Man spricht von Zufall, wenn ein Ereignis nicht vorhersagbar ist, wenn es nicht deterministisch ist.  Naturwissenschaft wurde ursprünglich betrieben, um den Zufall zurückzudrängen. Heute weiß man aber, dass der Zufall unverzichtbarer und prinzipieller Teil der Natur ist.

Was ist Zufall?

 

„Gott würfelt nicht“, hat Albert Einstein einmal gesagt.

Begriffe wie Schicksal oder Glück hatten lange Zeit keinen Platz in der Wissenschaft. Doch spätestens seit der Einführung der Quantenphysik können auch Naturwissenschaftler den Faktor „Zufall“ nicht mehr ignorieren.

Er führt im Mikrokosmos tatsächlich Regie. In der Welt der Atome sind einzelne Ereignisse grundsätzlich nicht mehr präzise vorhersagbar (nicht mehr deterministisch).

Sie treten nur noch mit einer bestimmten, aber immerhin mit einer berechenbaren Wahrscheinlichkeit ein.

 

Der subjektive Zufall:

Wenn wir z.B. einen Würfel zur Hand nehmen, so wird die erhaltene Zahlenfolge rein zufällig sein, wenn wir „fair“ würfeln. Wir erhalten die „1“ im Durchschnitt gleich oft wie die „6“ und wissen im Vorhinein bei einem Wurf nicht, was die nächste Zahl sein wird. Wir können uns aber vorstellen, dass es im Prinzip für jeden einzelnen Wurf eine genaue Erklärung gäbe, wenn wir nur alle Details genau genug kennen würden. Also wenn wir wüssten, in welcher Weise sich die Hand beim Wurf bewegt, wie groß der Luftwiderstand für den Würfel ist oder wie die Oberfläche des Tisches genau beschaffen ist.

In der Praxis gelingt eine solche Vorhersage jedoch nicht wirklich, da wir im Allgemeinen nicht alle für das Experiment beeinflussenden Parameter genau genug kennen. Man spricht hier von einem subjektiven Zufall, da es nur subjektiv unbekannt ist, was genau abläuft. Objektiv gesehen gibt es jedoch für das Ergebnis eines jeden Wurfes einen Grund, auch wenn wir diesen nicht kennen bzw. erkennen.

 

Der objektive Zufall:

Anders schaut es in der Quantenphysik aus. Die Quantenphysik hat nämlich eine neuerliche Diskussion darüber ausgelöst, ob die Welt fundamental deterministischen (also vorhersagbaren) oder im innersten zufälligen Prinzipien gehorcht. Die experimentell nachgewiesene Verletzung der Bellschen Ungleichung* impliziert, dass die Natur auf mikroskopischer Ebene nicht durch eine realistische und lokale Theorie beschrieben wird.

Dies bedeutet, dass das Ergebnis eines Experiments selbst bei Kenntnis aller lokalen Gegebenheiten im Allgemeinen nicht exakt vorhergesagt werden kann und dementsprechend auch verschiedene Konsequenzen aus identischen Ausgangssituationen folgen können.

Ein gutes Beispiel für echten Zufall in der Physik ist der radioaktive Zerfall. Stellen wir uns etwa ein einziges radioaktives Atom vor. Von diesem Atom wissen wir, dass es irgendwann zerfallen wird, und wir können die Wahrscheinlichkeit angeben, mit der es beispielsweise innerhalb der nächsten zehn Minuten zerfällt. Der konkrete Zerfall wird jedoch zu einem bestimmten Zeitpunkt auftreten, und wir haben keinerlei Möglichkeit, diesen Zerfall vorauszusagen. Die Quantenphysik sagt, dass es für den Zeitpunkt des einzelnen Zerfalls keinerlei Grund gibt, nicht einmal einen verborgenen. Man spricht hier von einem objektivem Zufall.

Der Zufall tritt aber nicht deshalb auf, weil noch Eigenschaften des Kerns unbekannt wären, sondern weil kein objektiver Grund vorhanden ist. Also keine (lokalen) Ursachen existieren.

Dieser objektive Zufall ist wahrscheinlich eine der profundesten Entdeckungen der Naturwissenschaften in unserem Jahrhundert.

Der quantenmechanische Zufall darf aber nicht mit Regellosigkeit gleichgesetzt werden. Auch wenn die einzelnen Messergebnisse nicht vorhersagbar sind, so sind die Wahrscheinlichkeiten ihres Eintretens durch die quantenmechanischen Gesetzmäßigkeiten streng determiniert.

 

*Die Bellsche Ungleichung beschreibt die Wahrscheinlichkeit von Messungen verschränkter Zustände und nimmt dabei an, dass die Zustände durch „verborgene Parameter“ bereits bestimmt sind. Dann ergeben sich auch bestimmte Werte für die Ungleichung, die man je nach Aufbau der Apparatur auch in Zahlen ausdrücken kann. Die Quantenmechanik verletzt nun diese Ungleichung (auch experimentell). Das heißt, dass man entweder die Lokalität oder den Realismus aufgeben muss. Auf jeden Fall bedeutet es, dass es keine verborgenen Parameter gibt.

 

Hier noch ein nettes Video zum „Zufall“

http://www.youtube.com/watch?v=yBotEbvvuLI
Quellen:

http://www.welt.de/wissenschaft/article1499170/Die-geheimnisvolle-Macht-des-Zufalls.html

http://de.wikibooks.org/wiki/Zufall:_Physik

http://de.wikipedia.org/wiki/Zufall

http://www.cosmiq.de/qa/show/193310/Wie-kann-man-die-Bell-sche-Ungleichung-einfach-erklaeren/

 

(Zusammengestellt von Barbara Buchmann)
Foto: Tim Goudw, Unsplash