie den Gegenständen physikalische Größen zu, wie Ort, Geschwindigkeit, Impuls, Drehimpuls usw.

Diese Zuordnung reicht aber nicht: Wenn ich von einem großen und schnellen Objekt rede, das dort ist, dann werden Sie fragen: wie groß, wie schnell, und wo genau ist es? Für eine genaue Bestimmung müssen den physikalischen Größen daher auch Werte zugeordnet werden (jeweils ein Zahlenwert und eine Einheit).

Im allgemeinen Sprachgebrauch ist der Zustand eines Gegenstandes dann genau bestimmt, wenn alle physikalischen Größen, die ihn beschreiben, auch einen definierten Wert haben.

Aber nun geschieht folgendes: bei den Gegenständen unseres Alltags, die die klassische Physik beschreibt, haben in jeder möglichen Beschreibung die zugeordneten physikalischen Größen alle und immer einen Wert.

Aber bei Quantenobjekten ist dies nicht der Fall. In bestimmten Situationen, insbesondere außerhalb einer Messung, kann man den zugeordneten physikalischen Größen – meistens nur einem Teil von ihnen – keinen Wert zuordnen – grundsätzlich nicht! Weder das Experiment, noch die Bewegungsgleichung der Quantentheorie, noch die Vorerfahrung (z.B. aus der Präparation) stellt für die beschreibenden physikalischen Größen einen Wert zur Verfügung.

Die Folge ist:

Quantenobjekte sind manchmal – außerhalb einer Messung (d.h. wenn man nicht hinsieht) – in einem unbestimmten Zustand, weil kein Wert für die physikalischen Größen zur Verfügung steht. Aus Sicht des Realisten lässt sich ihre Beschaffenheit dann grundsätzlich nicht beschreiben – sie sind – anscheinend „ontisch unbestimmt“ – in bestimmten Aspekten wie ein Kant´sches „Ding an sich“.

Aber es kommt noch schlimmer: Führt man eine Messung aus, dann liegt der Wert – den es vorher nicht gab – plötzlich vor. Das ist so, als wäre das Objekt vor dem Hinsehen „unscharf“. Es wird „scharf“, wenn man hinsieht (aus sich heraus, es schärft sich selbst). Das ist das berühmte Messproblem.

Das Messproblem ist aus Sicht des Realisten vergleichbar mit einem unverstandenen „Sprung“ des Objekts aus einem unbestimmten in einen bestimmten Zustand.

Der Realist kann folglich die äußere physikalische Welt nicht einheitlich beschreiben. Er landet zwangsläufig bei der Vorstellung, Quantenobjekte mit ihren Sprüngen aus der Unbestimmtheit in die Bestimmtheit seien im Vergleich zu den Gegenständen unseres Alltags „anders“ und würden sich paradox verhalten.

Nun zum Konstruktivisten. Auch er ordnet den Quantenteilchen – zur ihrer Beschreibung – physikalische Größen wie Ort, Impuls oder Energie zu – aber er erwartet nicht, dass diese Größen immer einen Wert haben.

Wenn sie keinen haben, gerät er nicht – wie der Realist – in einen Widerspruch zwischen Beobachtung und Erwartung. Er wird als Erstes fragen: wie kommt es, dass ich nicht – mittels Wertzuordnung – das beobachtete Objekt beschreiben kann?

Aber darauf gibt es erkenntnistheoretische Antworten:

1. Genaue Beschreibung, kurz gesagt Wert-Zuordnung, setzt Wechselwirkung des Quantenteilchen mit einem anderen Objekt voraus

Wir können einer physikalischen Größe immer nur dann einen Wert zuordnen, wenn das Quantenobjekt mit einem anderen Objekt wechselwirkt. Ohne Wechselwirkung gibt es keine Information über einen Wert. Ein frei fliegendes Quantenobjekt mit irgendwelchen Eigenschaften ist daher grundsätzlich epistemisch unzugänglich – eben weil ein solches System (Objekt und Umgebung) von sich aus gar keine Werte der physikalischen Größen bereitstellt.

2. Werte sind relationale Größen – z.B. Ort oder Impuls haben nur Bedeutung relativ zu einem Bezugssystem. Aber: es kann sein, dass für ein Quantensystem gibt kein Bezugssystem gibt

Beispiel: Ein Elektron als Quantenobjekt in einem Atom hat zwar diskrete Energiewerte, aber keinen Ort. Warum? Weil man den Ort nur relativ zum Kern bestimmen könnte – doch der Kern selbst ist ein Quantenobjekt und hat daher auch keinen wohldefinierten Ort (kein Koordinatensystem). Also existiert schlicht kein Koordinatensystem, in dem sich ein Orts-Wert für das Elektron angeben ließe.

3. Es gibt noch andere Voraussetzungen dafür, dass eine Beschreibung möglich ist (zur Erklärung zum Beispiel von Interferenzen). Diese Voraussetzungen zu beschreiben, muss ich aus Zeitgründen auslassen.

Sie sehen, der Konstruktivist erkennt: es gibt objektiv beschreibbare Systeme (Wert-Zuordnung ist möglich) und es gibt objektiv nicht beschreibbare Systeme (Wert-Zuordnung nicht möglich) – und die Beschreibbarkeit hängt nicht vom beschreibenden Subjekt ab, auch nicht vom zu beschreibenden Objekt allein, sondern vom Objekt und dem System, in das es eingebettet ist. Daraus folgt:

Möglichkeiten einer Beschreibung bzw. Wert-Zuordnung – kurz gesagt die Beschreibbarkeit – entspringt der Struktur des betrachteten Systems – sie ist ein strukturelles Merkmal eines jeden Systems.

Der Realist erwidert: wenn es am System selbst liegt, ob dieses beschreibbar ist oder nicht, dann sagt das noch nichts darüber aus, warum manche unbeschreibbaren Systeme plötzlich durch Messung beschreibbar werden.

Doch sagt der Konstruktivist, das kann ich erklären: Das System kann ja im Laufe der Zeit seine Struktur ändern, und zwar so, dass mit einer veränderten Struktur plötzlich eine Wert-Zuordnung möglich ist. Das lässt sich leicht konkretisieren: Als Struktur bezeichnet man eine Menge von Relationen, auch Abstandsrelationen. Wenn ein Teilchen in einer Apparatur auf solche Weise zu seiner Umgebung in Beziehung steht, dass Abstände (Abstandsrelationen) und ein Koordinatensystem praktisch nicht konstruiert werden können, dann ist keine Ortswert-Zuordnung möglich ist – aus Sicht des Realisten „hat“ das Teilchen dann keinen Ort.

Wenn aber in seiner Umgebung und relativ zum Objekt Abstände gebildet werden können, z.B. weil sich das Objekt plötzlich in der Messblende eines Ortsmessgerätes befindet, dann kann dem Objekt plötzlich ein Ortswert-zugeordnet werden (auch kein „eigener“ Ort, sondern der Ort der Messblende). Es liegt immer an der Struktur von Objekt und Umgebung, wenn das Objekt zunächst unbestimmt ist, und dann – bei der Messung mit einem Ortsmessgerät – quasi „aus der strukturell veränderten Umgebung heraus“ eine Bestimmung erhalten kann.

Wenn man das Quantenobjekt beschreiben will, dann darf man grundsätzlich das Objekt nicht nur in seinem Zustand sehen. Man muss immer das Objekt eingebettet in seine Umgebung (Abstände, WW) sehen, man muss primär die strukturellen Sachverhalte sehen, und der Zustand des Teilchens ist nicht zuerst da, sondern ergibt sich aus diesen Sachverhalten.

Nun wird der Realist aber immer noch nicht zufrieden sein. Er wird sagen: „Ich habe die Mathematik. Die sagt mir, was ich sehe, wenn ich messe. Sie sagt mir eine Wertzuordnung bei der Messung voraus! Darin sind wir uns einig. – Aber sie beschreibt keine Strukturveränderung des Systems vor der Messung – das macht sie definitiv nicht! Die Mathematik müsste aber die „Beschreibbarkeit“ und „Nicht-Beschreibbarkeit“ abhängig von der Systemstruktur irgendwie beschreiben, sie müsste die mit der Nicht-Beschreibbarkeit zusammenhängenden Unbestimmtheit beschreiben – und das kann ich nicht sehen“ – sagt der Realist.

Aber der Konstruktivist hat auch darauf eine Antwort. Er sagt: es kommt darauf an, wie man die Mathematik deutet: die Mathematik der Quantentheorie sagt nicht, die Struktur „ist“ so oder so. Sondern sie sagt uns, was wir beobachten, wenn wir hinsehen (messen). Sie sagt uns, was unter allen möglichen Bedingungen erscheint. Der Realist sagt dazu: sie macht Vorhersagen über das Reale. Für den, der über das Reale nichts weiß, oder das, was „ist“, nicht interessiert – wer einfach nur die Beobachtungen beschreiben will, wer also die Welt konstruktivistisch sieht – für den formalisiert die Mathematik – auf einen Begriff gebracht – nur die Möglichkeiten einer definierten Beschreibung – sie beschreibt die Möglichkeiten einer Wert-Zuordnung unter allen möglichen Randbedingungen.

Der wichtigste Satz meines Vortrags lautet also: Die Mathematik beschreibt die Menge der Wert-Zuordnungsmöglichkeiten unter den jeweiligen (strukturellen) Systembedingungen.

Verständlicher formuliert: Die Mathematik sagt: Unter diesen Randbedingungen kannst du den physikalischen Größen diesen Wert zuordnen (gleichbedeutend mit: Du beobachtest also dieses) – unter jenen Bedingungen kannst Du einen anderen Wert zuordnen (Du beobachtest also etwas anderes (eine andere Vorhersage)).

Wichtig!: Sie beschreibt nicht die möglichen Zuordnungen – sie beschreibt Möglichkeiten einer Zuordnung. Möglichkeiten einer Zuordnung sind etwas anderes als mögliche Zuordnungen. Möglichkeiten sind k e i n „Vorrat“ an möglichen Verwirklichungen. Möglichkeiten sind etwas Potentielles, mögliche Zuordnungen oder Verwirklichungen sind etwas Reales. Ohne diese klare Unterscheidung es nur Verwirrung geben. Also:

Die Mathematik beschreibt im allgemeinen Fall (= Randbedingungen sind nicht definiert) Möglichkeiten – sie beschreibt nicht zukünftige Wirklichkeiten! Sie beschreibt (eine bestimmte) Wirklichkeit nur, wenn alle Randbedingungen definiert sind. (= es nur eine einzige Möglichkeit gibt).

Ergebnis:

Eine „Menge von Wert-Zuordnungs-Möglichkeiten“ ist das fundamentalste kategoriale Strukturmerkmal eines jeden physikalischen Systems, und diese Möglichkeitsmenge von der Mathematik mit mathematisch Symbolen beschriebenen – im klassischen Fall besteht die Menge der Möglichkeiten nur aus einer letzten (und realisierten Möglichkeit), im qm Fall besteht sie aus vielen Möglichkeiten.

Die Semantik des hier verwendeten Begriff der Möglichkeit ist dabei die gleiche, wie die des Möglichkeitsbegriffs im Alltag.

Damit sind die Fragen der Quantenphysik beantwortbar (nur Kernsätze in der Projektion):

1. Ein quantenphysikalisches System ist nicht primär durch Eigenschaften oder Wirkung definiert, sondern durch „eine Menge von Zuordnungsmöglichkeiten“ für die Werte der zugeordneten physikalischen Größen.

Der Realist wundert sich, dass er die Beschaffenheit der Objekte nicht erkennen kann. Der Konstruktivist sagt ihm: erst einmal muss die objektive Bedingung der Möglichkeit von Erkenntnis geschaffen sein – vom System und seinen strukturellen Besonderheiten: es müssen Möglichkeiten einer Zuordnung gegeben sein – also ihre Beschreibbarkeit.

2. Das gleichzeitige Vorhandensein vieler Wert-Zuordnungsmöglichkeiten definiert „ontische“ Unbestimmtheit (kein Wert kann zugeordnet werden)

„ontische“ Unbestimmtheit wird so auf einen präzisen Begriff gebracht. (Zusatz außerhalb des Vortrags: Wenn die Möglichkeit 1 existiert, dass Paul in Berlin ist, und außerdem auch die Möglichkeit 2, dass er in Bonn ist, dann können wir Paul keinen Ort zuordnen – wir sagen: sein Aufenthaltsort ist epistemisch unbestimmt. Wenn ein Quantenschalter in einem (Vor-)Zustand ist, in dem er die Möglichkeit hat, den Zustand „EIN“ einzunehmen und gleichzeitig auch die Möglichkeit, den Zustand „AUS“ einzunehmen, aber weder den EIN- noch den AUS-Zustand schon eingenommen hat, wenn er also in einem „Vor“-Zustand ist, dann ist er (ontisch) unbestimmt. Er ist dann nicht in einem „Überlagerungszustand“ und auch nicht in zwei Zuständen gleichzeitig.

3. Ein Messprozess ist die Reduktion einer solchen „Menge von Zuordnungsmöglichkeiten“ auf eine einzige Möglichkeit – durch veränderte äußere Bedingungen beim Messen.

In der Makrowelt stellt jedes betrachtete System für jedes Objekt jederzeit sowieso immer nur eine einzige Zuordnungsmöglichkeit bereit. Da gibt’s das Messproblem von daher nicht.

In der Mikrowelt kann, es sein, dass es für ein Quantenteilchen viele Möglichkeiten für Ort, Impuls, usw. gleichzeitig gibt, man kann dann – wenn es eben viele Möglichkeiten einer Wertzuordnung gleichzeitig gibt – dem Teilchen keinen Ort oder keinen Impuls zuordnen. Beim Messen verändert sich das System. Mit der Veränderung reduziert sich die Menge der Zuordnungsmöglichkeiten auf eine einzige und letzte. Am Ende liefert das System zweierlei: nur eine Möglichkeit |m> und keine andere <m| – und das Ergebnis ist das Produkt: <m|m> = ein zuzuordnender Wert = „realisierte“ Möglichkeit). Der Zustand eines Quantenobjekts verändert sich bei Messen nicht, sondern die Struktur des Messystems erlaubt – wie im klassischen Fall – nur einzige Möglichkeit einer (gewichteten) Bestimmung.

4. Die Wellenfunktion ∣ψ⟩ der Schrödingergleichung beschreibt die vom System bereitgestellte „Menge an Wert-Zuordnungsmöglichkeiten“ (solange es mehrere Möglichkeiten gleichzeitig gibt)

Die Wellenfunktion ist ein Term in der nicht-relativistischen Bewegungsgleichung der Quantenobjekte (Schrödingergleichung), und dieser Term referiert irgendwie auf das bewegte Quantenteilchen. Wie diese Referenz aussieht, ist seit 100 Jahren unklar. Jetzt ist sie klar: dieser Term repräsentiert in mathematischer Form die vom System abhängige oder hervorgebrachte „Menge der Wert-Zuordnungsmöglichkeiten“.

5. Die Quantentheorie ist nicht paradox, sondern nur sprachlich unterbestimmt – und die neue Kategorie der „Menge von Zuordnungsmöglichkeiten“ kann diese Lücke schließen.

Der Begriff Möglichkeit fehlt der Physik. Für uns im Alltag ist er gängig: die Welt, wie wir sie (als Realisten !) sehen, besteht aus der zwei Teilen: der Wirklichkeit im Gegenwartsmoment, und den von ihr geschaffenen Möglichkeiten ihrer Veränderung.

In der Physik gibt es immer nur Fakten, im Alltag Fakten und Möglichkeiten.

Auch die Korrelationen beim Zerfall verschränkter Teilchen sind als plötzlich Möglichkeiten einer Wert-Zuordnung konsistent beschreibbar (die Menge/Mannigfaltigkeit der Möglichkeiten unterliegt nicht raumzeitlichen Beschränkungen), Und auch Interferenzen beim Doppelspaltversuch lassen sich mit dem Begriff der Möglichkeit leicht erklären. Dazu muss jedoch zuvor der Begriff der „Wechselwirkung“, unter der sich ein Teilchen „zeigen“ kann, geklärt werden. Das kann ich bei diesem Kurzvortrag nicht tun – ein andermal gerne.

Zum Schluss noch ein letztes Wort: warum greifen die Physiker die philosophischen Überlegungen nicht auf? Ich kann Ihnen ein paar Antworten darauf geben, aber die Zeit ist zu kurz dafür – fragen Sie die Physiker selbst.

Ist der Realismus ein Anachronismus? Nein, nur der naive, der hier unterstellt wird. Physiker und Nicht-Physiker sind immer alles, je nach Bedarf: mal Realisten, mal Konstruktivisten, mal Instrumentalisten, mal Operationalisten, und alles dazwischen. Wir alle machen uns die äußere Welt jeweils so zurecht, wie wir sie im Moment am besten brauchen können.

Damit schließe ich – ich hoffe ich konnte Ihnen zeigen, dass es verschiedene (gegensätzliche Formen von) Sichtweisen auf die Welt im Großen wie im Kleinen gibt – und dass die gängige Sichtweise nicht immer das Wahre ist. Wissenschaftler sind Menschen wie wir, und können irren wie wir. Natürlich kann ich mich mit dem Ganzen hier auch irren. Ich hoffe auf Ihren Widerspruch!

Vielen Dank fürs Zuhören!