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Quarks & Co
Sendung vom 28. März 2006
Beamen in der Quantenphysik?
Dienstag, 28. März 2006, 21.00 - 21.45 Uhr
. So stand es im Jahr 2004 in einer großen deutschen
Zeitung. Ein Team um den Quantenphysiker Anton Zeilinger aus Wien
sollte es geschafft haben, zu beamen - also Gegenstände von
einem Ort wegzubewegen und gleichzeitig wie durch Zauberhand an
einem anderen entstehen zu lassen. Ganz so, wie in der Fernsehserie
"Raumschiff Enterprise" Menschen aus dem Raumschiff auf
fremde Planeten transportiert werden. Doch dass das so nicht
wirklich stimmen konnte, wussten Fachleute und interessierte Laien
sofort. Schon den Schöpfern der Weltraumserie "Raumschiff
Enterprise" war klar, dass das Beamen, so wie sie es sich
vorstellten, an den Naturgesetzen scheitern würde –
allein schon an Heisenbergs Unschärferelation. Die besagt
nämlich, dass man 
Impuls und Ort eines Teilchens nicht
gleichzeitig bestimmen kann. Das müsste man aber, wenn man
beamen wollte: Von jedem Elektron, jedem Proton und jedem Neutron
in einem Körper müssten die Informationen über den
genauen Zustand ausgelesen werden, damit man am Zielort aus diesen
Informationen den Körper wieder zusammenbauen kann. Die
Drehbuchautoren lösten das Problem in ihrer Fernsehserie
dadurch, dass ein mysteriöser
"Heisenberg-Kompensator" eingeführt wurde, dessen
Funktionsweise ja nie genauer erläutert werden musste. Wie
auch immer – ein echter Physikprofessor kann eine solche
Maschine nicht besitzen. Ein Ding der Unmöglichkeit also, dass
Zeilinger und seine Kollegen gebeamt haben sollen, auch, wenn es
nur um einzelne Teilchen ging, die von der einen Donauseite auf die
andere gelangt sein sollten. Tatsächlich haben die
Journalisten das Beamen nur als Bild benutzt, um zu erklären,
worum es bei Zeilingers Experimenten geht. Seine Quantenversuche
haben nämlich nicht das Ziel, Menschen irgendwohin zu beamen,
denn eigentlich hat der nobelpreisverdächtige Physiker eher
die Informationstechnik im Visier. Aber theoretisch sind seine
Versuche tatsächlich eine Grundlage für das Beamen
à la Enterprise.
Bei Zeilingers Experimenten geht es um ein Phänomen, mit dem selbst Einstein seine Schwierigkeiten hatte. Er konnte das seltsame Verhalten der Teilchen, das sich aus den Gesetzen der Quantenmechanik ergibt, nie wirklich akzeptieren und nannte es "spukhafte Fernwirkung". Selbst Physiker empfehlen, gar nicht den Versuch zu machen, die Quantenmechanik verstehen zu wollen - die Spuk-Phänomene sind Folge mathematischer Berechnungen, und die sollte man einfach hinnehmen. Eines davon ist die so genannte Verschränkung von Teilchen: Zwei Gegenstände in der Quantenwelt koppeln sich so aneinander, dass beide eine bestimmte Eigenschaft immer übereinstimmend aufweisen – selbst wenn sie Lichtjahre voneinander entfernt sind. Man könnte sich das in einem Bild so vorstellen: Wenn man annimmt, dass zwei Würfel verschränkte Quantenzustände darstellen und man mit zwei Bechern würfelt, dann würden beide Würfel immer dieselbe Augenzahl aufweisen, wenn man sie aufdeckt. Welche Augenzahl das ist, ist jedes Mal zufällig – trotzdem weiß man beim Anblick des einen Würfels sofort, welche Zahl der andere zeigt.
Natürlich fallen Würfel niemals auf diese Weise, das wäre wirklich verrückt. Aber Lichtteilchen – Photonen – verhalten sich tatsächlich so: Man schickt einen Lichtstrahl durch einen speziellen Kristall, der ihn in zwei Teilstrahlen aufteilt. Bestimmte Photonenpaare in diesen Teilstrahlen können jetzt die seltsame Verschränkung aufweisen – egal, wo die beiden sich jeweils befinden. Besonders erstaunlich erscheint dieses Verhalten, wenn Quantenphysiker erklären, dass die Photonen sich erst in dem Moment, in dem sie gemessen werden, für eine völlig zufällige Lage entscheiden. Und nimmt das eine sie dann spontan ein, wird sich das zweite Teilchen ganz entsprechend verhalten
Wenn man sich mit dieser Vorstellung angefreundet hat, wundert es kaum noch, dass die Physiker das Spielchen noch weiter treiben. Sie bringen ein zusätzliches Teilchen ins Spiel, das seinerseits mit einem der beiden Zwillingspartner verbandelt wird. Dieses neue Teilchen überträgt seine Eigenschaften auf das Partnerpaar – und der Expartner nimmt die Eigenschaften des neuen, dritten Teilchens an. Sogar, wenn es weit von den beiden anderen Teilchen entfernt war, sozusagen auf der anderen Donauseite. Wegen des neuen, dritten Teilchens verlieren also die beiden älteren ihre Eigenschaften - und das ist der Punkt, warum in Bezug auf Zeilinger die Rede vom Beamen war: Das neue, dritte Teilchen hat vorher nur auf der einen Donauseite existiert, und nachher existiert ein identisches Teilchen auf der anderen Donauseite, und zwar nur dort. Also könnte man sagen, dass das ursprüngliche Teilchen körperlos auf die andere Seite des Flusses transportiert wurde: "gebeamt" würde Captain Kirk sagen, "teleportiert" sagt Anton Zeilinger.
Würde man versuchen, mit dieser Methode einen ganzen Menschen auf die andere Seite des Flusses zu beamen, wäre aber noch etwas nötig – nämlich eine Menge von Teilchen, die schon dort sind. Und denen dann mitgeteilt wird, wie sie sich anordnen müssen, außerdem noch eine gewaltige Menge von weiteren Informationen über jedes einzelne Atom. Das wirft ein zusätzliches Problem auf: Nach den Berechnungen von Professor Zeilinger würde dieser Prozess selbst mit den größtmöglichen Übertragungsgeschwindigkeiten mehrere Milliarden Jahre dauern.
Zurück zum AbsatzMartin Rosenberg
Stand: 06.10.2006
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