Wir leben in einer Welt, wo die Zukunft noch nicht geschrieben steht. Wo wir frei entscheiden können was wir tun, was wir wollen und uns noch alle Türen offen stehen. Das ist jedenfalls das weitläufig verbreitete Weltbild, an dem wir uns festhalten; gibt es uns doch ein Gefühl von Freiheit und Selbstbestimmung.
Doch sind wir wirklich so frei in dem was wir tun, was wir wollen und wie wir denken? Oder geben wir uns da einer Illusion hin und folgen dennoch nur einem vorbestimmten Pfad im Leben? So abwegig und erschreckend das vielleicht klingen mag, es gibt durchaus plausible Anhaltspunkte dafür. Werfen wir doch mal einen Blick darauf was Zufall wirklich ist
Ist das, was wir als „Zufall“ wahrnehmen, wirklich ein fundamentales Element der Realität, oder handelt es sich lediglich um eine Illusion, die aus unserem begrenzten Wissen über komplexe Systeme entsteht? Denken wir, unsere Entscheidung war frei nur weil wir darüber nachgedacht haben, bevor wir sie trafen? Oder ist es nicht viel mehr die Summe unserer Erfahrungen die uns zu unserer Entscheidung geleitet hat?
Diese Frage ist so alt wie die Naturwissenschaften selbst und berührt nicht nur Physik und Philosophie, sondern auch unser Selbstbild als denkende und entscheidende Wesen.
1. Der intuitive Zufallsbegriff und seine Grenzen
Im Alltag sprechen wir von Zufall, wenn Ereignisse ohne erkennbare Ursache oder Vorhersagbarkeit auftreten. Beispiele:
- Der Wurf eines Würfels
- Der Ausgang einer Lotterie
- Das Wetter in zwei Wochen
Doch bei näherer Betrachtung zeigt sich: diese Prozesse sind lediglich komplex, nicht unbestimmt. Beim Würfeln spielen viele Variablen eine Rolle: Handbewegung, Winkel, Reibung, Luftwiderstand, Masseverteilung usw.. Bei der Lotterie ist es die Position, Bewegung und Reibung der Kugeln in der Trommel, welche den Ausgang bestimmen. Und auch das Wetter wird mit immer komplexerer Erfassung verschiedenster Messwerte immer exakter vorhersagbar. Wenn man alle Anfangsbedingungen exakt kennt, ließe sich das Ergebnis mit klassischer Physik genau berechnen. Die scheinbare Zufälligkeit entsteht also durch epistemische Unkenntnis, nicht durch ontologische Unbestimmtheit.
Oder nehmen wir ein anderes Beispiel: Das Generieren von Zufallszahlen im Computer. Jedem Programmierer ist vollkommen klar, echte Zufallszahlen gibt es nicht. Zufällige Zahlen werden in der eiskalt logisch denkenden Maschine nach einem mathematischen Algorithmus generiert. Zwar scheinen diese Zahlen zufällig, doch starten wir diese Routine, so wirft sie beim ersten Durchlauf immer exakt die gleiche Zahl raus, ebenso wie beim zweiten Durchlauf, beim dritten, usw…
Um jetzt zufälligere Zufallszahlen zu erhalten, greifen Programmierer auf einen Trick zurück, sie starten die Funktion nicht bei Null, sondern nehmen als Startwert die Systemzeit in Millisekunden. Und da die Funktion nahezu nie zur exakt selben Uhrzeit aufgerufen wird, erzeugt sie nun weitaus zufälligere Zufallszahlen. Allerdings hat auch das seine Grenzen, denn auch die Systemzeit ist nur eine weitere Variable, die wir in die Gleichung mit einbringen. Ist diese bekannt, dann sind die generierten Zufallszahlen wieder alles andere als zufällig, sondern tatsächlich exakt vorherbestimmbar.
2. Der Zufall in der Quantenmechanik
Die Quantenmechanik scheint dem klassischen Determinismus zu widersprechen. Das Standardbeispiel: der radioaktive Zerfall eines einzelnen Atoms. Wann das Atom zerfällt, lässt sich nicht vorhersagen. Trotzdem ist die Halbwertszeit einer großen Menge Atome präzise bestimmbar.
Diese scheinbar widersprüchliche Beobachtung begründet man so: Beim Würfeln ist es absolut unvorhersehbar ob wir eine 6 würfeln, wenn wir nicht alle Umgebungsbedingungen exakt kennen. Wir haben hier zumindest einen deterministischen Zufall, dessen Ausgang für uns nicht exakt vorhersehbar ist. Doch wenn wir tausend Mal würfeln, dann haben wir bei 1/6 aller Würfe eine 6 gewürfelt. Umso häufiger wir nun würfeln, umso exakter kommen wir auch an die 1/6 heran. Das nennt man auch das Gesetz der großen Zahlen.
Das führt zur Annahme, dass es sich beim Zerfallszeitpunkt um einen fundamentalen, also echten Zufallsprozess handelt, während die Halbwertzeit des radioaktiven Zerfalls einer statistischen Wahrscheinlichkeit entspricht. Doch das ist eine Interpretation der Quantenmechanik, keine zwingende Tatsache.
Albert Einstein zweifelte diesen Standpunkt an mit den Worten: „Gott würfelt nicht.“ Seine Position: Es müssen versteckte Variablen existieren, die das Verhalten im Hintergrund steuern, aber für uns nicht zugänglich sind. Mit den so genannten Bell-Experimenten wurde getestet ob es solche versteckte Variablen gibt.
3. Bell-Ungleichung und ihre Interpretation
John Bell formulierte in den 1960er Jahren eine Ungleichung, die klassische Theorien mit lokalen versteckten Variablen von quantenmechanischen Vorhersagen unterscheidbar machen sollte. Seither wurden zahlreiche Experimente durchgeführt, die zeigten: Die Bell-Ungleichung wird verletzt.
Bell zeigte theoretisch:
Wenn Teilchen eine verborgene „Anleitung“ bei ihrer Entstehung mitbekommen (lokale verborgene Variablen), dann dürfen ihre Messresultate in bestimmten Situationen niemals stärker korreliert sein, als durch die sogenannte Bell-Ungleichung erlaubt.
→ Werden diese Ungleichungen verletzt, bedeutet das:
Keine Theorie mit lokalen versteckten Variablen kann die Natur vollständig beschreiben.
Typischer Versuchsaufbau
1. Erzeugung von verschränkten Teilchenpaaren
Ein System erzeugt z. B. zwei verschränkte Photonen oder Elektronen, die in entgegengesetzte Richtungen fliegen.
2. Messung an zwei Stationen (A und B)
An zwei voneinander entfernten Detektoren wird jeweils der Spin oder die Polarisation eines Teilchens gemessen.
Wichtig: Die Messrichtungen (z. B. Winkel) werden zufällig und unabhängig voneinander gewählt.
3. Vergleich der Messergebnisse
Man vergleicht die Korrelation der Ergebnisse bei verschiedenen Winkelpaaren.
→ Wenn diese Korrelationen Bell’sche Ungleichungen verletzen, ist klar:
Die Messergebnisse können nicht durch klassische, lokale verborgene Variablen erklärt werden.
Beispiele für solche Experimente:
- Aspect-Experiment (1981)
- Ort: Institut d’Optique, Paris
- Leitung: Alain Aspect
- Zeigte erstmals experimentelle Verletzung der Bell-Ungleichung unter „halbwegs“ realistischen Bedingungen.
- Kritik: Die Wahl der Messrichtung war zwar schnell, aber noch nicht vollständig kausal getrennt.
- Hensen et al. (2015, Delft)
- „Space-like separated“ Messungen.
- Die Entscheidung über die Messrichtung erfolgte durch Zufallsgeneratoren, während die Teilchen unterwegs waren.
- Damit war ausgeschlossen, dass die Teilchen sich „absprechen“ konnten.
- Cosmic Bell Test (2018)
- Erstes „loophole-free“ Bell-Experiment:
- Alle bekannten Schlupflöcher (Detektoreffizienz, Signalaustausch, Statistikfehler) wurden geschlossen.
- Klares Ergebnis: Verletzung der Bell-Ungleichung, wie von der Quantenmechanik vorhergesagt.
Diese Ergebnisse werden oft als Beleg dafür interpretiert, dass die Natur entweder nicht lokal ist (also Fernwirkungen erlaubt) oder dass echter Zufall existiert.
Doch diese Schlüsse setzen eine entscheidende Annahme voraus: dass die Wahl der Messrichtung oder des Zeitpunkts frei und unabhängig von den zu messenden Teilchen ist. Wird diese Annahme verletzt, ist das Ergebnis nicht eindeutig interpretierbar.
4. Das „Freedom-of-Choice“-Loophole
Ein zentrales Schlupfloch in den Bell-Experimenten ist das sogenannte „freedom-of-choice loophole“. Es besagt: Wenn die Wahl der Messparameter nicht wirklich zufällig ist, sondern mit dem Zustand der Teilchen korreliert sein könnte, dann kann man die Verletzung der Bell-Ungleichung auch mit einem deterministischen Weltbild erklären.
Zwar verwenden moderne Experimente quantenmechanische Prozesse (z. B. Beam-Splitter oder spontane Emissionen) zur Zufallsgenerierung, aber das setzt bereits echte Zufälligkeit voraus. Wenn man an echtem Zufall zweifelt, dann sind auch diese Zufallsgeneratoren nicht vertrauenswürdig. Es entsteht ein logischer Zirkel:
Die Experimente, die echten Zufall beweisen sollen, basieren auf der Annahme, dass echter Zufall existiert.
Ein echtes Henne-Ei-Problem.
5. Der Superdeterminismus als logische Konsequenz
Was folgt daraus? Wenn man davon ausgeht, dass wirklich kein Experiment frei ist von Anfangsbedingungen, die alles beeinflussen, dann ergibt sich ein Weltbild, in dem:
- Alle Zustände durch Anfangsbedingungen determiniert sind
- Auch die Auswahl von Messparametern oder Experimentdesigns vorherbestimmt ist
- Es keine echte Unabhängigkeit und keine echten Zufallsprozesse gibt
Das nennt man Superdeterminismus.
Diese Idee ist nicht widerlegbar – aber auch nicht beweisbar. Sie ist philosophisch unangenehm, weil sie den freien Willen verneint, aber sie ist logisch stringent.
6. Freier Wille: Illusion durch Komplexität
Auch der menschliche Wille ist unter diesem Weltbild nicht frei, sondern das Produkt von:
- Genetik
- Biografie
- Umfeld
- Neurochemie
Unsere Entscheidungen wirken frei, sind aber vollständig durch Erfahrungen und neuronale Strukturen determiniert. Selbst der Wunsch, „anders zu sein“ oder „sich gegen etwas zu entscheiden“, ist eine Folge vorheriger Ursachen. Damit ist auch die Vorstellung, man könne sich „bewusst gegen den Determinismus stellen“, selbst wieder determiniert.
Machen wir dazu ein kleines Gedankenexperiment:
Raum und Zeit sind ein und das selbe, man spricht auch von der Raumzeit. Während wir die 3 räumlichen Dimensionen frei durchschreiten können, reisen wir in der Zeitlichen Dimension immer nur unaufhaltsam in eine Richtung. Doch hierbei ist die Lichtgeschwindigkeit die alles limitierende Geschwindigkeit. Sitzen wir in einem Raumschiff und reisen mit hoher Geschwindigkeit in eine Richtung, so vergeht die Zeit für uns unweigerlich langsamer.
Diesen Umstand hat man im Experiment auch nachgewiesen indem man zwei Atomuhren exakt gleich gestellt hat. Dann wurde eine der Atomuhren in ein Flugzeug geladen, welches mit hoher Geschwindigkeit um die Erde flog, während die andere an Ort und Stelle blieb. Nachdem das Flugzeug wieder gelandet war, konnte man feststellen das die Uhr, welche sich in Bewegung befand, ein klein wenig langsamer gelaufen ist. Sie waren nicht mehr synchron.
Setzen wir nun eine Person in ein Raumschiff, welches sich mit hoher Geschwindigkeit von uns weg bewegt. Und nehmen wir weiter an, dieses Raumschiff würde über eine hypothetische Telefonverbindung schneller als Licht verfügen, welche durch Quanteneffekte in Echtzeit übertragen könnte, dann würde der Anruf von diesem Raumschiff bei uns in der Vergangenheit ankommen. Die Person im Raumschiff, aus der Gegenwart, könnte sich mit der Person auf der Erde, aus der Vergangenheit, unterhalten. Dabei wären beide Personen der absoluten Überzeugung das sie einen freien Willen haben, die Zukunft noch nicht geschrieben ist und noch alle Wege offen sind. Da die Person im Raumschiff aber existiert, muss die Zukunft bereits geschrieben sein.
Noch verrückter wird es wenn wir die Reise umkehren und das Raumschiff zur Erde zurück kehrt. Nun landet der Anruf in der Zukunft. Theoretisch könnte der Raumfahrer bereits erfragen wie seine Ankunft auf der Erde war, während er noch unterwegs ist. Damit ist auch seine Zukunft bereits geschrieben.
Dieses Gedankenexperiment zeigt das Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft bereits parallel existieren. Zwar gibt es keine solche Echtzeit-Telefonverbindung, eine Informationsübertragung schneller als Licht würde eine Kausalitätsverletzung darstellen, da hier Ursache und Wirkung vertauscht werden könnten, doch daher ist es ja auch nur ein Gedankenexperiment. Der Effekt selbst leitet sich aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ab und die gezeigten Effekte daraus sind im kleinen Maßstab messbar und plausibel.
Das Gedankenexperiment entspricht dem sogenannten Blockuniversum: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft existieren simultan und vollständig. Zeit ist darin keine „Flussrichtung“, sondern eine Koordinate wie der Raum. Jeder Zeitpunkt ist festgelegt.
Dieses Modell wird in der Relativitätstheorie implizit gestützt, widerspricht aber intuitiven Konzepten wie freiem Willen. Es steht im Einklang mit einem deterministischen Weltbild und stützt die Annahme das es keinen echten Zufall gibt.
7. Macht Determinismus Wissenschaft sinnlos?
Nein. Wenn alles determiniert ist, dann auch:
- Dass wir forschen
- Dass wir denken
- Dass wir Erkenntnis anstreben
Wissenschaft ist dann ein Ergebnis des Determinismus, nicht sein Gegenargument. Sie funktioniert weiterhin, weil sie innerhalb des deterministischen Rahmens konsistent und wiederholbar ist. Nur ist die Existenz von echtem Zufall, sowie auch dessen Gegenteil, der Superdeterminismus, auf wissenschaftlichem Wege nicht belegbar, da sich dessen Beweis selbst ausschließt.
Fazit
Aus all den betrachteten Argumenten, Experimenten und philosophischen Überlegungen ergibt sich klar:
- Zufall ist eine Illusion, erzeugt durch unsere Unkenntnis komplexer Anfangsbedingungen.
- Die Quantenmechanik zeigt lediglich unsere derzeitigen Grenzen der Messbarkeit, keine fundamentale Zufälligkeit.
- Bell-Experimente beweisen nichts, wenn man den echten Zufall nicht voraussetzt. Doch dieser soll durch die Bell-Experimente überhaupt erst bewiesen werden.
- Superdeterminismus ist die einzige logisch geschlossene Möglichkeit, wenn man konsequent denkt.
- Freier Wille existiert nicht im objektiven Sinn, sondern nur als subjektives Erleben.
Was bleibt, ist ein deterministisches Universum, das in jedem Moment genau das tut, was es tun muss. Nicht weniger faszinierend – aber ehrlicher.
Und was fangen wir nun mit dieser Erkenntnis an? Sollten wir aufhören Entscheidungen zu treffen da ohnehin alles vorbestimmt ist? Gewiss nicht, denn auch die Entscheidung keine Entscheidungen mehr zu treffen, ist in einem deterministischen Universum deterministisch vorherbestimmt.
Ob wir freien Willens entscheiden, oder einem festen Pfad folgen, macht für uns keinen Unterschied. Wenn wir in einem Spiel gewinnen, macht uns dieser Sieg nicht weniger Spaß, nur weil er deterministisch vorbestimmt war. Das subjektive Empfinden bleibt gleich.
Sehen wir es wie einen guten Kinofilm: Die Tatsache daß er bereits vollständig auf der Rolle ist, macht ihn für uns, beim ersten betrachten, nicht weniger spannend.
Doch vielleicht hilft uns diese Erkenntnis ja in schwierigen Situationen einen Schritt zurück zu treten und alles mit ein wenig mehr Gelassenheit zu bewältigen. Wenn alles bereits geschrieben steht, dann war diese Situation auch unausweichlich und vorherbestimmt. Doch auch der Weg danach steht schon fest. Wir müssen ihn nur noch gehen.