Mysteriöses Quantenphänomen Einsteins Spuk ist Tausende Male schneller als das Licht

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.

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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 sogenannten 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 (siehe Kasten).

Ändert das eine Teilchen seinen Zustand, so geschieht dies augenblicklich auch bei dem anderen - 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. 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 sogenanntes 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. Sollte ein sogenanntes 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".

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."



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