Quantenphysik für alle am Schloß-Gymnasium
Quanten sind anders, heißt es, denn sie unterscheiden sich grundlegend von den physikalischen Gesetzen unserer gewöhnlichen Erfahrungswelt. Viele Menschen sind fasziniert von dieser Andersartigkeit und doch bleibt die Auseinandersetzung mehr als 100 Jahre nach den Entdeckungen von Heisenberg und Schrödinger meist auf Fachkreise beschränkt. Björn Habrich möchte dies ändern. Er möchte die höchst erstaunlichen Eigenschaften der Quanten für ein breiteres Publikum unmittelbar erlebbar und verständlich machen.
Auf Einladung des Schloß-Gymnasiums Benrath besuchte Habrich die Schule und hielt dort am 23. Januar neben Vorträgen für die Schüler auch einen öffentlichen Abendvortrag. Mit rund 120 Besuchern war die Aula der Schule gut gefüllt.
Highend-Quantenkoffer: Experimente mit Messgenauigkeit von einer Billionstel Sekunde
Habrich erklärte zunächst sein Anliegen die Quantenphysik anschaulicher zugänglich zu machen und die daraus resultierende Konzeption des von ihm im Verlauf von 10 Jahren entwickelten Quantenkoffers. Ausgestattet mit einem hochpräzisen Laser und einer leistungsfähigen Messtechnik, deren Genauigkeit bei einer Billionstel Sekunde liegt, erlaubt der Koffer die Durchführung aller etablierten Experimente zur Quantenphysik. Um ein spielerisch freies und eigenständiges Experimentieren zu ermöglichen, hat Habrich eine offene Experimentierfläche kreiert, auf der unterschiedliche Bauelemente frei angeordnet werden können. Neben dem Sicherheitsaspekt bezüglich des Lasers waren Habrich noch besonders die Gesichtspunkte Usability und Transparenz wichtig – jedes Bauteil ist entsprechend so gestaltet, dass es leicht handhabbar ist und seine Eigenschaften und Funktionen klar ersichtlich sind.
Eine andere Dimension von Naturgesetzen: Wahrscheinlichkeitsverschränkung
Nach ein paar einführenden Demonstrationen mit Experimenten zur Lichtgeschwindigkeit und zur Interferenz ging es schließlich ans Eingemachte. Gewöhnlich wenden wir die Mathematik an, um die realen Vorgänge in der Welt abstrakt zu erfassen und uns dies bspw. in der Statik für sichere Konstruktionen von Brücken und anderen Bauwerken zunutze zu machen. Auch Naturgesetze formulieren wir mithilfe der Mathematik. Das Gegenüber von einer materiell gedachten Welt und einer auf diese bezogenen mathematischen Beschreibung entfällt aber im Bereich der Quantenphysik: Die Mathematik selbst wird zu einer Realität in der Welt. Am quantenphysikalischen Phänomen der Verschränkung wird dies deutlich. Habrich demonstrierte die Verschränkung eines Photonenpaars. Er separierte die beiden Photonen und zeigte die Verschränkung live im Experiment – so wurde sichtbar, dass eine Messung an einem der beiden Photonen den Zustand des anderen Photons gleichzeitig mit festlegt hat. Beide Photonen sind in ihren Zuständen durch Wahrscheinlichkeiten verschränkt – wird der zunächst völlig offene, nicht festgelegte Zustand eines Photons durch eine Messung bestimmt, dann ist zwingend auch der Zustand des anderen Photons festgelegt. Es wirkt so, als würden die beiden Photonen ausgelöst durch die Messung miteinander kommunizieren, als gäbe es eine selbst nicht messbare Interaktion zwischen den Photonen mittels eines uns unbekannten und für uns nicht messbaren Mediums. Und nicht nur das: diese scheinbare Kommunikation mithilfe dieses vermeintlich unbekannten Mediums würde auch noch mit einer Geschwindigkeit deutlich oberhalb der Lichtgeschwindigkeit erfolgen müssen. Einstein sprach bezüglich dieses Phänomens von „spukhafter Fernwirkung“ und lehnte eine Erklärung mittels substanzieller Interaktion strikt ab. Entsprechend der aktuellen Theoriebildung geht man daher von Wahrscheinlichkeitsverschränkungen aus, die ohne materielle bzw. substanzielle Interaktion auskommen.
Bleibendes Staunen und produktive Fragen
Trotz live durchgeführter Messung und direkter Demonstration der Verschränkung verließen die meisten Besucher des Vortrags die Aula des Schloß-Gymnasiums mit mehr Fragen als Antworten. Habrich, der studierter Ingenieur ist, sich aber selbst auch als eine Mischung zwischen Naturwissenschaftler und Künstler begreift, dürfte dies sicher erfreulich finden. Zum Staunen und Denken hat er definitiv angeregt.
