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Verlorenes Schrödinger-Manuskript enthüllt seine wahre Sicht auf Quantenzufall
Erwin Schrödinger wird häufig als Verfechter einer vollständig berechenbaren Quantenwelt dargestellt. Ein mehr als 80 Jahre alter, bislang unveröffentlichter Entwurf zeichnet jedoch ein anderes Bild, denn darin entwirft der Physiker zwar ein deterministisches Modell für Lichtteilchen, um ein Gegenargument zu entkräften. Das bedeutet aber keineswegs, dass er selbst an eine vorherbestimmte Natur glaubte.
Genf (Schweiz). In der klassischen Physik erscheint manches nur deshalb zufällig, weil wir nicht alle Bedingungen eines Vorgangs kennen. So ließe sich der Ausgang eines Münzwurfs unter idealisierten Voraussetzungen aus den Kräften und Anfangsbedingungen berechnen. Die Quantenmechanik sagt für einzelne Messungen hingegen meist nur Wahrscheinlichkeiten voraus, weshalb seit ihren Anfängen diskutiert wird, ob sich dahinter unbekannte, eindeutig festgelegte Eigenschaften verbergen könnten.
Besonders in den 1940er-Jahren wurde darüber gestritten, wobei sich einige Physiker auf einen mathematischen Beweis von 1932 beriefen, der damals vielfach als grundsätzlicher Ausschluss solcher verborgenen Eigenschaften verstanden wurde. Andere hielten die Schlussfolgerung für zu weitreichend, weil sie nur unter bestimmten Annahmen galt. Ein bisher übersehener Beitrag von Erwin Schrödinger ergänzt diese Auseinandersetzung nun um ein bislang unbekanntes Gegenbeispiel.
Der Physiker und Wissenschaftshistoriker Flavio Del Santo von der University of Geneva (UNIGE) hat einen unveröffentlichten Entwurf Schrödingers erstmals vollständig transkribiert und untersucht. Das dreiseitige handschriftliche Manuskript liegt im Schrödinger-Archiv der Universität Wien, trägt den Titel „Collapse of Determinism“ und erwähnt einen Beitrag vom 25. November 1944, weshalb es erst danach entstanden sein kann. Die aktuelle Analyse liegt bislang als nicht fachbegutachteter Forschungs-Preprint vor.
Im Mittelpunkt des damaligen Streits stand ein Beispiel des Physikers Edmund Taylor Whittaker mit Lichtteilchen, die auf einen Polarisationsfilter treffen. Je nach Winkel des Filters lässt er unterschiedlich viele der zuvor gleichartig polarisierten Photonen passieren. Whittaker nahm an, jedes Photon könne nur eine von zwei verborgenen Anweisungen tragen, nämlich durchgelassen oder zurückgeworfen zu werden. Da sich der Filter noch während des Flugs drehen lässt, schien eine solche Erklärung die veränderliche Durchlasswahrscheinlichkeit nicht erfassen zu können.
Schrödinger zeigte jedoch, dass die Beschränkung auf zwei Werte unnötig war, und ordnete jedem Photon stattdessen eine verborgene Zahl zwischen null und eins zu. Ob das Teilchen den Filter passiert, hängt in seinem Modell sowohl von dieser Zahl als auch vom Filterwinkel ab. Für eine gleichmäßige Verteilung der Zahlen ergibt sich genau die Durchlasswahrscheinlichkeit, die auch das quantenphysikalische Malus-Gesetz vorhersagt. Das einzelne Ergebnis wäre nach diesen Modellregeln trotzdem eindeutig festgelegt.
Der Entwurf ging noch einen Schritt weiter, indem Schrödinger eine mathematische Regel dafür formulierte, wie sich die verborgene Zahl nach dem Durchgang durch einen Filter verändern soll. Del Santo hat rekonstruiert, dass sich damit auch die erwarteten Wahrscheinlichkeiten für einen zweiten, anders eingestellten Filter ergeben. Das Modell widerlegt somit einen bestimmten Unmöglichkeitsanspruch, ohne zu beweisen, dass Photonen tatsächlich solche verborgenen Zahlen besitzen.
Aus dem mathematischen Gegenbeispiel lässt sich nach Del Santos Analyse keine Überzeugung Schrödingers vom Determinismus ableiten. Im zweiten Teil seines Manuskripts wandte sich Schrödinger ausdrücklich dagegen, aus Experimenten und logischen Argumenten die grundsätzliche Unmöglichkeit entweder einer deterministischen oder einer indeterministischen Naturauffassung folgern zu wollen. Er unterschied damit zwischen der Widerlegung eines einzelnen Arguments und der Entscheidung über die tatsächliche Beschaffenheit der Welt.
Dazu passt seine bereits