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Quantenmechanik: Kein Ausweg aus der Unwirklichkeit

Ein berühmtes Experiment schien zu beweisen: Quantenobjekte besitzen bis zum Zeitpunkt der Messung keine inneren Eigenschaften. Drei Forscher sind nun allerdings auf ein Schlupfloch ge­stoßen, das solche »verborgenen Variablen« zulassen könnte – während andere sich aufmachen, die Regeln der Quanten­physik doch noch zu retten.
Lichtteilchentunnel

Der theoretische Physiker John Wheeler sprach einmal vom »großen, rauchenden Drachen«, um ein Lichtteilchen zu beschreiben, dass sich von einer Quelle zu einem Detektor bewegt. »Das Maul des Drachen ist scharf, damit beißt er in den Detektor. Seine Schwanzspitze ist scharf, dort ist die Quelle«, schrieb Wheeler. Das Photon besitzt also sowohl am Anfang als auch am Ende eine eindeutig definierbare Realität. Doch dazwischen ist der Körper des Drachen unwirklich, gewissermaßen in Nebel gehüllt. »Es lässt sich nichts darüber aussagen, wie der Drache in diesem Bereich aussieht oder was er dort macht.«

Elementare Quantenphänomene sind nicht real, so­lange wir sie nicht beobachten – diese von Wheeler vertretene philosophische Position wird als Antirealismus bezeichnet. In der klassischen Sichtweise dagegen besitzen Objekte immer eindeutige intrinsische Eigenschaften. Wheeler entwarf ein Experiment, das zeigen sollte, wie ein Verharren auf dem klassischen Standpunkt unweigerlich zu der Schlussfolgerung führt, die Zukunft beeinflusse die Vergangenheit. Ausgehend von der Absurdität solcher Zeitreisen wurde Wheelers Experiment zu einem Stützpfeiler des Antirealismus auf der Quantenebene.

Doch im Mai 2018 fanden Rafael Chaves, Gabriela Barreto Lemos und Jacques Pienaar vom Internationalen Institut für Physik in Natal, Brasilien, ein Schlupfloch. Sie zeigten, dass sich Wheelers Experiment unter bestimmten Voraussetzungen mit einem klassischen Modell erklären lässt, in dem das Photon intrinsische Eigenschaften besitzt. Die Forscher gaben dem Drachen also einen definierten Körper, der jedoch dem mathematischen Formalismus der Standardquantenmechanik verborgen bleibt …

Dezember 2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Dezember 2018

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  • Quelle

Chaves, R. et al.: Causal Modeling the Delayed-Choice Experiment. In: Physical Review Letters 120, 190401, 2018

Huang, H.-L. et al.: A Loophole-Free Wheeler-Delayed-Choice Experiment. arXiv:1806.00156, 2018

Polino, E. et al.: Device Independent Certification of a Quantum Delayed Choice Experiment. arXiv:1806.00211, 2018

Yu, S. et al.: Experimental Realization of Causality-Assisted Wheeler‘s Delayed-Choice Experiment Using Single Photons. arXiv:1806.03689, 2018