Neue Quantenexperimente: Zeilinger & Co. bringen "Realität" gehörig ins Schleudern!

Neue, verblüffende Erkenntnisse aus Quantenwelt "So einfach, wie wir es uns vorstellen, ist es nicht!"

Neue Quantenexperimente: Zeilinger & Co. bringen "Realität" gehörig ins Schleudern! © Bild: Reuters/Bader

Objekte besitzen reale Eigenschaften wie Farbe, Form, Ort, Geschwindigkeit, etc.. So ist der Mond tatsächlich da, egal ob man hinschaut oder nicht. Das klingt nach Binsenweisheit - doch in der Quantenphysik sind selbst Alltagsregeln in Frage gestellt. Wiener Quantenphysiker um Markus Aspelmeyer und Anton Zeilinger von der Universität Wien und vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Akademie der Wissenschaften gehen nun noch einen Schritt weiter. Nach neuen Experimenten, die in der neuen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift "Nature" veröffentlicht werden, kommt selbst der landläufige Realitätsbegriff gehörig ins Schleudern.

In der klassischen Physik geht man grundsätzlich von zwei Annahmen aus: dass es eine Realität unabhängig von der Beobachtung gibt ("Realismus") und dass zwei genügend weit entfernte Objekte einander nicht unmittelbar beeinflussen können ("Lokalität"), schreiben die Wissenschafter am Mittwoch in einer Aussendung. Doch schon lange kennt man Quantenexperimente, die im Widerspruch dazu stehen - beispielsweise die Verschränkung. Zwei solcherart verknüpfte Teilchen bleiben über beliebige Distanzen wie durch Zauberhand miteinander verbunden, ein Phänomen, das schon Albert Einstein als "spukhafte Fernwirkung" beschrieben hat. Verschränkt man beispielsweise zwei Lichtteilchen und bestimmt die Polarisation (Schwingungsebene des Lichts) des einen Teilchens, kennt man augenblicklich auch den Zustand des anderen Teilchens.

Schon der US-Physiker John Bell zeigte 1964 theoretisch, dass jede physikalische Theorie, die sowohl "Realismus" als auch "Lokalität" verwendet, im Widerspruch zu den Vorhersagen der Quantentheorie steht. Will man also die Natur unter Einschluss der Quantenphysik beschreiben, muss man also auf mindestens eine dieser Annahmen verzichten. Welche der beiden das sein muss, war bisher nicht bekannt.

Viele Physiker waren der Ansicht, dass es genüge, nur auf die "Lokalität" zu verzichten. Doch der in den USA arbeitende britische Physiker Anthony J. Leggett, Physik-Nobelpreisträger des Jahres 2003, erkannte in einer theoretischen Arbeit, dass gewisse "realistische" Eigenschaften, wie etwa der Spin eines Elektrons oder die Polarisation eines Photons, nicht immer exakt definiert und gleichzeitig mit einem Partnerteilchen über Verschränkung verbunden sein können.

Die Gruppe um Aspelmeyer und Zeilinger zeigten nun erstmals experimentell, dass es tatsächlich nicht reicht, das Konzept der "Lokalität" aufzugeben. "Um der Quantentheorie nicht zu widersprechen, muss man sich auch von einigen Aspekten der Realität verabschieden", so Aspelmeyer. Für ihre Experimente mussten die Wiener Physiker die Theorie Leggetts erweitern und nach bestimmten Polarisationsrichtungen suchen, die sich für solche Messungen eignen.

Die Experimente zeigten dann verblüffende Ergebnisse. "Es scheint nicht zu gehen, eine fixe Polarisation zu messen und gleichzeitig eine beliebig starke Fernwirkung zu haben", so Aspelmeyer im Gespräch mit der APA. Daraus ergibt sich: "Hält man am Konzept der Nicht-Lokalität fest, müssen meine realistischen Annahmen falsch sein", sagte der Physiker. Die Konsequenz: "So einfach, wie wir es uns vorstellen, ist es nicht, man muss wohl notwendigerweise Einschränkungen an der Realität vornehmen."

Für die Alltagswelt hat dies wohl keine Bedeutung, für die Welt der Physiker eine sehr große: "Da wird in nächster Zeit sicher einiges passieren", so Aspelmeyer, "künftig werden wir wohl genauer sagen müssen, was wir unter Realismus verstehen."

Es gebe aber auch Ansätze, bei denen man auf den Realitäts-Begriff verzichten könne. So habe Zeilinger mit seinem Kollegen Caslav Brukner ein Informationskonzept ausgearbeitet, wonach ein elementares System, wie etwa ein Lichtteilchen, nur eine begrenzte Menge an Information tragen kann. Und die Phänomene der Quantentheorie ergeben sich eben aus der Begrenztheit der Informationsmenge. Im konkreten Fall der Experimente wäre eben nicht genügend Information da, um die Realität ausreichend zu definieren.
(apa/red)