Science
09.05.2018

Spukhafte Fernwirkung: 100.000 Freiwillige widerlegten Einstein

Durch zufällige Entscheidungen Tausender Freiwilliger wurde die Verschränkung von Teilchen nachgewiesen - ganz ohne Spuk.

Das Phänomen der Verschränkung war Albert Einstein nicht geheuer: Er fand es „spukhaft“, dass in der Quantenwelt zwei Teilchen so verbunden sein können, dass die Messung an einem unmittelbar den Zustand des anderen festlegt. Doch Einstein irrte, wie 100.000 Laien aus aller Welt 2016 bei Experimenten von zwölf Instituten zeigten. Deren Ergebnisse wurden nun im Fachblatt „Nature“ veröffentlicht.

Laut Quantenmechanik bleiben zwei verschränkte Teilchen, etwa Lichtteilchen (Photonen), miteinander verbunden, auch wenn sie sich über beliebige Distanzen von einander entfernen. Misst man an einem dieser Teilchen beispielsweise die Richtung der Lichtschwingung (Polarisation), schwingt augenblicklich auch das andere Teilchen in diese Richtung.
Da sich nichts schneller als das Licht ausbreiten kann, widerspricht dies der Speziellen Relativitätstheorie - was Einstein zu seiner abschätzigen Einstufung als „Spuk“ veranlasste. Dennoch wurden die Effekte der Verschränkung bisher in unzähligen Experimenten nachgewiesen.

Keine Fremdsteuerung

Mit einiger Fantasie lassen sich aber Schlupflöcher finden und so ließe sich die Verschränkung mit der klassischen Physik, also nicht quantenphysikalisch, erklären. Eines dieser Schlupflöcher betrifft die in Verschränkungs-Experimenten verwendeten Zufallszahlen-Generatoren. Sie liefern eine zufällige Folge von Nullern und Einsern, um unvorhersehbar zwischen zwei verschiedenen Messanordnungen hin- und herzuschalten. Theoretisch könnte es sein, „dass die Welt etwas ganz Verschworenes ist“, wie der Quantenphysiker Anton Zeilinger einmal zur APA sagte, und diese Zufallszahlen-Generatoren fremdgesteuert werden. Damit wäre die Auswahl der Messung nicht völlig frei und unabhängig.

Um dieses Schlupfloch zu schließen, hatten Physiker das globale Mitmach-Experiment „ Big Bell Test“ entworfen: In einem Online-Spiel sollten Freiwillige auf ihrem Computer, Tablet oder Smartphone willkürlich Nuller und Einser eingeben. Mehr als 100.000 Personen, darunter über 10.000 aus Österreich, erzeugten so eine zufällige Abfolge von über 90 Millionen Nullern und Einsern, die unmittelbar in 13 verschiedene Experimente an weltweit zwölf Quanten-Laboren eingespeist wurden und dort für die Einstellung der Messgeräte herangezogen wurden.

Lokaler Realismus ade

Die meisten dieser Experimente zeigten eine statistisch signifikante Verletzung des sogenannten lokal realistischen Weltbilds. Diesem in der klassischen Physik gültigen Paradigma zufolge kann eine Handlung an einem Ort nicht unmittelbar Effekte an einem anderen Ort auslösen. Zudem haben physikalische Systeme bestimmte Eigenschaften, unabhängig davon, ob diese gemessen werden oder nicht. Das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung verletzt diesen lokalen Realismus - wie der „Big Bell Test“ nun neuerlich gezeigt hat.

Eines der am Experiment beteiligten Labore war das Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Wien. „Dass mithilfe der zufälligen Entscheidungen von mehr als 100.000 Menschen die Verschränkung von Teilchen nachgewiesen werden konnte, zeigt, dass die spukhafte Fernwirkung real ist“, erklärte Ko-Autor Thomas Scheidl vom IQOQI in einer Aussendung der ÖAW.

Streng genommen ist dieses Schlupfloch aber auch mit dem „Big Bell Test“ nicht ganz geschlossen, „und man wird es auch nie ganz schließen können, weil man immer bestimmte Annahmen machen muss über die Unabhängigkeit der Wahl der Messbasis von den Eigenschaften der verschränkten Teilchen“, so Scheidl zur APA. So könnte man etwa den Extremfall eines komplett deterministischen Universums, in dem es keinen freien Willen gibt, mit solchen Tests nicht ausschließen.