Pilotwellentheorie

Die Pilotwellentheorie (auch de-Broglie-Bohm-Theorie) wurde 1927 von Louis de Broglie vorgeschlagen und 1952 von David Bohm unabhängig wiederentdeckt und ausgearbeitet. Sie ist eine vollständig deterministische Interpretation der Quantenmechanik: Teilchen haben zu jedem Zeitpunkt eine definite Position und bewegen sich auf exakten Bahnen. Die scheinbare Zufälligkeit der Quantenmechanik entsteht durch Unkenntnis der genauen Anfangsbedingungen.

Der Mechanismus: Neben den Teilchen existiert eine reale Pilotwelle (die Wellenfunktion aus der Schrödinger-Gleichung), die den Teilchen vorschreibt, wohin sie sich bewegen. Die Welle geht durch beide Spalte des Doppelspaltexperiments, das Teilchen nur durch einen, aber die Welle führt das Teilchen so, dass das bekannte Interferenzmuster entsteht. Das Messproblem löst sich ebenfalls: Es gibt keinen Kollaps der Wellenfunktion, das Teilchen war immer an einem bestimmten Ort.

Die Theorie macht exakt dieselben Vorhersagen wie die Standard-Quantenmechanik, man kann sie experimentell nicht unterscheiden. Trotzdem blieb sie jahrzehntelang unpopulär. Auf der berühmten Solvay-Konferenz 1927 wurde de Broglies Vorschlag von den Vertretern der Kopenhagener Deutung (Bohr, Heisenberg, Pauli) abgelehnt, und de Broglie gab die Idee auf. Erst Bohm belebte sie 1952 wieder.

Die Pilotwellentheorie hat Nachteile: Sie ist explizit nichtlokal (die Pilotwelle verbindet alle Teilchen im Universum instantan), was mit der speziellen Relativitätstheorie kollidiert. Die relativistische Erweiterung ist möglich, aber kompliziert. Zudem führt sie eine Asymmetrie ein: Die Welle beeinflusst die Teilchen, aber die Teilchen beeinflussen die Welle nicht.

2006 und 2011 zeigten Experimente mit springenden Silikon-Öltröpfchen auf vibrierenden Flüssigkeitsoberflächen ein verblüffend ähnliches Verhalten: Die Tröpfchen werden von selbst erzeugten Wellen über die Oberfläche geführt und zeigen dabei Interferenzmuster, Tunneleffekte und quantenartige Statistik, ein makroskopisches Analogon zur Pilotwelle.