Neu im Catch-up Service: Jenseits unserer Sinne

Prof. Dr. Harald Weinfurter: Nachrichten aus der Quantenwelt

Unsere menschlichen Sinne sind nicht auf die Quantenwelt geeicht. Ebenso wenig wie auf das Durchwandern der Milchstraßen. Trotzdem schwimmt alles Leben in einem Meer von Elementarteilen und Quanten, die sich ganz anders verhalten als wir meinen.

Eine der interessantesten Fragestellungen im Verhalten der Quanten ist die sogenannte „spukhafte Fernwirkung“. Kommen zwei Photonen aus der gleichen Quelle, so bewirkt eine Beeinflussung des einen Geschwisters eine sofortige Reaktion des anderen, wie weit sie auch voneinander entfernt sein mögen. Zu diesem Paradoxon, das die Forscher Albert Einstein und Nathan Rosen zur Widerlegung dieser „spukhaften Fernwirkung“ aufgestellt hatten, das aber das Phänomen bestätigte, haben jetzt Münchner Quantenphysiker eine aufsehenerregende weitere Bestätigung geliefert. Ihre Versuchsreihe spielte sich zwischen zwei Kellern in der Nähe der Münchner Universität ab. Sie wiederholten den Versuch mit Photonen, die ihre Quelle in 600 Lichtjahre entfernten Sternen hatten. Diese Quelle konnte von keiner menschlichen Hand beeinflusst worden sein. So konnte das Einstein-Rosen Syndrom von letzten Zweifeln befreit werden.

Die Verschränkung von Elementarteilchen ist eine verblüffende Naturerscheinung, die sich mit menschlichen Vorstellungen schwer vereinbaren lässt. Theoretisch ist durch solche Fernwirkung die Teleportation möglich. Die Teleportation zerstört jedoch die Information des ursprünglichen Phänomens. Quantensysteme sind nicht kopierbar. Wird ein solches System teleportiert, verschwindet es an seiner Quelle. Wäre je die Teleportation eines ganzen Menschen möglich, entstünde er (aus purer Information) am neuen Ort und wäre am alten zerstört. Das wagt so leicht niemand.

Ein spannender Ausflug in die uns umgebende Welt der Quanten, in der man entweder REALISMUS oder LOKALITÄT haben kann, nie beides!

Der Quantenphysiker Prof. Dr. Harald Weinfurter berichtet.

► Jedes Tischtuch erzählt (10 vor 11, Sendung vom 13.11.2017)


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► Albert Einstein: “Da muss irgendetwas falsch sein!”

Zeit seines Lebens waren Albert Einstein einige der Feststellungen der Quantenphysik unheimlich. Darüber entstand ein lebhafter Disput zwischen ihm und dem dänischen Physiker Nils Bohr. Jetzt hat eine Forschergruppe im Institut für Kernphysik der Frankfurter Universität festgestellt, dass Nils Bohr Recht hatte.

Elementarteilchen unterliegen (nicht nur für den Beobachter, sondern nach einem Naturgesetz) der Unschärferelation. Man kann entweder sagen, mit welchem Impuls sie sich bewegen oder an welchem Ort sie sich befinden: niemals beides. Das Problem entstand für Albert Einstein, wenn nicht nur Wellen einander auslöschen (durch Interferenz), sondern auch Teilchen im Möglichkeitsraum verschwinden. Es müsse dann immer eine Spur davon geben. Dem hielt Nils Bohr entgegen: nicht nur die Elementarteilchen unterliegen der Unschärferelation, sondern auch die Bahnen, Türen und Gefäße, in denen sie sich bewegen. Dieses Phänomen ist ähnlich fesselnd wie die „spukhafte Fernwirkung von Quanten, die aus derselben Quelle stammen“ und die Erscheinungen der Van-der-Waalschen Kräfte.

Über diese und andere rätselhafte Erscheinungen der Natur berichtet der Kernphysiker Prof. Dr. Reinhard Dörner, Johann Wolfgang Goethe Universität, Frankfurt.

Spannend und informativ.


► Das Flüstern der Elektronen

Die Attosekundenphysik beobachtet in Echtzeit die Elektronen in den Atomen. Eine Attosekunde (= 10-18 Sekunden) verhält sich zur Sekunde wie diese zum Anfang der Welt. Die Physiker, die sich mit diesen extrem kurzen und zugleich äußerst energiereichen Zeiten befassen, erzielen in diesen Jahren mit ihren Forschungen einen eklatanten Durchbruch. Prof. Dr. Reinhard Kienberger, Max-Planck-Institut für Quantenoptik, gehört zu den Begründern dieser Attosekundenphysik. Kienberger über den Durchbruch zur Attosekundenphysik.


► Der coolste Ort im Universum

Es geht um die Suche nach den fundamentalen Elementen der Materie, die noch unbekannt sind. Dafür wurde am Forschungszentrum CERN in Genf eine Anlage in der Größe mehrerer Opernhäuser und ein Tunnelring von 27 km Länge gebaut. Die Wissenschaftler erwarten Antwort auf folgende Fragen: 1. Was hält die Welt im Innersten zusammen? 2. Wie wirkt Dunkle Energie und Dunkle Materie im Kosmos? 3. Was geschah am Anfang der Welt?

Der Teilchenphysiker Prof. Dr. Thomas Naumann sagt: “Ich gestatte mir, Fachausdrücke zu verwenden”. Außerdem berichtet der Spokesman des CERN Prof. Dr. Peter Jenni über das kühne Projekt.


► Higgs und die Folgen

Rolf-Dieter Heuer, General-Direktor des CERN, erklärt Philip Banse, was die Entdeckung des Higgs-Boson für Menschen bedeutet und warum dunkle Materie und Energie weiterhin Rätsel bleiben.


► Mathematik der sinnlichen Kraft

Man spricht von den fünf Sinnen eines Menschen. Tatsächlich sind es viel mehr sinnliche Kräfte an der Arbeit, wenn wir uns bewegen, das Gleichgewicht halten und unsere Lebendigkeit ausüben.

Die Evolution zeigt sich als eine Wunderkammer verblüffender Kooperationen zwischen den sinnlichen Fähigkeiten der Lebewesen. Der Wüstenskorpion ist z. B. ein sinnlicher Mathematiker seiner Sinneskräfte. Im trocknen Sand, der sich in der Wüste wie eine Wasserfläche verhält, referieren winzige Härchen an den acht Beinen des Tiers den genauen Ort und den Weg einer Beute. Über vier Lebensjahre verfügt dieser Skorpion. Als Nahrung braucht er pro Jahr eine fette Motte. Also viermal Beutemachen im Leben. Dafür besitzt das blinde Tier staunenswerte Präzisionswerkzeuge der Ortung.

Ganz anders die Schleier-Eule. Die Ernährung ihrer Jungen und des Weibchens fordert von dem nächtlich jagenden männlichen Tier, dass es alle zehn Minuten eine Maus fängt und zum Nest bringt. Die Koordination des Ohrs der Schleier-Eule weist dafür eine extrem genaue Winkelgenauigkeit auf. Es ist merkwürdig, dass diese Treffsicherheit des Ohrs auch zu den Eigenschaften von uns Menschen gehört.

Für Krokodile und Vögel wäre der Abstand zwischen den Ohren zur genauen Orientierung im Raum unzureichend. Die Natur hat bei ihnen daher eine Direktkommunikation der Ohren durch einen Tunnel oder „Konzertsaal“ im Kopf erfunden.

Der Bio-Physiker Prof. Dr. Leo van Hemmen untersucht die feinabgestimmte biologische Basis in der die Neuronen in extrem kurzer Zeit und mikrostrukturell im Gehirn diese Mathematik der sinnlichen Kraft ausüben. Die sinnlichen Kräfte erweisen sich in ihrer Praxis als erfahrene Mathematiker.

Wir Menschen in der Zivilisation machen von unseren sinnlichen Fähigkeiten nur teilweise Gebrauch. Was wir dabei nicht verlernt haben ist das Lernen selbst: Die Plastizität des Gehirns. Fahrradfahren oder Schwimmen lernen bleiben hochkomplexe, kooperative Aktionen zwischen den Sinnen. Das Belohnungssystem beim Lernen liegt, sagt Leo van Hemmen, darin, dass die Sinne von sich aus ein Vergnügen daran haben, zusammenzuwirken: Wenn ihnen etwas Ganzes gelingt. Die Belohnungen, die wir verstehen, und die tatsächlichen (offenbar auf anderer Ebene ebenfalls lustvollen) Vorgänge auf der Mikroebene zwischen den Neuronen und Synapsen sind dabei zwei verschiedene Welten.

Alles dies wird biophysikalisch durch einen imposanten Aufwand an Mathematik regiert, von dem unser Verstand nur wenig wahrnimmt.

Begegnung mit dem Bio-Physiker Leo van Hemmen.