Hinschauen heißt Eingreifen

News: Hinschauen heißt Eingreifen

Eine der bizarrsten Prämissen der Quantentheorie, die sowohl Philosophen wie auch Physiker bereits seit langem fasziniert, sagt aus, daß der Beobachter allein durch den Akt der Beobachtung die betrachtete Realität beeinflußt. Tatsächlich wurden in einem neuen Experiment Elektronen umso stärker beeinflußt, je genauer die Wissenschaftler ihre Eigenschaften gemessen haben.

Unter der Leitung von Mordehai Heiblum haben Forscher des Weizmann Institute of Science in einem Experiment, dessen Bedingungen sie streng kontrollieren konnten, nachgewiesen, wie ein Elektronenstrahl durch die Beobachtung beeinflußt wurde (Nature vom 26. Februar 1998).

Gemäß dem Gedankengebäude der Quantenmechanik können sich Teilchen auch wie Wellen verhalten. Elektronen können als Welle verschiedene Dinge tun, die Partikeln aus Materie nicht möglich wären. Zum Beispiel vermögen sie auf ihrem Weg gleichzeitig durch mehrere Öffnungen in einem Hindernis zu schlüpfen und sich auf der anderen Seite wieder zusammenzufügen – ein Vorgang, der als Interferenz bezeichnet wird.

Es mag seltsam klingen, aber Interferenz kann nur auftreten, wenn niemand zuschaut. Sobald ein Beobachter messen will, wie die Partikel die Öffnungen passieren, verändert sich das Bild dramatisch. Wenn nachgewiesen wird, daß ein Teilchen die eine Öffnung passiert, dann ist es klar, daß es nicht zugleich durch die andere geht. Mit anderen Worten: Durch die Beobachtung werden Elektronen "gezwungen", sich wie Partikel und nicht wie Wellen zu verhalten. Daher beeinflußt der bloße Akt der Beobachtung die experimentellen Ergebnisse.

Um dies zu demonstrieren, bauten Forscher des Weizmann Instituts ein winziges Gerät mit weiniger als einem Milliardstel Meter Durchmesser, das eine Barriere mit zwei Öffnungen besaß. Sie schickten dann einen Elektronenstrom auf das Hindernis. In diesem Experiment war der "Beobachter" kein Mensch. Für diesen Zweck benutzten die Forscher ihren ausgeklügelten elektronischen Detektor, der die hindurchgehenden Elektronen entdecken kann. Die Fähigkeit des Quanten-"Beobachters", Elektronen nachzuweisen, konnte durch Veränderung seiner elektrischen Leitfähigkeit oder durch die Stärke des hindurchfließenden Stromes justiert werden. Das Gerät sah sozusagen mehr oder weniger genau hin.

Der Detektor hatte keine weiteren Auswirkungen auf die Elektronen, er vermochte sie lediglich nachzuweisen. Aber die Wissenschaftler fanden heraus, daß allein die Anwesenheit des "Beobachters" in der Nähe einer der Öffnungen Veränderungen im Interferenzmuster der Elektronenwellen verursachte. Tatsächlich hing dieser Effekt von der Intensität der Beobachtung ab. Mit zunehmender Fähigkeit des "Beobachters", Elektronen zu entdecken, wurde die Interferenz schwächer. Wurde die Messung nicht so exakt durchgeführt, stieg die Interferenz hinter den Öffnungen dagegen. Durch Steuerung der Eigenschaften des Quanten-Beobachters waren die Wissenschaftler also in der Lage, das Ausmaß des Einflusses auf das Verhalten der Elektronen zu steuern.

Der Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft ist Betreiber dieses Portals. Seine Online- und Print-Magazine, darunter »Spektrum der Wissenschaft«, »Gehirn&Geist« und »Spektrum – Die Woche«, berichten über aktuelle Erkenntnisse aus der Forschung.