Eine Gruppe Schiffbrüchiger ist auf einer einsamen Insel gestrandet und wird von den dort lebenden Wesen völlig verwirrt: Von weitem zeigen sie fröhliche Gesichter, ihre Körper jedoch halten sie stets verborgen. Sobald die Schiffbrüchigen näher kommen, verschwinden die Eingeborenen und lassen nur Pferdehufspuren zurück. Erregte Diskussionen über die wahre Natur der Inselbewohner münden endlich in die Einsicht, es müßten wohl Zentauren sein, die sich so seltsam verhielten.

Diese Geschichte wird von Physikern gern erzählt, wenn sie das Denken der modernen Quantentheorie erklären wollen. Ähnlich den Schiffbrüchigen machten die Physiker zu Anfang dieses Jahrhunderts Entdeckungen, die zunächst unerklärbar schienen, dann jedoch zu einem grundlegend neuen Verständnis führten. Heute, ist die Quantenmechanik längst zum Schlüssel für die atomare Welt geworden, die physikalische Revolution vor sechzig Jahren war quasi die Eintrittskarte in den Mikrokosmos, den seither Wissenschaftler aller Fachdisziplinen ausleuchten und für technische Entwicklungen nutzbar machen.

Im vergangenen Monat ist einer der letzten Väter jener Theorie gestorben: Louis Prince de Broglie. Von ihm stammt eine der verblüffendsten physikalischen Ideen unseres Jahrhunderts, die dem normalen Alltagsverständnis völlig zuwider zu laufen scheint und doch einen Grundbaustein der quantenmechanischen Weltsicht darstellt.

De Broglie hatte 1924 in seiner Promotionsarbeit frech behauptet, es bestünde kein prinzipieller Unterschied zwischen Wellen, die einen ganzen Raum ausfüllen und festen greifbaren Teilchen. Ob wir unsere Nase von den Lichtwellen der Sonne bräunen lassen oder ob uns ein Fußball ins Gesicht knallt, ob die Schallwellen des neuesten Hits unser Ohr umspülen oder ein Wasserstrahl beim Duschen kitzelt – physikalisch sollten sich all diese Vorgänge gleich beschreiben lassen, meinte de Broglie. Er schlug vor, materielle Körper wie Wellen zu behandeln, ihnen eine Frequenz und eine Wellenlänge zuzuschreiben und sie fortan als "Materiewellen" zu bezeichnen.

Das klingt verrückt. Doch zwei Jahrzehnte zuvor hatte Albert Einstein denselben Gedanken gedacht – nur umgekehrt. Aufbauend auf der "Quantenhypothese" von Max Planck hatte er die bis dahin gängige Modell Vorstellung revidiert, Licht sei nichts anderes als eine elektromagnetische Welle. Einstein beschrieb Licht als einen Strahl kleiner Energiepakete, als Lichtquanten oder "Photonen". Beide Anschauungen schienen experimentell gut belegt: Versuche von Young und Fresnel hatten gezeigt, daß sich Lichtstrahlen, wie andere Wellen auch, gegenseitig auslöschen können: dann nämlich, wenn sich zwei Wellen exakt so überlagern, daß gerade Wellenberge der einen auf Wellentäler der anderen treffen. Die dadurch entstehenden "Interferenzmuster" gelten deshalb als untrügliches Zeichen für den Wellencharakter einer Strahlung. Andererseits ließ sich der sogenannte Photoeffekt, bei dem durch Licht Elektronen aus einer Metalloberfläche wie Billardkugeln herausgeschlagen werden, von Einstein nur so erklären, daß die Lichtenergie eben in kleinen Partikelchen gespeichert ist und nicht kontinuierlich verteilt, wie bei einer Welle.

"Es gibt nur einen Ausweg aus dieser Schwierigkeit", schrieb de Broglie rückblickend, "die Wellenanschauung des Lichtes und seine Korpuskelanschauung werden als zwei komplementäre Anschauungen einer gleichen Wirklichkeit anerkannt." Das war dieselbe Erkenntnis, die auch die eingangs erwähnten Schiffbrüchigen fanden: Nicht entweder Mensch oder Pferd lautete die Entscheidung, sondern sowohl als auch. In der Physik bot sich allerdings kein so schönes Bild wie das des Zentauren an. Die Anerkennung der Teilchen-Welle-Doppelnatur des Lichtes war daher eigentlich eine Bankrotterklärung der menschlichen Vorstellungskraft. Keines der gängigen Bilder paßte auf die Wirklichkeit.

Was die Theorie des Lichtes betrifft, wurde diese neue Sichtweise in der Fachwelt auch nach und nach akzeptiert. Doktorand de Broglie stellte mit seinem Konzept der Materiewellen die Anschauung jedoch noch radikaler in Frage. Das zweideutige Verhalten der Natur sollte nicht nur auf das Licht beschränkt sein, sondern für jeden Gegenstand gelten. In unserer normalen Umgebung bemerken wir den Wellencharakter aller Dinge nur deshalb nicht, weil die Massen, mit denen wir es zu tun haben, viel zu groß sind. Gemäß der berühmten De-Broglie-Beziehung aber sind die Wellenlängen großer Massen so Mein, daß ihre Wellennatur nie zum Vorschein kommt. Beispielsweise ergäbe sich für ein mit 100 Kilometer pro Stunde dahinbrausendes Auto lediglich eine Wellenlänge, die (in Metern gemessen) erst 38 Stellen nach dem Komma beginnt, und das ist immerhin um 23 Größenordnungen kleiner als die Abmessungen der Atombausteine. Für die Teilchen der Mikroweit dagegen liegen die Wellenlängen durchaus in einem der Messung zugänglichen Bereich. Die Physiker Davisson und Germer konnten deshalb an Elektronen das Teilchen/Welle-Doppelleben schon zwei Jahre nach de Broglies Hypothese nachweisen. Auch wenn sich anschaulich Welle und Korpuskel kaum unter einen Hut bringen ließen, so wurde doch in der Quantentheorie, eine unanschauliche, mathematische Brücke gefunden. Der österreichische Physiker Erwin Schrödinger verallgemeinerte de Broglies Ansatz und stellte das richtungsweisende Konzept der "Wahrscheinlichkeitswellen" auf: Atome werden dabei durch Wellengleichungen beschrieben. Die winzigen Grundbausteine existieren demnach nicht mehr an einem festen Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt; ihre Präsenz ist vielmehr räumlich "verschmiert" und es läßt sich nur noch die Wahrscheinlichkeit angeben, ein Teilchen an dieser oder jener Stelle zu finden.