I. Einleitung (text in german)Anhand des Doppelspaltexperiments und damit eng verwandter Spiegel- und Polarisationsexperimente wird hier der Versuch unternommen, die Beschaffenheit der Realität zu begrei-fen und die Physik auf eine neue kogni-tive und begriffliche Grundlage zu stel-len. Ausgangspunkt ist die Quanten-hypothese des Lichts, mit der Einstein 1905 eine Struktur des elektromagne-tischen Feldes postulierte, die er trotz beharrlicher Suche nach einem neuen physikalischen Prinzip nie aufklären konnte. Hier wird gezeigt, dass sich das gesuchte Prinzip direkt aus den genann-ten Experimenten entnehmen und als Feldverzweigungsprozess verstehen lässt. Das erlaubt eine widerspruchs-freie Interpretation der Quantentheorie und führt zu einer Revolution unserer Natur- und Realitätsvorstellungen.
In Abschnitt 2 möchte ich zunächst ein-führend skizzieren, wie sich die Barriere der Erkenntnis - das kognitive Drama der modernen Physik und die ambiva-lente Rolle der quantenmechanischen Interpretation - rational verstehen lässt. In Abschnitt 3 wird gezeigt, wie leicht sich diese Barriere mit Hilfe von Youngs Experiment, der Interferenz-bedingung und der sich daraus erge-benden Bifurkationshypothese über-winden läßt. Abschnitt 4 ruft die Inten-tionen von Avogadro, Faraday, Maxwell und Einstein in Erinnerung und skizziert das Scheitern mechanistischer Denk-modelle, was Anfang des 20. Jahrhun-derts zu zwei Interimstheorien führte: Der Speziellen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik. Es wird gezeigt, dass die verbleibenden ontologischen Verständnisschwierigkeiten bezüglich der Struktur des elektromagnetischen
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Feldes und dem Relativprinzip aus der Missachtung von Youngs Experiment und der Interferenzbedingung folgen, was eine unreflektierte Verwendung des Körperbegriffs der Mechanik und des mechanischen Konzepts der Bewe-gung weiterhin möglich macht. Das Scheitern der Raum- und Zeitvorstel-lungen - und nun auch des Körperbe-griffs der Mechanik - lässt sich ganz im Sinne Einsteins auf axiomatische Set-zungen zurückführen, die direkt aus der sinnlichen Denkwahrnehmung stam-men. In letzter Konsequenz bedeutet das, dass solche Vorstellungen nicht vorausgesetzt werden dürfen, wenn es um die Modellierung der Beschaffenheit der Realität, um ihre wahre Physis oder Physik geht. In Abschnitt 5 wird anhand von Spiegel- und Polarisationsexperi-menten gezeigt, dass der Begriff der Bewegung in der Quantentheorie nicht
mehr im Sinne der Mechanik, sondern nur noch im Sinne von Strukturverän-derung verstanden werden kann - als qualitative Änderung einer Feldstruk-tur, die nichtlokal (global), symmetrisch und ganzheitlich erfolgt. Das ändert die physikalische Bedeutung der Konstante c, der sogenannten Lichtgeschwindig-keit, und führt Verschränkung und Spin auf enantiomorphe Eigenschaften verzweigter, kohärenter (= zusammen-hängender) Feldstrukturen zurück. Dieses neue physikalische Konzept zeigt, wie Quanten- und Relativitäts-theorie auf der Basis eines experimen-tell begründeten Feldverzweigungs-prozesses miteinander verschmelzen könnten. Abschnitt 6 gibt eine Zusam-menfassung und verweist auf die Kon-sequenzen des neuen Realitätsmodells für andere Wissenschaftszweige.
II. Die Barriere der ErkenntnisIm Grunde dürfte kein Zweifel daran bestehen, dass Youngs Doppelspaltex-periment (wie die gesamte Quantenphy-sik) demonstriert, dass die bekannten physikalischen Modelle der Beschaffen-heit der Realität, das Körpermodell der Mechanik und das Wellenmodell der Elektrodynamik, auf die Natur und Rea-lität nicht zutreffen können. Aufgrund der quantenmechanischen Interpreta-tion halten es viele Physiker jedoch für prinzipiell oder nahezu unmöglich, ein neues, widerspruchsfreies Modell der Beschaffenheit der Realität zu entwer-fen. Sie folgen damit der Auffassung von Bohr, Heisenberg und Born, die - im Gegensatz zu Einstein - schon 1927 der Meinung waren, dass eine Auflösung des Welle / Quanten-Paradoxons weder möglich, noch nötig sei. Dahinter steht die Annahme, dass der Teilchenbegriff
der Mechanik und das Wellenmodell der Elektrodynamik für die Physik weiter-hin nützlich und unverzichtbar seien, die eigentliche Ursache dieses Dilem-mas in der "Natur der Sprache" liege und das Denken, evolutionär geprägt, nicht reformierbar sei. Die Botschaft der Kopenhagener Deutung, dass ein tieferes Natur- und Realitätsverständ-nis vor allem an der Art und Weise des menschlichen Denkens scheitert, trifft ohne Zweifel den Kern des Pro-blems. Dennoch stellt die Natur der Sprache, das Phänomen der Kognition, keine natürliche oder gar unüberwind-bare Barriere der Erkenntnis dar, wie die quantenmechanische Interpreta-tion implizit behauptet. Im Gegenteil, die individuelle Barriere der Erkennt-nis, die jeden Menschen gleichermas-sen betrifft und direkt aus der Funkti-onsweise der Denkwahrnehmung folgt, wird erst durch die flächendeckende Akzeptanz der quantenmechanischen Deutung zu einer sozial vereinbarten Erkenntnisbarriere. Denn erst die Quan-tenmechanik schließt eine vernünf-tige, widerspruchsfreie Erklärung des Doppelspaltexperiments mit einzelnen Lichtquanten, Elektronen oder Atomen - und damit die Notwendigkeit neuer kognitiver Konzepte der Beschaffen-heit von Licht und Materie - prinzipiell aus. Auf diese Weise werden nicht nur die entscheidenden experimentellen Tatsachen und Theorie-Widersprüche ausgeblendet, sondern neue, wider-spruchsfreie physikalische Realitäts-modelle generell unmöglich gemacht! Anhand des Doppelspaltexperiments und der partiellen Reflexion lässt sich jedoch zeigen, dass ein neues, wider-spruchsfreies physikalisches Realitäts-modell nicht nur möglich, sondern auch einfach zu haben ist:
Dazu ist nur die uneingeschränkte Akzeptanz der experimentell und the-oretisch eindeutig gesicherten Inter-ferenzbedingung nötig. Die Quanten-mechanik weicht dieser Konsequenz mit dem sogenannten logischen Draht-seilakt aus, um den Körperbegriff der Mechanik und die Atom- und Elemen-tarteilchenhypothese retten zu kön-nen - obwohl das Experiment nur eine logische Schlussfolgerung zuläßt: Was immer durch den Doppelspalt geht, muss beide Öffnungen gleichzeitig passieren. Das aber bedeutet, dass die Interferenzbedingung weder mit dem Körperbegriff der Mechanik, noch mit der Unteilbarkeitshypothese verein-bar ist. Diese Einsicht führt zwang-los zu einer exakten physikalischen Problemkonfiguration und einem neuen, widerspruchsfreien Realitäts-modell; sie erzwingt nur eine Revolu-tion unserer geistigen Vorstellungen. Youngs Experiment zeigt demzufolge nicht das Versagen des naturwissen-schaftlichen Realitätskonzeptes, son-dern das Scheitern paradigmatischer Vorstellungen an der Natur und Reali-tät: Der Körper-, Objekt- und Dingvor-stellungen des Geistes, des Körperbe-griffs der Mechanik und der Atom- und Elementarteilchenhypothese. Mit dieser Einsicht erscheint nicht nur die Ideengeschichte der Physik, son-dern auch das Problem der Kognition in einem neuen Licht: Youngs Experiment beweist, dass die sinnliche Körpervor-stellung nur ein Produkt der speziellen Wahrnehmungsweise sein kann, die wir Denken nennen. Das ist kein Grund, an der Existenz einer Realität zu zweifeln: Steine, Bäume und Planeten existie-ren nach wie vor völlig real - sie kön-nen nur nicht mehr physikalisch als Körper der Mechanik und diskret exis-
tierende Entitäten verstanden werden. Erst aus dieser Perspektive wird klar, dass die Quantenphysik nicht nur die Frage nach der wahren Beschaffenheit der Elementarstrukturen von Licht und Materie, sondern auch nach der Natur des denkenden Geistes stellt - und dar-auf eine ganz neue Antwort jenseits aller Mechanik verlangt.
III. Youngs DoppelspaltexperimentThomas Young konnte schon 1807 mit seinem Doppelspaltexperiment zeigen, dass Newtons Annahme, dass Licht aus Teilchen besteht, auf die Natur nicht zutreffen kann. Das Experiment erzeugt ein Lichtstreifenmuster, das nur entsteht, wenn beide Schlitze offen sind. Daraus folgt, dass Licht beide Öff-nungen gleichzeitig passieren muß (das ist die Interferenzbedingung) und dem-zufolge nicht aus Teilchen bestehen kann (Abb. 1, nächste Seite). Um die Bildung des Streifenmusters und des-sen Helligkeitsverteilung erklären zu können, entwarf Young ein mathema-tisches Modell, das auf Huygens Kon-zept beruhte, dass Licht die wellen-artige Anregung eines unsichtbaren Mediums sei. Die Wellen sollten beide Schlitze gleichzeitig passieren und dabei zwei neue, halbkreisförmige Sekundärwellen ausbilden, die sich wie Wasserwellen überlagern, verstär-ken oder auslöschen und so die Strei-fen des Musters bilden (Abb. 2). Obwohl Youngs Interpretation die einzige wider-spruchsfreie Erklärung zu liefern ver-mochte, setzte sie sich erst nach zwan-zig Jahren durch, nicht zuletzt durch die noch umfassendere Wellenoptik Fresnels (1827). Seitdem gilt Youngs Experiment als Nachweis der "Wellen-
Normaler Lichtfleck(1 Schlitz = keine Interferenz)
Youngs Doppelspaltexperiment mit einem Laser
Abbildung 1 Youngs DoppelspaltexperimentZwei Öffnungen oder Wege, die der Strahlung zur Verfügung stehen, erzeugen ein Interferenzmuster auf dem Schirm. Im Doppelspaltexperiment besteht das Interferenzmuster immer aus senkrechten, hellen Lichtstreifen (es gibt noch andere, zum Beispiel ringförmige Interferenzmuster, wie sie in Spiegelexperimenten entstehen). In den dunklen Zwischenräu-men löscht sich das Licht durch Überlagerung selbst aus, in den mittleren Streifen verstärkt sich die Helligkeit nach ganz bestimmten Regeln. Das gleiche Muster aus senkrechten Streifen entsteht, wenn die Öffnungen kreisförmig sind; es hängt also nicht von der Form der Öffnungen ab. Es hat auch nichts mit der Art des verwendeten Lichts zu tun; das Licht muss nur „kohärent“ (zusammenhängend) sein. Young führte das Experiment 1801/1807 mit Sonnenlicht aus, andere Forscher später mit schwachem Kerzenlicht (Taylor 1909). Heute führt man das Experiment mit Lasern aus, die einen in-tensiven, stark gerichteten und kohärenten Lichtstrahl aussenden. Zwar kann man mit dem Wellenmodell erfassen, dass das Licht immer beide Öffnungen zugleich passiert - das ist die sogenannte Interferenzbedingung. Und doch wirkt das Licht immer punktartig auf dem Schirm, was mit der Wellentheorie unverständlich bleibt (und Young noch nicht wissen konnte). Obwohl sich die Streifen aus winzigen Lichtpunkten zusammensetzen, kann Licht aufgrund der Zwei-Wege-Interferenzbedingung nicht aus Teilchen im Sinne der Mechanik oder aus räumlich konzentrierten Energieportionen im Sinne von Einsteins provisorischer Quantenhypothese des Lichts bestehen. Das gleiche gilt für Materie. Das ist das Quantenrätsel: Youngs Experiment und die Quanteneigenschaften der Natur lassen sich weder mit dem Wellenmodell, noch mit dem Körperbegriff der Mechanik verstehen. Die eigentliche physikalische Frage, die das Experiment damit stellt, lautet: Wie kann sich etwas teilen, aber dennoch ein Ganzes bleiben? Solange nicht klar ist, wie dieser Bifurkationsprozess zu verstehen ist, verbirgt die Natur ihr wahres Gesicht - und das Geheimnis der Denkwahrnehmung.
natur" des Lichts. Knapp hundert Jahre später (1905) machte Einstein mit der Quantenhypothese des Lichts jedoch deutlich, dass mit dem Wellenmodell etwas nicht stimmen konnte. Er ver-mutete diskrete, punktartige Energie-übertragungen auf Materie und dahin-ter eine Struktur des elektromagne-tischen Feldes. Die Annahme, dass Licht in energetischen Portionen auf Elektronen wirkt, konnte 1915 experi-mentell bestätigt werden, wurde aber erst ab 1923 akzeptiert. Ab 1926 wurde sie als neue Teilchenhypothese inter-pretiert: Licht schien nun aus räumlich-lokal konzentrierten Energiemengen zu bestehen, die immer als Ganzes emit-tiert und absorbiert werden, einen Impuls tragen und sich mit Lichtge-schwindigkeit durch den leeren Raum bewegen. Damit wurde Youngs Expe-riment auch zum Schlüsselexperiment der Quantentheorie. Der Widerspruch bestand nun zwischen einer Welle, die sich am Doppelspalt problemlos zwei-teilen kann, und einem teilchenartigen Lichtquantum, das sich am Doppelspalt nicht zweiteilen kann. Einstein sah sich vor allem aufgrund der Energieerhal-tung im Absorptionsereignis zu die-ser Schlussfolgerung gezwungen - und setzte damit die Ganzheit der lokalen energetischen Wirkung des Feldes mit der Ganzheit (Unteilbarkeit) eines Kör-pers der Mechanik gleich. Diese Analo-gie ist aufgrund der Interferenzbedin-gung physikalisch und logisch jedoch nicht zulässig, was Einstein und allen anderen Physikern damals durch-aus noch bewusst war. Seine Analo-gie diente nur dazu, die energetischen Eigenschaften der Strahlung quantita-tiv erfassen und behelfsmässig model-lieren zu können. Physikalisch war sie natürlich unhaltbar; es fehlte noch ein
widerspruchsfreies qualitatives Modell der Beschaffenheit der Struktur des Feldes, das in der Lage sein müsste, die Interferenzbedingung und das punkt-artig-lokale Absorptionsereignis adä-quat abzubilden. Deshalb sprach Ein-stein auch stets sehr bewusst davon, dass Strahlung sich nur so verhalte, "als wenn sie aus Teilchen bestünde". Das gleiche Teilungsproblem dehnte sich 1924 auf die Beschaffenheit der Materie aus, als Elektronen plötzlich "Wellencharakter" offenbarten, was nichts anderes bedeutete, dass Youngs Experiment - zumindest in Gedanken - auch mit einzelnen Elektronen durch-führbar sein sollte. 1926 wurde klar, dass das ebenso für Atome gelten sollte, was absolut keinen Sinn zu ergeben schien - denn atomos bedeutet: das Unteilbare. Bohr, Heisenberg und Born zogen aus diesem "absurden" Quanten-verhalten der Natur den Schluss, dass das Welle / Quanten-Paradoxon nicht auflösbar sei und interpretierten nur noch dessen Unlösbarkeit. Da Einstein trotz seines Unbehagens über diesen Umgang mit extremen physikalischen Widersprüchen weder ein neues physi-kalisches Modell, noch eine alternative Interpretation anbieten konnte, setzte sich die quantenmechanische Interpre-tation schon um 1932 durch. Erst viele Jahrzehnte später konn-ten Doppelspaltexperimente und damit eng verwandte Versuche mit einzelnen Lichtquanten, Elektronen, Atomen und Molekülen tatsächlich durchgeführt werden.1 All diese Experimente bewei-sen, dass die Zwei-Wege-Interferenzbe-
1 Doppelspaltexperiment mit Elektronen: Jönsson 1959 / mit einzelnen Elektronen: Merli, Missiroli, Pozzi 1974 / mit einzelnen Atomen: Mlynek & Carnal 1991 / mit Mole-külen: Arndt, Zeilinger 2003
dingung auch für einzeln ausgesendete Lichtquanten, Elektronen, Atome und Moleküle gilt. Sie zeigen weiter, dass zwischen Licht und Materie kein prinzi-pieller Unterschied existiert: Führt man das Experiment viele Male hintereinan-der aus, bilden die punktartig-lokalen Wirkungen sowohl bei Licht als auch Materie das bekannte Interferenzmu-ster auf dem Schirm oder in entspre-chenden Detektoranordnungen (Abb.3). Interessant ist nun, dass diese Experi-mente als Bestätigung der quantenme-chanischen Interpretation, des Welle-Teilchen-Dualismus-Konzepts und der Atom- und Elementarteilchenhypo-these gewertet werden. Das ist schon sehr erstaunlich, da Youngs Experi-ment die quantenmechanische Inter-pretation eindeutig widerlegt: Denn die Annahme, dass die Ganzheit der ener-getischen Wirkung von Lichtquanten, Elektronen oder Atomen mit der Ganz-heit eines Körpers der Mechanik gleich-gesetzt werden kann, ist wie bei Ein-steins provisorischer Lichtquantenhy-pothese aufgrund der Interferenzbe-dingung physikalisch-ontologisch und logisch nicht zulässig! Was zeigt das Experiment also wirk-lich? Ohne bestimmte Hypothesen zur Beschaffenheit von Licht und Materie voraussetzen zu müssen, die das Expe-riment ja gerade in Frage stellt, kann Folgendes als experimentell gesichert gelten:• Am Doppelspalt gilt eine Interferenz-bedingung, die besagt, daß die ausge-sandte Strahlungsmenge immer beide Öffnungen zugleich passieren muß.• Die ausgesendete Strahlungsmenge wirkt immer ganzheitlich-lokal.Diese beiden Tatsachen sollten eigent-lich jeder Interpretation zugrunde lie-gen, die einen naturwissenschaftlichen
Helligkeit / Intensität(Zahl der Auftreffpunkte)
Abbildung 2 Youngs Doppelspaltexperiment
(Wellentheorie)
Abbildung 3Universale Interferenzmuster und
Intensitätsverteilungen im Doppelspaltexperiment (bei Licht und Materie)
Anspruch erhebt; d.h. die Beschaf-fenheit (Physik) der Natur zu ergrün-den sucht. Aus diesen beiden Prämis-sen folgt zwingend, dass sich im Expe-riment etwas nicht-mechanisch, also ganzheitlich geteilt haben muss - und das können nur Felder sein. Das ist die einzig mögliche logische Schlußfolge-rung, die das Experiment zulässt. Es zeigt damit klar und deutlich, dass wir es in der Realität nicht mit Teilchen, sondern nur noch mit Feldern zu tun haben können; mit Feldern, die sich ganzheitlich teilen können - und im Zuge des Absorptionsprozesses wie-der miteinander verschmelzen. Das ist ohne Zweifel ein Bifurkations- und Verzweigungsprozess, der offenbar reversibel ist (Abb. 4). Das Experiment weist uns damit den Weg, wie die Quan-teneigenschaften der Realität zu ver-stehen und zu interpretieren sind. Es ermöglicht uns auch, die Geschichte der Physik neu zu bewerten. Und es erlaubt uns, andere Theorien und Hypothesen am Experiment zu überprüfen. Wird der Verzweigungsprozess nicht ausgeblen-det2, widerlegt das Experiment sofort
2 Die quantenmechanische Interpreta-tion ignoriert die Interferenzbedingung mit dem sogenannten logischen Drahtseilakt, mit dem Einzelereignisse, also die gleich-zeitige Passage des Doppelspalts durch einzelne “Quanten” oder “Teilchen”, aus der physikalischen Betrachtung prinzipiell aus-geklammert werden. Auf diese Weise ver-sucht sie, den Körperbegriff der Mechanik für die Physik und das Ontologieverständnis zu retten. Theoretisch findet die Interfe-renzbedingung zwar ihre Anerkennung (mit der Wellengleichung); in der Interpreta-tion wird diese Anerkennung jedoch sofort widerrufen: Da Teilchen sich nicht ganzheit-lich teilen können, kann dieser Wellenfunk-tion nichts Reales mehr entsprechen; auch keine Feldrealität. Daraus folgt die “prinzi-pielle” Unmöglichkeit eines widerspruchs-freien Natur- und Realitätsverständnisses.
die Atomos-Hypothese. Das gleiche gilt für den Körperbegriff der Mechanik, denn ganzheitliche Teilungsprozesse kennt die Mechanik grundsätzlich nicht. Das Wellenmodell kann ebenfalls nicht stimmen, denn es kann lokale, ener-getisch diskrete Absorptionsereignisse nicht abbilden. Und die mechanistische Lichtquantenhypothese stimmt nicht, weil sie die Interferenzbedingung ignoriert. Youngs Experiment wider-legt damit auch die quantenmecha-nische Interpretation und das seltsame Wissenschaftsverständnis, das seit 80 Jahren die Physik beherrscht.
Das Problem ist eben nie die "Absurdi-tät" der Natur; es sind immer unsere Glaubensgrundsätze, Paradigmen, The-orien und Modelle, die an der Beschaf-fenheit der Realität, im Experiment, kläglich scheitern. Das betrifft nun Demokrits Atomhypothese, den Kör-perbegriff der Mechanik, die Wellen-theorie und - auf den ersten Blick viel-leicht nicht erkennbar - Einsteins Spe-zielle Relativitätstheorie. Dabei geht es allerdings nicht um das Relativprinzip und die Definition der Gleichzeitigkeit, die beide durch das Experiment sogar eindeutig bestätigt werden, sondern um die Interpretation der Konstante c als Bewegung im Sinne von Ortsverände-rung. Auf diese Weise konfrontiert uns Youngs Experiment mit einer "neuen" Realität, in der Ganzheit & Teilbarkeit grundlegende physikalische Charakte-ristika sind, während der Körperbegriff der Mechanik jede ontologische Bedeu-tung verliert. So etwas kennen wir bis-her nur aus der Biologie - wenn auch nur metaphorisch, solange die Atom-hypothese gilt. Bleibt nur die Frage: Wie konnten wir ein so offensichtliches Naturprinzip so lange übersehen?
IV. Das Scheitern der MechanikSobald es um qualitative, also phy-sikalische Eigenschaften von Licht und Materie geht, dokumentiert die gesamte Ideen- und Entwicklungsge-schichte der Physik das Scheitern der mechanistischen Denkansätze. Dahin-ter verbirgt sich vor allem das Versagen zweier Schlüsselbegriffe: des Körper-begriffs der Mechanik und der mecha-nischen Bewegung. Das zeigt sich in Newtons Physik, Avogadros Hypothese, Faradays Feldtheorie, Maxwells Feld-dynamik, Einsteins Lichtquantenhypo-these und in der Relativitätstheorie.
4.1. Avogadros HypotheseZweifel an der Körpermechanik und den mathematischen Prinzipien der Natur-philosophie gab es bereits zu Newtons Lebzeiten; schon Newton selbst kannte die Schwächen seines Modells. Tho-mas Young war jedoch der Erste, der experimentell beweisen konnte, dass Newtons Mechanik auf die Natur nicht zutreffen konnte - zumindest nicht auf die Natur des Lichts. Amadeo Avogadro war der Zweite; schon vier Jahre später (1811) argumentierte er experimentell begründet, dass die Elementarbausteine der Elemente, die Dalton 1810 Atome genannt hatte, teilbar seien. Am Bei-spiel der Reaktion von Chlor und Was-serstoff demonstrierte er, dass sich die Atome von Chlor und Wasserstoff wäh-rend der Reaktion geteilt und verdop-pelt haben müssen, was sich weder mit Demokrits Atomhypothese, noch mit Newtons Körperbegriff der Mechanik vertrug (Abb.5). Avogadro vermutete, dass chemische Elemente in ganzen Proportionen und Volumenverhältnis-sen reagieren, weil sich Elementar-strukturen teilen können. Diese Über-legung führte zu Avogadros Hypothese:
Lokaler Kollaps
Emission vonMaterie oder Licht
Verzweigte, sich teilendeWellenfunktion
Auffangschirm (Materie)
?
?
Absorption (Materie)
Emission (Materie)
Verzweigung
Verschmelzung
Doppelspalt
Abbildung 4 Doppelspaltexperiment, Quantentheorie
und die InterferenzbedingungDas zeigt das Experiment, wenn die Quanten-
hypothese des Lichts und die Interferenzbe-dingung uneingeschränkt akzeptiert werden: Felder, die sich ganzheitlich teilen und wieder
auf dem ersten Chemikerkongress in Karlsruhe im Sinne des Atomkon-zepts Demokrits und der newtonschen Mechanik zu einer additiven Doppel-atom-Hypothese umgedeutet wurde. Ausgerechnet Avogadro, neu interpre-tiert, schien den atomistischen Denk-ansatz der kinetischen Gastheorie nun besonders zu stärken, so dass die gesamte Chemie nun die Atomhypo-thes zu stützen schien. Tatsächlich wurde jedoch Avogadros Gedanke pas-send gemacht, um die Atomhypothese zu stützen. Dass der mechanistische und atomistische Denkansatz tatsäch-lich nicht haltbar war, stellte sich erst mit der Entdeckung des Elektrons, der radioaktiven Strahlung und der Ent-wicklung quantentheoretischer Modelle der Materie zwischen 1915 und 1924 heraus. Sie zeigten nicht nur, daß die gedachten Atome noch gar nicht die "richtigen" Atome gewesen sein konn-ten, sondern auch, dass alle Elemen-
tarstrukturen der Materie Wellencha-rakter offenbarten. Das bedeutet, dass sie am Doppelspalt dem Bifurkations- oder Teilungsprinzip unterliegen müs-sen, also tatsächlich nicht unteilbar sind. Obwohl seitdem akuter Bedarf an neuen Realitätsmodellen besteht und Avogadros Zahl eine nicht zu über-sehende Schlüsselrolle in der Quan-tenphysik und Chemie spielt, konn-ten sich die Physiker bis heute nicht an Avogadros Originalhypothese erinnern, vom Teilchenbegriff der Mechanik tren-nen und die Interferenzbedingung phy-sikalisch akzeptieren.
4.2. Faradays ProgrammMichael Faraday führte 1831 einen ontologischen Feldbegriff ein, den er mit Feldlinien visualisierte. Elektrische und magnetische Felder sollten real existieren, Raum konditionieren, inein-ander umwandelbar sein und so die elektromagnetische Induktion erzeu-gen. Seine elektrochemischen Experi-mente zeigten, dass Materie von elek-trischen und magnetischen Kräften zusammengehalten wird und Kräfte zwischen entfernten Materiestruktu-ren durch elektrische und magnetische Felder (und natürlich Licht) vermittelt werden. Faraday demonstrierte, dass auch Metallatome (elektrolytisch) teil-bar waren und dabei elektrisch entge-gengesetzt geladene Ionen entstehen. Die kleinste messbare Ionenladung identifizierte Faraday als elementarste Ladungsgrösse (die 50 Jahre später Elektron genannt werden sollte). Licht stellte sich Faraday als vibrierende Linien eines Feldes vor, das Materie-strukturen miteinander verbindet. 1845 entdeckte Faraday die "Magne-tisierung des Lichts", die Verbindung zwischen Elektrizität, Magnetismus
und Licht. Er konnte zeigen, dass pola-risiertes Licht durch magnetisierbare optische Materialien gedreht wird, auch Faraday Effekt oder Faradays Rota-tion genannt (die Magnetfelder bewir-ken eine Rotation der Polarisations-ebene des Lichts). Später erkannte man, dass Licht sich in optischen Mate-rialien in zwei entgegengesetzt pola-risierte Teilstrahlen aufspreizt und beim Austritt wiedervereinigt (ganz offensichtlich ein Verzweigungs- und Verschmelzungsprozess). Faraday ver-mutete, dass Magnetfelder auch in der Quelle des Lichts, in der Materie, sol-che ´Rotationen verursachen. Diese Hypothese führte 1896 zur Entde-ckung der Aufspaltung und Polarisa-tion von Spektrallinien im Magnetfeld (Zeeman) und 1925 zum Elektronen-spin (Uhlenbeck/Goudsmith). Faraday hielt den Körperbegriff der Mechanik und das Atomkonzept für experimentell nicht begründbare Hypo-thesen und vermutete schon 1844, dass zwischen Materie und Feldern kein prinzipieller Unterschied existiert, dass Materie selbst nur aus extrem konzen-trierten elektrischen und magnetischen Feldern besteht. Ein stoffliches Äther-konzept hielt Faraday für überflüssig. Im Grunde seien elektrische, magne-tische und gravitative Felder, die sich von einer Materiestruktur weit in den Raum hinein erstrecken, theoretisch sogar unbegrenzt, immer noch Teil der Materiestruktur - die an ihrer "stoff-lich" erscheinenden Konturgrenze also nicht wirklich zu Ende sei. Faradays Programm - der Gedanke einer ein-heitlichen Feldtheorie von Elektrizität, Magnetismus, Licht, Materie und Gra-vitation - wurde von Maxwell und Ein-stein weiterverfolgt und ist noch heute das strategische Ziel der Physik.
Verschiedene Gase gleichen Volumens enthalten bei gleichem Druck und glei-cher Temperatur die gleiche Anzahl von Molekülen. Avogadro verstand darun-ter offenbar Elementarstrukturen der Materie (und des Äthers), die durch Teilungs- und Verschmelzungsprozesse entstehen. Nur Metalle seien nicht teilbar, sie bestünden aus Atomen im ursprünglichen Sinne. Auf diese Weise führte Avogadro den Begriff MOLEKÜL in die physikalische Chemie ein.3 Die erste Anti-Atomos-Hypothese der neu-zeitlichen Wissenschaft wurde 50 Jahre lang kaum beachtet, bis Avogadros Originalhypothese 1860 von Canizarro
3 Amadeo Avogadro: Versuch einer Methode, die Massen der Elementarmole-keln der Stoffe und die Verhältnisse, nach welchen sie in Verbindungen eintreten, zu bestimmen. In: Wilhelm Ostwald: Die Grundlagen der Atomtheorie. Ostwalds Klassiker 3/8; Leipzig Akademische Ver-lagsgesellschaft 1902 (Original: Journal de Physic 73, 58; 1811).
4.3. Maxwells FelddynamikJames C. Maxwell übersetzte Faradays Programm 1864 in eine Theorie der Dynamik des elektromagnetischen Feldes, die Elektrizität, Magnetis-mus und Licht auf eine gemein-same Ätherfeld-Grundlage stellte.4 Er schlussfolgerte aus Faradays Experi-menten und dem Wissen seiner Zeit, dass sich elektrische und magnetische Felder nach bestimmten Regeln anzie-hen, abstossen, bewegen, verformen und ineinander transformieren, die sich mathematisch darstellen, definie-ren, modellieren und zu Berechnungen nutzen lassen. Unter elektromagne-tischen Feldern verstand Maxwell den Teil des Raumes, der Materie in elek-trischen oder magnetischen Zuständen enthält und umgibt; er sollte nicht leer sein, sondern stark verdünnte Mate-rie enthalten. Er hielt es aus mehreren Gründen für zweckmässig, die Äther-vorstellung mit den Feldvorstellungen Faradays zu verknüpfen. Zum einen, wie er selbst anmerkte, weil ein echtes Vakuum nur eine Idealisierung sei, zum anderen, um die verwickelten Bewe-gungen des Feldes und die elektromo-torischen Phänomene besser illustrie-ren zu können; aus früheren Versuchen sehr wohl wissend, dass mechanische Metaphern nicht wirklich geeignet sind, die Topologie der komplizierten Bewegungen des elektromagnetischen Feldes zu erfassen. Und nicht zuletzt auch deshalb, weil es nach Faradays Auffassung keinen prinzipiellen Unter-schied zwischen Licht und Materie geben sollte. Maxwell modellierte, wie sich dieses grundlegende Feld bewegt
4 J. Clerk Maxwell: A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field. Philosophical Transactions of the Royal Society of Lon-don, 1864
und verformt und dadurch elektrische und magnetische Phänomene, auch in der kompakten Materie, produziert, die wiederum auf das Feld zurückwir-ken und dieses verformen. Um die end-liche Geschwindigkeit der Ausbreitung von Licht und Wärme erklären zu kön-nen, ersetzte Maxwell die bis dahin von Coulomb, Amperè, Faraday, Weber und anderen postulierten elektrischen und magnetischen Fernwirkungen zwischen Materiestrukturen durch eine Nahwir-kungstheorie, in der das grundlegende Feld für die Entstehung, Übertragung und Speicherung von elektrischer und magnetischer Energie eine ebenso grosse Rolle spielen sollte wie die kom-pakten Materiekörper selbst. Maxwell unterschied drei verschiedene Arten der Bewegung des Feldes:
1) eine wellenförmige, zyklisch fort-schreitende Anregungsbewegung, die Wärme- und Lichtenergie zwischen Materiestrukturen übertragen sollte (Youngs Wellen),
2) eine Art Rotation, welche die Dre-hung der Polarisationsebene des Lichts durch Magnetfelder (Faradays Rota-tion), aber auch die Wirkung elek-trischer auf magnetische Felder und umgekehrt verständlich machen sollte (Faradays Induktion),
3) eine elektromotorische Verschie-bung, Verdrängung oder Aufspreizung (Maxwell: "Displacement"), bei der Magnetfelder ein elektrisches Feld indu-zieren, das wiederum eine elektrische Polarisierung, Ladungstrennung oder Ladungsverschiebung in der Materie oder im Äther-Feld bewirkt (auch als Verzweigungs- und Teilungsprozess des elektrischen Feldes interpretierbar).
Maxwell bezeichnete diesen Prozess als einen beginnenden, aber noch kei-nen richtigen Strom, und erfaßte damit die elektrische Dipolbildung von Mole-külen und die elektrische Polarisie-rung nichtleitender Materie, auch des grundlegenden Äther-Feldes.5 Die elek-tromotorische Bewegung ist rever-sibel; die Umkehrung des Teilungs- oder Verschiebungsprozesses bringt elektrische Ströme umgekehrten Vorzeichens hervor (und kann als Verschmelzungsprozess eines ver-zweigten elektrischen Feldes gelesen werden). Die elektromotorische Kraft, der sogenannte Displacement- oder Verschiebungsstrom, modelliert ver-schieden starke plastisch-elastische Verformungen eines viskosen Mediums durch Verschiebung, Verdrängung oder Aufspreizung in positive und nega-tive Feldbestandteile, was Ursache der Elastizität des Äther-Feldes sei. Auf diese Weise soll Energie durch Verfor-mung, Ladungstrennung und dielekt-rische Verschiebungen (= Feldverzwei-gungen) in der Materie gespeichert, die Bewegung von Teil zu Teil des zusam-menhängenden Feldes übertragen und die Ausbreitung von Wärme und Licht im Äther-Feld auf eine endliche Geschwindigkeit verzögert werden.
5 Dieser Betrachtungsweise liegt wie schon bei Avogadro der naturphilosophische Gedanke zugrunde, daß zwischen Äther und Materie keine echte Trennung existiert; daß auch der Lichtäther aus Elementarstruktu-ren (Molekülen) besteht. Daß die Struktur-beschaffenheit von Materie und Feldern die-selbe ist, ist ein Gedanke, der 40 Jahre spä-ter (1905) in Einsteins Quantenhypothese des elektromagnetische Feldes wieder auf-taucht und weitere 20 Jahre später (1925) für die Quantennatur der Materie bestätigt wurde, ohne daß diese gemeinsame Struk-turbeschaffenheit bis heute begriffen wer-den konnte.
als Transversalwellen aufgefasst; sie stehen (wie Verzweigungen) quer zur Hauptbewegungsrichtung des Lichts. Mathematisch wird das durch zwei orthogonal zueinander und zur Aus-breitungsrichtung des Lichts stehen-den Feldvektoren visualisiert, die damit auch eine Art ontologische "Entgegen-gesetztheit" oder "Orthogonalität" aus-drücken (Abb. 7). In Maxwells Modell lässt sich dann ein zyklischer Prozess erkennen, in dem sich ein zunächst neutrales Feld durch ein Magnetfeld elektrisch polarisiert (ganzheitlich teilt und räumlich verzweigt), durch eine elastische Gegenkraft wieder zusam-menfällt (verschmilzt) und dabei ein dem ursprünglichen Magnetfeld entge-gengesetztes Magnetfeld erzeugt.
Die Gesamtheit aller Bewegungen, Grössen und physikalischen Begriffe definierte Maxwell in 20 Gleichungen mit 20 Variablen als dynamische Feld-theorie, wobei die Dynamik, die Verän-derung der Feldstruktur, trotz der Vor-behalte Maxwells noch immer als Bewe-gung im Sinne der Mechanik erscheint. Die Gleichungen beschreiben die Ände-rung der elektrischen und magnetischen Polarisation zeit- und ortsabhängig als fortschreitende Punkt-zu-Punkt-Bewe-gung in einem zusammenhängenden, sich durch die Bewegung selbst stän-dig verändernden Feldkontinuums. Die Ausbreitung der "Welle" erfolgt jedoch nicht als gerichteter, gewellter Licht-strahl, sondern isotrop und homogen in alle Raumrichtungen zugleich, also in Kugelform, mit konstanter Geschwin-digkeit. Wie man sich diese blasenar-tige Ausbreitung im Raum, verknüpft mit Transversalwellen, Aufspreizungen und Rotationen anschaulich-wider-spruchsfrei vorstellen sollte, konnte
Maxwell wie gesagt nie klären, sondern eben nur behelfsmässig mechanistisch illustrieren. In Bezug auf seine Aussa-gen zu den energetischen Zusammen-hängen wollte Maxwell jedoch wört-lich verstanden werden: Die Energie des elektromagnetischen Feldes sei oszillierende mechanische Energie, zur Hälfte bestehend aus potentieller Ener-gie, die durch Strukturbildung im Feld und in der Materie temporär gespei-chert und als elastisches Rückstell-vermögen wirksam wird, und kine-tischer Energie, die durch die Anre-gung benachbarter Bereiche als Wel-lenbewegung kontinuierlich im Raum fortschreitet. Die Ausdehnungsge-schwindigkeit der Kugelfront identifi-zierte Maxwell als die des Lichts. Max-well hat diese Geschwindigkeit aller-dings nicht gemessen, sondern aus der Elastitzität des Äther-Feldes berechnet, die vom Verhältnis zweier Kenngrössen abhängt, die den Displacement- oder Verschiebungsterm bestimmen. Die eine Grösse betrifft Magnetfelder und wird ziemlich willkürlich definiert6; die andere betrifft elektrische Felder, wird experimentell ermittelt und ist eine Art Materialkoeffizient für das Polarisati-onsvermögen der Materie, auch des grundlegenden Feldes (Äthers; Vaku-ums; freien Raumes).7 Die Relation beider Grössen stellt nach Maxwell und noch heute allgemein gültiger Auffas-sung eine Geschwindigkeitsgrösse dar, die mit der des Lichts identisch ist.8
6 µ (nü)7 ε (eta)8 µ (nü): Magnetische PermittivitätMass für das Durchlassvermögen des Äthers (Vakuums, freien Raumes) und der Mate-rie für Magnetfelder (eine Aussage über die Magnetisierbarkeit). Ist eine definierte Konstante. Ursprung: Amperès Kraftge-setz. Zweck: Verknüpfung der Einheit der
Die Übereinstimmung seiner Berech-nungen mit rein elektrostatischen Mes-sungen an einem Kondensator durch Weber und Kohlrausch veranlaßte James C. Maxwell zu seiner berühmten Hypothese:"... dass Licht selbst (inklusive Wärme-strahlung und andere Strahlung, falls vorhanden), nichts anderes als eine elektromagnetische Störung in Form von Wellen sei, übermittelt durch das elektromagnetische Feld gemäss den elektromagnetischen Gesetzen”�.
Stromstärke (Ampere) mit mechanischen Einheiten wie Masse, Länge und Zeit. Ermöglicht damit auch eine elektromagne-tische Definition der Konstante c, der aus der Optik bekannten Lichtgeschwindigkeit, als c=1/√µε. Auch Vakuum-Permeabilität, Induktionskonstante oder Influenzkons-tante genannt. Neuerdings nur noch als Magnetische Feldkonstante bezeichnet, um keine ontologischen Sinnfragen mehr zu provozieren (z.B. was bedeutet das physi-kalisch für das Feldkonzept?). ε (eta): Elektrische PermittivitätMass für das Durchlassvermögen des Äthers und nichtleitender, isolierender Materie (Dielektrika) für elektrische Felder. Kennzeichnet das elektrische Polarisations-vermögen eines Dielektrikums und die dar-aus folgende Reduktion des einwirkenden elektrischen Feldes. Variable Größe, wird experimentell bestimmt. Maxwells dielekt-rische Verschiebung (= elektrische Polari-sation) hängt von dieser Materialkenngröße und der Stärke des elektrischen Feldes ab. Auch Dielektrizitätskonstante des Vakuums oder freien Raumes genannt, also auch ein “Materialkoeffizient” für die elektrische Permeabilität (Durchlässigkeit) des Vaku-ums. Da auch hier deutlich physikalisch Bedeutungen mitschwingen, die nach einer Beantwortung der ontologischen Sinnfrage verlangen (die in der momentanen Inter-pretation der Relativitäts- und Quanten-theorie ausgeklammert wird), nennt man diese Größe neuerdings auch Elektrische Feldkonstante9 J. Clerk Maxwell: A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field, S.466 (20)
Maxwell vermutete, dass der Prozess der elektrischen Polarisierung von Iso-latoren oder Dielektrika (z.B. Glas, Schwefel, Luft, aber auch des Äther-Feldes) durch Magnetfelder im Prinzip der magnetischen Polarisierung von elektrisch leitenden Materialien (z.B. Eisen) gleiche: Jede Elementarstruktur im dielektrischen Medium sollte lokal eine entgegengesetzte Polarisierung annehmen, die sich kettenartig aus-breitet und insgesamt zu einer spür-baren polaren Aussenwirkung führt; im einen Fall elektrischer, im ande-ren magnetischer Natur. Verursacht wird die elektromotorische Kraft ent-weder durch eine Bewegung der Mate-rie relativ zum (elektro-) magnetischen Feld, oder durch eine Veränderung der Stärke oder Richtung dieses Feldes selbst. Sie induziert dann entweder einen Strom und erhitzt die Materie je nach Widerstand, oder sie zerlegt die Materie wie in Faradays Experimenten, oder sie polarisiert nichtleitende Mate-rie durch elektrische Ladungstrennung in elastisch-plastischen Verformungs-prozessen, die sich je nach Material mehr oder weniger schnell von selbst umkehren, sobald die induzierende Kraft verschwindet.
Im mathematischen Modell erscheint die elektromotorische Kraft als pola-risiertes elektrisches Feld, gedämpft durch Materialeigenschaften. Dahinter scheinen sich Verzweigungs- und Ver-schmelzungsprozesse von Feldern zu verbergen, was in Maxwells Wellenbild nur als An- und Abschwellen der elek-trischen Feldstärke erscheint. Das trifft ebenso auf das Magnetfeld zu, dessen Feldstärke gleichzeitig mit der elek-trischen Feldstärke schwankt. Beide Felder und ihre Veränderungen werden
- für alle praktischen Zwecke nahezu perfekt. Sie wurden von Heavyside und Hertz auf vier elementare Grund-gleichungen reduziert und durch eine Schreibweise modernisiert, die kom-plexe Zahlen verwendet.
Klar ist heute, dass es ein echtes Vakuum tatsächlich nicht gibt, da Felder immer vorhanden sind - und selbst Materie aus substanzlosen Feld-ern besteht. Maxwells Anliegen ist damit nach wie vor aktuell, falls man es noch für nötig hält, die Topologie des elektromagnetischen Feldes und seine Wechselwirkungen mit Materie wirk-lich zu verstehen. Und vor allem, wenn man gezwungen ist, die Existenz eines nicht-feldfreien Universums oder eines grundlegendes Feldes im Universum zu akzeptieren. Klar sollte inzwischen auch sein, dass jede vernünftige Kos-mologie hintergrundunabhängig sein sollte, was bedeutet, dass Raum- und Zeitvorstellungen - wie schon in Ein-steins Allgemeiner Relativitätstheorie - nicht mehr axiomatisch vorausge-setzt werden können. Offensichtlich haben wir Faradays Programm nur noch nicht konsequent genug umge-setzt: Wir wissen noch immer nicht, wie sich die Dichotomie zwischen Feld-ern und Teilchen, das Welle / Quanten-Paradoxon, auflösen lässt (die offizi-elle Lehrmeinung hält das weder für nötig noch möglich), und demzufolge auch nicht, wie sich kompakte, stoff-lich erscheinende Materie aus nicht-stofflichen Feldern bildet; oder wie sich die Quantenphysik als Strukturtheorie mit Feldvorstellungen widerspruchs-frei - ohne Teilchen - verknüpfen las-sen soll. Es fehlt nach wie vor an neuen physikalischen Vorstellungen, welche die mechanischen Behelfsillustrationen
ersetzen könnten. Wie man am Ori-ginal auch erkennen kann, ging es Maxwell bereits um ein universelles ontologisches Feldmodell, das mit sich selbst interagiert und dabei struktu-rell-topologisch verändert; seine Prin-zipien gelten für Materie und Felder. Die Verzögerung bei der Übertra-gung von Licht und Wärme versuchte Maxwell einerseits mit einer polaren Strukturbildung des Feldes, anderer-seits mit einer mechanischen Bewe-gung zu erklären10. Auch das Gravita-tionsproblem und seine Verwandschaft zu den elektromagnetischen Kräften erwähnte Maxwell bereits, konnte dazu aber keine Vorstellungen entwickeln. Deutlich sichtbar wird nun auch, dass sich hinter dem Verschiebungs- oder Displacement-Term elektrische und magnetische Polarisationsprozesse verbergen, die auch als ganzheitliche Feld-Bifurkationen verstanden werden könnten - was auch für den Indukti-onsprozeß selbst zu vermuten ist. Man könnte den Verschiebungsterm also durchaus als reversiblen Verzweigungs-term auffassen, der Teilungs- und Ver-schmelzungsprozesse von Feldern – ohne Unterschied zwischen Licht und Materie - modelliert.
Obwohl Maxwells Theorie theoretisch und praktisch ausserordentlich erfolg-reich war (so wie die Quantentheorie heute), führten die substanzartige Äthervorstellung und die Wellentheorie schon bald zu tiefen konzeptionellen
10 Wie wir später sehen werden – und das Kondensatorbeispiel bereits andeu-tet - bedarf es einer mechanischen Bewe-gung des Feldes dazu nicht. Das löst auch das Problem des absoluten Bezugssystems und ermöglicht die Existenz eines grundle-genden Feldes, das ´das Universum´ ist.
Widersprüchen - obwohl Heinrich Hertz die Existenz von Wellen 1888 experi-mentell scheinbar eindeutig nachge-wiesen hatte. Zum einen erschwerte die Unanschaulichkeit der Topologie der Felddynamik ein echtes Verständ-nis der physikalischen Beschaffenheit des Feldes, seiner Kenngrößen und sei-ner Transformationen, auch in Materie. Zweitens ließ sich die postulierte Bewe-gung der Wellenanregung - die Kons-tanz der Lichtgeschwindigkeit - nicht mit dem Bewegungsbegriff der Mecha-nik vereinbaren. Und drittens war die Kontinuumshypothese, die dem äther-basierten Wellenmodell zugrunde liegt, mit dem Energieerhaltungsprinzip nicht verträglich, wie Max Planck 1900 fest-stellen mußte.
Plancks Gleichung der Wärmestrahlung besagte statt dessen, dass Energie nicht kontinuierlich, sondern nur in bestimm-ten Mengen vom elektromagnetischen Feld an Materie und umgekehrt über-tragen wird. Planck nannte sie Wir-kungsquanten (Quantum: lateinisch für Menge) und gedachte, dafür die Eigen-schaften der Materie verantwortlich zu machen, ohne die maxwellsche Theorie oder die Kontinuität des elektromag-netischen Feldes in Frage zu stellen. Albert Einstein kam 1905 (knapp 26 Jahre alt) jedoch zu dem Schluss, dass mit dem Kontinuumskonzept des Feldes etwas nicht stimmen konnte. Zur glei-chen Erkenntnis kam er in Bezug auf Newtons Raum- und Zeitvorstellun-gen. Und er erkannte, dass zwischen beiden Problemen ein Zusammenhang besteht. Aus diesem Konflikt entstan-den nahezu parallel zwei scheinbar voneinander unabhängige Theorien, die Quantenhypothese des Lichts und die Spezielle Relativitätstheorie.
Die hier gegebene Zusammenfassung folgt direkt Maxwells eigener Darstel-lung, was seine Intentionen erst rich-tig deutlich macht. Spätere Interpre-tationen versuchen mehr oder weniger bemüht, das grundlegende Äther-Feld-konzept Maxwells zu meiden und als anti-quiert erscheinen zu lassen, wodurch die eigentliche Tiefe und Brillanz der maxwellschen Vorstellungen jedoch verloren geht. Maxwells Gleichungen, in denen auch das Wissen seiner Vor-gänger (Galvani, Coulomb, Amperè, Ørstedt, Faraday, Gauss, Weber) und Nachfolger steckt (Heavyside, Hertz, Lorentz usw.) sind noch heute gültig und beschreiben elektromagnetische Felder - auch ohne Substanzgrundlage
Abbildung 7 Maxwells Feld-Dynamik in Wellenform
In dieser Skizze wird ein symbolischer Zusammen-hang zwischen elektrischen und magnetischen Feld-ern und der Ausbreitungsrichtung des Feldes in der Zeit hergestellt. Die Verzweigung und Verschmel-zung des elektrischen Feldes durch die elektromoto-rische Kraft - die elektrische Polarisation - wird hier nicht explizit dargestellt, sondern als wellenartiges An- und Abschwellen des elektrischen Feldes symbo-lisiert. Auch die Umkehrung des Magnetfeldes wäh-rend der Verschmelzung des elektrischen Feldes wird hier nicht sichtbar (Skizze des Autors, nach Maxwell).
die Verformungen des Feldes und die Polarisation dielektrischer Materie-strukturen. Man könnte eher sagen, daß Maxwells Theorie nicht vollstän-dig ist; sie kann die qualitative Struk-tur der Strahlung (bzw. des Feldes) und Absorptionsereignisse nicht abbilden. Einstein geht also vom Problem der Energieerhaltung bei der Wechselwir-kung des elektromagnetischen Feldes mit Materie aus. Anschaulich illus-triert sieht das Problem etwa so aus: Die gleichförmige Ausdehnung der maxwellschen Feldkugel "im Raum" (auch im Äther oder Vakuum) müsste theoretisch Wechselwirkungen zwi-schen Feld und Materie an allen Punk-ten der Kugeloberfläche erlauben, auch mit mehreren, ja beliebig vielen Mate-riestrukturen gleichzeitig. Das wider-spricht jedoch dem Energieerhaltungs-prinzip, denn die ausgesendete Ener-giemenge ist nicht nur begrenzt, son-dern auch portioniert (in der Spezi-ellen Relativitätstheorie wird Einstein feststellen, dass diese Vorstellung die Aufgabe der newtonschen Gleichzei-tigkeit erfordert). Ausserdem müssten diese Wechselwirkungen nach Max-well von der Intensität der Strahlung am jeweiligen Ort der Materie abhän-gen, da sich die Lichtkugel immer wei-ter ausdehnt und die Energie sich ent-sprechend verdünnen würde. Plancks Gleichung und Lenards Experimente hatten jedoch gezeigt, dass die Ener-gieübertragung nicht von der lokalen Helligkeit oder Intensität der "Strah-lung", sondern nur von der Frequenz des Lichts abhängt und energetisch portioniert sein muss. Das aber bedeu-tete, wie Einstein erkannte, daß mit der kontinuierlichen Ausbreitung der Strahlungsenergie und den Vorstel-lungen zur homogenen Beschaffenheit
des Feldes etwas nicht stimmen konnte (was auch für Felder ohne Äther, Raum oder Vakuum gelten würde). Aus die-sen Gründen schlussfolgerte Einstein, dass das elektromagnetische Feld eine noch unbekannte ontologische Struk-tur besitzen müsse, die aus bestimm-ten Mengen Lichtenergie besteht - was dann zu individuellen, energetisch por-tionierten Wechselwirkungen mit Mate-rie führt (Abb. 8 Maxwells Lichtkugel). Einsteins Lichtquanten-Begriff bezeich-net also sowohl Strukturelemente des freien elektromagnetischen Feldes, die man eigentlich noch nicht "Licht" nen-nen kann, als auch lokal wirkende Ener-gieportionen, die wir zu Recht Licht und Wirkungsquanten nennen dürfen. Diese Doppeldeutigkeit ist nicht immer klar; auch nicht die Folgen einer unscharfen
Verwendung des Begriffes "Licht" als Synonym für das noch nicht wechsel-wirkende, aber strukturierte elektro-magnetisch Feld. Das betrifft sowohl die Verständnisprobleme der Quanten- als auch der Relativitätstheorie. Erst nachdem Einstein die Hypo-these einer wie auch immer gearteten Struktur des Feldes abgeleitet hatte, machte er sich daran zu untersuchen, ob auch die Emissions- und Absorpti-onsprozesse von Licht so beschaffen sind, als ob sie aus solchen Energie-quanten bestünden. Um das mathe-matisch-quantitativ fassen zu können, entwarf er ein Hilfsmodell der Strah-lung, in dem er die Wirkungsmenge Lichtenergie ausdrücklich heuristisch
und provisorisch, wie er auch später noch mehrfach betonte, als räumlich
4.4. Einsteins QuantenhypotheseDa Einsteins Lichtquantenhypothese selbst von namhaften theoretischen Physikern nicht immer korrekt wieder-gegeben oder interpretiert wird, sol-len die mit ihrer physikalischen Bedeu-tung verknüpften Probleme hier etwas genauer dargestellt werden. In seiner Quantenhypothese des Lichts stellte Einstein fest, dass Plancks Herleitung der Strahlungsgleichung in sich selbst widersprüchlich war; sie war mit einer Theorie, in der sich die Energie des Feldes kontinuierlich und kugelartig im Raum (Äther; Vakuum) ausbreiten soll und stetig auf Materie übertragen werden kann, nicht vereinbar. Einstein behandelte das Strahlungsproblem mit statistischen Methoden der Mechanik und Thermodynamik und entwickelte eine Analogie zwischen einem mate-riellen Molekül-Gas und einem "Licht-quanten-Gas". Einstein schlussfolgerte aus Energie- und Entropieprinzipien, bei denen Avogadros Hypothese (in ihrer mechanistischen Form) eine Schlüsselrolle spielte, dass das elek-tromagnetische Feld eine nichtkonti-nuierliche Struktur besitzen muss. Mit anderen Worten: Die Lichtquantenhy-pothese behauptet, dass das elektro-magnetische Feld wie Materie real exis-tiert und eine Struktur hat, die eben-falls aus Elementarstrukturen bestehen muss. Diese entsprechen bestimmten Energiemengen - Plancks Wirkungs-quanten - und übertragen als "Licht-quanten" Energie auf Materie. Einstein vermutete deshalb, dass Maxwells Theorie die "Mikrostruktur der Strah-lung" nicht abbilden könne. Das irritiert etwas, denn an Mikrostruktur hat Max-wells Theorie wahrhaftig jede Menge zu bieten - man denke nur an die Palette elektromotorischer Verschiebungen,
Abbildung 8 Maxwells Lichtkugel & Einsteins LichtquantenhypotheseNach Maxwells Theorie könnten alle beteiligten Materiestrukturen gleichzeitig mit dem sich kugelartig
ausbreitenden Feld wechselwirken. Nach Einsteins Lichtquantenhypothese wirkt das elektromagnetische Feld jedoch immer nur punktartig-lokal in bestimmten Energieportionen (hier auf dem rechten Schirm).
nach ihm - jedoch immer das "grösste Problem der theoretischen Physik" und versuchte ein Leben lang, das eigent-liche Problem zu verstehen und zu lösen. Wenn sich Physiker heute also darauf berufen, dass Einstein behauptet hätte, dass elektromagnetische Felder aus punktartigen, räumlich konzen-trierten Energieportionen bestünden oder Licht eine "atomistische" Struk-tur hätte, haben sie seine Arbeit, seine Intentionen, seine Gedanken, seine Suche und vor allem das Problem noch nicht verstanden - oder ganz bewusst "das Handtuch geworfen" (Feynman). Erstaunlich ist nur, dass vielen Physi-kern überhaupt nicht bewusst ist, dass sie die Physik in eine Sackgasse manöv-rieren, wenn sie einem Grundsatz-problem der Physik - und des Natur- und Realitätsverständnisses - auf diese Art ausweichen. Sie verwechseln dann ein bestimmten Zwecken dienendes quantitatives Modell, das zudem auch noch ausdrücklich als Behelfsmodell gekennzeichnet ist, mit einer physika-lischen Theorie, die nach wie vor unvoll-kommen ist, weil sie nicht in der Lage ist, ein widerspruchsfreies qualitatives, eben physikalisch-ontologisches Modell des elektromagnetischen Feldes und der punktartigen Wechselwirkungen zu liefern. Bestärkt werden sie in dieser Attitüde von der quantenmechanischen Interpretation, die ein utilitaristisches Wissenschaftsverständnis propagiert - eben weil Einstein, Bohr, Heisenberg und Born das Problem nicht lösen konn-ten. Im Gegensatz zu Bohr, Heisenberg und Born war Einstein jedoch klar, was eine gute physikalische Theorie zu leis-ten hat und was ihm dazu noch fehlt - was ihn nicht daran gehindert hat, das revolutionäre Potential seines Konzepts schon 1905 zu begreifen. Konsequen-
terweise blieb das Welle / Quanten-Paradoxon, das ein echtes Verständ-nis der wahren Beschaffenheit der Ele-mentarstrukturen der Natur blockiert, für Einstein immer das Hauptprob-lem der theoretischen Physik. Mit die-ser Beurteilung des Quantenproblems stand er jedoch schon um 1930 so gut wie allein.
4.5. Einsteins RelativprinzipienIn der Speziellen Relativitätstheorie, der zweiten grossen Theorie des Jah-res 1905, verfolgte Einstein das Ziel, den Widerspruch aufzulösen, der sich aus der scheinbaren Unvereinbarkeit des Bewegungsbegriffs der Elektrody-namik mit dem Bewegungsbegriff der Mechanik ergab. Es geht im Grunde um das gleiche Problem, das schon in der Lichtquantenhypothese eine Schlüs-selrolle spielt: Die gleichförmige Aus-dehnung der maxwellschen Lichtku-gel im Raum, die theoretisch Wechsel-wirkungen mit beliebig vielen Materie-strukturen gleichzeitig erlauben sollte. Das widerspricht zwar dem Energieer-haltungsprinzip in der Quantentheorie, schien aber mit dem newtonschen Axiom der Gleichzeitigkeit vereinbar. Dass die Vorstellung von einer im Uni-versum geltenden Einheitszeit jedoch aufgegeben werden muss, war eine der Schlussfolgerungen der Speziellen Rela-tivitätstheorie. Einstein hoffte damit, das Bewegungsproblem lösen zu kön-nen. Vermutlich war es Einstein selbst noch nicht klar - aber praktisch hat er mit dieser Theorie sämtliche Vorstel-lungen von einer mechanischen Bewe-gung des Feldes im Raum aufgehoben. Deutlich bewusst war ihm jedoch, dass das Bewegungsproblem mit klaren und einleuchtenden Prinzipien behandelt und formal gelöst werden kann, ohne
damit schon Anspruch auf Anschaulich-keit oder ein umfassendes Verstehen erheben zu können. Die Beschränkung auf eine formal-mathematische Lösung hat vermutlich damit zu tun, dass Ein-stein nun wieder einen Schritt zurück-geht: Er behandelt das elektromag-netische Feld in der Speziellen Relati-vitätstheorie wieder ganz "klassisch", ohne Bezug auf seine Lichtquantenhy-pothese oder eventuelle Korrekturen an Maxwells Theorie zu nehmen. Den-noch erfährt das maxwellsche Konzept auch in der Relativitätstheorie eine Veränderung. Maxwells Äther-Feld wird als überflüssig und unnötig verwor-fen, obwohl Maxwells Feldvorstellung eine grundlegende Einheit des Univer-sums impliziert, die im Grunde unver-zichtbar ist. Einstein hielt es offen-bar aufgrund hartnäckiger Widersprü-che für ökonomischer, nur dem Anre-gungsteil des Feldes eine Realität im Sinne Faradays zuzugestehen. Und damit beginnen die ersten Irritationen: Bei Einstein breitet sich nun ein elek-tromagnetisches Feld, von der Mate-rie punktartig startend, kugelförmig ´im Raum´ oder ´Vakuum´ mit Licht-geschwindigkeit aus. Doch in Wirklich-keit – sowohl für die Theorie als auch für die anschauliche Vorstellung - spielt diese gedachte Bewegung physikalisch überhaupt keine Rolle. Wie in der Licht-quantenhypothese gibt es auch in der Relativitätstheorie eine noch aufzuklä-rende Diskrepanz zwischen Wort und Tat; zwischen dem, was die Theorie aussagt, und den Bildern, die wir uns - wie Einstein auch - davon zu machen suchen. Folgende Äusserung zeigt, wie und warum Einstein den Äther ver-wirft. Damit kann aber noch nicht aus-geschlossen werden, daß ein grundle-gendes Feld existiert:
eng konzentrierte Energieportion auf-fassen und damit wie ein diskretes Teil-chen der Mechanik behandeln konnte. Einstein behauptete nun, dass "die sich bewegen, ohne sich zu teilen, da sie immer nur als Ganze absorbiert oder erzeugt werden können". Diese teil-chenartigen Lichtquanten sollten dann mit Elektronen, ganz wie in der Mecha-nik üblich, modellhaft in Form von Stössen wechselwirken. Behelfsmässig war das mechanistische Modell deshalb, weil die energetische Ganzheit dieser Lichtquantenvorstellung - als "Unteil-barkeit" aufgefasst - mit der Inter-ferenzbedingung absolut nicht verträg-lich war. Um die Zwei-Wege-Bedingung im Doppelspaltexperiment berücksich-tigen zu können, war das Wellenmodell (und dabei vor allem der Prozess der Zweiteilung) nach wie vor unverzicht-bar. Das wusste damals noch jeder Physiker, natürlich auch Einstein. Das mechanistische Behelfsmodell für die gesuchte Struktur des elektromagne-tischen Feldes stand dermassen offen-sichtlich im Widerspruch zu Youngs Experiment und dem Interferenzphä-nomen, dass es 20 Jahre dauerte, bis sich die Quantenhypothese des Lichts durchsetzen konnte. Millikans Experi-mente lieferten 1915 die ersten quan-titativen Beweise und zwangen selbst ihn, einen hartnäckigen Skeptiker, die Richtigkeit der Lichtquantenhypo-these anzuerkennen. Und das, obwohl ein widerspruchsfreies physikalisches Modell der Struktur des Feldes, das sowohl der Interferenzbedingung als auch der punktartig-lokalen Absorpti-onsbedingung genügen müsste, noch immer fehlte. Daran hat sich bis heute nicht das Geringste geändert. Ein-stein sah in diesem Widerspruch - im Gegensatz zu vielen anderen Physikern
Feldtheorie (auch ohne Äther, Raum, Vakuum) muss es theoretisch sogar ein grundlegendes Feld im Symmetrie-zustand geben, das durch Störungen – sprich Asymmetrien - angeregt wer-den kann, was ganz im Sinne Maxwells zu den elektrischen und magnetischen Phänomenen führen würde. Da es nicht stofflich ist, wäre es nur scheinbar eine Art Nichts, aber zugleich Potential für Alles: Es wäre ohne effektive Wechsel-wirkungen (Strukturveränderungen in der Materie) weder nachweisbar, noch als Licht wahrnehmbar, aber den-noch real vorhanden – genau so wie Einsteins Lichtquanten (die Feldstruk-tur) vor einem Absorptionsereignis. Erstaunlich, dass Einstein diese Per-spektive nicht einnehmen konnte, die mit seinen beiden Theorien voll ver-träglich gewesen wäre. Einige Physiker verfolgten solche Vorstellungen weiter, was lange als Irrweg galt. Doch heute ist diese Vorstellung wieder voll akzep-tabel – sie taucht nur unter neuen Namen auf, zum Beispiel als Quan-tenfluktuation, Nullpunktenergie und Nullmessung. Um beurteilen zu können, ob diese Auslegung nicht etwas zu weit geht, sollten wir uns die Ausgangssituation zu Beginn des 20. Jahrhunderts noch einmal vergegenwärtigen: Wenn New-tons absoluter Raum wie ein Aqua-rium mit einem stofflichen Medium gefüllt wäre, müsste sich jede Bewe-gung einer Materiestruktur feststel-len und ihre Geschwindigkeit relativ zu diesem Medium - und damit zum abso-luten Raum - messen lassen. Für den leeren Raum (Newtons Behälterraum) war das bekanntlich unmöglich, was Galilei zum Relativprinzip der Mecha-nik geführt hatte. Es lautet: Es ist ohne ein weiteres Bezugssystem unmöglich
festzustellen, ob und wie sich ein Kör-per bewegt, solange in diesem System keine Kräfte wirken. Ein solches Bezugs-system nennt man ein Intertialsystem (inert: träge). Diese Situation kann von einem ruhenden System nicht unter-schieden werden; also macht es keinen Sinn mehr, von einer absoluten Bewe-gung (gegenüber dem Raum) zu spre-chen. Bewegung im Sinne der Mecha-nik, also Ortsveränderung pro Zeitein-heit, kann deshalb nur relativ zu ande-ren Bezugssystemen sinnvoll definiert werden. Es lässt sich ohne wirkende Kräfte ("Beschleunigungen") jedoch nicht entscheiden, welches von beiden sich "wirklich" bewegt. Jedes der bei-den kann sich demzufolge als ruhend betrachten, wenn es die Bewegung des anderen relativ zu sich beschreibt. Die Frage war nun: Galt ein solches Sym-metrieprinzip auch in der Elektrody-namik? Für elektrische und magne-tische Felder, also für Faradays Induk-tion? Und für die Bewegung der Licht-kugel relativ zu Materiekörpern? Wenn sich ein Materiekörper im leeren Raum oder Medium bewegt und damit relativ zu einer Lichtkugelfront, müsste ihm die Geschwindigkeit dieser Kugelfront variabel erscheinen, abhängig von sei-ner eigenen Geschwindigkeit - voraus-gesetzt natürlich, dass er sie sehen kann (was natürlich nicht der Fall ist; also ein rein fiktives Problem darstellt). Dahinter stand im Grunde die Frage, ob die Elektrodynamik Maxwells Galileis Relativprinzip und damit die Mechanik ein- oder ausschliesst; im zweiten Fall wäre die Mechanik revisionsbedürftig und müsste der Elektrodynamik unter-geordnet werden. Deshalb galt die genaue Messung der Lichtgeschwindig-keit quer und längs zur Bewegungsrich-tung der Erde zwischen 1880 und 1915
als Schlüsselexperiment, erbrachte aber kein Ergebnis: Die Lichtgeschwin-digkeit erschien immer konstant. Ein-stein schlussfolgerte daraus, aber mehr noch aus der Relativität der Bewegung von Magnet und elektrischem Leiter beim Induktionsvorgang, dass ein sol-ches Relativprinzip der Bewegung auch in der Elektrodynamik gelten müsse. Stimmt das wirklich? In Bezug auf das Induktionsprinzip leuchtet das sofort ein; in Bezug auf die fiktive Lichtkugel und das Bewegungsproblem noch nicht. Die theoretische Frage war für Einstein nicht, was das für die Beschaffenheit des elektromagnetischen Feldes und seine Bewegungen bedeutet; sondern eher die Frage, ob sich die Elektrody-namik - so wie sie "klassisch" war - auf-grund von Symmetrieprinzipien mit der Mechanik vereinbaren läßt.
Dass das Bewegungsproblem nicht tri-vial ist, zeigen auch die Irritationen, die sich aus der Interpretation des Induktionsprinzips in der maxwellschen Theorie und in ihrer Erweiterung durch Antoon Lorentz ergaben. Lorentz ver-suchte zwischen 1895 und 1904, die Theorie Maxwells über eine Theorie bewegter, körperhafter Elektronen mit der Mechanik zu verknüpfen. Ob elek-trische oder elektromotorische Kräfte auftraten, schien nun davon abzuhän-gen, welches von beiden Systemen sich "wirklich" (relativ zum Äther) bewegt: Bewegt sich der Magnet, während sich der elektrische Leiter in Ruhe befin-det, induziere der Magnet ein elek-trisches Feld im Raum, das dann die Elektronen im Leiter in eine Richtung in Bewegung setze und so elektrischen Strom erzeuge (falls es in der Reali-tät zwei entgegengesetzte Richtungen zugleich wären, hätten wir es mit der
"Die Einführung eines Lichtäthers wird sich insofern als überflüssig erwei-sen, als nach der zu entwickelnden Auffassung weder ein mit besonderen Eigenschaften ausgestatteter abso-lut ruhender Raum´ eingeführt, noch einem Punkt des leeren Raumes, in welchem elektromagnetische Prozesse stattfinden, ein Geschwindigkeitsvek-tor zugeordnet wird."
Das insofern Überflüssige ist natürlich Newtons Behälterraum, egal ob mit einem Medium gefüllt oder nicht. Es gibt also kein Aquarium, in dem sich die Welt befindet. Es gibt kein natürliches Raumbezugssystem, schon gar kein absolutes. Das bedeutet, dass Bewe-gung und Veränderung nicht mehr in Bezug auf einen gegebenen räumlichen und zeitlichen Rahmen formuliert wer-den kann. Das beeinhaltet aber noch keine negative Aussage über die Mög-lichkeit eines universellen Feldes, das sich auf sich selbst bezieht. Der zweite Teil dieser Äusserung betrifft den Ereignispunkt, der immer als ruhend betrachtet werden kann. Und das heisst ganz praktisch: Zwischen Feld und Materie gibt es im Moment der Emis-sion und Absorption keine Relativbe-wegung - im Sinne der Mechanik. Das könnte natürlich auch bedeuten, dass das elektromagnetische Feld seinen Ort nicht verändert, aber seine Struk-tur - und es bewegt sich doch, wenn auch auf andere Weise. Es könnte dann ebensowenig als ruhend aufgefasst werden, wie es als absolutes Bezugs-system dienen könnte. Das würde sich mit einem grundlegenden Feld, in dem Materie und elektrische und magne-tische Felder gleichermassen Mani-festationen dieses Feldes sind, durch-aus vertragen. In einer umfassenden
gäbe es doch ein grundlegendes Feld oder "den Raum"), während die Mate-riestruktur sich innerhalb dieser Kugel, nur sehr viel langsamer, weiter bewegt, oder sich noch ausserhalb dieser Kugel befindet. Dieses Bild steht jedoch, wie Einstein völlig klar war, im Wider-spruch zum galileischen Relativprinzip, denn die Ausdehnungsgeschwindigkeit der Kugel kann für beliebige bewegte Systeme aufgrund des Additionstheo-rems von Bewegungen oder Geschwin-digkeiten in der Mechanik nicht kons-tant erscheinen - wiederum vorausge-setzt, man kann eine solche Feldkugel überhaupt sehen, was nicht der Fall ist. Dennoch war Einstein aufgrund des faradayschen Induktionsprinzips davon überzeugt, dass das gleiche Relativ- und Symmetrieprinzip sowohl für Feld und Materie als auch für elektrische und magnetische Felder gelten muss.
Wie lassen sich Mechanik und Elektro-dynamik dann geometrisch miteinander verknüpfen - oder relationale Bezie-hungen zwischen "bewegten" Entitäten ungeklärter Struktur herstellen? Wie lässt sich eine Konstanz der Lichtge-schwindigkeit (oder, wie wir auch fra-gen könnten, ein invariantes Verhältnis von 1/√µε, von magnetischer und elek-trischer Permittivität) für jedes belie-bige Inertialsystem (das keine Kräfte, Beschleunigungen oder effektive Wir-kungen, auch nicht durch Licht, erfah-ren darf) sicherstellen? Einsteins prak-tische Antwort: Wir müssen Geschwin-digkeiten offenbar ganz anders definie-ren - und addieren - als in der Mecha-nik. Wenn das Verhältnis von Weg und Zeit immer gleichbleiben soll, müssen sich Längen- und Zeitmassstäbe eben passend verhalten - also indirekt pro-portional so ändern, dass der Quotient
aus Weg und Zeit immer gleich bleibt. Die Idee war nicht neu: Die Massstäbe eines bewegten Systems könnten sich proportional zur Geschwindigkeit des Systems verkürzen (Fitzgerald 1889), während die Zeit sich entsprechend dehnt (Larmor 1897) – oder umge-kehrt. Lorentz griff diese Ideen auf und leitete daraus modifizierte Transforma-tionsgleichungen ab, die das Nullergeb-nis des Michelson-Morley-Experiments auch theoretisch sicherstellen sollten. Praktisch würde sich ein Materiekörper in Bewegungsrichtung proportional zur Geschwindigkeit tatsächlich verkürzen. Aber wie können sich Körper nur durch eine Bewegung, die nicht definierbar und feststellbar ist, verkürzen – noch dazu, wenn auf sie per Definition keine Kräfte wirken? Einstein hat über ein Jahr damit ver-bracht, eine Lösung für dieses schwie-rige Rätsel zu finden, konnte aber nie erklären, wie er seine Lösung eines Tages, nach einem Gespräch mit sei-nem Freund Besso, plötzlich über Nacht fand. Offenbar war der Schritt, wie er es nannte, eine neue Symmet-riekonfiguration des denkenden Geis-tes, die sich unbewusst von selbst ein-stellt, was als bewusste Eingebung registriert wird. Dementsprechend ist ein kreativer Akt nur schwer rational zu beschreiben; bekannt durch seine Äusserungen ist nur, dass er die Vor-stellung von einer gleichförmig ver-streichenden Zeit - der Gleichzeitig-keit im Universum - als Hauptursache aller Denkschwierigkeiten ausmachte. Das Problem liegt dann in den Raum- und Zeitvorstellungen des denkenden Geistes, die in Newtons Mechanik als göttlich gesetzte Axiome auftauchen: Bei ihm gibt es einen absoluten Raum und eine absolute Zeit; beides notwen-
dige Voraussetzungen, um Bewegung überhaupt als Ortsveränderung pro Zeiteinheit und Gleichzeitigkeit für alle Orte des Welten-Raumes definieren zu können. Einstein wurde klar, dass der Zeitbegriff - oder der Begriff Dauer – immer eine Festlegung von Zeitpunk-ten voraussetzt, die im Grunde immer nur Aussagen über gleichzeitige Ereig-nisse an einem Ort zu einer (von einer Uhr an diesem Ort) bestimmten Zeit sein können. Das sind Lokalzeiten; um Aussagen über die zeitliche Anordnung von singulären Ereignissen an verschie-denen Punkten "des Raumes" machen zu können, müssen die beteiligten Sys-teme erst noch physikalisch miteinan-der wechselwirken - also Licht austau-schen. Einstein erkannte an diesem Tag vermutlich schlagartig, dass Lorentz Definition der lokalen Zeit exakt der Synchronisation von verschiedenen Ortszeiten durch Lichtsignale mit kons-tanter Geschwindigkeit entspricht - und das eigentlich schon alles ist, was man zur Definition von Zeit in der beschrei-benden Physik benötigt. Die konstante Laufzeit des Lichts spielt dann die Rolle einer Symmetriebedingung (Wege und Zeiten hin und zurück sind gleich; oder gleichbedeutend - die Gesamtstrecke ist immer durch 2 teilbar). Damit wird das Relativprinzip und die Konstante c universell gültig. Ein ebenso wichtiger Grund für Ein-stein war die vorbereitende Einsicht, dass Galileis Prinzip eine Aussage über die universelle Gültigkeit von Regelmäs-sigkeiten ("Naturgesetzen") macht: Es spielt keine Rolle, wo sich ein System im Universum befindet und wie schnell es sich bewegt; Gegenstände verhal-ten sich - solange keine Kräfte wirken - entsprechend der Erfahrung überall gleich, als wären sie in Ruhe. Aus die-
elektromotorischen Kraft zu tun, mit einer Polarisierung oder Bifurkation des elektrischen Feldes; müssten "Strom" also ganz anders definieren). Ruht der Magnet jedoch und bewegt sich der elektrische Leiter, entsteht nach Lorentz in diesem kein reales elektrisches Feld, sondern ein begin-nender, aber noch kein richtiger Strom, Maxwells Verschiebungsstrom - das ist die elektromotorische Kraft, welche die Elektronen dann quer zur Bewegungs-richtung des Leiters in Bewegung set-zen soll (wieder in eine Vorzugsrich-tung). Wie man Maxwells Gleichungen physikalisch und anschaulich interpre-tiert, hängt also vor allem davon ab, was man unter "Verschiebung" und "Polarisation" versteht. Das wiederum bestimmt, was man unter Feldern, Elektronen, Strom und Bewegung ver-steht, und ob dieses Phänomen über-haupt eine Richtung hat, oder eher als Ladungstrennung und Polarisation im Sinne eines Bifurkationsprozesses zu interpretieren ist, der ein elektrisches Feld in entgegengesetzte Richtungen zugleich aufspreizt – was noch gar kein Strom, sondern nur eine elek-trische Spannung wäre. Wie auch immer, offenbar genügte diese Inter-pretation weder dem Relativprinzip Faradays (bei ihm war noch alles sym-metrisch), noch der Mechanik; also auch nicht dem galileischen Symmet-rieprinzip des Standpunktes von Inter-tialsystemen, kurz Relativität der Bewegung genannt. Und dazu kom-men nun noch die Irritationen mit dem Gesamtgebilde "Lichtkugel": Nach Ein-stein ändert die maxwellsche Lichtku-gel ihren Standort nicht, bewegt sich also nicht wirklich - nur die elektro-magnetische Störungsfront breitet sich wie eine Blase im leeren Raum aus (als
Lichtkugel – und damit auch zu einer nach wie vor ungeklärten Struktur des elektromagnetischen Feldes.
Einstein problematisierte mit der Spe-ziellen Relativität also vor allem die Frage, wie das Konzept der Bewegung - und das Bewegungsproblem - ohne axi-omatische Raum-, Zeit- und Äthervor-stellungen, aber unter Etablierung eines universellen, für Felder und Materie gleichermassen geltenden Symmetrie- oder Invarianzprinzips gelöst werden kann. Die konstante "Geschwindigkeit" des Lichts ist dabei ausdrücklich eine axiomatische Setzung, die sich nicht wirklich überprüfen lässt - da wir ohne Licht und seine Wechselwirkungen mit Materie keine Möglichkeit haben, Zeit-punkte und Zeitdauern zu definieren. Aber es ist empirisch gesichert, dass Licht- und Wärmeübertragung dauert, so dass sich die mechanistische Inter-pretation der Bewegung und Struktur des "Lichts" (des Feldes) bislang nicht vernünftig in Frage stellen liess. Die nach der Quantenhypothese des Lichts ebenso naheliegende Frage, ob die ganzheitliche Natur der energetischen Wechselwirkung zwischen einem struk-turierten elektromagnetischen Feld und Materie nicht der Hauptgrund für individuelle und deshalb nichtgleichzei-tige Ereignisse ist, hat Einstein jedoch nicht problematisiert. Sie ist aber ebenso interessant: In einer Quanten- oder Strukturtheorie des Feldes kann die maxwellsche Lichtkugel eines ein-zelnen Emissionsereignisses nur regis-triert oder wahrgenommen werden, wenn Materie effektiv, also struktur-verändernd mit ihr wechselwirkt, also eine bestimmte Menge Energie – eben ein Lichtquantum - absorbiert. Da das aufgrund der Energieerhaltung immer
nur ein individuelles Ereignis sein kann, gibt es auch nach der Quantentheorie keine Gleichzeitigkeit für Absorptions-ereignisse oder effektive Wechselwir-kungen mit mehreren Materiestruk-turen zugleich. Das muss auch auf elektromagnetische Felder zutreffen, die aus mehreren Quanten bestehen, da jede Materiestruktur pro Absorp-tionsereignis nur ein Quantum Ener-gie absorbieren kann - dann muss die Maxwellkugel (verändert) erhalten blei-ben. Anschaulich gesprochen: Mate-riestrukturen "sehen" immer das glei-che, aber niemals dasselbe Licht - also nie gleichzeitig dasselbe Emissionser-eignis. Jedes Absorptionsereignis (bei Einstein und in der Quantenmechanik auch salopp "Beobachtung" genannt) besteht aus einer effektiven Wechsel-wirkung zwischen Feld und Materie, bei der sich die Struktur des elektromag-netischen Feldes um eine Elementar-struktur verringert, während sich die Materiestruktur durch die Assimilation eben dieses Lichtquants verändert. Es wird in Strukturmasse umgesetzt, was Einstein bereits in der Speziellen Rela-tivität als Massezunahme bzw. als Mas-severlust bei der Emission von Strah-lung erkannte. Der Schlüssel zum Bewegungs-problem ist meiner Meinung nach des-halb die Frage, ob sich das elektro-magnetische Feld bzw. seine Anregung überhaupt im Sinne der Mechanik, also im Sinne von Ortsveränderung bewegt, oder ob es sich doch um Fern-wirkungen handelt, bei denen die Zeit-dauer zwischen Emission und Absorp-tion im Prozess der Strukturbildung eines grundlegenden, gemeinsamen Feldes selbst begründet liegt. Was Ein-stein nicht problematisiert zu haben scheint: Emissions- und Absorptions-
ereignisse sind einer effektiven Kraft-einwirkung oder Beschleunigung in der Mechanik äquivalent. Das aber bedeu-tet, dass wir es im Falle strukturverän-dernder Wechselwirkungen nicht mehr mit Intertialsystemen zu haben kön-nen, denn die Definition eines Interti-alsystems (oder eines isolierten oder noch nicht wechselwirkenden Systems) schließt jede Krafteinwirkung per Defi-nition aus - auch die durch Licht. In diesem Fall können die Bezugssysteme also keine starren Materiekörper mehr sein und Uhren nicht mehr gleichmässig ablaufende Prozesse verkörpern! Dennoch lassen sich Einsteins Rela-tivprinzipien auf die Quantentheorie übertragen, denn auch in der Quanten-theorie gibt es Zustände, die noch nicht effektiv miteinander wechsel-wirken, also Intertialsystemen äqui-valent wären: Das sind die sogenann-ten Kohärenzzustände, modelliert zum Beispiel durch die (verzweigte) Wellen- oder besser Zustandsfunktion am Dop-pelspalt, Materiefeldzustände, wie sie durch Schrödingers Wellengleichung modelliert werden, oder die Reflexion von Licht. Und es gibt Emissions- und Absorptionsereignisse, die Kohärenz- und Interferenzzustände verändern, also effektive Strukturveränderungen, die das elektromagnetische Feld und die Materie gleichermassen und vor allem gleichzeitig betreffen. Berück-sichtigt man diese Unterscheidung, ist es möglich, Einsteins Relativprin-zipien konsistent von nicht-effektiven auf effektive Strukturveränderungen zu übertragen. Der Unterschied zwi-schen effektiven und nicht-effektiven Wechselwirkungen läßt sich am besten anhand der partiellen Reflexion einzel-ner Lichtquanten verdeutlichen, wie der folgende Abschnitt zeigt.
sen beiden Gründen erklärte Einstein die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit neben Galileis Relativprinzip zu einem zweiten, grundlegenden Symmetrie-prinzip, das universell, an jedem Ort des Universums, für Mechanik, Elek-trodynamik und Optik gilt - und defi-nierte Gleichzeitigkeit auf diese Weise strikt lokal, gültig nur für individuelle Emissions- und Absorptionsereignisse. Daraus folgt, dass Zeit- und Längen-messungen in kräftefreien Systemen immer in Relation zu den Massstä-ben des eigenen, als ruhend betrach-teten Bezugssystems (Längen und Zeiten) und zur Konstante c als "Ein-heitsmassstab" definiert werden müs-sen. Bei Messungen von Längen in anderen, bewegten Intertialsystemen mit Hilfe der Laufzeit des Lichts erge-ben sich dann die gewünschten kürze-ren Längen und gedehnten Zeitdau-ern, die eine konstante Lichtgeschwin-digkeit sicherstellen. Beides sind nun Größen, die praktisch nur noch von der Differenz der Geschwindigkeit des bewegten Systems zur Lichtgeschwin-digkeit abhängen. Die Verkürzung der Massstäbe und die Dehnung der Zeit sind rein kinematische Effekte, die aus der Definition der Messung relativ zur Geschwindigkeit der Lichtkugelfront folgen. Sie ergeben sich zwanglos aus seinen beiden Axiomen und sind nicht etwa als reale Verkürzungen durch Kräfte zu verstehen (wenn das der Fall wäre, könnte man nicht mehr von einem Intertialsystem sprechen, hätte es also mit Dynamik zu tun). Damit hat Einstein die kräftefreie Bewegung im Grunde ganz neu definiert: Nicht mehr als Bewegung gegenüber einem abso-luten Raum, dem Äther oder einem Vakuum, sondern als Bewegung rela-tiv zu einer gedachten expandierenden
V. Bewegung als Strukturver-änderung. Ein neues physika-lisches Prinzip
5.1. Die Verzweigung des Lichts Wie für Youngs Experiment gibt es auch für die partielle Reflexion bis heute kein überzeugendes physikalisches Modell. Wird die Interferenzbedin-gung jedoch uneingeschränkt akzep-tiert, erkennt man sofort, dass sich auch einzelne Lichtquanten verzwei-gen müssen. Bei Dauerbestrahlung, zum Beispiel mit einem Laser, wird diese Verzweigung des Lichts deutlich sichtbar (Abb. 9). Wird das Experiment mit einzelnen Lichtquanten ausgeführt, kann man die Verzweigung des Feld-zustandes nicht mehr sehen, sondern nur noch im Geiste erkennen - da ein Quantum Feldenergie eben nur durch den Absorptionsprozess sichtbar oder registrierbar und damit zu "Licht" wird (Abb. 10 ). Damit wird auch klar, was die Wellenfunktion physikalisch bedeutet: Sie modelliert ein elektromagnetisches Feld, das sich am Doppelspalt, an einer Glasscheibe oder am halbdurchlässigen Spiegel teilt und eine zusammenhän-gende, verzweigte Feldstruktur ausbil-det. Der Abstand zwischen den beiden "Spitzen" der Wellenfunktion kann belie-big gross werden, ja sogar Lichtjahre betragen, dennoch hängen die beiden Zweige oder Feldzellen immer zusam-men - denn sie können durch Spiegel jederzeit wieder zusammengeführt und zur Interferenz gebracht werden. Auf-grund dieses Zusammenhangs (Kohä-renz genannt) müssen wir physikalisch von einem nichtmechanischen, ganz-heitlichen Teilungsprozess und einem verzweigten elektromagnetischen Feld sprechen - was Maxwell und Einstein noch nicht erkennen konnten.
Diese Feldstruktur ist enantiomorph beschaffen; sie besteht aus entgegen-gesetzten Zweigen (Lichtstrahlen) oder Feldzellen (Maxwells Kugel, gezellteilt, Abb. 11 ). Diese Entgegengesetztheit wird mathematisch durch komplexe Zahlen und ihre Orthogonalität aus-gedrückt. Ihre Bedeutung geht über die euklidische Rechtwinkligkeit räum-licher Dimensionen weit hinaus; sie ist ontologisch zu verstehen: Die Struktur des verzweigten Feldes besteht quali-tativ aus negativer und positiver Feld-energie. Das läßt sich auch anschaulich illustrieren: Enantiomorphe sind ganz-heitliche Asymmetriestrukturen, die in sich selbst eine entgegengesetzte Symmetrie bewahren und erkennen lassen; sie bestehen aus spiegelbild-lichen, invers kongruenten "linken" und "rechten" Hälften. Der ganzheit-liche Teilungsprozess macht daraus ein ontologisches Symmetrie- und Relativ-prinzip. Physikalisch ist die Ganzheit des verzweigten Feldes also nur Aus-druck einer Symmetrie- und Energieer-haltungsbedingung; sie bleibt solange erhalten, bis eine energieübertragende Wechselwirkung stattfindet. Das beant-wortet die Frage nach der Struktur des elektromagnetischen Feldes, die Ein-stein in seiner Quantenhypothese auf-geworfen hatte: Sie besteht aus einer enantiomorphen, kohärenten Feldver-zweigung. Die Quantisierung des Feld-kontinuums erfolgt durch ganzheitliche Teilungs- und Verzweigungsprozesse, die eine Zellstruktur erzeugen. Das zeigt, dass die Natur nicht würfelt, son-dern vollständig determiniert ist. Beide Möglichkeiten werden durch Feldstruk-turbildung gleichzeitig realisiert, was eine Ganzheitlichkeit der Natur aus-drückt, die auf Energieerhaltungsprin-zipien beruht.
Detektor B
Detektor A
Glasscheibe(halbdurchlässiger Spiegel)
Lichtquelle
Abb. 10 Partielle Reflexion 2: Verzweigung (Interferenzbedingung) & Absorption (Quantenbedingung) Die mathematische Zustandsfunktion eines Lichtquantums berücksichtigt die Interferenzbedingung zumin-dest theoretisch - so als würde sich das Lichtquantum an der Glasscheibe teilen und beide Wege gleichzeitig nehmen. Effektiv wirkt die Lichtenergie jedoch immer nur lokal und als Ganzes, hier bei A oder B. Daraus folgt zwingend ein neues Modell der Beschaffenheit der Realität:1) Das Feld muß sich nicht-mechanisch, also ganzheitlich teilen bzw. verzweigen.2) Der Körperbegriff der Mechanik und Einsteins provisorische Quantenvorstellung versagen am Experiment.3) Für energieübertragende Wechselwirkungen gilt eine lokale Symmetrie- und Energieerhaltungsbedingung: Beide Zweige müssen gleichzeitig am Punkt der Absorption eintreffen und die Energie als Ganzes übertragen.4) Punkt 3 ist die Absorptionsbedingung. Sie entspricht exakt der Definition der Gleichzeitigkeit, die Einstein in der Speziellen Relativitätstheorie als Konstanz der Lichtgeschwindigkeit gegeben hat.5) Daraus folgt, dass die Relativitätstheorie und die Konstante c neu interpretiert werden müssen.
Abb. 9 Partielle Reflexion 1: Die Verzweigung als neues physikalisches PrinzipDas Experiment zeigt deutlich, dass Licht sich an einer Glasscheibe teilt und verzweigt. Aufgrund der In-terferenzbedingung muss das auch für einzelne Licht-quanten gelten. Wir haben es dann mit einem neuen physikalischen Prinzip zu tun: Einer Verzweigung des Feldes. Beide Zweige hängen zusammen (sind kohärent), aber interferie-ren nicht miteinander (auf den Schirmen sind keine Interferenzringe zu sehen).
renzbedingung teilen müßte, was er wegen der ganzheitlich lokalen Wir-kung aber nicht kann); zum anderen, weil die beiden Zweige der Wellenfunk-tion im Falle einer effektiven energe-tischen Wechselwirkung instantan am Punkt der Absorption zusammentref-fen müßten, was mit einer konstan-ten Laufzeit des Lichts nicht vereinbar ist - und auch die Wellentheorie nicht abbilden kann. Das ist der Kollaps der Wellenfunktion, das zentrale Interpre-tationsproblem der Quantentheorie, auch als "Problem der Messung" oder "Beobachterproblem" bekannt - und mit der Relativitätstheorie scheinbar
nicht verträglich. Doch das Experiment zeigt nun weiter, daß für das Absorpti-onsereignis ebenfalls eine Energie- und Symmetrieerhaltungsbedingung gelten muß - und die ist mit der Definition der Gleichzeitigkeit in der Speziellen Rela-tivitätstheorie völlig identisch:
1) Beide Lichtstrahlen, Energiezweige oder Feldzellen müssen gleichzeitig am Ort der Absorption, am Ort des "Beob-achters" eintreffen (das ist die Defini-tion der Gleichzeitigkeit nach Einstein), 2) und zur energetischen Ganzheit der Energieübertragung beitragen (das ist Einsteins Licht-Wirkungsquantum).
Einsteins Definition des wirkenden Lichtquantums stellt demzufolge nicht nur eine energetische Symmetrie- und Absorptionsbedingung für elektromag-netische Felder dar, sondern erfüllt auch die Definition der Gleichzeitig-keit, die das Fundament der Speziellen Relativitätstheorie und der Interpreta-tion der Konstante c als Lichtgeschwin-digkeit bildet. Diese Interpretation - als Ortsveränderung des elektromag-netischen Feldes pro Zeiteinheit - muß nun in Frage gestellt werden: Aufgrund der Interferenzbedingung, die es offen-sichtlich deshalb gibt, weil zusammen-hängende Feldzweige oder Feldzellen existieren, die sich räumlich und zeit-lich beliebig weit ausdehnen könnten (oder bereits ausgedehnt sind), aber jederzeit - also unabhängig von Raum und Zeit - zur Interferenz gebracht werden können, ist es nicht mehr mög-lich, das instantane Zusammentreffen der beiden Zweige am Ort der Absorp-tion mit einer konstanten Geschwindig-keit des "Lichts" oder einer Bewegung der maxwellschen Kugelfront durch Raum und Zeit zu erklären!
Für Bohr, Born und Heisenberg war die Vermeidung einer Kollision mit der Speziellen Relativitätstheorie ein wich-tiges Argument für die instrumentalis-tische Auslegung der Quantentheorie. Abbildung 10 zeigt das Problem: Strahl A müßte sich um 90 Grad drehen, um mit Strahl B im Moment der Absorption kongruent sein zu können, oder sich in der Zeit rückwärts - also mit Über-lichtgeschwindigkeit - bewegen. Abb. 11 offenbart jedoch, daß sich dahinter eine räumliche Transformation der ver-zweigten Zellstruktur des Feldes ver-bergen könnte, die sich als Umkehrung des Verzweigungs- oder Zellteilungs-prozesses verstehen ließe. Sie würde die räumliche Trennung aufheben und so der lokalen Energie- und Symmetrie-erhaltungsbedingung für Absorptions-ereignisse genügen.
Die Relativitätstheorie widerlegt die Verzweigungshypothese also nicht (wie könnte sie auch, denn das ist die Inter-ferenzbedingung), sondern beweist nun Hand in Hand mit dem Experiment, daß c nicht mehr als Geschwindigkeit im Sinne der Mechanik - zumindest nicht innerhalb eines kohärenten oder interferierenden Systems - verstanden werden kann. Konsequent interpretiert bedeutet das, daß sich das Lichtquan-tum oder Feld an einer Glasscheibe oder einem halbdurchlässigen Spiegel tei-len muß, ohne sich im Sinne von Orts-veränderung zu bewegen - also genau umgekehrt zu dem, was sich Einstein 1905 unter seinen Lichtquanten provi-sorisch vorgestellt hatte (...welche sich bewegen, ohne sich zu teilen).
Das hat Konsequenzen für die mathe-matische Ableitung der Absolutbe-tragsregel Max Borns und ihrer Inter-
Diese realistische physikalische Erklä-rung steht im Gegensatz zur quanten-mechanischen Interpretation, die in diesem Experiment - weil sie den Ver-zweigungsprozeß nicht (an-) erkennt und statt dessen mit den Körpervor-stellungen der Mechanik operiert - einen absoluten Zufall und ein vollstän-diges Versagen der Kausalität in der Natur zu erkennen glaubt. Die Quan-tenmechanik hat aber nur das Problem, daß sie diesem Zustand keine äquiva-lenten Prozesse in der Realität zuord-nen kann - und will. Zum einen wegen dem Körperbegriff der Mechanik (da sich der Körper aufgrund der Interfe-
B
A
Detektor oderMateriestruktur B
Detektor oderMateriestruktur A
Glasscheib
e
(halb
durchlässig
er
Spiegel)
Lichtquelle
Zelle L (Ψ
´)
an der Glass
cheibe
refle
ktiert
Zelle R (Ψ
)
nach Passage der
Glasscheibe
Abstand zwischen A und B kann Lichtjahre betragen
Abb. 11 Partielle Reflexion 3: Die Zellteilung der maxwellschen KugelDie maxwellsche Lichtkugel (das Feld) teilt sich an einer Glasscheibe ganzheitlich und verzweigt sich
enantiomorph. Diese Wechselwirkung zwischen Feld und Materie ist nicht-effektiv; es wird noch keine Energie übertragen. Die verzweigte, kohärente Feldstruktur liegt dann bei A und B gleichzeitig an, kann aber nur bei A oder B effektiv zur Wirkung kommen. Daraus folgt, daß dem Absorptionsereignis eine Strukturverschmelzung
vorausgehen muß, die als Umkehrung des Verzweigungs- oder Zellteilungsprozesses verstanden werden kann.
pretation als Aufenthalts- und Auf-treffwahrscheinlichkeit von Partikeln - beides kann nicht richtig sein; außer-dem sind punktartige mathematische Lösungen unmöglich. Das betrifft nicht die statistische Verteilung der Absorp-tionsereignisse, die empirisch gesi-chert ist. Statt dessen existiert nun ein physikalischer Zusammenhang zwi-schen dem Absorptionsereignis, einer Reversibilität der Struktur des elektro-magnetischen Feldes und der Relativi-tätstheorie. Erkennbar wird nun auch, daß Maxwells Theorie den Verzwei-gungsprozeß in Form der elektromoto-rischen Verschiebungen und Polarisati-onen bereits zum zentralen Gegenstand hat, ihn aber nicht explizit als ganzheit-lichen Feldteilungsprozeß erkennt und vor allem deshalb an der Interpreta-tion der Konstante c als Bewegung im Sinne der Mechanik krankt - was auch bedeutet, daß die Relativitätstheorie neu interpretiert werden muß.
Wie wir gesehen haben, bleibt c auch in der ganzheitlichen Teilungs- und Ver-zweigungsinterpretation eine Invari-ante, eine Symmetriebedingung. Die Konstante c ist nur nicht das, was wir dachten: Sie sagt nichts, aber auch nicht das Geringste über die wahre Geschwindigkeit des Lichts aus (was Einstein durchaus bewußt war), und damit auch nichts über eine Bewegung des elektromagnetischen Feldes durch "Raum" und "Zeit". Sie definiert nur die Absorptionsbedingung des elektromag-netischen Feldes als "Licht"; als gleich-zeitiges Ein- oder Zusammentreffen beider Zweige oder Zellen lokal (an einem "Punkt") und die energetische Ganzheit, Kohärenz und Relativität die-ser beiden Zweige oder Zellen. Das ist eine Symmetriebedingung, die nicht
nur global für die Strukturbeschaffen-heit des Feldes, sondern auch lokal für Wechselwirkungen mit Materie erfüllt sein muß. Die Konstante c stellt damit eine universelle Symmetriebedin-gung sowohl für feldstrukturverän-dernde Wechselwirkungen als auch für ontologisch verzweigte Feldzustände dar; für Zustände, in denen qualitativ positive und negative Felder (wie eine linke und rechte Hand) immer parallel und zusammenhängend koexistieren. Das ist ein universelles Kohärenzprinzip und bedeutet Ganzheitlichkeit des Uni-versums. Es wirft auch ein neues Licht auf das Materie / Antimaterie-Symmet-rieproblem und gibt dem Relativprin-zip nun eine ontologische Grundlage. Das Experiment verlangt damit eine drastische Änderung unserer Vorstel-lungen von Raum, Zeit und Bewegung, die über Einstein noch hinausgeht - es kann jetzt nicht mehr um eine Nahwir-kungstheorie im Sinne Maxwells, son-dern nur noch um globale Feldstruk-turveränderungen über beliebig große Distanzen gehen.
5.2. Die Verzweigung und Wieder-vereinigung des LichtsDie lokale Symmetrie- und Absorpti-onsbedingung, die nun offenbart, daß der Verzweigungsprozess des Feldes reversibel sein muß, wirft auch ein Licht auf die Probleme der Wellenthe-orie. Die Wellentheorie ist nicht in der Lage, lokale Verschmelzungen von geteilten Wellenzügen und damit den lokalen Kollaps der Wellenfunktion zu modellieren. Das wiederum verweist auf das Problem der Zeitsymmetrie. Es hat direkt mit der Bedeutung der kom-plexen Zahlen für die Modellbildung in der Physik und dem Problem der Über-
lichtgeschwindigkeit in der Relativitäts-theorie zu tun. Die maxwellschen Glei-chungen drücken physikalisch eigent-lich eine Spiegelsymmetrie des elektro-magnetischen Feldes aus, die noch nicht wirklich als enantiomorphe Feldstruk-tur verstanden ist: Es gibt in diesem komplexzahligen System immer zwei Lösungen, eine reelle und eine ima-ginäre, die - wenn beide berücksichtigt würden - auf eine Zeitsymmetrie der maxwellschen Gleichungen hindeuten. Wenn man die reelle Lösung wie üblich als "positive" und physikalisch normale Zeiten, Längen und Energien auffaßt, verlangt die imaginäre, spiegelbildliche Lösung die Existenz "negativer" Zeiten, Längen und Energien. Das scheint kei-nen physikalischen Sinn zu ergeben. Zum einen deshalb, weil eine "negative" Zeit rückwärts laufende Wellen bedeu-ten würde; also Wellen, die ankommen, bevor sie ausgesendet werden. Das ist sinnlos, widerspricht dem Kausal- und Energieerhaltungsprinzip und macht den Begriff der mechanischen Bewe-gung, auch der Lichtgeschwindigkeit, obsolet. Die negative Zeit kann des-halb nicht sinnvoll als Zeitumkehr oder "Umkehr" einer mechanischen Bewe-gung interpretiert werden. Zum ande-ren wirft die imaginäre, spiegelsym-metrisch "negative" Lösung die Frage auf, was negative Energien und Längen bedeuten sollen. Dieser Frage stand auch schon Einstein in der Speziellen Relativitätstheorie gegenüber: Wenn die Geschwindigkeit des Körpers größer als die Lichtgeschwindigkeit wird, erge-ben sich aus den Maxwell-Lorentz-Glei-chungen imaginäre Lösungen. Bildlich gesprochen, schießt der Materiekörper (ein Längenmaßstab mit der Länge null bei Lichtgeschwindigkeit) dann aus der maxwellschen Kugel heraus und wächst
wieder, nun mit einer negativen Länge. Einstein hielt die imaginären Lösungen deshalb, wie die meisten Physiker vor und nach ihm, für physikalisch sinnlos und interpretierte die Lichtgeschwin-digkeit als absolute, unüberschreitbare Grenzgeschwindigkeit für materielle Körper, um diesem Problem aus dem Weg gehen zu können. Ebenso ging die Quantenmechanik mit imaginären Lösungsmengen um; sie wurden als physikalisch irrelevant verworfen. Erst Pauli interpretierte die Kom-plexen Zahlen 1925 als Ausdruck einer Spiegelsymmetrie und modellierte auf diese Weise das Phänomen der Ver-zweigung eines "Atomstrahls" durch ein Magnetfeld im Stern-Gerlach-Versuch. Dirac kam 1928 im Zusammenhang mit der relativistischen Bewegungs-gleichung des Elektrons auf die Idee, daß beiden Lösungen eine Eigenschaft der Realität entsprechen könnte und identifizierte die imaginären Lösungen erstmalig physikalisch-ontologisch und relativistisch als gespiegelte Materie, als Antimaterie. Auf diese Weise führte er das Anti-Elektron, das später Posi-tron genannt werden sollte, in die Phy-sik ein. Diese Merkwürdigkeiten rund um die imaginären Zahlen waren trotz Diracs Ideen noch Jahrzehnte später ein weiterer wichtiger Grund für Bohr, Heisenberg und Born, ein vernünftiges Realitätskonzept für prinzipiell unmög-lich zu erklären. Doch nun kann das Problem der Spiegelsymmetrie neu gesehen wer-den: Die imaginäre Lösung wird nicht als echte Zeitumkehr, sondern als gespie-gelter Verzweigungsprozeß, als Struk-turverschmelzung des Feldes interpre-tiert. Dieser Prozeß läßt sich dann ganz normal in der normalen Zeitrichtung als strukturelle Veränderung von Feldzu-
ständen betrachten. Wir erkennen dann (ganz im Sinne Avogadros) geteilte, verzweigte Feldzustände, die entste-hen und vergehen. Deutlich wird dann auch, daß die Strukturverschmelzung exakt der Bose-Einstein-Kondensation entspricht und für Licht und Materie die gleichen physikalischen Prinzipien gelten. Bose entdeckte, ohne sich des-sen bewußt zu sein, daß die Elementar-strukturen des elektromagnetischen Feldes nicht mehr wie Teilchen der Mechanik behandelt werden können. Er führte Lichtquanten mit zwei entgegen-gesetzten Eigenschaften ein, 1924 eine noch unverständliche, aber mathema-tisch notwendige Merkwürdigkeit, die später "Spin" genannt wurde. Dadurch bekommen Lichtquanten spiegelsym-metrische Eigenschaften, sind unun-terscheidbar und nehmen als Ganzes ein niedrigeres Energieniveau ein - was physikalisch nur als Strukturverschmel-zung eines verzweigten elektromag-netischen Feldes verstanden werden kann. Neu war auch, daß Lichtquanten nicht unabhängig voneinander existie-ren können, wie Einstein noch ange-nommen hatte, und ihre Anzahl bei sol-chen Übergängen nicht erhalten bleibt.
Daraus ergab sich Boses neue Statistik des Lichtquanten-Gases. Das bedeutet physikalisch: Das elektromagnetische Feld an sich verschwindet dabei nicht, sondern verliert nur an Struktur. Bose konnte das nur statistisch, nicht physi-kalisch-anschaulich modellieren, da die Teilchen-Behelfsvorstellungen klarere Bilder verhindern. Einstein erkannte den Wert dieses Konzepts sofort und übertrug es umgehend auf die Struk-tur der Materie (noch vor Heisenbergs Matrizen- und Schrödingers Wellen-mechanik), konnte jedoch nicht erken-nen, daß seine neue Strukturtheorie der Materie, die er damit skizzierte, die Atom- und Elementarteilchenhypothese widerlegt (das Prinzip der Unteilbar-keit der Elementarstrukturen von Licht und Materie) und Avogadros Original-hypothese beweist. So mußte er sich erneut mit provisorischen Quantenvor-stellungen und statistischen Aussagen begnügen, während seine Prognosen zum temperaturabhängigen Verhalten "bosonischer" (spiegelsymmetrischer) Materiestrukturen vier Jahre später am Beispiel des Heliums glänzend bestä-tigt wurden. Bemerkt wurde das aller-dings erst 10 Jahre später.
Ein anschauliches physikalisches Ver-ständnis der Strukturverschmelzungs-prozesse dürfte auch für die Inter-pretation der Experimente mit einzel-nen oder korrelierten Lichtquanten von entscheidender Bedeutung sein. Das Problem: Obwohl der Abstand zwi-schen A und B Lichtjahre betragen kann und beide Systeme damit theo-retisch Einsteins Separabilität unter-liegen, spielen Zeit, Entfernung und Lichtgeschwindigkeit innerhalb dieses Systems keine Rolle (Abb. 10 /11). Das ganze System ist ein Ort, ein gleich-zeitiger Raum, ein kohärentes Feldsys-tem (Abb. 11 /12 /13); der Kollaps der Feldverzweigung findet in einem sol-chen System instantan statt. Abbil-dung 11 zeigt eine Maxwell-Kugel, die sich ganzheitlich geteilt hat und so eine räumlich verzweigte, kohärente Feld-struktur ausbildet, die aus zwei spiegel-symmetrischen Zellen besteht. Abbil-dung 12 zeigt ein sich veränderndes
elektromagnetisches Feld mit Struk-tur (=Lichtquantengas nach Debye) in Form der abstrakten Maxwellkugel, die sich mehrfach teilt. Von rechts nach links zeigt die Sequenz Strukturbildung durch Zellteilung, von links nach rechts eine Strukturverschmelzung. Dieses Modell ist maßstabslos, man kann sich darunter ein Feld, ein Mole-kül oder ein ganzes Universum vorstel-len. Das erinnert an Everetts Relative-States Interpretation der Quanten-theorie (1957). Er interpretierte die Wellenfunktion als Verzweigungsprozeß einer grundlegenden Zustandsfunktion von Allem. Der Kollaps der Wellenfunk-tion wird jedoch geleugnet, so daß die doppelte Absorptionsbedingung (Ener-gieerhaltung plus Gleichzeitigkeit), das Problem der Lichtgeschwindigkeit, die Struktur des Feldes, das Problem der Bewegung und die Umkehrung des Ver-zweigungsprozesses in dieser Interpre-tation überhaupt keine Rolle spielen.
Abb. 13 Effektive Wechselwirkung und AbsorptionsprozeßDie gesamte Energie des Lichtquantums, die in der enantiomorphen Feldverzweigung erhalten bleibt, wird im Falle einer effektiven Wechselwirkung vollständig durch die Materie absorbiert (hier bei A). Die elektromagne-tische Feldstruktur setzt dabei um eine Stufe zurück, während das Quantum Energie gleichzeitig und spiegelsym-metrisch eine neue, tiefere Verzweigung der Materie-Feldstruktur bewirkt. Auf diese Weise wird die Energie des Lichtquantums in Materieenergie transformiert, was einer Zunahme der trägen Masse entspricht.
16 8 4 2 1
Abb. 12 Bewegung als Strukturveränderung: Die Zellteilung der Maxwell-Kugel (reverse Sequenz)Die Bewegung des elektromagnetischen Feldes läßt sich als Zellteilung einer abstrakten Maxwell-Kugel ver-stehen. Dabei entsteht eine Feldstruktur, die aus räumlich-enantiomorphen Verzweigungen besteht (Trans-formation von rechts nach links). Der umgekehrte Prozeß kann dann als Verzweigungskollaps und Struktur-verschmelzung des elektromagnetischen Feldes verstanden werden (Transformation links nach rechts).
Im Zellteilungsprozeß entsteht also, wenn die Verzweigungshypothese stim-mig ist, eine kohärente enantiomorphe Struktur. Dieser Prozeß wird nun, einer biologischen Zellteilung folgend, phy-sikalisch in etwa so modelliert: Ein homogenes Ganzes wird in zwei ent-gegengesetzte Hälften geteilt (verdop-pelt und invertiert) und mit einer räum-lichen Drehung der beiden entstehen-den Zellen gekoppelt (in der Mathema-tik der Quantentheorie scheint sich eine ähnliche Operation - Verdopplung und Invertierung - bereits hinter der kom-plexen Konjugation des Quantenzu-standes zu verbergen). Danach sind die beiden Zellen in gewisser Weise räum-lich getrennt, aber hängen noch immer zusammen. Sie bilden einen gleich-zeitigen Raum - oder auch "Baum". In den Experimenten mit Lichtstrahlen und halbdurchlässigen Spiegeln kön-nen wir eine solche Verzweigung ganz offen erkennen; auf den ersten Blick jedoch nicht erkennbar ist, daß die bei-den Zweige dann ontologisch entge-gengesetzter Natur sind. Das bewei-sen erst Experimente, mit denen sich feststellen läßt, daß die Zweige relativ zueinander und zum Ursprungsstrahl tatsächlich entgegengesetzte Eigen-schaften haben, die man als Polarisa-tion und Spin bezeichnet.
Mit dem Modell eines physikalisch real stattfindenden Feldverzweigungs- und Zellteilungsprozesses lassen sich nun zwei der drei Bewegungsformen des maxwellschen Feldes in einem Prozeß-bild vereinen: Zum einen die elektrische Polarisation im Sinne von elektromoto-rischer Bewegung, Verschiebung, Ver-drängung oder eben spiegelsymmet-risch-räumlicher Feldverzweigung, zum anderen die magnetische Polarisation.
Das elektrische Feld entsteht also erst durch Verzweigungsprozesse und ist immer polar (das bedeutet auch, daß elektrische Ladungen nicht separat existieren können). Gleichzeitig ent-steht ein dazu entgegengesetztes Feld, das Magnetfeld. Diese magnetische Polarisierung dürfte dann die Entgegen-gesetztheit des neuen Verzweigungs-ensembles relativ zum ursprünglichen Hauptzweig ausdrücken, was auf eine Strukturhierarchie des verzweigten Feldes hindeutet. Dieser neu entste-hende polare oder enantiomorphe Zusammenhang bewirkt eine Neuori-entierung, Drehung oder Justierung der beiden neuen Zweige oder Zellen relativ zum Ursprungszweig bzw. zur Struktur der Feldumgebung.
Eine Wellenbewegung ist hier noch nicht erkennbar, selbst wenn man die Wellengleichung jetzt als Synonym für Verzweigungen auffassen möchte. Es gibt - bis auf den Prozeß der Ent-stehung - noch keine zyklischen (zeit-lichen) Schwankungen der Feldstär-ken. Im Gegenteil: Durch diesen Ver-zweigungsprozeß entsteht ein stabiler, spiegelsymmetrischer Feldzustand, in dem die beiden Zellen oder Zweige noch nicht miteinander wechselwirken können, da sie ontologisch verschieden sind - ansonsten würden sie sich aus-löschen. Das ist ein reiner Kohärenz-zustand, der das Ausschließungsprinzip physikalisch etwas einsichtiger macht (es galt ursprünglich nur für Elektro-nen, offenbart nun aber einen univer-sellen Verzweigungsprozeß). Wie man im Verzweigungsexperiment (Abb. 9) überprüfen kann, gibt es in diesem Zustand tatsächlich noch keine Interfe-renzringe, was auch für einzelne Quan-tenereignisse gelten muß. Der räum-
lich verzweigte Feldzustand kann dem-zufolge noch nicht als Überlagerungs- oder Interferenzzustand bezeichnet werden. Dazu ist erst noch eine kom-plette Spiegelung (Invertierung) des Verzweigungszustandes nötig. Das hat natürlich Folgen für die Wellentheorie: Wenn diese Verzweigungshypothese richtig ist, können das Doppelspaltexpe-riment und die partielle Reflexion nicht mehr mit Wellen erklärt werden (falls sie nicht richtig ist, kann es nur um die Ausgestaltung von Details gehen, denn eine realistische Interpretation der Quantentheorie ist nach Anerkennung der Interferenzbedingung nur noch auf Basis ontologischer Feldverzwei-gungen möglich). In der Wellentheorie gibt es auch schon ohne Auffangschirm ein Interferenzmuster im Raum; in der Verzweigungshypothese jedoch nicht. Sicher ist bisher nur, daß die Absorp-tionsbedingung eine Aufhebung der räumlichen Trennung der Feldstruktur verlangt, um die energetische und zeit-liche Symmetriebedingung erfüllen zu können; wiederum ohne sich im Sinne von Ortsveränderung zu bewegen. Das kann mit der räumlichen Transformation modelliert werden, die der Umkehrung der Zellteilung entspricht (in Abb. 12 von Zustand 2 auf 1), oder im Strah-lenbild als lokales Zusammentreffen und Verschmelzen beider Lichtzweige (in Bild 10 entspricht die Transforma-tion der Drehung von Zweig A um 90°). Die Strukturverschmelzung des Feldes ist aber nur eine Vorbedingung für das effektive Absorptionsereignis. Dahinter verbirgt sich ein spiegelsymmetrischer Prozeß: Auf der einen Seite besteht er aus einem Strukturkollaps des elektro-magnetischen Feldes, auf der anderen Seite aus einer neuen Materiefeldver-zweigung (Abb. 13).
5.3. Polarisation, Spin & RaumFür Physiker, die mit der Vorstellung von teilchenartigen Lichtquanten ope-rieren, ist die Polarisation des Lichts ein ebenso mysteriöses Rätsel wie das Doppelspaltexperiment oder die par-tielle Reflexion. Denn die Kohärenz-, Interferenz- und Struktureigenschaften der Realität lassen sich weder mit dem Körperbegriff der Mechanik, noch mit Wellenvorstellungen verstehen. Daß dieses Problem - inzwischen über 80 Jahre alt - bisher nicht mit einem neuen physikalischen Modell gelöst werden konnte, ist schon sehr erstaunlich. Denn auch die folgenden Polarisations-experimente beweisen, daß einzelne Lichtquanten einem Verzweigungs- und Verschmelzungsprozeß unterliegen und solche Prozesse weder von Raum-, noch von Zeitbezugssystemen abhän-gen können, da sie strukturell rever-sibel sind. Diese Experimente wer-fen auch ein Licht auf das Spin-Phäno-men und zeigen, daß die Spin-Eigen-schaft nichts mit rotierenden Teilchen zu tun hat, sondern eine ontologische Eigenschaft des gesamten Feldes ist. Sie drückt nur die entgegengesetzte Beschaffenheit verzweigter, ganz-heitlich geteilter - eben polarisierter - Felder aus. Polarisationsebenen und Raumrichtungen haben dabei nur eine relative Bedeutung, sie beziehen sich nicht auf "den Raum", sondern auf die Beschaffenheit von Feldstrukturen, die sich immer in Kräftenormalen (mathe-matisch "Orthogonalität") äußern. Erst aus diesen physikalischen Prinzipien und Prozessen entsteht unsere dreidi-mensionale, euklidische Raumvorstel-lung; allerdings hat dieser dreidimensi-onale Raum - wie der Körperbegriff der Mechanik - keine Entsprechung in der physikalischen Realität.
filter mit einem Richtungsanzeiger oder einer Skala markiert. Läßt der zweite Polfilter 100% des bereits polarisierten Lichts durch, wird diese Stellung als parallel oder antiparallel (auf dem Kopf stehend) zur Raumrichtung des ersten Polfilters definiert - die Abweichung zwi-schen beiden Raumrichtungen beträgt in diesem Fall per Definition 0°, was 100% Transmission entspricht. Über eine bevorzugte Raumorientierung der
beiden Polfilter ist damit noch nichts gesagt, sie könnten noch immer paral-lel in alle möglichen Richtungen zeigen. Werden die beiden Polfilter zur Erleich-erden die beiden Polfilter zur Erleich-terung der Orientierung nun so ein-gestellt, daß der zweite Polfilter senk-recht nach oben zeigt, wenn er 100% des bereits polarisierten Lichts passie-ren läßt, nennt man das Licht vertikal polarisiert. Verändert man die Stellung des zweiten Polfilters nun durch Dre-
hung relativ zum ersten, feststehen-den Polfilter, kann man das Licht stu-fenlos dimmen: Bei einer Stellung von 45° passiert nur noch die Hälfte des einfallenden Lichts, bei 90° gar keins (Abb. 14). Dreht man weiter auf 135°, passieren wieder 50% des Lichts, bei 180° wieder 100%. Dreht man in die andere Richtung, passiert genau das Gleiche. Soweit zum Prinzip, jetzt zum eigentlichen Problem: Wird vertikal polarisiertes Licht durch einen zweiten Polfilter geleitet, der gegenüber dem ersten um 90° verdreht ist, beträgt derverdreht ist, beträgt der Lichtdurchlaß 0%. Wird nun ein drit-ter Polfilter dazwischengeschoben, der auf 45° eingestellt ist, kann das Licht den 90° Filter passieren, was vorher unmöglich war (Abb. 15). Offenbar darf die Stellung des folgenden Filters um maximal 45° variieren, aber nicht um 90°, damit das Licht noch passieren kann. Setzt man das weiter fort, ergibt sich eine Kette, bei der die durchgelas-sene Lichtintensität bei jedem Polfilter
0°
90°
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-/+ 180°
-135°
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45°-45°
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-/+ 180°
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45°-45°
Abb. 14 Polarisation & RaumrichtungPolarisiertes Licht scheint eine bevorzugte Raumrichtung zu haben: Wird es erneut durch einen Polarisations-
filter geleitet, entscheidet die Stellung des Polfilters darüber, wieviel Licht durchgelassen wird.
Abb. 15 Polarisation in 45° Schritten
0°
90°
135°
-/+ 180°
-135°
-90°
45°-45°
0°
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135°
-/+ 180°
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Lichtdurchlass 0 %
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-/+ 180°
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45°-45°
0°
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135°
-/+ 180°
-135°
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Lichtdurchlaß 50 %
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45°-45°
0°
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-/+ 180°
-135°
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45°-45°
Lichtdurchlaß 50 %
Lichtdurchlaß 100 %
Lichtdurchlaß 25 %
In den folgenden Versuchen wird sicht-bares Licht durch Polarisationsfilter geleitet, die immer nur 50% der ein-fallenden Lichtenergie durchlassen (die andere Hälfte wird demnach entwe-der reflektiert oder absorbiert). Das durchgelassene Licht ist danach pola-risiert. Das bedeutet nun nichts wei-ter, als daß wir es nur noch mit einem Zweig eines verzweigten elektromag-netischen Feldes zu tun haben. Die-ser Lichtzweig hat jetzt Eigenschaften, die sich mit einem Spin kennzeichnen und relativ zu den Eigenschaften ande-rer Zweige unterscheiden lassen. Das heißt, daß dieser Zweig als ontologisch entgegengesetzt zum anderen Zweig und zum ursprünglichen Lichtstrahl, zum "Stamm" der Verzweigung, auf-gefaßt werden muß. So einfach das ist - und so offensichtlich darin eine maxwellsche Polarisierung des Feldes sichtbar wird - so klar wird nun auch, daß man dieses Phänomen physikalisch und ontologisch bisher noch nicht als Feldverzweigung verstanden hat. Interessant ist nun, wie diese Entge-gengesetztheit zu Raumrichtungen in der Physik des Lichts wird: Passiert ein bereits polarisierter Lichtstrahl einen zweiten Polfilter zu 100%, schreibt man diesem Licht eine "Vorzugsrich-tung" quer bzw. transversal zur Aus-breitungsrichtung des Lichtsstrahls zu, eine "Raumrichtung der Wellenebene", Polarisationsebene genannt. Das beruht auf der Vorstellung, daß Maxwells Wel-len irgendwie wirklich als "Wellen" im Raum existieren, aber jetzt nur noch in einer Ebene schwingen, und der Pol-filter eine Art Gitter sei, das Licht nur durchlasse, wenn die Wellenebene par-allel zu den Gitterstäben steht. Um eine Lage der Polarisationsebene im Raum definieren zu können, werden die Pol-
jeweils um die Hälfte reduziert wird. Der eingespeiste, bereits polarisierte Lichtzweig bringt 100% der Lichtinten-sität ein (würde der andere, in diesem Versuch nicht berücksichtigte Zweig beachtet, wären es nur 50%). Der zweite Polfilter läßt davon wieder die Hälfte passieren, der dritte davon wie-der die Hälfte, also 25% - und so würde es weitergehen. Die Polfilter verhalten sich damit im Grunde wie halbdurchläs-sige Spiegel, die den Lichtstrahl jedes-mal in zwei Hälften teilen; nur das wir nicht genau wissen, was mit der jeweils anderen Hälfte geschieht - ob sie wirk-lich absorbiert oder reflektiert wird (meist nimmt man an, daß der Polfil-ter diesen Lichtzweig absorbiert). Das bedeutet physikalisch: In diesen Expe-rimenten betrachten wir immer nur einen der beiden Hauptzweige des Lichts, den wir durch entsprechend eingestellte Polfilter weiter verzwei-gen, und davon jedesmal wieder nur einen der beiden Zweige verfolgen. Aber Polarisationsexperimente zeigen noch etwas mehr: Das Licht wird dabei immer in zwei zueinander senkrecht stehende "Richtungen" zerlegt, unab-hängig davon, in welche Raumrichtung der Polfilter wirklich zeigt. Das gilt auch für einzelne Lichtquanten.
Da Lichtquanten wegen ihrer ener-getisch ganzheitlichen Wirkung nicht teilbar sein sollen, kann der Quanten-mechaniker den Verzweigungspro-zeß nicht erkennen und zieht sich wie-der auf eine nicht-reale Wellenfunk-tion und statistische Beschreibungen effektiver Wirkungen zurück. Auf diese Weise entgeht dem Quantenmechani-ker auch die Erkenntnis, daß Verzwei-gungen des Feldes kausal durch nicht-effektive Wechselwirkungen mit Mate-
rie verursacht werden, auf Energieer-haltungsprinzipien zurückgehen, voll-ständig determiniert sind, real existie-ren und ganzheitliche Feldstrukturen darstellen, die das Symmetrie-, Kohä-renz- und Relativprinzip in sich verei-nen! Ebenso entgeht dem Quantenme-chaniker das Verständnis des Absorp-tionsereignisses, denn daraus folgt
zwangsläufig, daß er die Idee nicht ent-wickeln kann, daß effektiven Wechsel-wirkungen zwischen Feld und Materie ein Strukturkollaps des verzweigten elektromagnetischen Feldes zugrun-deliegen muß. Damit wird noch ein-mal klar, warum die Quantenmechanik das Absorptionsereignis, das Scheitern des Körperbegriffs der Mechanik, der
raumzeitlichen Vorstellungen und der Wellengleichung nicht erklären kann. Und das, obwohl Experimente mit Kal-zitkristallen die Verzweigung und Wie-dervereinigung des Lichts anhand ein-zelner Lichtquanten eindeutig bewei-sen: In diesem Experiment (Abb. 16) wird 45° polarisiertes Licht in die Ver-suchsanordnung eingespeist. An einem Kalzitkristall verzweigt - polarisiert - sich das Feld, was bei Dauerbestrah-lung deutlich sichtbar wird. Es treten zwei räumlich getrennte, rechtwink-lig zueinander polarisierte Teilstrahlen aus, die aufgrund der 45° Einspeisung vertikal (v) und horizontal (h) polari-siert genannt werden. Die Polarisation der "Photonen", die auf diesen beiden Kanälen unterwegs sein sollen, wird mit Polfiltern gemessen, die auf 90° für horizontal und 0° für vertikal einge-stellt sind. Am Ende eines jeden Strah-lenganges steht ein Detektor, der das Lichtwirkungsquantum entweder bei A oder B registriert. Die quantenmecha-nische Interpretation geht nun davon aus, daß sich ein winziges, teilchen-artiges Lichtquantum oder eine räum-lich konzentrierte Energieportion mit Lichtgeschwindigkeit durch den Ver-suchaufbau bewegt und bei A oder B registriert werden kann. Wenn es im Detektor A eintrifft, muß es, da der Polarisationsfilter in diesem Kanal auf horizontal eingestellt ist, eine horizon-tale Polarisation gehabt haben. Wenn es bei B eintrifft, eine vertikale. Aller-dings ist es unmöglich, dem "Photon" diese Eigenschaft von vornherein zuzu-schreiben, sondern erst nach einer "Messung" - zuerst am Kristall, dann durch den anschließenden Nachweis eines solchen "Teilchens" im Detek-tor. Nach Bohr ist die Passage des Teil-chens durch den Kristall bereits eine
Polfilter
Kristall
Detektor BDetektor A
Polfilter
Polarisation 45°
Polarisation 90° (h) Polarisation 0° (v)
90°
0°
135°
-/+ 180°
-135°
-90°
45°-45°
0°
90°
135°
-/+ 180°
-135°
-90°
45°-45°
0°
90°
135°
-/+ 180°
-135°
-90°
45°-45°
Abb. 16 Polarisation, Raumrichtung & Spin (Polarisationsexperiment mit einzelnen Lichtquanten)Das Experiment zeigt, daß 1) sich einzelne Lichtquanten beliebig oft weiter verzweigen können (das Feld be-rücksichtigt alle Freiheitsgrade möglicher Wechselwirkungen); 2) diese Verzweigung mit einer Polarisation des gesamten Feldes identisch ist; 3) daß Verzweigungen kausal durch Hindernisse (Materie) verursacht werden; 4) dabei noch keine Energie an Materie übertragen wird; 5) die durch die Verzweigung bzw. Polarisation des Feldes entstehenden Feldeigenschaften als ontologischen entgegengesetzt zueinander und zum Ursprungsstrahl de-finiert werden müssen (spin genannt); 6) ein kohärentes, enantiomorphes Feld entsteht, in dem Gleichzeitigkeit herrscht; 7) effektive Wechselwirkungen entweder nur bei A oder bei B stattfinden können, so daß Absorptions-ereignisse einer Symmetrie- und Absorptionsbedingung unterliegen, die unabhängig von den Weglängen zwi-schen Kristall und Detektoren ist; 8) die Konstante c keine mechanische Bewegung (Geschwindigkeit) sein kann
Art Messung, die darüber entscheidet, welchen Spin das Teilchen annimmt - rein zufällig, ohne physikalische Ursa-chen. Es hat viele Versuche gegeben, die Eigenschaft der Polarisation einzel-nen Photonen als verborgene Eigen-schaft zuzuweisen, um so eine physi-kalische Erklärung dafür finden zu kön-nen, wie sich Photonen für den linken oder rechten Kanal entscheiden. Denn, falls Lichtquanten Teilchen sind, müs-sen sie sich für einen der beiden Wege entscheiden.
Das zeigt deutlich, daß man die Interfe-renzbedingung noch nicht verstanden hat. Auch die Kopenhagener Deutung versteht sie nicht, aber glaubt, sie mit einem unlogischen Drahtseilbalanceakt umgehen zu können: Einerseits wird sie in der mathematischen Wellenfunktion theoretisch berücksichtigt, anderer-seits praktisch vollkommen ignoriert, in dem man sich nach wie vor Teilchen vorstellt. Deshalb glaubt der Quanten-mechaniker auch, daß sich ein Licht-quantum bei der Passage des Kristalls wieder rein zufällig dafür entscheide, ob es sich nach links oder nach rechts bewege, oder daß er mit der Registrie-rung eines Teilchens eine "Information über den Weg des Teilchens" gewon-nen habe. Das unvorhersagbare Ver-halten des Teilchens wird wieder dem absoluten Zufall und dem Versagen der Kausalität zugeschrieben - und das Experiment gilt als Beweis dafür. Das hat allerdings nichts mit Logik zu tun: Die meisten Physiker haben bereits als Studenten gelernt, die Interferenzbe-dingung ohne Nachzudenken zu igno-rieren - das gehört zu den primären methodischen Anweisungen der quan-tenmechanischen Interpretation, auch bekannt als "Shut up and calculate".
In Wirklichkeit beweist das Experiment natürlich, daß die Elementarstruktu-ren von Licht und Materie nicht unteil-bar, sondern ganzheitlich teilbar sind - und von einem Versagen der Kausali-tät keine Rede sein kann, denn das Feld nimmt vollständig determiniert eine verzweigte Form an ("geht beide Wege zugleich"). Und erst mit dieser Erkennt-nis, daß im Experiment physikalisch reale Feldverzweigungsprozesse statt-finden, wird einsichtig, warum es kei-nen Sinn mehr macht, von Körpern der Mechanik zu sprechen - oder sich den Kopf darüber zu zerbrechen, ob Ein-steins provisorische Teilchen eine Ent-sprechung in der Realität haben oder nicht: Aufgrund der Interferenzbedin-gung war diese Diskussion von Anfang an überflüssig. Nimmt man sie unein-geschränkt zur Kenntnis, können Teil-chen keine Realität haben, sondern nur untaugliche sinnliche Vorstellungen des denkenden Geistes sein - sie schei-tern nachweisbar an der Realität, im Experiment. Realität hat das Feld, das sich ganzheitlich teilen kann - und sich damit "non-lokal" verhält - aber immer nur lokal ("punktartig") wirkt. Es macht auch nicht viel Sinn, die Interferenzbe-dingung zum "Superpositionsprinzip" von "virtuellen Teilchen" umzutaufen und anschließend mit dem Experiment zu beweisen, daß das Superpositions-prinzip richtig ist. Ebenso sinnvoll ist es, einer bestimmten Energiemenge, nachdem sie zur Wirkung gekommen ist, rückwirkend eine reale Existenz als Teilchen zuzuschreiben. All das sind nur verzweifelte Versuche, den Körper-begriff der Mechanik, die Atom- und Elementarteilchenhypothese und die Interpretation der Lichtgeschwindig-keit als Bewegung im Sinne der Mecha-nik zu retten.
Für einen aufmerksamen Beobachter läßt das Experiment auch keinen Zwei-fel daran aufkommen, daß die Polari-sation des Feldes durch eine nichtef-fektive Wechselwirkung mit dem Kris-tall erzeugt wird und wie im Doppel-spaltexperiment und in der partiellen Reflexion eine ganzheitliche Teilung des Feldes bewirkt. Das bedeutet, daß Bohrs Definition der Messung hinfällig ist: Am Polarisator wird nichts gemes-sen (quantifiziert), sondern eine quali-tative Strukturveränderung des Feldes erzeugt. Daß diese Strukturverände-rung eine enantiomorphe Verzwei-gung und diese reversibel ist, beweist das nächste Experiment, das wieder mit einem kontinuierlichen Lichtstrom und einzelnen Lichtquanten ausgeführt werden kann:
Dazu wird ein zweiter Kalzitkristall auf-gestellt, allerdings umgekehrt. Die Wirkung ist verblüffend - das am ers-ten Kristall verzweigte Licht (auf jeden Zweig entfallen 50% der Lichtintensi-tät) vereinigt sich im zweiten Kalzit-kristall und tritt als einzelner Strahl aus, der wieder seine ursprüngliche 45° Polarisation und 100% Lichtintensität hat (Abb. 17). Das gilt auch für einzelne Lichtquanten - praktisch im Experiment und theoretisch in der Zustandsfunk-tion. Die Verzweigung, die Polarisation h/v (oder ganz allgemein links / rechts) ist also spurlos verschwunden. Die Quantenmechanik kann das nicht erklä-ren - weder die Wiedervereinigung zur vollen Intensität, noch die Wiederher-stellung der ursprünglichen 45° Polari-sation. Denn nach der quantenmecha-nischen Interpretation müßten statis-tisch 50% der austretenden Photonen -45° Polarisation zeigen, die anderen 50% eine +45° Polarisation. Und eine
Wiedervereinigung zweier Photonen, die beide Wege zugleich nehmen, kann definitionsgemäß nicht vorkommen, da ja immer nur ein Photon in den Versuch eingespeist wird und sich per absolu-ten Zufall entweder für den linken oder rechten Kanal entscheidet... In der Realität passiert jedoch etwas anderes: Das Lichtquantum - das Feld - teilt sich am ersten Polarisator in zwei Hauptzweige. Wir verfolgen also wie-der nur einen der beiden Hauptzweige (Polarisation hier 45°), der sich am ers-ten Kristall erneut verzweigt. Er teilt sich in links- und rechtshändige Zweige (hier 90° / 0°), die zusammenhängen und ein Ganzes bilden - genau wie unsere Hände: Die beiden Lichtzweige sind räumlich spiegelsymmetrisch und ontologisch entgegengesetzt, also trotz
Polfilter
Kristall
Kristall
Polarisation 45°
Polarisation 45°
Pola
risa
tio
n 9
0° (h
)
Pola
risa
tio
n 0
° (v)
Abb. 17 Die Verzweigung & Wiedervereinigung des Lichts
Gleichheit verschieden. Die Energie-summe muß dabei immer gleichbleiben - was qualitativ entgegengesetzte Feld-energien zwingend voraussetzt. Um solche spiegelsymmetrischen Entitäten zur Deckung bringen zu können, ist in unserer dreidimensionalen Raumvor-stellung eine räumliche Invertierung, eine "Rotation" in der vierten Dimension nötig - so wie man einen linken Hand-schuh durch Umkrempeln zu einem rechten macht. Da die Zellen aber ein Ganzes darstellen, also keinen offenen Rand haben (wie ein Handschuh), kann dieser Prozeß nur eine geschlossene, ganzheitliche Teilung bzw. die Umkeh-rung eines solchen Prozesses sein. Die vierte Dimension, die wir dazu benut-zen, ist die sogenannt Zeit - und zwar auf eine ganz spezielle Weise. Ein sol-cher Prozeß, der die räumliche Tren-nung der beiden Zweige oder Zellen aufhebt, muß im zweiten, umgekehrt aufgestellten Kristall stattfinden: Beide Zweige verschmelzen wieder zu einem Ganzen ohne Struktur. Auf diese Weise beweist das Experiment eindeutig die Existenz von Verzweigungs- und Ver-schmelzungsprozessen, auch bei ein-zelnen Lichtquanten. Die Quantenmechanik sieht sich nach wie vor außerstande, solche Versuche, die das Teilchenkonzept (die Mecha-nik) eindeutig widerlegen, physikalisch vernünftig zu erklären. Man muß sich an dieser Stelle noch einmal darüber im Klaren werden, daß alle Interpre-tationsprobleme aus der Tatsache der ganzheitlichen Teilung folgen, wie sie in diesem Experiment überdeutlich sicht-bar wird: Nichtlokalität, Verschränkung, Polarisation "einzelner Teilchen", Inde-terminismus, Kausalitätsverlust, Kol-laps der Wellenfunktion, das Problem der Messung, das Problem der Lichtge-
schwindigkeit und die Einführung eines bewußten Beobachters. Dahinter steht das Versagen der raumzeitlichen Vor-stellungen der Mechanik, das nur kons-tatiert, aber nicht verstanden wird: Der Abstand zwischen den beiden Kris-tallen kann im Prinzip wieder beliebig groß sein, ja sogar Lichtjahre betra-gen. Auf diese Weise zeigt auch dieses Experiment, daß verzweigte Feldstruk-turen und Feldstrukturveränderungen von Raum- und Zeitmaßstäben unab-hängig sein müssen. Die Wiederverei-nigung des Licht kann irgendwo und irgendwann stattfinden; dazu müssen nur die kausalen Bedingungen stim-men, die eine Strukturverschmelzung ermöglichen. Das beweist auch, daß dem realen Geschehen ein strukturier-tes elektromagnetisches Feld zugeord-net werden muß. Die Zustands- oder Wellenfunktion versucht also durch-aus, eine zugrundeliegende Feldrealität abzubilden - und sobald sie ganzheit-liche Teilungs- und Verschmelzungs-prozesse abbilden kann, darf sie auch beanspruchen, ein Modell der Beschaf-fenheit der Realität liefern zu können.
5.4. Gleichzeitigkeit und die ZeitDie gesamte Quantenphysik zeigt auf diese Weise, daß der euklidische Raum, eine lineare Zeit und der Körperbegriff der Mechanik nur Fiktionen des den-kenden Geistes sind. Das heißt jedoch nicht, daß wir unser Natur- und Rea-litätsverständnis nicht verbessern, erweitern, vertiefen oder grundlegend umwälzen könnten, im Gegenteil: Alles deutet darauf hin, daß wir unsere Vor-stellungen von der Beschaffenheit der Realität nur unseren Naturbeobach-tungen und Faradays Programm anpas-sen müssen.
Offenbar haben wir es mit einem phy-sikalischen Zeitbegriff zu tun, der nicht linear angewendet werden kann - und damit unserem intuitiven Zeitgefühl ziemlich nahe kommt. Und mit Mate-riestrukturen, die im Grunde nur aus extrem konzentrierten Feldern beste-hen, die sich ganzheitlich teilen und wieder miteinander verschmelzen kön-nen - so wie wir es in der Natur jeden Tag auch beobachten können. Wie sich das am einfachsten modellieren läßt, zeigt das Modell der Zellteilung: Das elektromagnetische Feld und dessen Struktur läßt sich mit zusammenhän-genden "Räumen" und "Zeiten" model-lieren, wobei diese Räume natürlich enantiomorphe Feldzellen sind, die mit sich selbst und ihrer Feldumgebung immer zusammenhängen. Die beiden Räume oder Feldzellen müssen dann mit spiegelsymmetrischen Koordina-ten gekennzeichnet werden und stehen selbst in einem orthogonalen Zusam-menhang zu ihrem Verzweigungs-ursprung. Das sind die Moleküle im ursprünglichen Sinne Avogadros - die wahren Elementarstrukturen von Licht, Materie und Raum. Wir wissen nur nicht, wo sie "zu Ende" sind - sie haben keine ontologische Kontur, wie der gedachte Körper der Mechanik; existie-ren also nicht diskret oder ontologisch vollkonturiert. Der Prozess des Entste-hens und Vergehens von elementaren (immer gleichen, also invarianten) Feldstrukturen läßt sich mit dem kom-plexen Hilbert-Raum auch physikalisch als räumlich-ontologisch verzweigte, vieldimensionale Feldhierarchiestruk-tur verstehen. Das hat mit dem drei-dimensionalen Raum unserer Vorstel-lungswelt - ob positiv als Körper oder negativ als Raumhintergrund gedacht - natürlich nichts mehr zu tun. Die beste
Vorstellung ist nun die eines mehr oder weniger komplexen Zellhaufens, der aus unsichtbaren Feldern besteht. Auch die Zeit ist dann eine komplexzahlige Größe, die verzweigte Zustände und ihre Veränderungen mit spiegelsym-metrischen Hilfskoordinaten begleitet. Verwenden wir sie in diesem Sinne, stellt sie gar keine Zeit mehr dar, son-dern nur eine neue, vierte "Dimension" - einen neuen Freiheitsgrad, der eine neue "Raumrichtung" beschreibt, die immer entgegengesetzt zu allen ande-ren vorhandenen Raumrichtungen ist - und seien es unendlich viele.
Die reelle ("positive") vierte Dimension wird dazu verwendet, die Entstehung neuen Raumes durch Feldverzwei-gungsprozesse, eines Zwillingsraumes, zu kennzeichnen. Die normale Zeit darf sich an diesem Punkt verzweigen, was wegen der Spiegelsymmetrie der bei-den Bezugssysteme nun aber Zeitlo-sigkeit oder Gleichzeitigkeit bedeu-tet: Da Kohärenz- und Interferenzzu-stände des Feldes effektive (struktur-verändernde) Wechselwirkungen aus-schließen, vergeht für verzweigte Feld-zustände keine Zeit. Beide Feldformen existieren gleichzeitig, zusammenhän-gend und damit zeitlos - bis zur nächs-ten effektiven, strukturverändernden Wechselwirkung, dem Absorptionser-eignis. Es gibt physikalisch keine Mög-lichkeit, in offenen Systemen wie dem Universum oder in der Natur diesem Feldzustand zwischen Emission und Absorption eine absolute "Zeitdauer" zuzuordnen, es sei denn, man kann die möglichen Freiheitsgrade der potenti-ellen Wechselwirkungen des Feldes so einschränken, daß man Emissions- und Absorptionsereignisse wie im Polarisa-tionsexperiment eindeutig korrelieren
("normieren") kann, und so subjektive Zeiten zuordnen kann. Die imaginäre (relativ dazu "negative") vierte Dimen-sion drückt einen physikalisch umge-kehrt ablaufenden Prozeß aus, die Ver-schmelzung von verzweigten Räumen, den Verlust von Zwillingsraum, von Dimensionen oder Freiheitsgraden des Feldsystems. Das ist keine Zeitumkehr im Sinne der Mechanik und der Sym-metrie ihrer Bewegungsgleichungen (was bedeutet, daß auch Bewegung im Sinne der Mechanik nichtlinear ist), sondern eine Zeitmessung, so wie sie in der Physik auch praktisch verstan-den wird: Es ist unmöglich, "der Zeit" unabhängig von physikalischen Ereig-nissen Linearität und eine Existenz zuzusprechen (wie Newton es getan hat); die Zeitmessung beginnt und endet immer mit Ereignissen, die phy-sikalische Strukturen verändern. Die idealisierte, klassische Zeitvorstel-lung besteht dagegen aus einer line-aren Aneinanderreihung von festge-legten Zeitdauern oder Zyklen, die Ein-stein kurz "Uhren" nennt. In der Rea-lität werden Strukturzustände jedoch durch effektive, strukturverändernde Ereignisse begrenzt, sie beginnen und enden. Das kann nur durch nichtlineare Zeitmessungen, so wie Einstein sie im Grunde definiert hat, reflektiert wer-den: Ausschnitte, abgegrenzt durch effektive Strukturveränderungen, die jedoch vom Menschen wahrgenommen oder registriert werden müssen, um überhaupt Aussagen zu Veränderungen in der Realität machen zu können.
Physikalisch-ontologisch gesehen gibt es dann gar keine Zeit, sondern nur physikalische Kohärenzzustände, die immer in einem Zustand der Gleichzei-tigkeit oder Zeitlosigkeit existieren, die
durch strukturverändernde Ereignisse nur unterbrochen werden. Da solche Ereignisse immer an konkreten, indi-viduellen Materie- oder Feldstruktu-ren stattfinden, gibt es keine Gleich-zeitigkeit für effektive (energieüber-tragende) Wechselwirkungen, also für verschiedene, absorbierende Materie-strukturen. Deshalb ist eine gleichzei-tige Wahrnehmung von "Licht" durch mehrere Beobachter unmöglich; das hat aber nichts damit zu tun, daß im Universum im gleichen Moment noch andere Materiestrukturen existieren, was man durchaus "Gleichzeitigkeit" nennen kann - es ist nur für den phy-sikalisch-methodischen Zeitbegriff, der Strukturveränderungen in einen kau-salen Zusammenhang zwischen indivi-duellen Materiestrukturen bringt, irre-levant. Diese Zeitfestlegungsmethode ist sozusagen "subjektiv", vom jewei-ligen Bezugssystem abhängig: Der Beobachter definiert Zeit über Ereig-nispunkte, die für ihn gleichzeitig sind; über die Absorption von Licht, das aus zwei verschiedenen Quellen oder Orten zugleich sein Auge erreicht. Dahinter verbirgt sich ganz abstrakt die Absorp-tionsbedingung, die für alle Materie-strukturen gilt.
Im Michelson-Morley-Experiment wird übrigens keine konstante Laufzeit des Lichts gemessen, sondern nur, daß in einem interferierenden System kein Unterschied in der Laufzeit des Lichts existiert. Wie haben es mit einem Sys-tem der Gleichzeitigkeit zu tun, mit einem kohärenten System, daß aus verzweigten und gespiegelten Licht-strahlen besteht. Die Bewegung der Erde oder die Raumorientierung des zusammenhängenden Systems spielt keine Rolle. Wir haben es wieder mit
der lokal und global gültigen Kohärenz- und Symmetriebedingung zu tun, die auch Voraussetzung für Interferenz ist - deshalb ist ein Laufzeitunterschied ebensowenig meßbar wie beim Absorp-tionsereignis. Und damit auch nicht, ob sich das elektromagnetische Feld im Sinne von Ortsveränderung überhaupt bewegt.
Die Zeitsymmetrie der maxwellschen Gleichungen ist also keine echte Sym-metrie der Zeit, sondern nur ein Hilfs-mittel, um Feldverzweigungs- und Ver-schmelzungsprozesse als spiegelsym-metrisch zusammenhängend modellie-ren zu können. Dennoch können beide Prozesse als Veränderung der Feld-struktur in der normalen Zeitrichtung angeordnet werden; was voraussetzt, daß der Mensch an diesem System phy-sikalisch durch die Absorption von Licht beteiligt ist. Zuerst findet die Verzwei-gung statt, dann die Verschmelzung. Wie groß der zeitliche und räumliche Abstand zwischen diesen beiden Ereig-nissen ist, läßt sich jedoch nicht sagen, wenn wir nicht wissen oder beobachten können, wann und wo (im Universum) der Verschmelzungsprozeß stattfindet.
Genau so verstehen wir Zeit intuitiv, auch in der Naturbeobachtung: Als wahrnehmbaren Wandel, als Verände-rungsprozeß. Mal scheint die Zeit über-haupt nicht zu vergehen - weil nichts passiert, manchmal überschlagen sich die Ereignisse, so daß die Zeit im Fluge vergeht. Die Aneinanderreihung von Zeitdauern ist deshalb kein Kontinuum; diese Art Zeit schreitet weder gleich-förmig voran noch fließt sie absolut dahin; sie hat auch keinen Anfang und kein Ende. Die "Länge" ihrer Einheiten wird durch strukturverändernde Ereig-
nisse bestimmt - und das sind immer konkrete, auf individuelle Struktu-ren bezogene Ereignisse. Der physi-kalisch nutzbare Zeitbegriff ist demzu-folge nichtlinear und relativ; er kenn-zeichnet die Längen der Abstände zwi-schen qualitativen Zustandsverände-rungen relativ zu zyklischen Prozes-sen, die der Beobachter für seine Zeit-messungen gerade verwendet. Ohne effektive Wechselwirkungen verharren verzweigte Feldstrukturen logischer-weise in einem Zustand der Kohärenz und Gleichzeitigkeit (= Zeitlosigkeit). In der Realität unterbrechen qualita-tive Zustandsänderungen - die eine Zeitfestlegung erst ermöglichen - aber nicht die zeitlose Existenz einer glo-balen kohärenten Struktur, eines Sys-tems der Gleichzeitigkeit.
Wenn der Prozeß zwischen Emission und Absorption nicht instantan stattfindet, sondern dauert, kann diese Dauer nur auf die Strukturbildung eines elektro-magnetischen Feldes zurückgeführt werden, was dann als "Entfernung" interpretiert wird. Dahinter schimmern variable Maßstäbe durch: Werden die Maßstäbe kürzer - oder vervielfachen sie sich durch Verzweigungsprozesse - wird die so bestimmte Strecke schein-bar länger. Das scheint mit Strukturver-änderungen kompatibel zu sein; viel-leicht lassen sich damit Feldzusammen-ballungen modellieren, die kompakte, räumlich konzentrierte Materie bilden. So führt die Emission eines Lichtquan-tes zur Strukturverringerung der Mate-rie und einer Strukturvermehrung des elektromagnetischen Feldes, während die Verschmelzung einer elektromag-netischen Feldstruktur zu einer Ver-zweigung in der dazu entgegengesetz-ten Feldstruktur, in der Materie führt.
Obwohl die Zahl der Elementarstruk-turen dabei zu- oder abnimmt, bleiben Verzweigungen als Konnektions-Prinzip zwischen Elementarstrukturen immer erhalten. Von Dekohärenz, einem nicht-mehr-Zusammenhängen, kann demzu-folge keine Rede sein. Verzweigungs-prozeß und Verzweigungsstruktur des Feldes erweisen sich damit als grund-legendes physikalisches Organisations- und Naturprinzip. Es gilt natürlich auch für Materie und ihre Feldstrukturen (mehr dazu in meinem Buch Quantum Top Secret).
6. Kognition, Wahrnehmung und die Natur der SpracheDie übliche Frage lautet nun: Warum kann man solche Teilungsprozesse oder Quantenüberlagerungen nicht auf klassischer Ebene beobachten? Warum teilen sich makroskopische Körper - Steine, Planeten, Menschen und Bäume - nicht? Übersetzt man diese Frage, lautet sie: Warum kann man in dieser Welt, wenn man sie durch die Brille der Mechanik betrachtet, keine sich ganz-heitlich teilenden Materiekörper beob-achten? Mit Blick auf lebende Materie-strukturen wird sofort klar, daß diese Frage sich nun von selbst erledigt: Sol-che ganzheitlichen Teilungsprozesse finden durchaus statt, wir können sie sogar beobachten: Zum einen als Zell-teilung (unter dem Mikroskop), zum anderen, wie sich Bäume und Pflan-zen räumlich verzweigen - jeden Tag, direkt vor unseren Augen. Makrosko-pische Materiestrukturen teilen sich also durchaus, nur kann die Mechanik das nicht abbilden - eine ganzheitliche Teilung kennt sie aus Prinzip nicht. Des-halb fragt sich der Mechaniker, wo die Verdopplungen bleiben, die er im Expe-
riment - zumindest virtuell - zu erken-nen glaubt. Weil der Mechaniker solche Prozesse nicht (er-) kennt, schließt er seine Augen vor der Natur. Öffnet er sie nun wieder, zeigen Doppelspaltexperi-ment, partielle Reflexion und Polarisa-tion, daß solche Teilungsprozesse über-all, auch in der nichtbelebten Materie, stattfinden: Bei elektromagnetischen Feldern, Elektronen, Neutronen, Pro-tonen, Atomen und Molekülen - ohne Ausnahme. Es gibt keinen prinzipiellen physikalischen Unterschied zwischen den Feldstrukturen von Licht und Mate-rie oder belebter und unbelebter Natur. Das, was früher die Atom- und Elemen-tarteilchenhypothese liefern sollte - ein grundlegendes Naturprinzip - leis-tet nun, experimentell begründet, das Verzweigungsprinzip. Die eigentliche Frage ist dann, wie weit man die Experimente noch trei-ben kann: Ob es eines Tages möglich sein wird, auch Staubkörner, Glasku-geln, Stühle oder Menschen durch den Doppelspalt zu schicken, in einen (ver-zweigten) Kohärenzzustand zu verset-zen und an zwei Orten zugleich beob-achten zu können. Aber auch hier hilft ein Blick auf das Experiment und die Natur: Wer hat im Experiment jemals zwei Photonen, Elektronen oder Atome an zwei verschiedenen Orten gleichzei-tig gesehen? Natürlich niemand; das waren ja nur virtuelle Gespensterteil-chen, reine Einbildungen, eine mecha-nistische Illustration der noch unver-standenen, verzweigten Feldfunktion. Statt dessen ist ein solcher Teilungs- und Kohärenzzustand in der Materie bereits strukturell und permanent rea-lisiert: Materie besteht aus verzweigten Feldenergiehierarchien und bindet damit gewaltige Mengen elektromag-netischer Feldenergie in Form träger
Masse auf engstem Raum. Solche Struk-turen existieren in gewisser Weise an zwei Orten zugleich, die eigentlich ein Ort sind. Sie sind enantiomorph struk-turiert; also sowohl räumlich als auch energetisch spiegelsymmetrisch orga-nisiert. Sie bestehen aus Form (rechts) und Antiform (relativ dazu links, kom-plett invertiert). Abstrakt physikalisch formuliert: Sie bestehen aus Materie und Antimaterie zugleich. Das ist es, was wir auf jeder Ebene der Energie- und Feldhierarchie mit einem Stereo-koordinatensystem erfassen könnten - und als bilaterale Symmetrie und Chiralität wahrnehmen. Zum Beispiel als Elektron und Positron, als Spin, als positiver Atomkern und negative Elek-tronenhülle, oder als Doppelatom und Molekül. Das zeigt, daß für Materie und Felder die gleichen grundlegenden Strukturprinzipien gelten und das Wel-le / Quanten-Paradoxon - trotz Mehr-heitsmeinung und massivem, passiven Widerstand - problemlos auflösbar ist. Faradays Programm hat also noch immer Potential: Es kommt nun darauf an zu zeigen, wie Materie aus Feldern (aus "Licht") entsteht und sich räum-lich extrem konzentrierte Feldstruktu-ren bilden, die dann als stofflich kom-pakte Materie erscheinen. Für Kognitions-, Wahrnehmungs- und Sprachtheorien hat dieses neue Strukturverständnis ebenfalls große Bedeutung: Es öffnet einen neuen Zugang zum Verständnis der sinnlichen Wahrnehmungen - und der Wahrneh-mung durch Denken. Das dürfte für Biologen, Biochemiker, Biophysiker, Neurologen, KI-Forscher, Robotiker und Psychologen äußerst fruchtbar sein. Die verzweigte, kohärente Feld-strukturbeschaffenheit beweist, daß sowohl der Körperbegriff der Mechanik
als auch die sinnlichen Körper-, Objekt- und Dingvorstellungen mit der Beschaf-fenheit der manifesten Strukturen der Realität nichts mehr zu tun haben können. Wir haben es also mit einer ontologischen Illusion zu tun, die unser Gehirn erzeugt, in dem es denkt. In der Natur, rein physikalisch, hat die dis-krete, mechanistische oder auch euk-lidische Körper- und Objektvorstellung experimentell nachweisbar keine Exis-tenzberechtigung mehr. Deshalb mußte Niels Bohr einen bewußten Beobachter in die Physik einführen - nicht um die Dinge aus dem Nichts materialisieren zu können, sondern um den Körperbe-griff der Mechanik und sinnliche Kör-pervorstellungen überhaupt in die Phy-sik einführen zu dürfen! Mangelndes Reflexionsvermögen und die Ablehnung naturphilosophischer Betrachtungswei-sen, die bis Ende des 19. Jahrhunderts noch Allgemeingut der humanistischen Bildung waren, haben die Physiker bis heute erfolgreich daran gehindert, den eigentlichen Witz dieser Geschichte zu begreifen... Erst das Scheitern der Körpervor-stellungen im Experiment offenbart, daß solche Vorstellungen nur das Pro-dukt von Denk- und Wahrnehmungs-prozessen sein können. Diese Einsicht erlaubt es uns, über den Schatten des Geistes zu springen und neue funkti-onale und operationale Modelle der Denkwahrnehmung zu entwerfen, die kognitive Natur der Sprache zu ver-stehen und mit Strukturmodellen der neuronalen Organisation zu verknüp-fen. Und sie führt zu einem neuen Ver-ständnis der Quantentechnologien und ihrer Möglichkeiten, die heute als Quan-tencomputer und Einstein-Bose-Kon-densate die vorderste Front der Grund-lagenforschung bilden.
