Atome, Äpfel und Schrödingers Katze

Der Physiknobelpreis  2025 zeigt, dass sich die Quantenphysik den gewöhnlichen Dingen nähert 

Im Film «Männer, die auf Ziegen starren» baut die US-Armee eine Spezialtruppe von «Jedi-Kriegern» auf, die kraft entsprechender psychokinetischer Energie unsichtbar werden, Tiere durch blosses Anstarren töten und buchstäblich durch Wände springen können. Das ist natürlich satirische Fiktion. Unmöglich, sagt der gesunde Menschenverstand. Aber theoretische Physiker kehren oft dem gesunden Menschenverstand den Rücken - und machen dabei das Unmögliche möglich. Dafür werden Nobelpreise verliehen, zumal jener des Jahres 2025: für die «Entdeckung des makroskopischen Quantentunneleffekts». Dieser Effekt besagt: Es ist physikalisch denkbar, dass Jedi-Krieger durch die Wand springen. Was bedeutet das genau?

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Zunächst einmal, dass wir unser alltägliches Konzept eines Dings fundamental überdenken müssen. Ein Ding, so wie wir es kennen, besitzt feste und klar bestimmbare physikalische Eigenschaften. Denken wir etwa an einen Apfel auf einem Tisch. Der Apfel hat einen be-stimmten Ort (auf dem Tisch) und einen bestimmten Impuls (null, da er ruht). Ersetzen wir den Apfel nun durch ein Atom, verändert sich dieses vertraute Bild grundlegend. Auf der Quantenebene können Teilchen wie Atome nicht gleichzeitig in Ruhe sein und einen genau bestimmten Ort haben. Stattdessen beschreibt man sie mithilfe einer sogenannten Zustandsfunktion, die lediglich die Wahrscheinlichkeit ihres Aufenthaltsortes angibt. Wäre der Apfel ein Quantenobjekt, könnten wir also nicht sagen: «Er befindet sich an dieser bestimmten Stelle auf dem Tisch», sondern nur: «Mit hoher Wahrscheinlichkeit liegt er dort, aber mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auch unter dem Tisch». Das klingt im Alltagsverständnis irrwitzig, ist jedoch in der Quantenwelt völlig normal.

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Dazu gehört das Phänomen, dass Atome Grenzen überschreiten können, die in der klassischen Physik als unüberwindbar gelten. Der Vorgang ist als Tunneleffekt bekannt. Man kann ihn erneut mit dem Apfel auf dem Tisch veranschaulichen: Die Tischplatte stellt für den Apfel eine Energiebarriere dar. Er besitzt nicht genügend Energie, um sie wie ein Geschoss zu durchschlagen. Wäre der Apfel ein Quantenobjekt, bestünde jedoch eine nicht verschwindende Wahrscheinlichkeit, dass ihm dies gelingt. Anders ausgedrückt: Würden wir den Quantenapfel beliebig oft auf die Tischplatte setzen, stellten wir gelegentlich fest: Er ist verschwunden und auf wundersame Weise unter der Tischplatte wieder aufgetaucht. Er hat die Tischplatte «getunnelt».

Die klassischen Optik kennt auch eine Art von Tunneleffekt. Trifft Licht unter einem be-stimmten Winkel auf eine Glasplatte, wird der Strahl totalreflektiert. Und doch breitet sich hinter der Platte ein schwaches, exponenziell abklingendes elektromagnetisches Feld aus, eine sogenannte evaneszente Welle. Das Licht «tunnelt» also das Glas. 

Und hier stossen wir auf den  Unterschied zwischen klassischen Dingen und Quantenobjekten. Letztere können sich wie Wellen verhalten. Deshalb erstaunt es nicht, wenn man bei Teilchen auch «Evaneszenz» beobachtet – eben das Tunneln. Die Zustandsfunktion erlaubt es, ein Teilchen wie eine Welle oder eine Welle wie ein Teilchen zu beschreiben – je nach Umständen. Die Theorie legt also nicht fest, was ein Quantenobjekt ist. Das widerspricht natürlich unserer alltäglichen Intuition: Ein Apfel ist ein Apfel ist ein Apfel, keine Welle. 

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Diese Trivialität erweist sich als ein grosses Problem für die Quantenphysik. Sie beansprucht ja, die fundamentale Theorie der Materie zu sein - dann muss sie vom Apfel bis zum Atom alles unter einen theoretischen Hut bringen. Sie bekommt es also mit der Frage zu tun, wie die Mikrowelt mit der Makrowelt zusammenhängt. 

Lange Zeit stand die Diskussion unter dem Quasi-Diktat der Kopenhagener-Interpretation. Sie postulierte eine epistemologische Trennung zwischen Quantenwelt und klassischer Dingwelt, das heisst, sie verlangte zwei komplementäre Beschreibungsweisen für die jeweiligen Phänomene – eine klassische für den Apfel, eine quantentheoretische für das Atom. Aber besteht denn der Apfel nicht aus Atomen? Gewiss, jedoch «verrauschen» die Eigenheiten der Atome auf der Ebene von Äpfeln, sprich: sie sind am Apfel nicht beobachtbar. So dachte man jedenfalls – bis Mitte der 1980er Jahre eine Forschungsgruppe an der University of California  Berkeley beschloss, diese Annahme auf die Probe zu stellen: John Clarke, Michel Devoret und John Martinis. Sie zeigten – um im Bild zu bleiben – , dass im Prinzip auch beim Apfel Quanteneffekte beobachtbar sind. 

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Natürlich experimentierten sie nicht mit Äpfeln (was – nebenbei bemerkt - die Forschungskosten dramatisch senken würde), sondern mit supraleitenden Schaltkreisen. Supraleitung ist eine kollektive Verhaltensweise von Elektronen. Gewöhnlich fliessen sie «chaotisch» durch einen Leiter. Sie kollidieren mit Atomen und stossen sich – weil negativ geladen - ab. Bei Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt manifestieren sie ein völlig anderes Verhalten. Sie bewegen sich in Paaren, und diese Paare stossen sich nicht mehr ab. Sie verhalten sich quantenphysikalisch, das heisst, sie überlagern sich zu einem kollektiven Zustand - zu einem Strom, der sich widerstandsfrei im Leiter bewegt. Und er manifestiert das typische Quantenphänomen: Wenn man zum Beispiel zwei Supraleiter durch einen dünnen Isolator trennt, beobachtet man, dass der Strom den Isolator tunnelt. Dieser Effekt wird heute bei bestimmten Quantencomputern verwendet. 

Er ist nicht nur technologisch, sondern auch philosophisch von Bedeutung. Clarke, Devoret und Martinis verschoben mit ihren Versuchen  die Grenze zwischen Quantenwelt und klassischer Welt in Richtung der letzteren. Kurz gesagt, zeigten sie, dass die Quantenmechanik nicht auf die mikroskopische Welt beschränkt ist. Sie  schufen ein System von makroskopischem Ausmass, das seine Quantennatur beibehält. Zwar sind Äpfel zu «klassisch», um solches Verhalten zu manifestieren, aber der supraleitende Chip, mit dem die Physiker experimentierten, besteht aus Milliarden von Elektronenpaaren, liegt also von seiner Dimension her gesehen zwischen Atomen und Äpfeln. 

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Das eröffnet einen faszinierenden spekulativen Horizont. Sind Lebewesen auch Quantenobjekte? «Alles, was lebendige Dinge tun, kann verstanden werden aus dem Zittern und Zappeln der Atome», schreibt Richard Feynman in seinen Vorlesungen. Es gibt in der Diskussion um die Quantentheorie ein sehr berühmtes Tier, nämlich Erwin Schrödingers Katze – allerdings nur in einem Gedankenexperiment. Schrödinger wollte mit ihm die Absurdität aufzeigen, die Quantentheorie auf Makroobjekte, also auch auf Katzen anzuwenden. Aber so absurd ist das gar nicht. Zumindest nicht im Prinzip. Katzen sind biologische Makroobjekte, und wenn Quanteneffekte sich auf Makroebene manifestieren können, dann auch bei ihnen. Katzen sind freilich «warme», «feuchte» und «rauschende» Systeme. Sie auf nahezu Null Grad Kelvin abzukühlen und sie von der Umwelt völlig zu isolieren, dürfte ihnen eher nicht bekommen.

Das hält die Biologen keineswegs davon ab, Lebensphänomene durch die Quantenbrille zu betrachten. Und sie entdecken zunehmend Phänomene, in denen sie Quanteneffekte vermuten. Zum Beispiel in der Orientierung von Vögeln im Magnetfeld der Erde. In enzymatischen Reaktionen. In der Energieübertragung bei der Photosynthese. Zugegeben, das sind Prozesse im  biomolekularen Bereich, also immer noch in relativ kleinen Dimensionen, und wir sind nach wie vor weit von Schrödingers Katze entfernt. Aber die Quantenphysik ist nicht eine Theorie des Kleinen, sondern des Möglichen. Sie hat vor hundert Jahren im Bereich der Atome begonnen - nun ist sie auf dem Weg  zu den gewöhnlichen Dingen. Und dazu gehören auch Lebewesen. Seien wir also gefasst auf grosse, sehr grosse Überraschungen. 

 

NZZ,8.12.25

Schreiben im Zeitalter der Postoriginalität

Der Philosoph und Literaturwissenschaftler Roland Barthes publizierte 1968 seinen be-rühmten Essay «Tod des Autors». Darin beschreibt er den Autor nicht als eigenständiges schreibendes Subjekt, sondern als ausführendes Modul des linguistischen Apparats namens Sprache: eine Maske, die Identität vorgaukelt: «Der moderne Schreiber (wird) im selben Moment wie sein Text geboren. Er hat überhaupt keine Existenz, die seinem Schreiben voranginge oder es überstiege; er ist in keiner Hinsicht das Subjekt, dessen Prädikat sein Buch wäre». Deshalb wollte Barthes den Autor durch den subjektlosen «Schreiber» - den «Skriptor» - ersetzt sehen. 

Barthes erkannte im Schreiber eigentlich avant la lettre die Arbeitsweise des Textgenerators GPT. Dieser schöpft eklektisch aus einem gigantischen Reservoir von Wörtern, verwandelt sie in mathematisch behandelbare Objekte – Tokens - und rechnet mit ihnen. Bisher war der Textgenerator eine Voraussagemaschine von solchen Tokens: Nun lernt er, «verständig» auf bestimmte Anfragen oder Instruktionen – auf Prompts - zu reagieren. Eine neue Kompetenz gewinnt an Bedeutung: das Prompt-Engineering, die kreative Form des Befehlens.

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Wahrscheinlich wird der Textgenerator bald schon einen neuen Standard des Schreibens definieren, der die Benutzung der Maschine nicht mehr als blosse Trickserei abqualifiziert. Für den Schriftsteller Clemens Setz lassen sich deshalb Schreiben und Prompten tendenziell nicht mehr unterscheiden.  Er lobt eine «neue Aufrichtigkeit», die nicht so tut, als wäre der Mensch allein Autor der Texte. Vielmehr repräsentiere das Prompten eine neue Kulturtechnik, in der Mensch und KI-Assistent eine Symbiose eingehen. «Zukünftige Generationen könnten sich kopfschüttelnd wundern, wie die frühere Menschheit überhaupt je irgendetwas Authentisches und Aufrichtiges auszudrücken imstande war, wenn sie doch gerade in der Situation der Schrifterzeugung immer so mutterseelenallein war, von niemandem betreut als vom eigenen Gehirn». 

Setz sieht einen «tertiären Analphabetismus» aufkommen. Der tertiäre Analphabet «lernt fast ausschliesslich eine Sache (..): das Wünschen». Seine Kompetenz ist das «übergenaue (..) erwachsene Selbstkenntnis erfordernde Formulieren dessen, was man gerne haben möchte». Der tertäre Analphabet kann, «wenn die Wunscherfüllung geliefert wird, nicht mehr persönlich nachprüfen, ob der Wunsch korrekt verstanden wurde, das kann dann nur das Leben selbst entscheiden». Das Leben selbst: das ist der akzeptierte Zeitungsartikel, die bestandene Prüfung, das erfolgreiche Bewerbungsschreiben. Man muss nicht mehr verstehen, wie sie zustandegekommen sind - Hauptsache, man reüssiert. 

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Nun klingt das alles ziemlich überzogen - mindestens aus drei Gründen. Erstens ist der schreibende Mensch nie «mutterseelenallein» mit seinem Gehirn. Tatsächlich erweist sich auch das Schreiben mit der Feder bereits als ein symbiotischer Akt von Mensch und Werkzeug. Es gibt keinen Schreiber, der frei von Technik wäre. All die Werkzeuge und Geräte, mit denen sich der Mensch umgibt – dazu gehört nota bene auch das Buch - , sind ja sozusagen Extensionen seines Gehirns, in dem Sinne, dass das Gehirn seine hochflexible Struktur dem jeweiligen Gerätegebrauch anpasst. 

Zweitens hat die «tertiäre Analphabetisierung» etwas Paradoxes. Prompten ist das «über-genaue (..) erwachsene Selbstkenntnis erfordernde Formulieren dessen, was man gerne haben möchte». Aber ist Formulieren denn nicht Eingeben in geschriebener Form, selbst wenn dieses Eingeben schliesslich auch vokalisiert erfolgen kann? Zum Schreiben gehört insbesondere auch das Lesen – es handelt sich um komplementäre Seiten ein und derselben Kompetenz. Mit der einen verkümmert die andere. Und damit auch das Promptenkönnen. Droht dem vom KI-Assistenten begleiteten tertiären Analphabeten nicht das Schicksal des Chatbot-Junkies? 

2022 liess OpenAI ChatGPT auf den Technikkonsumenten los, und binnen dreier Jahre hat sich dieses Ding zu einem kulturellen Game Changer entwickelt. So stark, dass die Pädagogen und Psychologen immer erfolgloser gegen das Schummeln vorzugehen suchen. Für Setz eine hoffnungslose Massnahme. Denn Schummeln sei die neue Aufrichtigkeit. «Absolut jede Art von Lernen ist (..) tendenziell ‘Cheating’, oder, anders formuliert, geschieht in Gesellschaft des KI-Assistenten». 

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Hier stellt sich aber drittens die Frage, was diese Gesellschaft bedeutet. Könnte der Schreibassistent dem Schreiben, statt es zu ersetzen, nicht vielleicht eine neue, zeitadaptierte Bedeutung verleihen? Paläoanthropologie, Evolutionsbiologie, Neurologie und Kognitionspsychologie weisen uns längst schon auf das Zusammenwirken von Hand und Hirn hin. Und aus diesem Zusammenwirken hat sich so etwas wie ein «Schreibhirn» entwickelt. Eine  neuronale Struktur, die der Schreibaktivität entspricht. Man spricht von einer «breit gestreuten Hirnkonnektivität» durch Schreiben.  

Inwieweit diese Struktur sich durch die neue Kulturtechnik des Promptens verändert, bleibt abzuwarten. Aber man sollte sich nicht vom einfältigen Narrativ leiten lassen, dass Neues Altes ersetzt. Schon Platon warnte davor, dass die Schrift das Gespräch verdränge und da-mit das Medium echten Verstehens verkümmern lasse. Das ist nicht geschehen. Vielmehr hat sich zwischen Reden und Schreiben ein dynamisches kulturelles Zusammenspiel von Ausdrucksmöglichkeiten gebildet. Gewiss, das Gleichgewicht dieses Zusammenspiels sieht sich heute durch die digitalen Medien herausgefordert. Und die Diagnosen, die eine Abschwächung der Lese- und Schreibfähigkeiten heranwachsender Generationen prognostizieren, sind ernst zu nehmen. 

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Aus einer zuversichtlichen Perspektive betrachtet kann man im «Schreiber» von Barthes wie im «tertiären Analphabeten» von Setz Figuren sehen, die uns gerade zum Wiedererlernen des Schreibens im Duett mit dem Textgenerator auffordern, zur Reanimation alter Fähigkeiten: Upskilling. Man lässt den KI-Assistenten schreiben und pflegt im Austausch mit ihm zugleich das eigene Schreiben. So wie der Algorithmus meine «Idiosynkrasien» lernt, lerne ich seine Tricks. Symbiose von Mensch und GPT bedeutet so gesehen die Geburt eines neuartigen «Schreibsubjekts». 

Nun hat das Upskilling nur dann eine Bedeutung, wenn die Skills bereits existieren. Und das ist keineswegs mehr selbstverständlich. Wenn der Textgenerator zum Leitmedium wird, dann zeichnet sich der Prozess der tertiären Analphabetiserung in den künftigen Generationen durchaus als reale Möglichkeit ab – ein Prozess von eminent anthropologischer Bedeutung. Viel intimer als bisher arbeiten Mensch und Maschine zusammen - die Maschine wird ein Teil des Ich, oder das Ich ein Teil der Maschine. 

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In KI-Kreisen kennt man das «Gesetz» von Roy Amara: Wir überschätzen kurzfristig die Wirkung einer Technologie, und wir unterschätzen sie langfristig. Wir kennen die langfristigen Folgen einer breiten KI-Akzeptanz nicht. Schon jetzt sollten uns allerdings die kognitiven Kosten der Symbiose beschäftigen. Die Tendenz ist nicht unwahrscheinlich, dass sich der Mensch immer mehr der Maschine anpasst - dass er den Stil seines Assistenten an-nimmt und dessen Überredungskunst erliegt. Die Lernplattform Fobizz bewertet zum Beispiel automatisch Schülerarbeiten. Eine Analyse des Tools zeigt, dass es jene Texte als beste beurteilt, die mit ChatGPT geschrieben wurden.  Wie es scheint, bilden die smarten Maschinen eine neue Klasse von Autoren, die sich untereinander am optimalsten verstehen. Es kümmert sie ja auch nicht, was sie schreiben. «I’m not afraid of throwing grammar around me», soll die schlagfertige amerikanische Schauspielerin Mae West einmal gesagt haben. Das ist der neue Standard. 

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