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Test der Quantenphysik: Spukhafte Fernwirkung ohne kosmische Verschwörung

Manipulieren bisher unbekannte Naturgesetze Zufallsgeneratoren in Quantenexperimenten? Für eine Antwort haben Physiker nun fast bis an den Anfang der Zeit geblickt.
Quanten-Verschränkung

Mit einem aufwändigen Experiment haben Wissenschaftler Albert Einsteins Interpretation der Quantenphysik ein gutes Stück unwahrscheinlicher gemacht. Die Theorie des Allerkleinsten ist berühmt dafür, dass sie den »lokalen Realismus« verletzt. Konkret scheint es im Mikrokosmos einen erheblichen Unterschied zu machen, ob die herumtanzenden Quanten auch einen Zuschauer haben.

Außerdem können zwei geschickt gekoppelte Objekte augenblicklich Einfluss aufeinander nehmen, selbst wenn sie zu weit voneinander entfernt sind für eine Signalübertragung mit Lichtgeschwindigkeit. Physiker sprechen vom Phänomen der »Verschränkung«. Einstein verspottete sie als »spukhafte Fernwirkung«. Er hielt an der Überzeugung fest, dass es eine verborgene Ebene der Realität geben muss, auf der unbekannte Naturgesetze die uns vertraute Kausalität wiederherstellen.

Seit Jahrzehnten klopfen Forscher die Realität auf das Vorhandensein solcher »verborgenen Variablen« ab. Nun ist einem internationalen Wissenschaftlerteam um den berühmten Quantenphysiker Anton Zeilinger von der Universität Wien der wohl bisher beeindruckendste Test dieser Art geglückt: Sie fingen die Lichtteilchen zweier Quasare auf und machten ihre Farbe zur Basis der Einstellung von Zufallsgeneratoren in einer gleichzeitig stattfindenden Verschränkungsmessung.

Bell-Test auf La Palma
Bell-Test | Ein Laser auf La Palma sendet verschränkte Photonen zu einem Labor, in dem die Zustände der Lichtteilchen ermittelt werden. Für eine unvoreingenommene Messung braucht man Zufallsgeneratoren, die vor jeder Messung die Einstellung der Detektoren festlegen.

Quasare sind gewaltige Schwarze Löcher im frühen Universum, die immer wieder Strahlung ins All feuern. Zeilingers Team beobachtete zwei acht und zwölf Milliarden Lichtjahre entfernte Exemplare an verschiedenen Enden des sichtbaren Universums. Damit habe man sichergestellt, dass der irdische Bell-Test völlig unabhängig von den Forschern und der Umgebung stattfindet, berichten die Wissenschaftler in einer Mitteilung.

Insbesondere habe man das »Freedom-of-Choice«-Schlupfloch weiter als bisher geschlossen: Demnach konnte man bei bisherigen Bell-Tests nicht ausschließen, dass die Einstellungen der Zufallsgeneratoren gar nicht zufällig sind, sondern von irgendeiner Instanz oder von unbekannten Naturmechanismen aufeinander abgestimmt wurden.

Solch eine kosmische Verschwörung gegen die Menschheit und ihr Bestreben, die Quantenphysik zu verstehen, scheint nun unwahrscheinlicher denn je. Verborgene Einflüsse auf Bell-Tests könne es nur noch geben, wenn sie vor mehr als 7,8 Milliarden Jahren stattgefunden hätten, berichten die Forscher im Fachmagazin »Physical Review Letters«.

In der Vergangenheit hatten Wissenschaftler bereits 600 Lichtjahre entfernte Sterne für einen ähnlichen Test genutzt. Außerdem ließen sie 100 000 Computeruser ein Browserspiel spielen, um die Zufallsgeneratoren in einem Bell-Experiment zu bestücken. Das Ergebnis war stets dasselbe: Die Quantenphysik verletzt den lokalen Realismus, und Einsteins verborgene Variablen scheint es nicht zu geben.

36/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 36/2018

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