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Was ist Zufall. Die Rolle des Zufalls in der Naturwissenschaft



Der Begriff Zufall wird in der Wissenschaft unterschiedlich verwendet. Meistens beschreibt er das Fehlen von Wissen bezüglich Sachverhalten. Wer beispielsweise nicht weiss, dass seine Armbanduhr mit einer Batterie läuft, für den geschieht das Stehenbleiben der Uhr aufgrund leerer Batterie unerwartet und daher zufällig.
Dieses Beispiel lässt sich auf die gesamte Technik, und sogar auf die gesamte Lebenswelt übertragen: Wann kommt der Briefträger heute? Wahrscheinlich irgendwann zwischen 13:00 und 14:00, weil es bisher immer so war. Für den Briefempfänger ist das Ercheinen des Briefträgers ein zufälliges Ereignis, das sehr wahrscheinlich zwischen 13:00 und 14:00 stattfinden wird.
Fragten wir um 12:00 den Briefträger, dann könnte er das Zeitfenster wahrscheinlich eingrenzen, z.B. zwischen 13:15 und 13:30.
Fragten wir ihn um 13:20, dann würde er z.B. zwischen 13:25 und 13:30 angeben.
Hätten wir um 13:20 alle Informationen über den Verkehr innerhalb des Zustellgebietes, über den technischen Zustand des Fahrzeuges des Briefträgers, alle Informationen über die Empfänger derjenigen Briefe, die er davor zustellen wird, alle Pläne und Absichten aller direkt und indirekt beteiligter Personen, usw.  zur Hand, dann könnten wir das Zeitfenster sehr viel kleiner angeben, z.B.
zwischen 13:26 und 13:27, denn je mehr wir wissen, desto weniger unvorhergesehene Ereignisse sind zu erwarten.
Dieses Beispiel zeigt, dass die Rolle des Zufalls durch den Erwerb von zusätzlichem Wissen grundsätzlich verringert werden kann.

Für weitaus komplexere Strukturen wie z.B. der Bundesbahn gilt dasselbe: In diesem System gibt es Stellen, die Wahrscheinlichkeitsaussagen machen können, wann ein bestimmter Zug wo eintreffen wird. Theoretisch liesse sich das zu jeder Zeit sehr genau angeben, wenn man nur möglichst viele relevanten Informationen zur Hand hätte.

Ähnliche Sachverhalte findet man auch in allen Bereichen der Technik vor. Als Endverbraucher besonders intensiv erlebt man dabei das Versagen von Technik. Da der Endverbraucher selten bis nie Einblick in die von Ihm verwendete Technik hat, wird ihn das Versagen derselben fast immer unerwartet, und daher zufüällig treffen.
Das Bestreben, ausfallsichere Technik auf den Markt zu bringen, ist stark unterschiedlich ausgeprägt, und hängt unter Anderem von Branche und potentiellen Gefahren ab, die mit einem Ausfall einher gehen. Je mehr Aufwand in die Entwicklung eines bestimmten Produktes gesteckt worden ist, und je ausgereifter das Produkt ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass es ausfallen wird. Fällt es dennoch zu oft aus (was für den Endverbraucher ja zufällig geschieht), dann wird der Hersteller nach der Ursache forschen, und diese im Normalfall auch herausfinden.
Der Hersteller, der die Ursache nun kennt, wird die bisherigen Ausfälle von nun an als systematische Ausfälle betrachten, die retrospektiv in gewissen Grenzen vorhersehbar waren. Nachdem er die Ursache abgestellt hat, wird das Produkt seltener ausfallen.
Dieser Prozess des Abstellens von Fehlern wird irgendwann die Möglichkeiten und Fähigkeiten des Herstellers übersteigen, und zwar sowohl in technischer, als auch in finanzieller Hinsicht, denn irgendwann fällt das Produkt so selten aus, dass mit den zur Verfügung stehenden Mitteln keine wirksame Ursachenforschung mehr betrieben werden kann.

Besonders das letzte Beispiel, aber auch die vorigen Beispiele zeigen, dass die Rolle des Zufalls von technologischen oder finanziellen Gegebenheiten abhängt, es sich jedenfalls um nichts Grundlegendes zu handeln scheint, wie beispielsweise die Lichtgeschwindigkeit, die prinzipiell nicht überschritten werden kann. Hätte man nur genügend Informationen zur Hand, dann könnte man theoretisch beliebig sichere Vorhersagen machen, und die Rolle des Zufalls theoretisch beliebig verkleinern.

Die Frage liegt nahe, ob "objektiver" Zufall, also Zufall, dem man grundsätzlich nicht beikommen kann, existiert.
Gibt es also eine Grenze, die selbst mit noch so feinen technischen Mitteln grundsätzlich nicht überschritten werden kann?
Ist Zufall, und damit die grundsätzliche Nichtvorhersagbarkeit, integraler Bestandteil der Natur?

Die Grenze zum Zufall lässt sich mit technologischen Mitteln schon lange bis in mikroskopisch kleine Dimensionen verschieben, das heisst, wenn es Mechanismen gibt, die objektiv zufällig sind, dann muss man sie in sehr kleinen physikalischen Dimensionen suchen.

Die Vermutung, dass es objektiven Zufall tatsächlich gibt, besteht spätestens seit Etablierung der Quantenmechanik, die ja durch und durch "nur" mit Wahrscheinlichkeiten operiert. 
Andererseits war die Quantenmechanik, gerade wegen ihrer durchgehend wahrscheinlichkeitstheoretischen Natur, lange Zeit damit konfrontiert, keine endgültige Theorie zu sein: Diese Theorie sei nur deshalb wahrscheinlichkeitstheoretischer Natur, weil man die "wahren", sich dahinter verbergenden Mechanismen noch nicht gefunden hat. Obendrein seien
diese Wahrscheinlichkeiten zudem noch "von vorne herein" in die Theorie "hineingebastelt" worden (Schrödingers Katze zeigt das sehr anschaulich). Die Quantenmechanik sei demnach nichts weiter als eine Beschreibung der mikroskopischen Sachverhalte mit den zur Verfügung stehenden (unzulänglichen) Mitteln ihrer Zeit.
Diese Ansicht kann man als Chauvenismus bezeichnen, denn dahinter steckt der Wunsch, alles für beherrschbar zu halten.

Die Frage nach objektivem Zufall hat mit der Formulierung der so genannten Bellschen Ungleichung 1964 richtig an Fahrt aufgenommen.
Um es kurz und einfach zu fassen: Mit Hilfe dieser Ungleichung werden wir endgültig gezwungen, mindestens einen der folgenden beiden Sachverhalte als real existent anzuerkennen:

1. Es gibt objektiven Zufall
2. Es gibt "spukhafte Fernwirkungen"
Punkt 1 wird in der Physik von den Meisten akzeptiert. Die Anerkennung dieses Punktes strapaziert das menschliche Vorstellungsvermögen nebenbei kaum: Man muss lediglich anerkennen, dass in der Natur keine grundsätzliche lenkende Instanz existiert. (Die Natur schert sich sowieso nicht um das menschliche Vorstellungsvermögen).

Punkt 2, heute Quantenteleportation genannt, strapaziert das
menschliche Vorstellungsvermögen dagegen sehr stark, wird in der Physik aber nur wenig diskutiert, denn die experimentelle Ergebnislage zeigt seit langem, dass solche spukhaften Fernwirkungen ein "quantenmechanischer Standardfall" (also nichts besonderes) sind.
Seit Ende des Anfang des 20. Jahrhunderts gilt Anton Zeilinger von der Universität Wien als führend in der gezielten Herbeiführung von Quantenteleportationen.

Die weiter oben formulierte Aussage, dass man von beiden wenigstens eines anerkennen müsse (und das jeweils Andere ggfs. ablehnen könne), gilt nur, wenn man lediglich die Bellsche Ungleichung kannte.
Stand 2018 spricht alles dafür, und nichts dagegen, dass die Quantenmechanik sowohl nicht-realistisch, als auch nicht-lokal ist, es demnach sowohl objektiven Zufall als auch "spukhafte Fernwirkungen" tatsächlich gibt.


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