Seltsame Quantenrealität

Genau das verdeutlicht Erwin Schrödingers berühmtes Gedankenexperiment mit der zugleich toten und lebendigen Katze: Eine Katze sitzt in einer Kiste, in der sich auch eine Ampulle mit Gift befindet, das freigesetzt wird, wenn ein instabiles Atom zu einem zufälligen Zeitpunkt zerfällt. In diesem Szenario haben wir also ein Atom, das sowohl zerfällt als auch nicht zerfällt, dadurch ein Gift freisetzt und nicht freisetzt, das die Katze tötet und nicht tötet. Ob das Atom zerfallen und die Katze tot oder lebendig ist, wissen wir folglich erst, wenn wir in die Kiste hineinschauen – also den Zustand der Katze „messen“. Wenn man der Mathematik der Quantenphysik glaubt, müsste vor der Messung eine gleichzeitig tote und lebendige Katze existiert haben. Doch offensichtlich beobachten wir so etwas nicht, aber warum?

Die häufigste Antwort der Physiker ist, dass die Katze in gewisser Weise ständig von Luftmolekülen und Lichtquanten und so weiter umgeben ist und von diesen physikalisch gesehen „gemessen“ wird. Und das ist eine oberflächlich plausible Erklärung, aber alles, was man auf diese Weise letztlich bekommt, ist eine Katze, die zu 50 Prozent tot und zu 50 Prozent lebendig ist – was wir in der Realität jedoch ebenfalls nicht beobachten.

Zweifel an der Realität

Wenn man sich weiter in die Quantenmechanik hineingräbt, zeigt sich sogar, dass sie anscheinend nicht mit der Idee vereinbar ist, dass es nur eine Realität gibt, über die wir uns alle einig sind. Dies war das Ergebnis eines Beweises von Daniela Frauchinger und Renato Renner, der Schlagzeilen machte, weil er zeigte, dass Realität nicht existiert.

Ihre Argumentation basiert auf einem Gedankenexperiment von Eugene Wigner: Nehmen wir an, Sie haben einen Freund, der sich in einem Labor befindet und dort eine Messung an einem Teilchen macht, das sich zugleich „links“ und „rechts“ befindet. Sobald ihr Freund das Teilchen gemessen hat, ist es entweder „links“ oder „rechts“. Aber weil Sie vor der verschlossenen Tür des Labors stehen, wissen Sie nicht, was die Messung ergeben hat. Es scheint, dass Ihr Freund sich jetzt in einer Superposition befindet, in der das Teilchen rechts ist und Ihr Freund es rechts gemessen hat sowie das Teilchen links ist und dein Freund es links misst. Erst wenn Sie die Tür öffnen, finden Sie heraus, was Ihr Freund gemessen hat.

Darauf aufbauend zeigten Frauchinger und Renner: Wenn zwei Leute in zwei separaten Laboren jeweils Messungen an zwei verschränkten Teilchen vornehmen und jeweils eine Person vor der Tür steht, dann gibt es Fälle, in denen es für die vier unmöglich ist, sich auf das Ergebnis der Messung zu einigen. Es würde einfach nicht mit den Vorhersagen der Quantenphysik übereinstimmen. Das ist eine gewichtige Aussage, denn es bedeutet, dass es so etwas wie eine objektive Realität – in dem Sinne, dass sie nicht unabhängig von uns, dem Beobachter, sein kann – einfach nicht gibt.

Dieses Problem lässt sich jedoch einfach lösen, indem man eine Messung als einen physikalischen Prozess behandelt, der entweder stattfindet oder nicht stattfindet. Dann würde sich der Freund im Labor nämlich nie in einer Superposition befinden, und Sie wären sich mit ihm über die Realität einig. Aber viele Physiker scheinen meine Erklärung nicht zu mögen.

Ich persönlich denke, die größte Lektion, die uns die Quantenphysik über die Realität vermittelt, ist eine, von der man im Grunde nie hört: Wir können nicht die gesamte Wellenfunktion messen. Denn sie ist komplexwertig und kann damit Werte annehmen, die komplexe Zahlen sind. Aber wir können immer nur eine Reihe von reellen Zahlen messen, die die Wellenfunktion beschreiben. Im besten Fall macht dies etwa die Hälfte der gesamten Information in der Wellenfunktion aus.

Es spielt dabei keine Rolle, wie schlau Sie sind: Sie können nicht vollständig herausfinden, was die Wellenfunktion ist. Jedoch brauchen wir die komplette Wellenfunktion, um korrekt zu berechnen, was passiert. Wenn die Wellenfunktion also beschreibt, was „wirklich“ vor sich geht, dann können wir unmöglich herausfinden, was diese „Wirklichkeit“ ist. Es ist, als gäbe es einen Teil der Realität, der uns in einem fundamentalen Sinne verborgen bleibt. Ein Gedanke, den ich unendlich faszinierend finde.