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Verborgene Variablen der Quantenmechanik: Hatte Einstein doch recht?

Gibt es in der Quantentheorie doch verborgene Variablen, die das nur vermeintlich zufällige Verhalten einzelner Teilchen bestimmen? Diese Frage haben Physiker der Universität Illinois at Urbana-Champaign nun erneut aufgeworfen. In den Proceedings of the National Academy of Sciences USA (DOI:10.1073/pnas.251525098) weisen Karl Hess und Walter Philipp nach, dass möglicherweise wichtige Aspekte übersehen wurden, als theoretisch und experimentell die Nichtexistenz jener verborgenen Größen nachgewiesen wurde.

Die Frage nach den verborgenen Variablen hatte bereits Albert Einstein beschäftigt, der sich Zeit seines Lebens nur schwer mit den Folgerungen aus der Quantentheorie anfreunden konnte. Hinter der Quantenmechanik vermutete er eine weitere, noch fundamentalere Theorie mit versteckten Größen. Diese sind zwar nicht direkt messbar. Sie steuern jedoch das nur vermeintlich unvorhersagbare Verhalten einzelner Teilchen. Einstein widersprach damit dem dänischen Physiker Niels Bohr. Dieser hatte immer wieder betont, dass man sich nun eben vom Determinismus der klassischen Physik verabschieden müsse.

Um an einem Beispiel die Probleme der Quantentheorie klarer herauszuarbeiten, entwarf Einstein 1935 gemeinsam mit den Physikern Boris Podolsky und Nathan Rosen ein Gedankenexperiment, das als Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)-Experiment in die Wissenschaftsgeschichte einging. Darin wird die „geisterhafte“ quantenmechanische Beziehung zwischen zwei Teilchen deutlich: Die Beobachtung des einen Teilchens wirkt sich auf das Verhalten des anderen aus, unabhängig von deren Entfernung zueinander.

Der irische Physiker John Bell zeigte in den sechziger Jahren, dass verborgene Variablen auch messbare Konsequenzen haben müssten. Bestimmte EPR-Experimente würden unterschiedlich ausgehen, je nachdem, ob versteckte Variablen existieren oder nicht, wies Bell theoretisch nach. Auf dieser Theorie bauten auch die ersten realen EPR-Experimente auf, die in den achtziger Jahren schließlich die Nichtexistenz versteckter Variablen zeigten.

Eben diese Theorie John Bells stellen Hess und Philipp nun in Frage: Bell könnte in seiner Betrachtung eine wichtige Klasse versteckter Größen übersehen haben, was mit den experimentellen Ergebnissen durchaus im Einklang stehe, schreiben die beiden Physiker. Wenn die Variablen sich nämlich abhängig von der Zeit änderten, veränderten sich auch die Voraussagen und Bells Theorie würde hinfällig.

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Die Wissenschaftler zeigten, dass in diesem Fall die Ergebnisse von EPR-Experimenten ohne jene geisterhafte Fernwirkung erklärt werden könnte. Das bedeute zwar nicht, dass verborgene Variablen existieren. Sie könnten nur auch in den bisher dominierenden Interpretationen der Quantenmechanik nicht mehr völlig ausgeschlossen werden.

Ulrich Dewald
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