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StartseiteForschung aktuellNiederländer bestätigen seltsame Regeln der Quantenphysik22.10.2015

QuantenverschränkungNiederländer bestätigen seltsame Regeln der Quantenphysik

Physiker der TU Delft sind zuversichtlich: Ihr Experiment zur Quantenverschränkung wird eine seit 80 Jahren andauernde Diskussion beenden. Angestoßen hatte sie Albert Einstein. Der Nobelpreisträger hielt manche Phänomene der Quantenphysik für zu absurd, um wahr zu sein - doch sie sind es tatsächlich, sagen die niederländischen Forscher.

Von Frank Grotelüschen

Zwei Menschen geben sich die Hände (imago / Weiss)
Sind zwei Quantenteilchen miteinander verschränkt, herrscht zwischen ihnen eine Verbindung - egal, wie weit sie voneinander entfernt sind. (imago / Weiss)

"Es scheint hart, dem Herrgott in die Karten zu gucken. Aber dass er würfelt und sich telepathischer Mittel bedient, wie es ihm von der gegenwärtigen Quantentheorie zugemutet wird, kann ich keinen Augenblick glauben."

Albert Einstein, dem Meister von Relativität und Gravitation, war die Quantenphysik stets suspekt. Für besonders absurd hielt er einen bizarren Quanteneffekt, bei dem zwei Teilchen telepathisch zu kommunizieren scheinen. Verschränkung, so nennen Physiker wie Ronald Hanson von der TU Delft das Phänomen:

"Einstein hat das als spukhafte Fernwirkung bezeichnet. Denn sind zwei Teilchen miteinander verschränkt, herrscht zwischen ihnen eine Verbindung - egal, wie weit sie voneinander entfernt sind. Zwei Teilchen an verschiedenen Orten können sozusagen fühlen, in welchem Zustand das jeweils andere ist."

Veranschaulichen lässt sich das so: Man stelle sich Äpfel vor, aber keine gewöhnlichen Früchte, sondern Quantenäpfel. Schaut man nicht hin, kann sich so ein Quantenapfel nicht entscheiden, ob er grün ist oder rot - er wechselt zwischen beiden Farben. Erst wenn man hinsieht, entscheidet er sich für eine Farbe, zum Beispiel rot. Ist dieser Apfel nun mit einem zweiten Quantenapfel verschränkt, passiert etwas Verblüffendes: In dem Augenblick, in dem man den einen Apfel anschaut und er eine bestimmte Farbe annimmt, sagen wir rot, legt sich auch der andere Apfel fest und ist unverzüglich grün - und zwar unabhängig davon, wie weit beide Äpfel voneinander entfernt sind und ohne, dass irgendwelche Informationen von einem zum andern hätte gelangen können.

Zwei Teilchen in Quantenliebe

Mit Äpfeln funktioniert dieses Spielchen natürlich nicht, dafür aber mit winzigen Teilchen wie Lichtquanten oder Elektronen. Albert Einstein jedoch und auch andere Quanten-Skeptiker trauten der Sache nicht und vermuteten hinter dem wirren Treiben irgendwelche verborgenen Variablen, die hinter den Kulissen die Fäden ziehen. Seine These: Wenn man diese Variablen kennen würde, ließe sich die spukhafte Fernwirkung mit den Gesetzen der klassischen Physik erklären. Nun gab es zwar schon vor Jahren Laserexperimente, die nahelegen, dass das mit den verborgenen Variablen nicht sein kann und Einstein wohl irrte. Aber:

"Alle diese Experimente enthielten Schlupflöcher, also kleine Mängel. Und damit ließ sich dann doch nicht hundertprozentig ausschließen, dass etwas dran ist an Einsteins Idee mit den versteckten Variablen. Eines der Schlupflöcher hat mit dem Abstand der beiden verschränkten Teilchen zu tun: Sind sie relativ dicht zusammen, könnte es im Prinzip sein, dass sie während des Experiments auf irgendeine andere Weise kommunizieren als durch die Verschränkung. Dann wäre das alles gar nicht so spukhaft."

Und da gab es noch ein zweites Schlupfloch: Bei den bisherigen Messungen waren den Sensoren manche Verschränkungsereignisse schlicht durch die Lappen gegangen. Und niemand konnte mit Gewissheit sagen, ob ausgerechnet bei diesen verpassten Ereignissen nicht doch irgendwelche versteckten Variablen im Spiel waren.

"Die Idee hinter unserem Experiment war, diese beiden Schlupflöcher gleichzeitig zu schließen", erklärt Ronald Hanson. "Das haben wir geschafft, indem wir zwei Teilchen, und zwar zwei Elektronen, über eine Distanz von mehr als einem Kilometer verschränken und vermessen konnten. Gleichzeitig ist es uns gelungen, mit unserer Messtechnik wirklich jedes einzelne Ereignis aufzuschnappen."

Die Antwort lautet: 2,42

Das Resultat: Laut der Theorie der versteckten Variablen hätte ein bestimmter Zahlenwert nicht größer sein dürfen als zwei, das besagt das sogenannte Bellsche Theorem. Hanson und sein Team maßen einen Wert von 2,42. Damit sind beide Schlupflöcher geschlossen, die schrägen Gesetze der Quantenphysik scheinen tatsächlich universell gültig zu sein. Und damit scheint auch Einstein endgültig widerlegt. Oder?

"Ich bin nun zwar sicher, dass Einstein falsch lag. Aber wenn man es wirklich drauf anlegt, fällt einem immer noch ein Einwand ein. Zum Beispiel mussten wir für unser Experiment einen Zufallsgenerator benutzen, und es war wichtig, dass dieser Generator tatsächlich rein zufällige Zahlenfolgen erzeugt. Jetzt könnte natürlich jemand behaupten: Nein, die Zahlen dieses Generators waren vielleicht gar nicht zufällig. Dann wären unsere Schlussfolgerungen tatsächlich nicht korrekt."

Haarspaltereien, die man im Prinzip immer weiter treiben kann. Ronald Hanson aber setzt auf einen gewissen Pragmatismus seiner Fachkollegen.

"Ich denke, für die große Mehrheit der Physiker bedeutet dieses Experiment das Ende dieser langen Diskussion über Einstein und seine versteckten Variablen."

Eines aber werden wir nie in Erfahrung bringen - ob sich der Meister höchstpersönlich von den Ergebnissen aus Delft hätte überzeugen lassen.


Das Prinzip ihres Experiments erklären die Delfter Forscher in einem Video:

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