Neugier tötet nicht mehr
In der Welt der Quantenmechanik kann ein Objekt gleichzeitig mehrere Eigenschaften haben, die einander widersprechen. Diese Erkenntnis lässt sich aber leider oder glücklicherweise in unserem Alltag nicht nachvollziehen. Unangenehm für eine der wichtigsten Theorien der modernen Wissenschaften. Zwei österreichische Physiker haben nun einen neuen Vorschlag gemacht, wie man das Problem vielleicht umgehen könnte.
Ein Teilchen im bizarren Kosmos der Quantentheorie kann sich zur gleichen Zeit als Welle und als Teilchen verhalten. Diese Erkenntnis entstand aus der Beobachtung, dass man die Geschwindigkeit (Welle) und Ort (Teilchen) von etwas sehr Kleinem nicht gleichzeitig bestimmen kann. Baut man eine Versuchsapparatur, mit der man den Ort eines Objektes messen kann. Entsteht aus den Messwerten der Eindruck es handele sich um ein Teilchen. Schafft man jedoch eine Versuchsanordnung, die darauf abzielt die Geschwindigkeit zu ermittelt, erweckt das gleiche Objekt den Eindruck, es sei eine Welle. Die Eigenschaft eines Dings also von der Methode ab, mit der man es misst. Daraus schlossen die Quantenphysiker, dass vor der Messung beide Eigenschaften gleichzeitig existiert haben müssen. Und tatsächlich lässt sich so etwas auch experimentell nachweisen. Es gehört heute zu den Binsenweisheiten der modernen Physik. Blöderweise können wir quantenmechanische Effekte aber niemals in unserer wirklichen Welt beobachten. Von dem Ball meines Sohnes könnte ich mit Hilfe von zwei Lichtschranken ganz einfach die Geschwindigkeit und den Ort zu einem bestimmen Zeitpunkt bestimmen.
Ein Teilchen im bizarren Kosmos der Quantentheorie kann sich zur gleichen Zeit als Welle und als Teilchen verhalten. Diese Erkenntnis entstand aus der Beobachtung, dass man die Geschwindigkeit (Welle) und Ort (Teilchen) von etwas sehr Kleinem nicht gleichzeitig bestimmen kann. Baut man eine Versuchsapparatur, mit der man den Ort eines Objektes messen kann. Entsteht aus den Messwerten der Eindruck es handele sich um ein Teilchen. Schafft man jedoch eine Versuchsanordnung, die darauf abzielt die Geschwindigkeit zu ermittelt, erweckt das gleiche Objekt den Eindruck, es sei eine Welle. Die Eigenschaft eines Dings also von der Methode ab, mit der man es misst. Daraus schlossen die Quantenphysiker, dass vor der Messung beide Eigenschaften gleichzeitig existiert haben müssen. Und tatsächlich lässt sich so etwas auch experimentell nachweisen. Es gehört heute zu den Binsenweisheiten der modernen Physik. Blöderweise können wir quantenmechanische Effekte aber niemals in unserer wirklichen Welt beobachten. Von dem Ball meines Sohnes könnte ich mit Hilfe von zwei Lichtschranken ganz einfach die Geschwindigkeit und den Ort zu einem bestimmen Zeitpunkt bestimmen.
Die österreichische Katze
Die quantenmechanischen Absurditäten scheinen sich in unserer alltäglichen Wirklichkeit glücklicherweise aufzulösen. Dieser Umstand hat den österreichischen Physiker „Schrödinger“ zu einem berühmten Gedankenexperiment angeregt. Nehmen wir an eine Katze befindet sich in einem Kasten. Durch einen quantenmechanischen Prozess z.B. den Zerfall eines radioaktiven Teilchens, wird nun eine Phiole mit Gift angestoßen, wenn das Teilchen einen von beiden Zuständen annimmt. Stürzt das Fläschchen um, stirbt die Katze. Sobald wir den Deckel heben, wird durch eine Apparatur die Natur unseres Teilchens bestimmt und die Katze muss sterben. Sollten wir aber nicht messen, besitzt das Teilchen beiden Eigenschaften. Die Katze ist also während dieser Zeit gleichzeitig lebendig und tot. Erst wenn die den Deckel unserer Versuchsapparatur heben, entscheiden wir über Leben und Tod. Eigentlich ist es nicht weiter verwunderlich, dass die Idee von einem österreichischen Physiker stammt.
Warum erzähle ich das alles eigentlich? Weil nun ein Artikel in der Nature berichtet, dass zwei österreichische Physiker (logisch eigentlich) einen neuen Vorschlag zur Auflösung des Paradoxons gemacht haben. Sie behaupte, dass quantenmechanische Effekte auch in unserer Welt existieren. Allerdings bemerken wir sie meistens nicht, weil wir nicht genau genug messen. In meinem Beispiel mit dem Ball und den Lichtschranken, könnte man sagen, dass die Lichtschranke ein zu grobes Instrument ist, um wirklich eine exakte Aussage zu treffen. Würden wir jedoch alle Quantenzustände des Balls feststellen, würden wir auch die bekannten Anomalien antreffen. Leider handelt sich bei meinem Ball um geschätzte 1012 Teilchen. Eine ziemlich große Zahl mit zwölf Nullen. Praktisch ist das kaum realisierbar. Aber der Vorschlag der Österreicher ist, nun gezielt nach Beispielen zu suchen, die relativ klein sind, aber noch im makroskopischen Bereich liegen. Also zur unserer Erfahrungswelt gehören. Die Quantenzustände dieser Beispiele sollten im Bereich des messbaren liegen. Damit würden wir Sachen finden, die weder lebendig noch tot, weder Teilchen noch Welle sind. Eigenschaften, die wir eben bisher nicht kennen. Wenn man also demnächst eine Verabredung verpasst, kann sich mit einem Verweis auf quantenmechanische Phänomene elegant aus der Affäre ziehen. „Ja, ja ich weiß ich bin zu spät. Aber ich konnte nichts dafür. Ich wusste nicht wann ich hier sein würde, weil du dich unbedingt genau hier mit mir treffen wolltest.“Die quantenmechanischen Absurditäten scheinen sich in unserer alltäglichen Wirklichkeit glücklicherweise aufzulösen. Dieser Umstand hat den österreichischen Physiker „Schrödinger“ zu einem berühmten Gedankenexperiment angeregt. Nehmen wir an eine Katze befindet sich in einem Kasten. Durch einen quantenmechanischen Prozess z.B. den Zerfall eines radioaktiven Teilchens, wird nun eine Phiole mit Gift angestoßen, wenn das Teilchen einen von beiden Zuständen annimmt. Stürzt das Fläschchen um, stirbt die Katze. Sobald wir den Deckel heben, wird durch eine Apparatur die Natur unseres Teilchens bestimmt und die Katze muss sterben. Sollten wir aber nicht messen, besitzt das Teilchen beiden Eigenschaften. Die Katze ist also während dieser Zeit gleichzeitig lebendig und tot. Erst wenn die den Deckel unserer Versuchsapparatur heben, entscheiden wir über Leben und Tod. Eigentlich ist es nicht weiter verwunderlich, dass die Idee von einem österreichischen Physiker stammt.
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Ein Teilchen im bizarren Kosmos der Quantentheorie kann sich zur gleichen Zeit als Welle und als Teilchen verhalten.
Nein. Nach meiner Kenntnis kann man diese Aussagen nicht aus der Quantentheorie ableiten. Meiner Meinung nach gilt:
Die Eigenschaften eines quantenmechanischen Objekts können nur durch eine Messung bestimmt werden. Vor der Messung können wir nur Wahrscheinlichkeiten für einen Messwert berechnen. In der Konsequenz bedeutet das, dass die Aussage, dass das Objekt gleichzeitig mehrere Eigenschaften besitzt, sinnlos ist, wenn wir jeweils nur eine Eigenschaft oder genauer nur eine Ausprägung einer Eigenschaft messen können.
Der zweite Satz ist noch missverständlicher: Ob sich ein Objekt wie ein Teilchen oder wie eine Welle verhält, hängt von der Art der Messung ab, der man das Objekt unterwirft. Das Objekt ist aber vorher weder Welle noch Teilchen. Das Objekt ist auch nach der Messung weder Welle noch Teilchen. Beides sind nur Modelle, mit denen wir das beobachtete Verhalten beschreiben.
Der prinzipielle Denkfehler besteht darin (auf den ich auch immer wieder hereinfalle), dass wir annehmen, das Objekt hätte die gemessenen Eigenschaften schon vor der Messung besessen. Wie die Experimente im Zusammenhang mit der Bellschen Ungleichung gezeigt haben, ist das aber nicht so. Die Eigenschaften werden erst mit der Messung festgelegt und breiten sich instantan in Raum und Zeit aus. Zum "Vorher" können wir außer Wahrscheinlichkeiten überhaupt keine Aussagen machen - und diese Wahrscheinlichkeiten gelten nur für den Zustand "Nachher".
Die Bemerkung bezüglich der Österreicher bezog sich auf das immer wieder erstaunliche Verhältnis unserer Nachbarn zum Sterben. Natürlich ging es Schrödinger nicht um das Leben der Katze, sondern um den Tod. Man hätte auch ein anderes Beispiel wählen können. Ich wollte damit nicht die österreichischen Wissenschaftler in den Schmutz ziehen. Die Alpenrepublik hat nicht die meisten Nervenheilanstalten pro Kopf der Bevölkerung, sondern auch eine Menge berühmter Wissenschaftler. Sicher!
Ein wenig Eigenreklame
Nur mal ein Detail zur Herangehensweise: Die Kapitelüberschriften sind Fragen, aus den in einem Abschnitt beantworteten Fragen werden die nächsten abgeleitet. Beispiele aus dem ersten Kapitel: Was ist eigentlich Licht? Aber was schwingt da wie? Was sind Frequenz und Wellenlänge des Lichts? Was ist eigentlich Materie?