- Kapitel 1 -
Prolog: Eine kleine Vorgeschichte der Zeiten

Seit frühester Menschheit ist es Ziel die Zusammenhänge unserer Umwelt zu verstehen, Entwicklungen vorherzusagen und die Geheimnisse der Natur für den Menschen nutzbar zu machen.
Das Verständnis für die Natur zu stärken – diesem Ziel haben sich Weltweit Wissenschaftler, vom Altertum bis in die Gegenwart, verschrieben. Die Anzahl der Wissenschaftler die aktuell forschen ist größer als die Summe aller Wissenschaftler in den Jahrtausenden zuvor.


Große wissenschaftliche Leistungen alter Völker

Ein Beispiel für den Forscherdrang der Menschheit ist die Mathematik und Astronomie. Auch wenn die Theorien in diesem Gebiet zunächst eher einen mystischen Hintergrund hatten, so gelten die Ergebnisse teilweise bis heute. Exemplarisch sei hier die Lehre der Pythagoreer erwähnt. Die nach dem griechischen Philosophen Pythagoras (570 – 500 v. Chr.) genannte Vereinigung versuchte unter anderem mit Hilfe der Mathematik die von Gott geschaffene Welt zu erklären. Grundlegende Erkenntnisse im Bereich der Primzahlen und anderer Bereiche der Zahlentheorie waren das Ergebnis dieser Bemühungen. Heute sind Primzahlen elementare Grundlage im Bereich der Kryptographie. Der Satz des Pythagoras (a²+b²=c²) hingegen trägt zwar seinen Namen stammt jedoch nicht aus der Feder des berühmten griechischen Philosophen. Er war schon lange vor seiner Zeit bekannt: Die alten Babylonier sollen ihn schon über 1000 Jahre vor den Pythagoreern angewendet haben.
Auch die Pyramidenbauten des alten Ägypten zwischen 2700 und 1000 v.Chr. sind nicht nur Zeugnis einer ausgefeilten Baukunst und eines bewundernswerten Organisationstalentes, sondern auch Ausdruck fundierter naturwissenschaftlich-mathematischer Kenntnisse. Es existieren Theorien, wonach diese Pyramiden sogar einem himmlischen Bauplan gleichen. Wenn man sich die Positionen der Pyramiden betrachtet und dieser Landkarte eine Sternenkarte gegenüberstellt (in der man zuvor die Sternenkonstellationen der entsprechenden Bauepoche zurückgerechnet hat) so stellt man fest, dass die Anordnung gewisser Sterne im Sternbild Orion identisch ist mit der Anordnung der drei großen Pyramiden von Gise (Giza) (Orion-Theorie nach Robert Bauval (1994)). Auch wenn diese Theorie umstritten ist, so zeigt sich immer wieder wie gut die astronomischen Kenntnisse vieler alter Völker waren. Die schon oben erwähnten Pythagoreer waren der Auffassung, dass die Erde eine Kugel sei und dass sich das Weltall mit Hilfe der Zahlentheorie exakt beschreiben ließe (Theorie der Sphärenmusik). Das berühmte Weltkulturerbe Stonehange im Südwesten Englands ist ein weiteres Sinnbild ausgefeilter naturwissenschaftlicher Kenntnisse: Dieses zwischen 2000 bis 1500 v. Chr. erbaute Monument war, so die Theorie, in der Lage Sommer- und Wintersonnenwende und sogar Sonnen- und Mondfinsternisse vorherzusagen.
Dieser Ausflug in die Geschichte der Wissenschaft sollte eines deutlich machen: Schon früh kamen Menschen auf die Idee, dass natürliche Vorgänge bestimmten (mathematischen) Gesetzen gehorchen. Nichts erfolgt willkürlich sondern nach Plänen, welche man in Formeln versinnbildlichen kann.


Wissenschaft der Renaissance

Natürlich war die wissenschaftliche Forschung keine geradlinige Erfolgsgeschichte. Betrachtet man  die historische Entwicklungen, so gibt es immer wieder Rückschläge. Dies kann man leicht sehen, wenn man sich vor Augen führt, dass bereits die Pythagoreer dachten die Erde sei eine Kugel. Aber noch zur stark kirchlich geprägten Zeit des Kolumbus in Europa wurde geglaubt man falle von der Erdscheibe, wenn man nur weit genug auf das Meer hinausführe.
Eine Wende in diesem kirchlich geprägten Denken Europas brachten Untersuchungen der Gestirne die der biblischen Auffassung bezüglich der Erde und des Universums strikt entgegenliefen. Nikolaus Kopernikus (1473-1543) rückte die Erde aus dem Zentrum des Universums in eine unbedeutende Randposition – sie ist nur ein Planet von vielen der die Sonne umkreist. Johannes Kepler (1571-1630) trug seinen Teil dazu bei als er erkannte, dass alle Planeten nicht die göttlich perfekten Kreisbewegungen vollziehen sondern elliptische Umlaufbahnen um die Sonne beschreiben. Einen großen Anteil an dem Niedergang der kirchlichen Lehre als einzig wahre Wissenschaft trägt der italienische Mathematiker Galileo Galilei (1564-1642). Er entdeckte mit Hilfe eines Fernrohres, dass der Jupiter von anderen Planeten umkreist wird. Diese Jupitermonde waren Beweis dafür, dass nicht zwangsläufig alle Planeten die Erde umkreisen müssen, wie man ja dachte – die Erde ist nicht Zentrum des Universum womit die Theorie des Kopernikus gestärkt wurde. Neben den bedeutenden Entdeckung Galileis liegt seine weitere große Leistung in der Einführung der wissenschaftlichen Methodenlehre: Beobachtung, Aufstellung einer Theorie unter Verwendung mathematischer Formeln, bestätigen dieser Theorie anhand weiterer Experimente. Dieses Vorgehen klingt heute selbstverständlich, war es zu seiner kirchlich-dogmatisch geprägten Zeit aber keineswegs.
Das 16. Jahrhundert (Zeit der  Renaissance) war geprägt von einem Niedergang kirchlicher Autorität. Der Fortschritt im Bereich der Astronomie war ebenso Zeichen hierfür wie die wissenschaftlichen Aktivitäten auf dem Gebiet der Medizin. So führte der belgische Arzt Andreas Vesalius (1514-1564), ungeachtet der Kritik, Obduktionen an Leichen durch und gewann grundlegende anatomische Kenntnisse. Man kann wahrscheinlich nicht behaupten, dass die Naturwissenschaften zu einer Art neuen Religion geworden waren aber sie etablierten sich als eigenständige und von der Kirche weitestgehend unabhängige Denkrichtung.
Vor diesem Hintergrund muss man die wissenschaftliche Denkweise der zukünftigen Jahrhunderte betrachten – man schrieb der Wissenschaft eine gewisse Allmacht zu – alles und jedes ist berechenbar, man muss nur die Gesetze finden. Diese Denkweise erfuhr einen weiteren Auftrieb durch einen Mann der sicherlich mit Recht als der Begründer der klassischen Physik bezeichnen werden kann: Sir Isaac Newton (1643-1727).      


Newton begründet die klassische Physik

Wahrscheinlich ist jedem die berühmte Geschichte bekannt, wonach Newton eines Tages unter einen Apfelbaum gesessen habe und durch einen herunterfallenden Apfel am Kopf getroffen worden sein soll. Ob diese Geschichte wirklich stimmt sei dahingestellt, Fakt ist die Erkenntnis, die Newton 1687 in seinem Werk „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“ veröffentlichte: Die Schwerkrafttheorie. Plötzlich konnte man Planetenbewegungen relativ exakt berechnen und erklären. Dies war ein Meilenstein der Forschung, nachdem vorher schon die Mathematik in höhere Sphären aufgebrochen war: Newton und der deutsche Mathematiker Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) hatten die Infinitesimalrechnung begründet (leidgeprüften Schülern besser unter Integral- und Differentialrechnung bekannt). Damit war es nun möglich jede beliebige Fläche genau zu berechnen und mit Unendlichkeiten in der Mathematik besser umzugehen – viele mathematische Probleme konnten nun endlich einer Lösung zugeführt werden.
Die folgenden beiden Jahrhunderte waren von weiteren wissenschaftlichen Erfolgen geprägt: In der Physik wurde die Thermodynamik (wichtiges Teilgebiet der Wärmelehre) begründet, James Clerk Maxwell (1831-1879) erkennt die Äquivalenz zwischen Magnetismus und Elektrizität, Georg Simon Ohm (1787-1854) stellt wichtige Grundprinzipien des Stromflusses fest (Ohm'sches Gesetz bei Widerständen). Aber auch die Chemie machte Fortschritte: Auf Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) gehen eine Reihe wichtiger Erkenntnisse zurück, so prägte er den Elementebegriff, als Stoff, der nicht in weitere Bestandteile aufgesplittet werden kann. Er stellte den Grundsatz der Masseerhaltung bei chemischen Reaktionen auf (weder verschwindet Masse bei Reaktionen noch kommt Masse unbeteiligter Stoffe hinzu) und entdeckte die Bestandteile des Wassers: Wasserstoff und Sauerstoff. 1827 schafft es Friedrich Wöhler den organischen Harnstoff künstlich herzustellen und begründet so die organische Chemie. Die physikalische Chemie versucht Reaktionen mit physikalisch-mathematischen Gesetzen zu erklären. 1898 schaffen es Marie und Pierre Curie das radioaktive Radium zu isolieren,... Viele weitere Beispiele könnten hier aufgeführt werden vom medizinischen Fortschritt ganz zu schweigen, man denke nur an die Entdeckung der krankheitserregenden Keime durch Robert Koch (1843-1910) oder die bahnbrechenden Arbeiten von Louis Pasteur (1822-1895) wodurch es möglich wurde Impfstoffe gegen Krankheiten wie die Tollwut zu entwickeln.      
Warum erzähle ich dies überhaupt? Eigentlich nur um die nun folgenden Aussage zu verstehen:

Das Universum ist vollständig deterministisch. Ist uns der gesamte Zustand des Universums zu einem Zeitpunkt bekannt, so lassen sich mit Hilfe der naturwissenschaftlichen Gesetze alle zukünftigen Zustände des Universums vorhersagen.

Diese Einstellung vertrat der französische Mathematiker und Astronom Pierre Simon Marquis de LaPlace (1749-1827). Unter Determinismus (aus dem Lateinischen: determinare (begrenzen)) versteht man, dass aus einem Zustand x der Zustand y folgen muss, es kann nicht Zustand z folgen. Somit ist das System vollständig vorhersagbar. Wie diese Auffassung zustande kam können Sie sich jetzt sicherlich leicht aus dem oben Beschreibenen erschließen.


Das Ende eines Traumes

Die Krönung der wissenschaftlichen Arbeit im Bereich der Physik war für viele sicherlich die  spezielle (1905) und allgemeine (1915) Relativitätstheorie Albert Einsteins (1879-1955). Sie erlaubte tiefe mathematische Einblicke in Raum und Zeit – sie bot Platz für tiefgründige wissenschaftliche Arbeit aber auch für Sciencefiction-Autoren und Phantasten. Die Vorstellung, dass Zeit und Raum nicht absolut sind, sondern „eine rein private Angelegenheit“ wie Albert Einstein einmal sagte, faszinierte Experten wie Laien gleichermaßen und ließ die einfache Energiegleichung E=mc² (Energie gleich Masse mal Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat) zu Weltruhm gelangen.       
Es machte den Anschein, dass die Menschheit einem Traum sehr nahe war: der Berechenbarkeit von allem und jedem. Ein uralter Menschheitstraum schien wahr zu werden, denn mit dieser „Weltformel“ wäre man auch Herrscher über die Natur und könnte nach Belieben schalten und walten.
Doch seit der Entdeckung der Relativität sind jetzt schon fast 100 Jahre vergangen und wir haben diese alles umfassende Formel immer noch nicht in den Händen. Es war sogar so, dass Einstein bis zu seinem letzen Lebenstag an diesem Ziel forschte, jedoch leider ohne Erfolg. Was war passiert? Warum können wir die Entwicklung des Alls bis heute nicht vorhersagen? Die Antwort hierauf ist leicht in ein einziges Wort zu packen, die Tragweite dieses Wortes ist jedoch gewaltig: QUANTENTHEORIE.
Die Quantentheorie und die hieraus resultierende Quantenphysik machte dem Determinismus einen gewaltigen Strich durch die Rechnung – ein Menschheitstraum scheint ausgeträumt. Aber die Quantenphysik lässt neue Träume erwachen und möglicherweise Dinge wahr werden, an die wir zuvor nicht einmal zu Träumen gewagt hätten. Lassen Sie mich Ihnen diese geheimnisvolle Welt der Quantenphysik näher bringen und Ihnen zeigen was sich hinter den Kulissen verbirgt – sie werden sehen: die Zukunft ist spannend auch, oder gerade weil wir sie nicht 100prozentig vorhersagen können. Aber ich warne Sie, der Physiker Niels Bohr sagte einmal:
„Wer über die Quantentheorie nicht entsetzt ist, der hat sie nicht verstanden.“
Sie werden bald sehen warum Bohr zu dieser Feststellung kam.


Zusammenfassung

Bereits vor Christi Geburt beschäftigten sich alte Völker mit wissenschaftlichen Theorie und entdeckten Grundlagen, die teilweise bis heute Gültigkeit haben (z.B. den Satz des Pythagoras). Im 15. und 16. Jahrhundert wurde im mittelalterlichen Europa der Glaube an die Allmacht der Kirche abgelegt und fundierte wissenschaftliche Erkenntnisse begannen, das neue Weltbild zu bestimmen. Maßgeblich dazu beigetragen haben die Wissenschaftler Nikolaus Kopernikus, der die Welt aus dem Zentrum des Universums in eine unbedeutende Randposition hob, Galileo Galilei, der mit seinen Erkenntnissen die Theorie des Kopernikus stützte und die wissenschaftliche Methodenlehre einführte und Johannes Kepler, der erkannte, dass die Planeten keine Kreise sondern elliptische Umlaufbahnen um die Sonne beschreiben. Isaac Newton und  Gottfried Wilhelm Leibniz revolutionierten mit ihrer Infinitesimalrechnung die Mathematik. Dies mündete in die Gravitationstheorie, welche zusammen mit bahnbrechenden, wissenschaftlichen Erkenntnissen anderer Fachgebiete zu einer Stärkung des Glaubens in die Allmacht der Wissenschaft führte. Der Determinismus ist Ausdruck dieses Glaubens. Erst einige hundert Jahre später sollte durch die Entdeckung der Quantentheorie diese Euphorie gedämpft werden.