Dies ist eine kurze Einführung in die erstaunlichen Entdeckungen der modernen Quantenphysik. Diese Erkenntnisse sind bis jetzt nur zum Teil in den heutigen wissenschaftlichen Wissensfundus eingegangen und konnten den vorherrschenden Materialismus bislang nicht zu Fall bringen - obschon genau das eigentlich zu erwarten wäre.
In 1804 zeigte Thomas Young, dass Licht Welleneigenschaften hat, da es an Hindernissen gebeugt wird und dabei Interferenzmuster erzeugt. Der Begriff "Beugung" beschreibt, dass eine Welle, welche auf ein Hindernis trifft, abgelenkt wird, bzw. dass hinter kleinen Öffnungen ein kreisförmiges Wellenmuster entsteht.
Der Begriff "Interferenz" beschreibt den Effekt, dass eine Welle, die auf einen Doppelspalt trifft, hinter dem Doppelspalt zwei neue Wellen erzeugt, die miteinander wechselwirken. Dadurch entsteht auf einem Schirm hinter dem Doppelspalt eine Reihe heller und dunkler Streifen, die auch als "Interferenzmuster" bezeichnet werden.
Das Licht, das auf dem Schirm hinter dem Doppelspalt gemessen wird, zeigt hellere und dunklere Bereiche, denn dort, wo zwei Wellenberge aufeinander treffen, addieren sich diese und erzeugen einen hellen Bereich auf dem Schirm. In den Bereichen, wo ein Wellenberg auf ein Wellental trifft, löschen sich beide gegenseitig aus und es entsteht ein dunkler Bereich.
Nun zum Doppelspaltexperiment: Stellen wir uns nun vor, in dem Experiment nicht mehr Licht auf den Schirm zu schießen sondern Kugeln aus einem Maschinengewehr. In diesem Fall würde man wohl kaum ein Interferenzmuster erwarten, denn jede Kugel würde entweder durch den einen oder den anderen Spalt fliegen und jeweils dahinter ein Einschussloch - bzw. bei mehreren Kugeln einen Streifen von Einschusslöchern - hinterlassen.
In der nächsten Modifikation des Experiments verwenden wir nun ein "Elektronen-Gewehr". Dieses Elektronen-Gewehr ist in der Lage einzelne Elektronen abzufeuern und dies innerhalb kürzester Zeit millionenfach zu wiederholen. In so einem Versuchsaufbau ist es ausgeschlossen, dass ein Elektron mit einem anderen Elektron wechselwirkt, da sich immer nur ein einzelnes Elektron am Doppelspalt aufhält.
Als die Wissenschaftler dieses Experiment zum ersten Mal durchführten, waren sie schwer verwundert, denn sie hatten eigentlich etwas ähnliches erwartet, wie bei dem Versuch mit einem Maschinengewehr: Also zwei schmale Streifen direkt hinter jedem der beiden Spalte. Aber das Ergebnis zeigte ein völlig anderes Ergebnis: Es bildete sich ein Interferenz-Muster! Aber wie kann das sein ? Wie kann ein einzelnes Elektron "mit sich selbst wechselwirken" um dadurch ein Interferenzmuster zu erzeugen?
Um herauszufinden, was genau am Doppelspalt vor sich ging, brachten die Wissenschaftler nun je einen Detektor an jedem der beiden Spalte an, die in der Lage sind zu messen, durch welchen Spalt das Elektron geflogen ist. Als sie nach dem Umbau das Elektronen-Gewehr einschalteten, waren sie erneut schwer verwundert: Nun war das Interferenz-Muster verschwunden und auf dem Schirm sah man nur zwei schmale Streifen, je einen hinter jedem Spalt. Also hat der Einbau der beiden Detektoren eine Veränderung des Verhaltens der Elektronen ausgelöst. Wie kann das ein?
3:40 Minuten, deutsch, Youtube-Kanal "100 Sekunden Physik"
Falls Sie nur wenig Zeit zum Lesen aufbringen können oder das Gelesene noch einmal in visualisierter und einfach dargestellter Form ansehen möchten, finden Sie hier eine Verlinkung Erklärvideo des bekannten Youtube-Kanals "100 Sekunden Physik".
18:54 Minuten, deutsche Übersetzung
Dieser 19-minütige deutsch synchronisierte Ausschnitt stammt aus einem Vortrag, den Physiker Thomas Campbell im März 2010 gehalten hat. In diesem Segment spricht er über die Struktur unserer Realität, er stellt das Doppelspalt-Experiment vor und präsentiert neuste Theorien und Erkenntnisse aus dem Fachbereich der Digitalen Physik. Durch diese neuen Ansätze lassen sich Quantenphysik, Realitivitätstheorie und Metaphysik aus einem einzigen Realitätsmodell ableiten. Anmerkung: Tom's Erklärung von 7:45 bis 9:00 zu nicht aufgezeichneten Daten der Sensoren ist eine vereinfachende Metapher und wissenschaftlich so nicht richtig. Eine ausführlichere Erklärung dazu wie das Experiment wirklich abläuft findet man im nachstehenden Artikel und Video.
Betrachten wir also zunächst den roten Pfad. Ein Photon fliegt durch den rot markierten Spalt und es wird am Beta-Bariumborat-Kristall aufgespalten. Ein Teil fliegt Richtung gelber Linse, der andere Teil wird über ein Prisma nach unten abgelenkt, trifft auf ein weiteres Prisma und schließlich auf einen grünen halbdurchlässigen Spiegel. Alle drei dieser grünen Spiegel haben die Eigenschaft, dass sie Licht, das auf sie trifft, in 50% aller Fälle einfach komplett durchlassen und in 50% der Fälle wird das Licht am Spiegel komplett reflektiert und umgelenkt. Die Auswahl des Pfads an diesen Spiegeln ist also ein 50/50 Zufallsprozess. Durchschnittlich wird also jedes zweite Photon nach oben abgelenkt und trifft auf Sensor D4. Im anderen Fall, fliegt das Photon direkt durch den Spiegel, wird an diesem grauen normalen Spiegel komplett reflektiert und trifft auf einen zweiten grünen Spiegel.
Die Darstellung dieses zweiten grünen Spiegels in der vorliegenden Grafik ist leider nicht ganz korrekt; man muss sich den Spiegel leicht gedreht vorstellen, damit der Reflexionswinkel stimmt. Im ersten Fall wird das Photon nicht abgelenkt, fliegt direkt durch den Spiegel und trifft auf Sensor D1. Im zweiten Fall wird es reflektiert und trifft auf Sensor D2.
Wenn man sich die aufgespaltenen Sensordaten in der rechten Spalte anschaut, fällt auf, dass die den Sensoren D1 bzw. D2 zugeordneten Messdaten ein Interferenzmuster aufweisen, während die den Sensoren D3 bzw. D4 zugeordneten Messdaten kein Interferenzmuster aufweisen.
Für Photonen, welche auf die Sensoren D1 oder D2 getroffen sind, ist es unmöglich festzustellen, durch welchen Spalt sie geflogen sind, denn diese Information wurde durch die Zufallsprozesse an den grünen Spiegeln quasi "gelöscht". Das verschränkte Partnerphoton erzeugt in diesen Fällen stets ein Interferenzmuster, genauso wie beim einfachen Doppelspaltexperiment ohne Photonensensoren am Doppelspalt.
Für Photonen, welche auf die Sensoren D3 oder D4 getroffen sind, ist klar identifizierbar durch welchen Spalt sie geflogen sein müssen. Das verschränkte Partnerphoton erzeugt in diesem Fall kein Interferenzmuster, genauso wie beim einfachen Doppelspaltexperiment mit Photonensensoren am Doppelspalt.
Warum sollte uns dies jedoch zu Denken geben?
Das Problem mit diesem Ergebnis ist, dass das verschränkte Photon, das nach oben Richtung gelber Linse abgelenkt wird, auf den Sensor D0 trifft, bevor sein Partnerphoton auf den ersten grünen Spiegel trifft. Zu diesem Zeitpunkt kann das obere Photon eigentlich noch gar nicht wissen, ob es ein Interferenzmuster bilden muss oder nicht, denn durch die längere Laufzeit des unteren Pfads, ist die Entscheidung, auf welchen Sensor das untere Photon treffen wird, noch gar nicht gefallen.
Wie kann das obere Photon in jeder einzelnen Messung bereits vorher wissen, welchen Weg das untere Photon durch die grünen Spiegel wählen wird ? Es kann es nicht wissen, weil die Entscheidung ein Zufallsprozess ist und trotzdem weiss das obere Photon in jedem einzelen Fall bescheid, sonst würden wir nicht ein Interferenzmuster in den Daten sehen, die Sensor D1 bzw. D2 zugeordnet wurden allerdings kein Interferenzmuster in den Daten, die Sensor D3 bzw. D4 zugeordnet wurden.
23:33 Minuten, deutsche Übersetzung
Der Inhalt dieses Artikels steht auch als Video zur Verfügung, in dem die Kernbotschaften unter Zuhilfenahme zahlreicher animierter Grafiken eventuell sogar besser verständlich erklärt werden als das diesem Artikel selbst möglich ist.
Dass es so etwas wie höhere Dimensionen gibt, ist ein Konzept, dass auch in anderen wissenschaftlichen Ansätzen Anwendung findet, z.B. bei der String-Theorie. Die Annahme, dass es noch etwas außerhalb dem uns bekannten dreidimensionalen Realitätskonstrukts gibt, ist also keineswegs unwissenschaftlich.
Um das Konzept mit der Meta-Informationsebene besser zu verstehen, betrachten wir kurz das Phänomen verschränkter Teilchen, wie sie im Delayed Choice Quantum Eraser Experiment zum Einsatz kamen. Verschränkte Teilchen haben die Eigenschaft, dass sie aufgrund des Prozesses mit dem sie erzeugt wurden, je einen nach oben und einen nach unten orientieren Spin haben. Spin steht hier vereinfacht ausgedrückt für sowas wie eine Drehung um die eigene Achse, das eine Teilchen dreht sich quasi links rum das andere rechts rum. Der Spin des einen Teilchens kann sich auf grund von physikalischen Erhaltungsgesetzen nur ändern, wenn sich der Spin des Partnerteilchens gleichzeitig ändert. Diese Gleichzeitigkeit der Änderung des Spins gilt sogar, wenn die beiden Teilchen sich Lichtjahre voneinander entfernt befinden.
Tom sagt, die eigentliche Information über die Teilchen liegt auf der Meta-Informationsebene außerhalb unserer 3D-Realität. Unsere Realität wird basierend auf diesen Informationen erzeugt, deshalb der Begriff virtuelle Realität. Wenn der Spin des linken Teilchens umgepolt wird, liegt diese Information sofort und ohne Zeitverzögerung auf der Meta-Informationsebene vor.
Mit zur Zeit verfügbarer Technologie kann man zwar den Spin der Teilchen messen, man kann den Spin jedoch nicht beliebig ändern bzw. umpolen. Tom denkt, dass dies jedoch in naher Zukunft möglich werden wird. Da die Informationen über beide Teilchen auf der Meta-Informationsebene quasi an der selben Stelle gespeichert ist, ändert sich nicht nur die Information des umgepolten Teilchens sondern die Information des Partnerteilchen ändert sich direkt mit.
Um diese abstrakte Idee von Informationen außerhalb unserer 3D-Realität etwas anschaulicher zu machen, betrachten wir kurz eine Analogie mit einem 3D-Computerspiel: Tom's virtuelle Realitätssicht besagt, dass etwas nur in unserer 3D Realität dargestellt werden muss, wenn wir es mit unseren eigenen Augen sehen können. Der Begriff dargestellt wird hier im gleichen Sinn verwendet, wie in einem 3D-Computerspiel grafische Elemente auf dem Bildschirm dargestellt werden.
Wenn unsere Spielfigur in einem 3D-Computerspiel nach vorne schaut, müssen Gegenstände, die sich hinter ihr befinden nicht dargestellt werden, erst wenn sie sich umdreht und die Gegenstände ins Sichtfeld der Spielfigur rücken, müssen sie dargestellt werden. Existieren die Gegenstände hinter unserer Spielfigur also nicht, wenn sie nach vorne guckt? Nun, sie existieren zumindest auf der Ebene der Information, die außerhalb der 3D-Realität liegt, nämlich im Arbeitsspeicher unseres Computers. In unserer Realität gehen wir aufgrund unserer Annahme, dass unsere Realität objektiv ist, davon aus, dass natürlich alle Gegenstände immer da sind, auch wenn niemand hinschaut. Das ist aber eben nur eine Annahme, sicher wissen tun wir das nicht.
Wenn sich die Informationen auf der Meta-Informationsebene ändern, kann sich auch unsere physische Realität scheinbar rückwirkend verändern, solange innerhalb der 3D-Realität keine Beweise - wie z.B. Messdaten der Photonensensoren am Doppelspalt - vorliegen, die dies verhindern. Die Realität muss auf jeden Fall widerspruchsfrei sein und Daten die innerhalb der 3D-Realität vorliegen dürfen keinesfalls zu Widersprüchen führen.
Aus Sicht unserer 3D Realität werden wir nie erfahren, dass sich das Messergebnis für kurze Zeit in einem undefinierten Zustand befunden hat, denn wir haben keine Chance diese Lücken in den Messdaten zu sehen. Die 3D Realität, die ab dem Moment erzeugt wird, wo das Partnerphoton auf einen der 4 Sensoren getroffen ist, basiert auf den Daten der Meta-Informationsebene und die wird die Lücke in den Messdaten ab diesem Moment rückwirkend mit konsistenten Messdaten auffüllen.
Trifft das Partnerphoton auf Sensor D3 oder D4 dann muss das Messung von Sensor D0 teilchenverhalten widerspiegeln. Trifft das Partnerphoton hingegen auf Sensor D1 oder D2 muss die Messung von Sensor D0 ein Interferenzmuster zeigen. Das wesentliche Kriterium an dieser Stelle ist Widerspruchsfreiheit aller in unserer 3D-Realität vorliegenden Daten, die muss stets sichergestellt sein und das Ergebnis der Messung am Sensor D0 wird deshalb so ausfallen, dass es konsistent mit der Messung des Partnerphotons ist. An dieser Stelle soll noch darauf hingewiesen werden, dass die vorher verwendete Erklärung mit einer "Messung, die das Kollabieren der Wahrscheinlichkeitsfunktion zu einem physischen Teilchen auslöst" besser anders formuliert werden sollte, denn wenn Tom's Realitätsmodell zutrifft, basiert unsere gesamte 3D-Realität nur auf Information.
Jeder bewusste Beobachter nimmt die 3D Realität basierend auf den ihm zur Verfügung stehenden Informationen der Meta-Informationsebene wahr und die Konsistenz aller individuellen Erfahrungen der bewussten Beobachter wird durch die Konsistenz der Daten sichergestellt, auf denen ihre Erfahrung basiert.
Dr. Dean Radin ist Ingenieur für Elektrotechnik und gleichzeitig Psychologe. Er forscht seit Mitte der 1990 Jahre im Grenzbereich zwischen Geist und Materie. Seine Forschungsergebnisse wurden bereits mehrfach in Mainstream-Journalen für Physik und Psychologie veröffentlicht. Mehr zu Dean Radin und seiner Forschungsarbeit finden Sie in der Rubrik "Bewusstseinsforschung > Bewusstsein und Parapsychologie"
Prof. Dr. Arnaud Delorme ist Neurowissenschaftler, Universitätsprofessor an der Paul Sabatier University in Toulouse, außerordentliches Fakultätsmitglied am Swartz Center for Computational Neuroscience an der University of California (San Diego) und beratender Forscher am grenzwissenschaftlichen Institute of Noetic Sciences in Petaluma (Kalifornien).
3.1 Bewusstsein und Doppelspalt-Interferenzmuster: Sechs Experimente (Physics Essays 25, 2 im Mai 2012)
3.2 Psychophysische Beeinflussung eines Doppelspalt-Experiments (Physics Essays 29, Ausgabe 1 im März 2016)
28:36 Minuten, deutsche Übersetzung
00:45 Drei Blinkwinkel: Mysterium der Physik, Interpretation und Experimente
01:40 Das Messproblem in der Quantenmechanik, Beobachtereffekt
05:30 Experimente - Kollaps der Wellenfunktion durch Beobachtereffekt
10:25 Experimente - Mentale Beeinflussung eines Doppelspaltsystems
13:00 Experimente - Zeitverzögerung des Verstands, Vergleich von Modell und Messung
15:25 Experimente - Internetexperiment mit 5000 Personen -> Abstand macht keinen Unterschied
20:05 Experimente - Einzel-Photonen-Experimente mit gleichzeitiger EEG-Messung
24:05 Experimente - Burning Man 2013 - Versuch mit 6 Zufallszahlengeneratoren
25:05 Experimente - Burning Man 2014 - Versuch mit 10 Quantenrauschgeneratoren
26:50 Fazit, Danksagung und Dean's Literaturtipps
Prof. Dr. Anton Zeilinger erhielt seinen Doktortitel in Physik von der Universität Wien im Jahr 1971 und arbeitete seit 1979 als Physikprofessor in Wien. Außerdem hat er mehrere Jahre als Professor sowohl am M.I.T., an der Technischen Universität München und an der Universität Innsbruck unterrichtet. Seit 1999 ist er Universitätsprofessor für Experimentalphysik an der Universität Wien. Im Jahr 2022 erhielt der den Nobelpreis für Physik für seine Forschungen zur Quantenphysik. Das folgende, englischsprachige Interview ist ein wirklich interessantes 25-minütiges Interview mit ihm zu verschiedenen Themen aus dem Bereich der Quantenphysik. Nachstehend ist außerdem ein deutschsprachiges Video verlinkt (besonders interessant ab Minute 29:20).
Prof. Dr. Hans-Peter Dürr wurde 1929 in Stuttgart geboren. Er wurde mit 15 Jahren einberufen und musste in den letzten Monaten des Krieges erhebliches Leid und auch den Tod von Freunden erleben. Dieses Erlebnis prägte ihn zutiefst und er wollte sein Leben dazu einsetzen, dass es nie mehr zu einem großen Krieg kommt. Als Wissenschaftler promovierte er 1956 unter Edward Teller und musste zu seinem Erschrecken feststellen, dass sein Doktorvater der Erfinder der Wasserstoffbombe war. Dürr arbeitete von 1958 bis 1976 als Mitarbeiter von Werner Heisenberg. 1978 wurde er geschäftsführender Direktor des Max-Planck-Instituts für Physik und Astrophysik des Werner-Heisenberg-Instituts für Physik in München das er bis 1992 leitete.
25:25 Minuten, englisch
00:30 Was bedeutet der Begriff Quantenverschränkung genau?
01:40 Bertelmann's Socken - Klassische Korrelation und Quantenverschränkung
03:40 Welchen praktischen Nutzen bietet uns die Quantenverschränkung?
06:10 Was bedeutet Quantenteleportation? Heisenberg's Unschärferelation
08:00 Unverzögerte Informationsübertragung und Relativitätstheorie
09:45 Wo liegt die Größenbeschränkung für die teleportierten Objekte?
11:00 Wieso kennen die Mechanismen der Quantenphysik die Relativitätstheorie?
11:50 Realitätswahrnehmung - Objektive Realität gegenüber Quanten-Lokalität
14:20 Begrenzungen des Doppelspaltexperiments bezüglich großer Moleküle
18:35 Was ist ein Qubit? Neue Wege mit Quanteninformation zu experimentieren
20:35 Wird Quantenberechung die Binär-Rechung bei Computern ablösen?
21:35 Persönliche Fragen zu Prof. Zeilinger's Leben als Physiker
24:15 Wieso sollten sich junge Menschen für ein Physikstudium entscheiden?
25:25 Ende des Interviews
51:48 Minuten, deutsch
"Die Trennung von Wirklichkeit und Information ist nicht haltbar" - das behauptet der Nobelpreisträger für Physik, Prof. Anton Zeilinger aus Österreich. Er argumentiert, warum das "realistische" (materialistische) Weltbild, wonach wir in einer objektiven, physischen Welt leben, die wir als Beobachter untersuchen können, so nicht stimmen kann. Vielmehr plädiert er für die Idee, der Information selbst (und nicht allein der scheinbar davon unabhängig existierenden Materie, über die wir Informationen sammeln), eine fundamentale Wirklichkeit zuzusprechen.
46:30 Minuten, deutsche Übersetzung
Dürr wurde 1987 für seine Friedensarbeit mit dem alternativen Nobelpreis ausgezeichnet und er erhielt 2004 das Große Bundesverdienstkreuz. 2007 beschloss der Münchner Stadtrat, Hans-Peter Dürr - in Anerkennung seiner hohen Verdienste um die Stadt München - das Ehrenbürgerrecht zu verleihen.
In diesem Interview spricht Hans-Peter Dürr über seinen Lebensweg und seine paradoxe Erkenntnis nach 50 Jahren als Wissenschaftler, dass es Materie in der allgemein bekannten Weise gar nicht gibt. Wir erleben mehr als wir begreifen und sind nicht nur ein Teil der Wirklichkeit sondern ein Beteiligter, der mitwirkt. Alle Versuche, die Wirklichkeit wissenschaftlich objektiv zu beschreiben, sind stets unzulänglich, weil wir als Beobachter immer Teil der Wirklichkeit bleiben und somit nie einen wirklich objektiven Standpunkt einnehmen können.
Hans-Peter Dürr ist am 18.5.2014 in München verstorben.