Wigners Freund

Wigners Freund ist eine Erweiterung des Gedankenexperimentes „Schrödingers Katze“ von Eugene Paul Wigner und bezieht sich auf das Messproblem der Quantenmechanik. Das Beispiel illustriert eine populäre idealistische oder subjektivistische Interpretation der Quantenmechanik bzw. eine Folgespekulation zu einer solchen.

Weiteres empfehlenswertes Fachwissen

Was ist die Empfindlichkeit meiner Waage?

Empfindlichkeitsprüfung von Laborwaagen

Was ist der richtige Weg, um die Wiederholbarkeit bei Waagen zu überprüfen?

Grundlagen und Gedankenexperiment

Die Axiome der Quantenmechanik postulieren in gängigen Fassungen, dass sich quantenmechanische Systeme bis zum Zeitpunkt einer Messung (in den allermeisten Fällen) in einem sogenannten Superpositionszustand befinden. Sobald wir messen, "sehen" wir jedoch keinen unscharfen "überlagerten" Wert, sondern einen exakten diskreten Zustandswert. Dies zu erklären ist eine der wichtigsten Herausforderungen für Interpretationen der Quantenmechanik, das sogenannte Messproblem. Verschiedene übliche Behandlungsweisen identifizieren nun den Zeitpunkt der Messung mit dem Zeitpunkt, zu welchem das System aus einem "verschränkten" Superpositionszustand in einen "reduzierten" eindeutigen Zustand übergeht.

Eine etwas andere Auffassung soll Wigners Gedankenexperiment veranschaulichen. Angenommen, nicht nur eine Katze, sondern auch ein Beobachter (Wigners Freund) befindet sich in einer Anlage, die per Quantenexperiment den Tod der Katze auslöst oder dies nicht tut. ^[1] Spätestens, sobald ein externer Beobachter (Wigner) von ihm das Messergebnis erfährt, gibt es eine eindeutige Beschreibung des gemessenen Systemzustands - soviel scheint unstrittig. Unklar ist aber, ob die Reduktion schon zuvor eintrat - nämlich als Wigners Freund sie (bewusst) sah. Würde sich an Stelle von Wigners Freund nämlich ein materielles Gerät befinden, wäre dessen Zustand mit dem von Katze und quantenmechanischem Auslöser von deren Tod verschränkt und selbst in Superposition. Aus Sicht des zweiten Beobachters findet die Reduktion aber erst später statt. Da beide Beobachter gleichartig sind, scheint dies paradox.

Philosophische Diskussion

Wigner selbst schließt daraus, dass Beobachter als bewusste Wesen nicht materiell sind (vertritt also zumindest einen ontologischen Dualismus: es gibt mindestens noch einen weiteren Typ von Seiendem neben materiellem, wenn nicht einen Idealismus: alles ist immateriell).

Diese Grenze von materiellem und immateriellem wäre nach Wigner eben jene Grenze von Quantenmechanik zu klassischer Mechanik, die man Heisenbergschen Schnitt nennt. Eine solche Grenze wird in den quantenmechanischen Axiomen freilich üblicherweise nicht mit formuliert, sondern materielle Systeme und „bewusste Beobachter“ prinzipiell gleich behandelt. Da aber das Messproblem damit schlicht offen gehalten wird und der bewusste Beobachter zumindest die letzte Station zwischen Superposition und Reduktion ist und einige Theoretiker ohnehin dualistische oder idealistische bzw. konstruktivistische Vorstellungen haben, wurde seit von Neumann von einigen Interpreten dem Bewusstsein eine konstitutive Rolle für Quantenkollaps bzw. überhaupt die Erzeugung von Realität zugewiesen. Ein bekannter Vertreter derartiger Theorien ist beispielsweise Henry Stapp ^[2]

Üblichere Ansichten gehen dahin, über Interaktion mit makroskopischen Objekten Reduktion bzw. Dekohärenz zu erklären. Sofern der Begriff „makroskopisch“ physikalisch präzisierbar ist (dies ist kontrovers), scheint damit – wie Kritiker von Theorien des „Kollaps qua Bewusstsein“ einwenden – vermieden, dass außerphysikalische Komponenten in die Quantenmechanik importiert werden. Zudem sei, so viele Kritiker, der physikalisch nicht präzisierbare Begriff „Bewusstsein“ notorisch unklar, beispielsweise hinsichtlich der Kriterien dafür, wann Bewusstsein vorliegt.

Das geschilderte Paradox ließe sich offenbar auch schlicht vermeiden, wenn die These aufgegeben wird, dass die Reduktion des Systemzustands erst zum Mitteilungszeitpunkt stattfindet. Dies soll aber in bestimmten idealistischen Interpretationen gerade nicht geschehen. Stattdessen werden alternative Ontologien und Epistemologien vorgeschlagen, um das Beispiel zu analysieren und an ihm eine idealistische Theorie zu illustrieren.

Ein extremes Beispiel ist der konstruktivistische Systemtheoretiker John L. Casti. Für den zweiten Beobachter gehöre der erste Beobachter genau wie die Katze mit zum System der Wellenfunktion ^[3]. Für Wigner gehört die gesamte Welt dazu. Dadurch wird hier dem Bewusstsein die entscheidende Rolle bei der Reduktion der Wellenfunktion zugewiesen. Umgekehrt sind „die Dinge der Welt »dort draußen« nicht viel mehr als nützliche Konstruktionen“. Eine reale Welt unabhängig vom Bewusstsein existiere überhaupt nicht. Castis Spekulationen haben bisher wenig Anhänger unter Experten der Philosophie der Naturwissenschaften gefunden. Sie haben aber Ähnlichkeiten zu sonstigen Stellungnahmen von konstruktivistischen Theoretikern zur Philosophie der Quantenmechanik.

Wigners Interpretation und konstruktivistischen Auffassungen am nächsten kommt vielleicht die Klasse der relativistischen Interpretationen ^[4]. Danach ist die Beschreibung eines Systemzustands relativ auf das beschreibende System, analog dazu, dass Raum- und Zeitbegriffe relativ auf die Bewegung (und Gravitation) des beschreibenden Systems sind (eine Analogiebildung zur Relativitätstheorie). Unklar ist, wie genau diese Analogie auszuarbeiten ist. Objektivität tritt, so eine Variante dieser Theorien (die etwa Rovelli vertritt) erst dann ein, wenn beschreibende Systeme interagieren.

Unter den verschiedenen realistischen Interpretationen der Quantenmechanik verdient Everetts Viele-Welten-Interpretation Erwähnung. Die unterschiedlichen Systemzustände sind demnach nicht in dieser Welt überlagert realisiert, sondern auf unterschiedliche Welten verteilt. Sobald wir messen, erfahren wir, welche davon unsere Welt ist. Eines der Probleme dieser Interpretation ist die Erklärung der Wahrscheinlichkeitsbelegung für zu erwartende Messergebnisse ^[5]. Dieses Problem scheint auch Wigners Interpretation zu haben.

Eine komplizierte Mischform sind die many minds Theorien. Diesen zufolge sind die unterschiedliche Systemzustände auf unterschiedliche Bewusstseine (ein und desselben Menschen) verteilt. Diese Theorien tragen eher realistische Züge, aber haben teilweise Gemeinsamkeiten mit der Theorieskizze Wigners, „Kollaps qua Bewusstsein“, und einigen relativistischen Theorien.

Wigners Szenario scheint eher zu nicht-realistischen Antworten einzuladen. Aus der Klasse von Interpretationen allgemein nicht-realistischen Typs ist die gut ausgearbeitete Auffassung van Fraassens erwähnenswert, die sich weniger auf den Sonderstatus von Bewusstsein als auf allgemeinere nichtrealistische wissenschaftstheoretische Grundlagen stützt.

Belletristik

• In Stephen Baxters Science-Fiction-Buch Timelike Infinity (dt. Das Geflecht der Unendlichkeit) gibt es eine Sekte, die sich „Freunde Wigners“ nennt und mit ihrer Deutung des beschriebenen Paradoxons zerstörerische Taten rechtfertigt.

Belege

1. ↑ Wie Wigner selbst das Experiment schildert, geht es um ein Photon, das auf das Auge von Wigners Freund trifft. Weil es eine Verkomplikation von Schrödingers Katze darstellt und es mit ihr illustrativer wird, wird letztere aber oft mit in das Labor von Wigners Freund gesteckt.
2. ↑ Auch Walter Heitler, Fritz London, Fred Alan Wolf, William A. Tiller, John Hagelin, Stuart Hameroff, Bernard Baars, Amit Goswami, Russell Targ, Nick Herbert, Jeffrey M. Schwartz, Menas Kafatos, Keith Ward und andere haben derartige Auffassungen vertreten. Vgl. auch die Linkauswahl in der englischen Wikipedia.
3. ↑ John L. Casti: Verlust der Wahrheit, -Streitfragen der Naturwissenschaften-, München 1990, S. 549
4. ↑ Vgl. etwa Merriam; einen Überblick geben Rovelli und Laudisa; vgl. auch die dortige Literatur.
5. ↑ Vgl. u.a. Putnam, A Philosopher looks at quantum mechanics

Literatur

• Albert, David / Putnam, Hilary: Further adventures of Wigner's friend, Topoi 14, 1995, 17-22.
• Barrett, J.: The Quantum Mechanics of Minds and Worlds, Oxford UP 2001, ISBN 978-0199247431, 227-232.
• Mayr, D.: Comment on Putnam's ‘Quantum mechanics and the observer’, Erkenntnis 16, 1981
• Merriam, Paul: On the Relativity of Quantum Superpositions (1997)
• Merriam, Paul: Quantum Relativity: Physical Laws Must be Invariant Over Quantum Systems, eingereicht bei Physics Essays 2005
• Putnam, Hilary: Quantum Mechanics and the Observer, Erkenntnis 16 (1981), 193-219, Wiederabdruck in: Realism and Reason: Philosophical Papers Volume 3, Cambridge: Cambridge University Press 1983, 248-27.
• Putnam, Hilary: A Philosopher Looks at Quantum Mechanics. in: Robert G. Colodny (Hg.): Beyond the Edge of Certainty: Essays in Contemporary Science and Philosophy, Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1965, 75-101, Wiederabdruck in Putnam: Mathematics, Matter and Method, Cambridge, Mass., Cambridge University Press 1975, 130-158.
• Rovelli, C. / Laudisa, F.: Relational Quantum Mechanics Eintrag in der Stanford Encyclopedia of Philosophy (Englisch, inkl. Literaturangaben) (2005)
• Treder, H.-J.: Schrödingers Katze und Wigners Freund (zur Beweglichkeit des Heisenbergschen Schnittes); Annalen der Physik, vol. 500, Issue 3, pp.255-256; 1988
• van Fraassen,B.: The Charybdis of Realism: Epistemological Implications of Bell's Inequality, Synthese 52 (1982), 25-38
• Wigner, E. P.: Remarks on the Mind-Body Question, in: I. J. Good (Hg.): The Scientist Speculates, 1961, 284–302, Wiederabruch in: Wigner, E. P.: Symmetries and Reflections, Bloomington, Indiana 1967.