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Quantenphysik: Leben in der Quantenwelt

Die Gesetze der Quantenmechanik beherrschen nicht nur den Mikrokosmos, sondern liegen in größerem Maßstab auch der Natur zu Grunde. Vielleicht machen sich sogar Pflanzen bei der Fotosynthese oder Zugvögel bei der Orientierung typische Quanteneffekte zu Nutze.
Leben in der Quantenwelt
Für die Physiklehrbücher ist die Sache klar: Die Quantenmechanik beschreibt die Gesetze des Mikrokosmos. Sie liefert die Theorie für Teilchen, Atome und Moleküle – während für Billardkugeln, Menschen und Planeten die klassische Physik gelten soll. Irgendwo zwischen Molekülen und Billardkugeln liegt damit eine Grenze, an der das seltsame Verhalten der Quantenobjekte in die vertraute Alltagsphysik übergeht. Doch wo liegt diese Grenze? Der Physiker Brian Greene von der Columbia University in New York etwa schreibt auf der ersten Seite seines Buchs "Das elegante Universum", die Quantenmechanik liefere die theoretische Grundlage zum Verständnis des Universums im kleinsten Maßstab. Die gesamte übrige "klassische" Physik inklusive der einsteinschen Relativitätstheorien behandle die Makrowelt – die Natur, wie wir sie erleben.

Doch diese Aufteilung der Welt ist allzu simpel. Heute glauben nur wenige Physiker, dass die klassische Physik den gleichen Rang wie die Quantenmechanik beanspruchen darf; sie ist nur eine nützliche Näherung für eine Welt, die in allen Größenordnungen Quanteneigenschaften aufweist. Dass Quanteneffekte in der Makrowelt schwieriger zu erkennen sind, hat nichts mit Größe zu tun, sondern mit der Art und Weise, wie Quantensysteme wechselwirken. In den letzten Jahren haben Physiker mehrfach experimentell belegt, dass auch in makroskopischen Größenordnungen Quantenverhalten auftreten kann.

Dieser Gedanke ist selbst für Forscher, die solche Effekte systematisch studieren, nicht leicht zu akzeptieren. Die Quantenmechanik widerspricht der Alltagserfahrung und zwingt uns, unser Weltbild zu revidieren …
September 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft September 2011

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