Das hier ist die Rezension eines
Kapitels von “Der Stoff aus dem der Kosmos
ist” von Brian Greene. Links zu den Rezensionen der anderen Kapitel kann man hier finden.
Das letzte Kapitel war ja schon etwas komplex. Wenn wir den Zeitpfeil erklären wollen, also die Tatsache, dass die Zeit eine klare Richtung zu haben scheint, dann müssen wir entweder davon ausgehen, dass unsere Wirklichkeit nur eine Simulation; eine statistische Fluktuation im Zustand des Universums ist. Oder aber wir müssen postulieren, dass unser Universum nach dem Urknall in einem extrem geeordneten Zustand begonnen hat. Und bevor Greene diese Möglichkeit näher untersucht um herauszufinden, wieso das so gewesen sein sollte, betrachtet er erstmal, was die Quantenmechanik zum Zeitpfeil zu sagen hat. Vielleicht kann die ja eine vernünftige Erklärung liefern und wir können das Postulat mit dem geordneten Urknall fallen lassen.
Schon wieder: der Doppelspalt!
Aber in der Quantenmechanik wird – Überraschung! – erstmal alles etwas verwirrend 😉 Das fängt schonmal damit an, dass der Begriff “Vergangenheit” hier nicht wirklich mit dem übereinstimmt, was wir normalerweise darunter verstehen. Die Quantenmechanik hat uns ja ein ein völlig anderes Bild von dem gegeben, was wir normalerweise als “Elementarteilchen” kennen. Denn hier sind die “Teilchen” keine punktförmigen Etwase mehr wie in der klassischen Physik sondern durch ihre Wahrscheinlichkeitswellen charakterisiert. In gewissen Sinne sind die Teilchen Wahrscheinlichkeitswellen. Wie der Name schon sagt geben diese Wellen die Wahrscheinlichkeit an, ein Teilchen an einem gewissen Ort zu finden. Und solange man nicht konkret nachmisst, kann man einfach nicht genau sagen, wo das Teilchen ist. Erst der Meßakt lässt die Wellenfunktion kollabieren und das Teilchen hat nun einen konkreten Ort. Wenn wir also jetzt wissen, wo ein Teilchen ist, dann können wir nicht wirklich sagen, wo es in der Vergangenheit war.
Das lässt sich besonders schön mit dem klassischen Doppelsspaltexperiment verdeutlichen. Der Augabe ist simpel. Von einer Lichtquelle aus werden zwei Spalten angestrahlt und ein Schirm dahinter zeigt an, was von der Lichtquelle durchkommt.
Wenn das Licht aus Teilchen besteht, dann sollte man erwarten, dass sich hinter den Spalten, dort wo die Teilchen durchkommen, ein Maximum an Licht am Schirm findet und links und rechts davon immer weniger. Wenn das Licht allerdings aus Wellen besteht, dann kommt die Welle durch beide Spalten, es kommt zur Interferenz, d.h. an manchen Stellen löschen sich die Wellen aus; an manchen verstärken sie sich und man sollte ein Interferenzmuster aus dunklen und hellen Streifen sehen.
Das sieht man auch, wenn man Licht durch die Spalten schickt. Aber – und das ist das spannende – man sieht es auch, wenn man z.B. Elektronen durch die Spalten schickt, die ja eigentlich “Teilchen” sind. Und, was noch seltsamer ist, selbst wenn man immer nur ein einzelnes Elektron nach dem anderen durch die Spalten schickt erhält man ein Interferenzmuster. Die Elektronen verhalten sich also nicht nur wie eine Welle – sie wechselwirken auch scheinbar mit sich selbst. Das Elektron geht gewissermaßen gleichzeitig durch beide Spalten hindurch.
Allerdings nur, wenn man nicht nachsieht, durch welchen Spalt die Elektronen tatsächlich gegangen sind. Man kann ja probieren, schlau zu sein, und an jedem Spalt ein Meßgerät installieren, das nachsieht, ob da gerade ein Elektron durchgeht oder nicht. Macht man das, dann sieht man, dass das Elektron immer nur durch einen Spalt hindurch geht. Und das Interferenzmuster verschwindet! Je nachdem, wie wir das Elektron beobachten scheint es mal eine Welle zu sein, mal ein Teilchen.
Und die Sache mit den Wahrscheinlichkeitswellen wird noch komplexer. Richard Feynman hat gezeigt, dass man für eine korrekte Beschreibung eines Teilchens immer alle Möglichkeiten berücksichten muss. Ein Teilchen hat normalerweise viele verschiedene Möglichkeiten um von A nach B zu kommen und wird diese Möglichkeiten mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten realisieren. Aber wenn man wissen will, was das Teilchen treibt, muss man all diese Möglichkeiten berücksichtigen.
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