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Warum das Standardmodell falsch ist

In einem Neutronen­interferometer wird ein Neutronenstrahl in einer Silizium-Kristallschicht (durch teilweise Reflexion an den Netzebenen des Kristalls) in zwei Strahlen geteilt, die sich bis auf eine Distanz von einigen Zentimetern voneinander entfernen. Die beiden Strahlen werden durch Reflexion in einer zweiten Kristallschicht wieder zusammengeführt, so dass nach einer dritten Schicht Interferenz beobachtet werden kann. Die Intensität des Neutronenstrahls wird so gering gewählt, dass sich mit hoher Wahrscheinlichkeit jeweils nur ein Neutron im Interferometer befindet.

Interferometer

Die Neutronen können den Zähler auf zwei Wegen erreichen: auf dem einen Weg werden sie einmal reflektiert, auf dem anderen dreimal.

Wird in einen der beiden Strahlen ein Phasenschieber eingebracht, dann ändert sich die Interferenz der Strahlen an der dritten Kristallschicht. Das hat zur Folge, dass sich auch die Anzahl der pro Zeit detektierten Neutronen ändert.

Werter Leser! – Wären Sie ein politischer Gefangener, den ich nach jahrzehntelanger intensivster ideologischer Gehirnwäsche aus der Gefangenschaft befreit hätte, dann würde ich drei Finger hochhalten und Sie behutsam fragen, wie viele Finger ich hochhalte, um festzustellen, ob Ihr Denkvermögen noch für die einfachsten Leistungen ausreicht oder ob es unwiderruflich geschädigt ist.

Genauso behutsam frage ich Sie nun, wie es möglich ist, dass nach der dritten Kristallschicht Interferenz beobachtet wird. Würden Sie mir zustimmen, dass es dafür erforderlich ist, dass in beiden Strahlen irgendetwas vorhanden ist? Oder ist Ihr Denkvermögen durch jahrzehnte­lange quanten­mechanische Gehirnwäsche soweit geschädigt, dass Sie das bezweifeln?

Ich stelle mich optimistisch und nehme einfach an, dass Ihnen klar ist, dass es zur Interferenz der beiden Strahlen nur kommen kann, wenn in beiden Strahlen etwas existiert, und dass es unsinnig wäre, das zu bestreiten.

Dann sind wir uns jedoch schon darüber einig, dass das Standardmodell falsch ist. Warum kann ich das behaupten? Aus folgendem Grund:

Eine zentrale Annahme des Standardmodells ist, dass Neutronen aus drei Quarks bestehen, zwischen denen die starke Kraft wirkt. Sie ist so beschaffen, dass sie mit der Entfernung nicht abnimmt. Deshalb können Quarks nicht voneinander getrennt werden.

Damit erhebt sich die Frage:

Im Neutroneninterferometer wird ein Neutronenstrahl, der nur aus einem einzigen Neutron besteht, in zwei Strahlen aufgespalten.

Wenn ein einzelnes Neutron geteilt wird – wo sind dann die Quarks?

Im Standardmodell kann diese Frage offensichtlich nicht beantwortet werden. Man kann sie bloß für unzulässig erklären, indem man behauptet, dass die beiden Strahlen nicht existieren – aber damit wird es wiederum unmöglich, zu beantworten, warum es zur Interferenz der beiden Strahlen kommt.

Die Situation ist also ausweglos. Wenn die Strahlen nicht existieren, dann kann es keine Interferenz geben, und wenn sie existieren, dann müssen drei Quarks unterwegs sein, die jedoch nicht geteilt werden können.

Die Auflösung des Widerspruchs ist einfach und zwingend:

Im Interferometer befindet sich ein einziges Neutron. Es gibt Interferenz. Somit muss in beiden Strahlen etwas existieren. Daraus folgt, dass die Darstellung der starken Kraft, der zufolge das Neutron aus drei Quarks besteht, die nicht voneinander getrennt werden können, falsch ist.

Die starke Kraft ist aber ein zentraler Baustein des Standardmodells. Und mehr als das: die Art ihrer mathematischen Beschreibung – das gruppentheoretische Verfahren ihrer Ableitung – ist eine Analogie und Erweiterung der Beschreibung der schwachen Kraft. Wenn also die Theorie der starken Wechselwirkung falsch ist, dann bricht das ganze Standardmodell zusammen. Es kann dann nicht mehr den Status einer fundamentalen Theorie beanspruchen, sondern bloß den Status einer rein formalen Näherung, vergleichbar dem bekannten Epizykelsystem, das einst der Beschreibung der Planetenbahnen diente.

Damit ist zugleich klar, dass auch alle Versuche, das Standardmodell weiter zu entwickeln, scheitern müssen.

Es wäre jedoch nicht fair, hier nicht auch die Gegenseite zu Wort kommen zu lassen.

(Das Folgende findet sich auf http://www.forphys.de/Website/qm/gloss/g46a.html)

„Unter Welle-Teilchen-Dualismus verstand man verschiedene Varianten der Vorstellung, dass Photonen oder Elektronen, je nach Experiment oder Situation, sich wie Wellen oder Teilchen ‚verhalten‘ oder gar Wellen oder Teilchen ’seien‘.

Seit Etablierung der Quantentheorie in den dreißiger Jahren musste aber die Fiktion aufgegeben werden, dass die Objekte der Quantenphysik klassisch (so oder so) zu beschreiben seien. Man kann seitdem keine scheinbaren Widersprüche mehr erkennen.“

Aha. Man sagt also beim Doppelspaltversuch nicht mehr, dass eine „Welle“ verschwindet und ein „Teilchen“ erscheint, sondern man spricht von einem „Quantenobjekt“, das sich auf genau diese Weise verhält, und damit sind alle Probleme gelöst.

Unlängst sah ich, wie eine Katze sich vor meinen Augen in Luft auflöste. Zuerst war ich verblüfft, aber dann erklärte mir ein freundlicher Herr, dass es eben keine normale Katze war – auch wenn sie genau so aussah und sich genau so verhielt – sondern ein schnarr­schwänziger Fludertiger, und für den sei das Verschwinden ganz normal. Ich dankte dem netten Herrn herzlich, denn nun begriff ich, dass das Problem, das ich mit dem Verschwinden der Katze gehabt hatte, nur ein Scheinproblem war.

„Einteilchen-Interferenz erwies sich als die Folge der Interferenz von klassisch denkbaren Möglichkeiten (für ein Teilchen), zwischen denen nicht unterschieden wird.“

(Weiter unter http://www.forphys.de/Website/qm/gloss/intfmoeg.html)

„Interferenz in diesem Sinn bedeutet also nicht, dass irgendwelche konkreten realen Dinge (wie etwa Schallwellen) ‚zusammenwirken‘ – Interferenz findet ja bereits mit einem Photon oder einem Elektron statt, das auf einen Doppelspalt gestrahlt wird –, auch nicht, dass sich die ‚Materie‘ von irgendwelchen Wellen physisch irgendwie ‚zusammenlegt‘ und so verstärkt oder auslöscht. Es geht um klassisch denkbare ‚Möglichkeiten‘!“

Hier wird einfach die Änderung des Begriffs als „Lösung“ des ontologischen Problems ausgegeben: Es sind nicht etwa Wellen, die interferieren – nein, es handelt sich um „klassisch denkbare Möglichkeiten“. Ach so, es sind klassisch denkbare Möglichkeiten! – Ja klar, die interferieren natürlich!

Die Äußerung: „Interferenz findet ja bereits mit einem Photon oder einem Elektron statt“ zeigt auch deutlich, wie die Apologeten der Standard­interpretation daran scheitern, sich vom Teilchen-Begriff zu lösen. Sie haben ihn zwar quantenmechanisch „getunt“, aber letztlich argumentieren sie doch, dass es keine wirkliche Welle sein kann, weil Interferenz eben schon bei einem Teilchen auftritt und nicht erst bei mehreren. Die einzige wirkliche Lösung des Problems, dass das Teilchen die Welle ist, kommt ihnen einfach nicht in den Sinn.

Die Erklärung, was bei der Neutronen­interferometrie wirklich vorgeht, ist genauso schlicht und selbstverständlich wie beim Doppelspalt­experiment und bei der Photonen­verschränkung – oder sagen wir besser: es ist dieselbe Erklärung:

Das Neutron ist Teil einer stehenden Wellenstruktur. Wenn es erzeugt wird, löst es sich aus dieser Struktur und wird zur laufenden Welle – die sich im Neutroneninterferometer in jeder Hinsicht als solche verhält. Wenn das Neutron detektiert wird, dann ist es wieder Teil einer stehenden Welle geworden.

Das Einzige, was dieser Erklärung fehlt, ist die Antwort auf die Frage, was da eigentlich schwingt. Wie schon im vorigen Beitrag erwähnt, kann diese Frage aber erst beantwortet werden, wenn die ontologische Grundlage dafür geschaffen worden ist. (Es ist aber wohl überflüssig, zu erwähnen, dass sich hier nicht „die ‚Materie‘ von irgendwelchen Wellen physisch irgendwie ‚zusammenlegt‘ und so verstärkt oder auslöscht“ – was auch immer diese unsinnige Passage im obigen Zitat bedeuten mag.)

Ich denke, aus den Zitaten geht klar hervor, was eine mehr als hundertjährige Tradition von Gehirnwäsche zu leisten vermag. Das Problem ist terminologisch weggezaubert, kein Schatten trübt die gereinigte Gedankenwelt.

Bis jetzt haben solche Euphemismen allerdings nur die Physik­pädagogik erobert. Aber man kann andererseits auch nicht behaupten, dass in der physikalischen Forscher-Gemeinde ein Problem­bewusstsein existierte. Die letzten bekannten Physiker, die das Problem der Interpretation quantenmechanischer Messprozesse klar erkannt und nicht beschönigt haben, waren die beiden in meinen vorangegangenen Beiträgen zitierten: Richard Feynman und John Bell. Alle anderen haben sich mit irgendwelchen Scheinerklärungen beruhigt und neuen Fragen und Theorien zugewandt.

Und damit sind wir wieder beim Thema dieses Beitrags: Wie oben gezeigt, sind diese „neuen Theorien“ falsch, weil sie auf falschen Vorstellungen aufbauen, mit denen ihre mathematische Struktur eng verknüpft ist. Die Unfähigkeit der Physiker, sich bei der Interpretation der Quanten­mechanik von der Teilchen-Vorstellung zu lösen, hat die Entwicklung der theoretischen Physik in eine falsche Richtung gelenkt.

Gruppentheorie und Repräsentations­theorie sind geeignet, Strukturen zu erforschen, die aus Beziehungen zwischen Objekten hervorgehen; Es ist aber auf dieser Basis nicht möglich, die Objekte selbst – also die „Teilchen“ – zu beschreiben und zu verstehen. Gruppentheoretische Methoden können die Physik also nur so weit führen, wie der Teilchenbegriff reicht, und das bedeutet: zu einem näherungsweise gültigen Modell der Wirklichkeit, aber um den Preis des totalen Verlusts des Verständnisses davon, was an der Basis der Wirklichkeit tatsächlich geschieht. (Man erinnere sich an das Doppelspalt­experiment oder an das Szenario mit verschränkten Photonen.)

Solange nicht eingesehen wird, dass die quantenmechanischen „Teilchen“ Wellen sind, gibt es aus der gruppentheoretischen Sackgasse keinen Ausweg. Sollte sich diese Erkenntnis aber durchsetzen, dann ändert sich augenblicklich die Richtung der physikalischen Forschung: die Aufmerksamkeit verschiebt sich von den Objekt-Strukturen zu den Objekten selbst, und erst wenn diese erforscht und verstanden sind, können auch die Vorgänge in den Strukturen wirklich verstanden werden.

Zni Kiprot (Replikant, Serie Nexus 11)