Die Welt hinter Einsteins Schleier

Die wunderbare neue Welt der Quantenmechanik ist für die meisten Menschen noch völlig schleierhaft. Es ist höchste Zeit, das zu ändern, denn die Welt zwischen Welle und Teilchen ist faszinierend

Die Quantenmechanik treibt uns an die Grenzen unserer Vorstellungskraft und noch darüber hinaus. Unser Weltbild gerät ins Wanken, der gesunde Menschenverstand muss an der Garderobe abgegeben werden. "Wir müssen uns wohl von dem naiven Realismus, nach dem die Welt an sich existiert, ohne unser Zutun und unabhängig von unserer Beobachtung, irgendwann verabschieden", erläuterte der Quantenphysiker Anton Zeilinger, Professor am Institut für Experimentalphysik der Universität Wien, in einem Telepolis-Interview). Die Erkenntnisse der Quantenphysik sind für unser Denken ebenso revolutionär wie die Feststellung, dass die Erde um die Sonne kreist oder die Einblicke in die dunklen Abgründe unseres Unterbewusstseins.

Anton Zeilinger

"Wenn die Quantenphysik Recht hat, ist die Welt verrückt", soll Albert Einstein gesagt haben, und inzwischen darf als gesichert angenommen werden, dass sie verrückt ist. In der Welt der Quanten ist die Katze von Schrödinger in der Versuchsanordnung tatsächlich tot und lebendig und beides, zumindest in der Theorie und solange keiner nachschaut, wie es ihr gerade geht. Da sitzt das arme Tier in einer Stahlkammer und eine radioaktive Substanz zerfällt. Wenn das geschieht, wird ein Hammer das Gefäß mit Blausäure zertrümmern, das Gift wird frei und tötet alles in dem Raum. Nach einer Stunde ist die Wahrscheinlichkeit ebenso groß, dass der atomare Zerfall stattgefunden hat und die Katze tot ist, wie dass er nicht stattgefunden hat und sie noch miauen kann. Nach den Gesetzen der Quantenphysik ist sie sowohl als auch und zudem etwas dazwischen (Quanten im Chaos).

Das Licht besteht aus Wellen und Teilchen. Aber damit noch nicht genug, 1924 reichte Louis de Broglie seine Doktorarbeit ein, in der er vorschlug, dass nicht nur das Licht Wellencharakter habe, sondern auch alle massiven Teilchen. Albert Einstein bekam die Arbeit zur Beurteilung vorgelegt und schrieb in seiner Beurteilung:

Seither haben viele Physiker an dem Schleier gezupft - die seltsame, uneindeutige und paradoxe Welt der Quanten wird immer sichtbarer.

Teleportation

Zu den intensiven Schleierlüftern gehört auch Anton Zeilinger. Ihn kennen nicht nur die Leser der Fachjournale, denn über seine Teleportations-Experimente berichteten die Medien weltweit und ausführlich (Die Kunst der Teleportation). Die Idee des "Beamens" war Zuschauern der Fernsehserie Raumschiff Enterprise schon vertraut, aber selbst Trekkies haben den Transporter bis zu diesem Zeitpunkt wohl für reine Science Fiction gehalten. Natürlich hat die Gruppe um Zeilinger keine Menschen, sondern Lichtteilchen, so genannte Photonen teleportiert, aber sie waren die ersten, denen das gelang.

Teleportation bedeutet die Herstellung einer exakten Kopie eines Quantensystems an einem anderen Ort durch Ausnutzung verschränkter Zustände, dabei wird das Original eigenschaftslos, das heißt es überträgt alle seine Eigenschaften und ist dann selbst "ausgewaschen", sozusagen seiner Information beraubt. Es handelt sich also nicht um einen echten Kopierprozess, sondern um eine vollständige Informationsübertragung.

Komplett begreifen kann das vielleicht niemand. Der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman hat einmal gesagt, dass eigentlich keiner Quantenphysik wirklich verstehen kann. Annäherung ist vielleicht der beste Ansatz, denn wie der Zustand von Schrödingers Katze verwischt sich das, was gerade noch deutlich sichtbar und greifbar schien. Werner Heisenberg plädierte für ein Umdenken:

Vom Nutzen des Zwecklosen

Den Geist öffnen, sich nicht an liebgewonnen Festlegungen festkrallen und etwas im Denken riskieren, lautet die Devise. Und sich Hilfe suchen auf dem Weg zur Erkenntnis. Ein erster Schritt kann die Lektüre des populärwissenschaftlichen Buches "Einsteins Schleier" von Anton Zeilinger sein, in dem er die Grundlagen der Quantenmechanik für jeden verständlich erläutert. Dem Naturwissenschaftler mag vieles nicht ausführlich genug beschrieben werden, aber die wesentlichen Begriffe werden erklärt und echte Begeisterung für die Materie vermittelt:

Dem Leser erschließt sich zunehmend die Welt des Allerkleinsten, aus der alles besteht, was wir wahrnehmen. Zeilinger geht es aber nicht nur um die Naturwissenschaft, sondern auch um ihre Bedeutung für die Philosophie, die Weltanschauung. Das Doppelspaltexperiment und die Verschränkung verdeutlichen sich ebenso wie der Sinn und die Schönheit des Zitats von Nils Bohr:

Die Quantenphysik ist ein spannendes neues Konzept von Welt. Über die Theorie hinaus gibt es aber praktische Anwendungen, die sie für ein breites Publikum spannend machen. Neben der anschaulichen Beschreibung der wichtigsten Experimente widmet Zeilinger ein Kapitel mit der schönen Überschrift "Vom Nutzen des Zwecklosen" den technischen Umsetzungen. Die bereits kommerziell genutzte Quantenkryptografie (Alice und die grinsende Schrödingerkatze) wird in ihren Grundzügen ebenso anschaulich geschildert wie der noch utopische Quantencomputer (0 und 1 gleichzeitig speichern).

Ausführlich geht Anton Zeilinger auf die Bedeutung der Quantenphysik für die Wirklichkeit und die Art, wie wir sie beschrieben ein. "Die Welt ist alles, was der Fall ist", meinte Ludwig Wittgenstein, Zeilinger ergänzt: "Und alles, was der Fall sein kann." Der Begriff von Wirklichkeit, wie er uns vertraut ist, kommt ins Wanken. Gewissheiten schwinden, Zufall und Wahrscheinlichkeit gewinnen eine ganz neue Bedeutung.

Zwei Kapitel widmet der Autor den verschiedenen Interpretationen der Quantenmechanik. Dass er dabei die Ansätze, von denen er nicht überzeugt ist wie die Viele-Welten-Interpretation (Unendlich viele Weltenblasen und Doppelgänger) zugunsten der Kopenhagener Interpretation etwas kurz abhandelt, sei ihm verziehen. Dieser Ansatz wird von den Gegnern oft als orthodox bezeichnet, besagt aber im Grunde vor allem, dass über die Natur nichts wirklich gesagt werden kann, was nicht direkt beobachtet oder gerade gemessen wird. Die objektive Realität schafft Zeilinger trotzdem nicht ganz ab, denn es gibt ja eine allgemeine Erfahrung geteilter und übereinstimmender Weltbeobachtung. Zeilingers Fazit lautet deshalb:

"Einsteins Schleier" ist ein guter Einstieg und ein Buch, das man nach dem ersten Lesen vom Nachtisch ins Regal räumt, um dann immer wieder darin nachzuschlagen und zu schmökern. Den Platz auf der Jahres-Bestsellerliste 2003 und die inzwischen siebte Auflage hat es sich ebenso verdient wie den Sartorius-Preis der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen.

Einsteins Schleier. Die neue Welt der Quantenphysik, München: C. H. Beck Verlag, ISBN 3406502814, gebunden, 237 Seiten, Euro 19,90

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