Quantenteleportation
Einige der verblüffendsten „Zaubertricks“ der Quantentheorie findet man rund um den Begriff der Teleportation. Heute geht das zwar nur mit Quanten oder einfacher gesagt mit winzig kleinen Objekten, aber in der Phantasie der SciFi-Autoren ist man da schon ein Stück weiter, dort werden auch Menschen gebeamt.
Das Grundprinzip der Teleportation ist folgendes: Zwei Teilchen werden miteinander „verschränkt“. Das heißt, sie sind ab dem Zeitpunkt der Verschränkung so miteinander verkoppelt, dass eine Änderung der Eigenschaften eines der beiden Objekte instantan eine Änderung der Eigenschaften seines Partners bewirkt. „Instantan“ bedeutet „unmittelbar“, es vergeht keine Zeit. Das beißt sich auf den ersten Blick mit der Relativitätstheorie, die eine maximale Übertragung von Informationen mit Lichtgeschwindigkeit postuliert. Aber wird hier die Relativitätstheorie tatsächlich verletzt, oder allgemeiner: Wird Information mit „Überlichtgeschwindigkeit“ transportiert?
Meiner Meinung nach: Nein! Das folgende Gedankenexperiment listet die Schritte auf, die bei dem Experiment aufeinander folgen:
Oder verständlicher ausgedrückt: Zum Zeitpunkt der Teleportation wurde keine Information von A nach B transportiert, sondern das Teilchen hat (implizit) diese Information schon immer besessen, sie wird nur durch die Wechselwirkung im Punkt A jetzt im Punkt B offenbar.
Es ist übrigens dieselbe Art von Fehlschluss, der auch den „Zeitreisen mit Hilfe eines Wurmlochs“ zugrunde gelegt wird: Angenommen, man könnte ein solches Wurmloch konstruieren und danach die beiden Enden auseinander ziehen. Beim Eintritt in eine Seite taucht man instantan am anderen Ende wieder auf, vor dem Zeitpunkt, an dem die Information auf „klassischem“ Weg über den Eintritt in das erste Loch das zweite Loch erreichen kann. Aber da das Auseinanderziehen des Wurmlochs (eines Objekts mit sehr viel Masse) nur mit Unterlichtgeschwindigkeit erfolgen kann, kann man sich selbst am anderen Ende des Wurmlochs nur bei Tätigkeiten beobachten, die bereits stattgefunden haben, auch wenn das Licht erst peu a peu dort eintrifft. Man kann sich selbst auch so nicht in der Zukunft sehen[1]. Es ist praktisch nur eine andere Art und Weise, sich einen Film über die Vergangenheit anzusehen. Aber es ist so niemals möglich, in eine Zeit zu „reisen“, die vor der Konstruktion des Wurmlochs liegt. Theoretische Konsequenz: Für makrophysikalische Objekte (und damit für die Information) hebt auch die Teleportation die Beschränkungen nicht auf, die durch die Relativitätstheorie beschrieben werden.
Inspiriert zu diesem kleinen „Unglaubensbekenntnis“ wurde ich durch einen alten Heiseartikel mit Anton Zeilinger. Ganz am Schluss autet er sich dort als Anhänger der Kopenhagener Deutung der Quantentheorie, wonach die Existenz des bewussten Beobachters ganz wesentlich für die Existenz der Welt ist. Es würde mich sehr interessieren, wie sich dieser spezielle „Glauben“ einiger Physiker mit dem „Glauben“ einiger Neurowissenschaftler verträgt, die Bewusstsein auf einen simplen physikalischen Prozess reduzieren wollen. Eines der beiden Glaubenspostulate muss falsch sein. Ich vermute sogar fast, beide.
[1] Interessanterweise gilt das auch für jeden beliebigen anderen Punkt der Wegstrecke. Man könnte sich nämlich vorstellen, dass es neben der mautpflichtigen „Autobahn“ durch das Wurmloch parallel dazu noch eine gebührenfreie „Landstraße“ gibt, auf der von A nach B mit Lichtgeschwindigkeit gereist werden kann. An keinem Punkt kann man sich selbst in der Zukunft sehen. Alle Ereignisse, bei denen man sich selbst beobachten kann, haben bereits stattgefunden. (Außerhalb der Physik ist der letzte Satz tautologisch, wie sollte man auch etwas beobachten können, das noch nicht stattgefunden hat? Innerhalb der Physik verlieren viele Gläubige aber manchmal diese einfache Tatsache aus dem Gedächtnis.)
Kategorien: Physik
Das Grundprinzip der Teleportation ist folgendes: Zwei Teilchen werden miteinander „verschränkt“. Das heißt, sie sind ab dem Zeitpunkt der Verschränkung so miteinander verkoppelt, dass eine Änderung der Eigenschaften eines der beiden Objekte instantan eine Änderung der Eigenschaften seines Partners bewirkt. „Instantan“ bedeutet „unmittelbar“, es vergeht keine Zeit. Das beißt sich auf den ersten Blick mit der Relativitätstheorie, die eine maximale Übertragung von Informationen mit Lichtgeschwindigkeit postuliert. Aber wird hier die Relativitätstheorie tatsächlich verletzt, oder allgemeiner: Wird Information mit „Überlichtgeschwindigkeit“ transportiert?
Meiner Meinung nach: Nein! Das folgende Gedankenexperiment listet die Schritte auf, die bei dem Experiment aufeinander folgen:
- Erzeugung der Verschränkung beider Teilchen an einem Ort.
- Transport eines der beiden Teilchen an einen anderen Ort (mit Unterlicht- oder maximal Lichtgeschwindigkeit).
- Wechselwirkung eines der beiden verschränkten Teilchen mit einem dritten. Diese Wechselwirkung zerstört die Verschränkung und nimmt gleichzeitig dem dritten Teilchen seine Eigenschaften (und bringt damit das Teilchen selbst zum Verschwinden).
- Instantan taucht es am Ort des zuvor verschränkten zweiten Teilchens auf.
Oder verständlicher ausgedrückt: Zum Zeitpunkt der Teleportation wurde keine Information von A nach B transportiert, sondern das Teilchen hat (implizit) diese Information schon immer besessen, sie wird nur durch die Wechselwirkung im Punkt A jetzt im Punkt B offenbar.
Es ist übrigens dieselbe Art von Fehlschluss, der auch den „Zeitreisen mit Hilfe eines Wurmlochs“ zugrunde gelegt wird: Angenommen, man könnte ein solches Wurmloch konstruieren und danach die beiden Enden auseinander ziehen. Beim Eintritt in eine Seite taucht man instantan am anderen Ende wieder auf, vor dem Zeitpunkt, an dem die Information auf „klassischem“ Weg über den Eintritt in das erste Loch das zweite Loch erreichen kann. Aber da das Auseinanderziehen des Wurmlochs (eines Objekts mit sehr viel Masse) nur mit Unterlichtgeschwindigkeit erfolgen kann, kann man sich selbst am anderen Ende des Wurmlochs nur bei Tätigkeiten beobachten, die bereits stattgefunden haben, auch wenn das Licht erst peu a peu dort eintrifft. Man kann sich selbst auch so nicht in der Zukunft sehen[1]. Es ist praktisch nur eine andere Art und Weise, sich einen Film über die Vergangenheit anzusehen. Aber es ist so niemals möglich, in eine Zeit zu „reisen“, die vor der Konstruktion des Wurmlochs liegt. Theoretische Konsequenz: Für makrophysikalische Objekte (und damit für die Information) hebt auch die Teleportation die Beschränkungen nicht auf, die durch die Relativitätstheorie beschrieben werden.
Inspiriert zu diesem kleinen „Unglaubensbekenntnis“ wurde ich durch einen alten Heiseartikel mit Anton Zeilinger. Ganz am Schluss autet er sich dort als Anhänger der Kopenhagener Deutung der Quantentheorie, wonach die Existenz des bewussten Beobachters ganz wesentlich für die Existenz der Welt ist. Es würde mich sehr interessieren, wie sich dieser spezielle „Glauben“ einiger Physiker mit dem „Glauben“ einiger Neurowissenschaftler verträgt, die Bewusstsein auf einen simplen physikalischen Prozess reduzieren wollen. Eines der beiden Glaubenspostulate muss falsch sein. Ich vermute sogar fast, beide.
[1] Interessanterweise gilt das auch für jeden beliebigen anderen Punkt der Wegstrecke. Man könnte sich nämlich vorstellen, dass es neben der mautpflichtigen „Autobahn“ durch das Wurmloch parallel dazu noch eine gebührenfreie „Landstraße“ gibt, auf der von A nach B mit Lichtgeschwindigkeit gereist werden kann. An keinem Punkt kann man sich selbst in der Zukunft sehen. Alle Ereignisse, bei denen man sich selbst beobachten kann, haben bereits stattgefunden. (Außerhalb der Physik ist der letzte Satz tautologisch, wie sollte man auch etwas beobachten können, das noch nicht stattgefunden hat? Innerhalb der Physik verlieren viele Gläubige aber manchmal diese einfache Tatsache aus dem Gedächtnis.)
Kategorien: Physik
Samstag, 10.März 2007