Wie schnell ist sofort? - Eine Untergrenze für die Geschwindigkeit der "spukhaften Fernwirkung"
H. W. Verschränkte Teilchen gehören zum Seltsamsten, was die Quantenphysik zu bieten hat. Sie lassen sich nicht als einzelne Teilchen mit genau definierten Zuständen beschreiben, sondern nur als Gesamtsystem: Wird an einem Teilchen eine Messung vorgenommen, verändert dies die Eigenschaften der anderen verschränkten Teilchen – und zwar sofort, ganz egal, wie weit diese vom ersten Teilchen entfernt sind.
Diese klare Tatsache, die schon mehrfach experimentell bestätigt werden konnte, widerstrebt vielen Physikern und nicht zuletzt widerstrebte sie auch Einstein, man will mehr oder weniger einfach nicht endlich überall offiziell wahrhaben, was so offensichtlich und logisch ist.
Denn eine zentrale Aussage der Relativitätstheorie Einsteins lautet: "Nichts bewegt sich schneller als Licht", oder besser gesagt - und das ist auch einer der Fakten und Grundlagen meiner Weltformel-Forschungen und -666-Erkenntnisse: Keine Information und keine Energie bewegt sich schneller als Licht. - Am Ende eine ziemlich beschränkte Sicht der offensichtlichsten und sogar berechenbaren Tatsachen.
Das bedeutet: Verschränkte Objekte aber korrelieren unmittelbar, auch wenn sie sich aufgrund der Endlichkeit der s.g. Lichtgeschwindigkeit nicht gegenseitig beeinflussen dürften.
Einstein machte dafür abschätzig eine hypothetische "spukhafte Fernwirkung" verantwortlich.
Von Genf aus losgeschickt
Nun haben Forscher von der Universität Genf eine Untergrenze für die Geschwindigkeit dieser Fernwirkung vermessen.
Dabei zeigte sich, daß diese hypothetische Signalisierung auf jeden Fall sehr sehr schnell erfolgen müßte – mit mindestens dem Zehntausendfachen der Lichtgeschwindigkeit ...
Nun haben Forscher von der Universität Genf eine Untergrenze für die Geschwindigkeit dieser Fernwirkung vermessen.
Dabei zeigte sich, daß diese hypothetische Signalisierung auf jeden Fall sehr sehr schnell erfolgen müßte – mit mindestens dem Zehntausendfachen der Lichtgeschwindigkeit ...
Dieses Resultat stellt die Forschergruppe von Nicolas Gisin in der neusten Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift "Nature" vor.
Hier schildern die Wissenschafter auch ihr Experiment: Sie verschränkten im Labor in Genf zwei Photonen und schickten das eine durch ein Glasfaserkabel ins nahe gelegene Jussy, das andere nach Satigny. Die Lichtteilchen mußten dabei jeweils einen genau gleich langen Weg von 17,5 Kilometern zurücklegen.
Am Ziel wurde die Verschränkung der Photonen mit Interferometern nachgewiesen und die Mindestgeschwindigkeit einer allfälligen "spukhaften Fernwirkung" bestimmt.
Diese Messung machten die Forscher über 24 Stunden, während einer vollen Drehung der Erde um sich selbst. Damit wollte man der Tatsache Rechnung tragen, daß es ein Bezugssystem mit einer besonderen Orientierung im Raum geben könnte, in dem die "spukhafte Fernwirkung" sich langsamer bewegt.
Zehntausendmal schneller als Licht
Bezieht man alle Beschränkungen des experimentellen Aufbaus mit ein, können die Forscher aus ihren Messungen schließen, daß die "spukhafte Fernwirkung", so es sie gibt, sich um mindestens vier Größenordnungen schneller bewegen muß als Licht, und zwar in allen Bezugssystemen.
Bezieht man alle Beschränkungen des experimentellen Aufbaus mit ein, können die Forscher aus ihren Messungen schließen, daß die "spukhafte Fernwirkung", so es sie gibt, sich um mindestens vier Größenordnungen schneller bewegen muß als Licht, und zwar in allen Bezugssystemen.
Viel wahrscheinlicher aber sei, schreibt die Universität Genf in einer Pressemitteilung, daß es keine solche Fernwirkung gebe, sondern daß sich Quanten-Korrelationen tatsächlich simultan an mehreren Orten über große Distanzen manifestieren könnten – eine Vorstellung, an die sich Physiker wohl werden gewöhnen müssen. – 13. August 2008, 19:00, NZZ Online
MYSTERIÖSES QUANTENPHÄNOMEN - Einsteins "Spuk" ist Tausende Male schneller als das Licht
Von Holger Dambeck
Wie schnell ist sofort? Physiker haben diese Frage jetzt in einem Experiment untersucht.
Ergebnis: Der mysteriöse Informationsaustausch zwischen verschränkten Photonen, von Einstein als "spukhafte Fernwirkung" verspottet, ist 10.000-mal schneller als das Licht. Mindestens.
Der Physiker Nicolas Gisin ist schonungslos ehrlich, wenn er über sein jüngstes Experiment spricht: "Ehrlich gesagt, das Ganze ergibt keinen Sinn."
Er habe keine schlüssige Erklärung für das, was er und seine Kollegen von der Universität Genf beobachtet haben.
Gisins Team hat versucht, die Geschwindigkeit der so genannten spukhaften Fernwirkung zu messen. So hat Albert Einstein das nicht nur ihm mysteriös erscheinende Phänomen der Quantenverschränkung bezeichnet. Es besagt, daß die Quantenzustände zweier Teilchen auch in großem Abstand voneinander identisch sein können, so als stünden sie permanent in Verbindung.
Ändert das eine Teilchen seinen Zustand, so geschieht dies augenblicklich auch bei dem an-deren – so die Theorie der Verschränkung. Die Frage ist, wie so etwas überhaupt möglich sein soll.
Gisins Team hat versucht, die Geschwindigkeit der so genannten spukhaften Fernwirkung zu messen. So hat Albert Einstein das nicht nur ihm mysteriös erscheinende Phänomen der Quantenverschränkung bezeichnet. Es besagt, daß die Quantenzustände zweier Teilchen auch in großem Abstand voneinander identisch sein können, so als stünden sie permanent in Verbindung.
Ändert das eine Teilchen seinen Zustand, so geschieht dies augenblicklich auch bei dem an-deren – so die Theorie der Verschränkung. Die Frage ist, wie so etwas überhaupt möglich sein soll.
Reist die Nachricht über den geänderten Quantenzustand mit unendlicher Geschwindigkeit von einem Teilchen zum anderen?
Dies würde der von Einstein entwickelten Relativitätstheorie widersprechen, nach der sich nichts schneller als das Licht ausbreiten oder bewegen kann.
Mit einem Experiment haben Gisin und seine Kollegen nun versucht, die Geschwindigkeit der Quanteninformation zu bestimmen.
Mit einem Experiment haben Gisin und seine Kollegen nun versucht, die Geschwindigkeit der Quanteninformation zu bestimmen.
Die Physiker erzeugten in ihrem Genfer Labor Paare miteinander verschränkter Photonen und schickten sie in entgegengesetzter Richtung durch jeweils 17,5 Kilometer lange Glasfaserkabel. An deren Endpunkten, in den beiden Schweizer Dörfern Satigny und Jussy, erreichten die Photonen jeweils ein Meßgerät, ein so genanntes Interferometer.
Das Ergebnis der 24 Stunden nonstop laufenden Messungen: Stets erreichten die Photonen gleichzeitig ihr Ziel, und stets waren sie miteinander verschränkt.
Eine komplizierte Berechnung, in die unter anderem die Detektionsuntergrenze der Instrumente einfloß, ergab schließlich eine Geschwindigkeit, die mindestens 10.000-mal größer sein muß als die des Lichts. Es handle sich dabei um eine Untergrenze, schreiben die Forscher im Wissenschaftsmagazin "Nature".
"Ich glaube, daß die Geschwindigkeit in Wirklichkeit unendlich ist", sagt Cyril Branciard, einer der Autoren der Studie, im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE.
Um überhaupt auf ein Ergebnis zu kommen, mußten die Physiker eine Annahme über die Geschwindigkeit der Erde in einem abstrakten Koordinatensystem treffen, denn diese Bewegung beeinflußt das Ergebnis.
Um überhaupt auf ein Ergebnis zu kommen, mußten die Physiker eine Annahme über die Geschwindigkeit der Erde in einem abstrakten Koordinatensystem treffen, denn diese Bewegung beeinflußt das Ergebnis.
Sollte ein so genanntes privilegiertes Referenzsystem existieren – ein Begriff aus der Relativitätstheorie – und bewegt sich die Erde darin mit einer Geschwindigkeit von weniger als einem Tausendstel der Lichtgeschwindigkeit, dann breitet sich die Quanteninformation mindestens 10.000 Mal schneller aus als das Licht, schreiben die Forscher.
"Wir glauben, daß ein Tausendstel der Lichtgeschwindigkeit eine vernünftige Annahme ist", sagt Branciard.
Durch die kontinuierliche Messung der Verschränkung über 24 Stunden hinweg glauben die Wissenschaftler, jede mögliche Orientierung des Experiments zum privilegierten Referenzsystem untersucht zu haben. Die Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um sich selbst, und die beiden Dörfer liegen nahezu exakt in ost-westlicher Richtung zueinander. Wann auch immer die Messung in den 24 Stunden stattfand – stets hatte sie das gleiche Ergebnis.
"Das ist sehr mysteriös"
Was hat die Welt nun über die "spukhafte Fernwirkung" gelernt? Das Experiment liefert eine Untergrenze für die angenommene Ausbreitung von Quanteninformationen. Das Phänomen der Verschränkung wird dadurch aber kaum klarer – das sagen die Forscher selbst. Branciard findet es nach wie vor "sehr mysteriös".
Was hat die Welt nun über die "spukhafte Fernwirkung" gelernt? Das Experiment liefert eine Untergrenze für die angenommene Ausbreitung von Quanteninformationen. Das Phänomen der Verschränkung wird dadurch aber kaum klarer – das sagen die Forscher selbst. Branciard findet es nach wie vor "sehr mysteriös".
Die Studie zeige, wie die Quantenmechanik der alltäglichen Wahrnehmung der Welt widerspreche, sagt Gisin der Nachrichten-Website des Magazins "Nature". "Unser Experiment legt den Finger in die Wunde."
Albert Einstein war übrigens nicht der Erste, der seine Probleme damit hatte, daß zwei Teilchen augenblicklich zu wissen scheinen, was mit dem anderen gerade passiert.
Isaac Newton zweifelte schon vor mehr als 300 Jahren an, daß ein Körper einen anderen Körper beeinflussen kann, ohne daß dabei zwischen ihnen vermittelt wird, etwa über ein Medium oder eine Strahlung.
Für Terence Rudolph, Physiker am Imperial College in London, hat das Genfer Experiment aber zumindest eine greifbare Erkenntnis gebracht: "Jede Theorie, welche die Quantenverschränkung mit einem Übermittlungsmechanismus zu erklären versucht, muß wahrhaftig spukhaft sein", schreibt er in einem "Nature"-Kommentar. "Womöglich spukhafter als die Quantenmechanik selbst."
QUANTENVERSCHRÄNKUNG
Die "spukhafte Fernwirkung" gehört zu den bizarrsten Phänomenen der Physik. Zwei miteinander verschränkte Teilchen liefern bei Messungen von Quantenzuständen übereinstimmende Ergebnisse – egal wie weit die Teilchen voneinander entfernt sind. Man kann die Situation mit zwei Würfeln vergleichen, die stets die gleiche Augenzahl zeigen.
Die "spukhafte Fernwirkung" gehört zu den bizarrsten Phänomenen der Physik. Zwei miteinander verschränkte Teilchen liefern bei Messungen von Quantenzuständen übereinstimmende Ergebnisse – egal wie weit die Teilchen voneinander entfernt sind. Man kann die Situation mit zwei Würfeln vergleichen, die stets die gleiche Augenzahl zeigen.
Dieser Umstand wird in der Quantenkryptographie ausgenutzt, um abhörsicher einen Schlüssel zu erstellen.
- Meldung vom Do. 14.08.2008, Quellen: SPIEGEL Online:
NZZ Online:
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