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Max Born, einer der frühen Quantenphysiker in den 1920er und 30er Jahren, schlug vor, dass Quantenpartikel zwischen ihren Nachweisen eine „Wahrscheinlichkeitswelle“ bilden. Dies

Max Born, Bornsche Regel
Max Born (1882-1970), einer der Begründer der Quantenmechanik, schlug vor, dass die Wellenfunktion eine „Wahrscheinlichkeitswelle“ beschreibt.

Diese Ansicht ist eine Variante der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik. Um Borns Bedeutung zu erklären, ist es notwendig, sich auf einen Schlüsselaspekt der Kopenhagener Interpretation zu konzentrieren, den Welle-Teilchen-Dualismus.

Welle-Teilchen-Dualismus

Nach der Kopenhagener Interpretation verhalten sich atomare und subatomare Teilchen manchmal wie Teilchen und manchmal wie Wellen. Dies wird als „Welle-Teilchen-Dualismus“ bezeichnet. Ein Elektron, zum Beispiel, ist, wenn es entdeckt wird, in seiner lokalisierten Teilchenform. Zwischen den nachgewiesenen Positionen verhält sich ein Elektron jedoch in seiner wellenförmigen Form. Diese Form wird mathematisch durch eine Gleichung beschrieben, die „Wellenfunktion“ genannt wird.

Niels Bohr, Quantenmechanik
Niels Bohr um 1922 (1885-1962), Begründer der Quantenmechanik, Entwickler der Kopenhagener Interpretation.

Einer der Nachteile der Kopenhagener Deutung ist, dass sie leicht falsch dargestellt werden kann. Und genau das habe ich gerade getan. Eigentlich besagt die Kopenhagener Deutung, dass wir nichts über das Elektron zwischen den Entdeckungen wissen oder sagen können. Wir sollten uns in Schweigen hüllen und einfach stumm auf die Gleichungen verweisen. Das liegt daran, dass wir das Elektron zwischen den Nachweisen nicht einmal im Prinzip beobachten können. Ein Nachweis erfordert schließlich eine Beobachtung.

Copenhagen besteht darauf: „Warum sollte sich die Wissenschaft mit einem Verhalten befassen, das wir im Prinzip niemals beobachten können? Es ist besser, es zu ignorieren, noch besser, zu sagen, dass es gar nicht existiert!“ Niels Bohr wird mit den Worten zitiert: „Es gibt keine Quantenwelt. Es ist falsch zu denken, dass es die Aufgabe der Physik ist, herauszufinden, wie die Natur ist. Die Physik befasst sich mit dem, was wir über die Natur sagen können.“

Nach Kopenhagen können wir also nur sagen, dass eine Gleichung namens „Wellenfunktion“ gilt, wenn das Elektron nicht entdeckt wird. Ein anderer Ansatz besteht darin zu sagen, dass der „Wellenzustand des Elektrons“ eine Metapher und keine Beschreibung der physikalischen Realität ist.

Doppelspaltexperiment, Elektron
Diese Animation des Doppelspaltexperiments zeigt die Kopenhagener Metapher – dass sich das Quantenteilchen als Welle bewegt.

Die Wellenfunktion führt zu dem Welleninterferenzmuster, das Elektronen in Experimenten wie dem Doppelspaltexperiment zeigen. In der klassischen Physik bedeutet ein Welleninterferenzmuster, dass eine Welle nachgewiesen wird. Aber, um das Thema zu wiederholen, in der Kopenhagener Interpretation sagt das Welleninterferenzmuster nichts über die Natur der Realität aus. Alles, was wir sagen können, ist, dass ein mathematischer Ausdruck, die Wellenfunktion, erfolgreich experimentelle Ergebnisse vorhersagt.

Die Wahrscheinlichkeitswelle

Max Born vertrat eine von Niels Bohr abweichende Auffassung. Born sah die Wellenfunktion als Beschreibung einer realen Welle. Er nannte sie eine „Wahrscheinlichkeitswelle“, und dieser Begriff ist immer noch in Gebrauch. Born schlussfolgerte, dass die Berechnung der Wellenfunktion, wenn sie die Wahrscheinlichkeit angibt, wo das Teilchen wahrscheinlich entdeckt wird, die Ursache für die Position des Teilchens beschreiben muss. Und wenn sie etwas verursacht, muss sie real sein.

Doch Born war nicht in der Lage, die genaue Natur einer „Wahrscheinlichkeitswelle“ zu bestimmen. Was ist eine Welle? Wie verschwindet sie von jedem Punkt im Universum gleichzeitig in dem Moment, in dem das zugehörige Teilchen entdeckt wird? Obwohl Physiker häufig den Begriff „Wahrscheinlichkeitswelle“ verwenden, ist seine Bedeutung bis heute nicht definiert.