Hinter dem Quantenspuk könnte sich eine geordnete Wirklichkeit verbergen! Hinter dem Quantenspuk könnte sich eine geordnete Wirklichkeit verbergen!
Häufig beiseitegeschoben, wie ein vergessenes Stiefkind, kann eine 64-jährige Theorie der Quantenmechanik jetzt die Bühne mit seinen besser angesehenen Geschwistern teilen. Wenn es sich... Hinter dem Quantenspuk könnte sich eine geordnete Wirklichkeit verbergen!

Häufig beiseitegeschoben, wie ein vergessenes Stiefkind, kann eine 64-jährige Theorie der Quantenmechanik jetzt die Bühne mit seinen besser angesehenen Geschwistern teilen. Wenn es sich bewahrheitet, könnte dies zusätzliche Unterstützung zu der Idee verleihen, dass das Weltall über riesengroße Entfernungen “unwahrscheinlich” miteinander verbunden ist.

Die Theorie, die ursprünglich vom Physiker David Bohm (Foto) erstellt wurde, ist nun wieder in den Vordergrund gerückt, nachdem Forscher viele Experimente mit Photonen ausführten, die diese Theorie unterstützen.

Das Verhalten der Quantenwelt hat fast ein Jahrhundert lang Physiker weltweit verwirrt.

“Wir haben Genies, die daran arbeiten, und trotzdem stehen wir immer wieder vor Problemen.” – sagte Basil Hiley (Foto), ein Quantenphysiker am Birkbeck College der University of London, wo bis zum Tode im Jahr 1992 mit Bohm zusammen gearbeitet wurde.

Anders als bei der klassischen Welt, mit seiner Präzision eines Uhrwerks und erfreulicher Berechenbarkeit, ist die Quantenwelt noch mit Zufälligkeiten weit verbreitet.

Die berühmteste Abbildung ist das Doppel-Spalt-Experiment, mit seinem Welle-Teilchen-Dualismus. (hier ein Video dazu)

Die dominierende Erklärung des Verhaltens, ob sich ein Photon wie eine Welle oder Partikel verhalten würde, wird die Kopenhagener Deutung genannt, die besagt, dass die Frage, ob eben ein Photon sich wie eine Welle oder ein Teilchen verhält, keinen Sinn ergibt, bis man eine Messung durchführt – und diese Messung wird das ein oder andere Ergebnis bringen, je nachdem welche Eigenschaft man misst.

Die andere favorisierte Erklärung ist die Viele-Welten-Interpretation, die besagt, dass jeder mögliche Zustand des Photons sich in einer alternativen Welt manifestiert.

Zugrundeliegende Ordnung

Aber, schon 1952 schlug  David Bohm vor, dass die Quantenwelt nur deshalb seltsam erscheint, weil wir nicht genug über ihre zugrundeliegende Wirklichkeit wissen. Unterhalb der “Quanten-Verrücktheit”, sagte er, ist die Wirklichkeit ordentlich.

“Es ist eine sehr deterministische Beschreibung, wo alle Teilchen in der Natur bestimmte Positionen haben und bestimmten Flugbahnen folgen.” – sagte Aephraim Steinberg (Foto) von der University of Toronto in Kanada.

Viele neuere Experimente haben ergeben, dass keine solche verborgene Wirklichkeit existiert. ALLERDINGS, wurde nur eine bestimmte Klasse von Theorien ausgeschlossen, in denen die verborgene Wirklichkeit jedes Partikels lokal ist und nicht beeinflusst wird durch etwas weit weg.

Bohm’s Ideen beinhalten versteckte nicht-lokale Wirklichkeiten, in denen alles von allem abhängt. In seinem Universum beeinflusst etwas was in einer fernen Galaxie geschieht Sie im Hier und Jetzt und umgekehrt, allerdings meistens in kleineren Effekten.

Nehmen Sie die Debatte darüber, ob ein Elektron eine Welle oder ein Teilchen ist. Bohm’s Theorie besagt, es ist beides, also auch ein Teilchen mit einer bestimmten Flugbahn, aber dieser Weg ist durch eine Welle geregelt, auf der die Elektronen fahren. Diese Welle kann auch durch andere Teilchen beeinflusst werden, was wiederum die Flugbahn des Elektronenstrahls ändert.

Surrealismus.

Die Bohmsche Mechanik fand nicht viele Anhänger. Ein Gedankenexperiment aus dem Jahr 1992 schien die Totenglocke zu läuten, genannt das ESSW Experiment, nach den Initialen der vier Autoren. Sie führten das Doppelspaltexperiment mit Bohm’s Theorie im Hinterkopf durch.

Die Bohmsche-Mechanik meint, dass ein Photon entweder den obersten oder den untersten Schlitz, nicht beide, durchqueren wird. Geführt durch Wellen werden die obersten Photonen an der obersten Spitzhälfte des Schirms und die untersten an der untersten Hälfte enden.

Die Forscher installierten nun einen Detektor vor den Schlitzen, um sagen zu können, ob ein Photon durch den oberen oder unteren Schlitz gehen würde. Ihre mathematische Analyse zeigte etwas sehr seltsames, ein Photon konnte manchmal den obersten Schlitz-Detektor auslösen, aber in der unteren Hälfte landen.

Bohm ist zurück im Spiel!

Jetzt haben Steinberg und Kollegen das ESSW-Experiment selbst durchgeführt und beschlossen, dass Bohm zurück im Spiel ist. Sie begannen mit Paaren verschränkter Photonen, die so innig verbunden sind, dass der Polarisationszustand durch eine Messung den Polarisationszustand des anderen beeinflusst, egal wie weit sie entfernt waren. Ein Photon von jedem Paar wurde durch die Vorrichtung analog zum Doppelspaltexperiment geschickt.

Je nachdem, ob die Polarisation des Photons vertikal oder horizontal war, wurde das Photon entweder zur Spitze oder zum untersten Schlitz gesteuert. Wie es den Apparat durchlief, sondierten die Forscher seine Position sanft genug, um die Quantennatur zu bewahren. Jede Messung ergab nur einen ungefähren Wert, aber durch die Verfolgung eines riesigen Ensembles identischer Photonen waren sie im Stande den Satz der Flugbahnen zu rekonstruieren, auf denen die Photonen aus dem Schlitz zu dem Schirm folgten.

Das andere Photon von jedem Paar blieb außerhalb des Doppelspalt-Geräts, so dass die Forscher es als eine Sonde verwendeten – analog zu dem Detektor im ESSW Experiment. Wegen der Verschränkung sollte die Untersuchung der Polarisation den Schlitz pflichtbewusst widerspiegeln, den sein Partner nahm, als es in den Apparat einging. Und tatsächlich, am Anfang der Schussbahn spiegelte der Polarisationszustand des Untersuchungsphotons genau den Pfad wieder, den sein Partner nahm.

Das Team untersuchte weiter, und fand heraus, dass sich der Polarisationszustand des Testphotons änderte, als der Partner die Apparatur durchlief. Zum Beispiel, wenn es horizontal polarisiert wurde, schlug das vor, dass sein Partner den untersten Schlitz durchlief. Aber als der Partner den Schirm erreichte, endete das Untersuchungsphoton in einer Überlagerung (Superposition) von beiden Zuständen, ebenso wahrscheinlich horizontal oder vertikal polarisiert zu werden.

Was heißt das?

Das Team glaubt, dies bedeutet, dass die Schussbahn des ersten Photons die Polarisation des Untersuchungsphotons – in Übereinstimmung mit den Ideen von Bohm auf nicht-lokale Wechselwirkungen – änderte. Dies könnte das Problem des Gedankenexperiments ESSW lösen. ESSW dachte, das Problem liegt an der Photonen-Flugbahn, aber Steinberg und seine Kollegen zeigten, dass die Flugbahn real sei – aber der Detektor ein unzuverlässiger Zeuge ist.

“Ich bin glücklich, diese Auflösung zu sehen, die meine Vorliebe für die Bohmsche Mechanik wiederhergestellt. Wir wollen diese Theorie zurück an seinem rechtmäßigen Platz unter den anderen Interpretationen bringen.” – sagte Steinberg

Sheldon Goldstein (Foto), ein Experte für die Grundlagen der Quantenmechanik an der Rutgers University in New Jersey, weist darauf hin, dass die Feststellung von Partikelbahnen im Experiment, vorhergesagt durch die Bohmsche Mechanik, nicht beweist, dass Bohm’s Theorie über die Natur der Wirklichkeit korrekt sei. Solche Pfade können auch mit anderen Theorien erklärt werden, sagte er.

Aber Goldstein gibt zu, es sind Veränderungen im Gange:

“Nach Jahrzehnten und Jahrzehnten werden Menschen die Bohmsche Mechanik ein wenig mehr ernst nehmen”, sagt er, “Es gab eine Zeit, in der sie nicht einmal darüber reden konnten, weil es ketzerisch war. Es ist wohl immer noch der Kuss des Todes für eine Physiker-Karriere, tatsächlich an Bohm’s Theorien  zu arbeiten, aber vielleicht ändert sich das.”

– DENKE-ANDERS-BLOG –


Ref.: Science Advances, DOI: 10.1126/science.1501466 via www.newscienist.com

 

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