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Mikrophysik: Hamlet in der Quantenwelt

Ausgeklügelte Experimente an den Universitäten Heidelberg und Wien rütteln an der gewohnten Logik: In der skurrilen Welt der Quanten kann – in Abwandlung von Shakespeares Hamlet-Monolog – etwas zugleich sein und nicht sein.
Hamlet in der Quantenwelt

Hamlets Frage in Shakespeares berühmtem gleichnamigem Theaterstück lautet "Sein oder Nichtsein". Doch in der modernen Physik muss diese Alternative unter bestimmten Umständen durch "Sein und Nichtsein" abgelöst werden, wie Quantenexperimente immer wieder belegen. Solche Resultate setzen ein Fragezeichen hinter das, was wir im Alltag unter Sein, Realität, Raum oder Zeit verstehen.

Eine bis heute gültige mathematische Formulierung der Quantenmechanik entstand 1926 mit der Wellengleichung des Wiener Physikers Erwin Schrödinger (1887–1961). Er baute seine Theorie auf der Hypothese des Pariser Wissenschaftlers Louis de Broglie (1892–1987) auf, dass mit jedem materiellen Objekt auch ein Wellenphänomen assoziiert sein muss. De Broglie selbst hatte zunächst noch keine klare Vorstellung, wie diese Welle zu interpretieren sei, aber er war so stolz auf seine Vorhersage, dass er schon 1923 vermutete, sie werde "… fast alle Probleme lösen, die durch die Quanten aufgebracht wurden". Es dauerte nicht lange, bis seine Vermutung sich bestätigte.

De Broglies Wellenhypothese und Schrödingers Wellengleichung waren der Ausgangspunkt für eine mehr als 85-jährige quantenphysikalische Erfolgsgeschichte. Hunderte von modernen Experimenten und Technologien funktionieren nur, weil die Quantentheorie zutrifft. Zugleich bleibt aber bis heute die Frage offen: Was ist denn eigentlich die Wellenfunktion ψ, die sich über große Raumbereiche ausbreiten kann und dennoch auch das Verhalten von sehr kleinen, lokalisierten Einzelobjekten beschreibt?

Januar 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Januar 2012

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