Quantenmechanik

Die Quantenmechanik beschreibt das Verhalten von Materie und Energie auf der Ebene von Atomen und Elementarteilchen. Dort gelten Regeln, die der Alltagsintuition widersprechen: Teilchen verhalten sich zugleich wie Wellen, ihre Eigenschaften liegen vor einer Messung nicht fest, sondern nur als Wahrscheinlichkeiten vor, und ein System kann sich in einer Überlagerung mehrerer Zustände befinden, der sogenannten Superposition. Entwickelt wurde die Theorie in den 1920er Jahren von Physikern wie Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born und Niels Bohr.

Zu den berühmtesten Konsequenzen gehört Heisenbergs Unschärferelation: Ort und Impuls eines Teilchens lassen sich nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmen. Schrödingers Gedankenexperiment mit der Katze, die zugleich tot und lebendig ist, veranschaulicht, wie seltsam Superposition wirkt, wenn man sie auf größere Objekte überträgt. Der Messprozess spielt eine Sonderrolle, weil erst die Beobachtung das Ergebnis festlegt, ein Vorgang, dessen Deutung bis heute umstritten ist und sich zwischen der Kopenhagener Deutung und der Viele-Welten-Interpretation bewegt.

Besonders verstörend ist die Quantenverschränkung. Zwei Teilchen können so miteinander verbunden sein, dass die Messung am einen sofort den Zustand des anderen festlegt, egal wie weit beide voneinander entfernt sind. Einstein nannte das die spukhafte Fernwirkung und hielt die Theorie für unvollständig. Experimente, für die 2022 der Nobelpreis für Physik vergeben wurde, bestätigten jedoch, dass die Verschränkung real ist und sich nicht durch verborgene Variablen erklären lässt. Die Quantenmechanik ist damit die am genauesten geprüfte Theorie der gesamten Physik.

Für die Science-Fiction ist die Quantenmechanik eine unerschöpfliche Quelle. Sie liefert die reale Grundlage für Quantencomputer und Quantenkryptografie und inspiriert spekulative Ideen wie Teleportation, Paralleluniversen aus der Viele-Welten-Deutung oder Bewusstsein als Quantenphänomen. Autoren wie Greg Egan bauen ganze Romane auf quantenmechanischen Prinzipien auf, während Filme die Verschränkung gern als Erklärung für überlichtschnelle Kommunikation missbrauchen, obwohl die Theorie genau das ausdrücklich verbietet.