Hier ist etwas Verrücktes zum Nachdenken.
Stellen Sie sich Folgendes vor: Sie halten ein Atom – ein einzelnes, winziges Atom – und tun etwas, um es dazu zu bringen, gleichzeitig an zwei Orten zu existieren. Das ist Quantensuperposition, und es ist eines dieser Dinge, die völlig verrückt klingen, bis man sich daran erinnert, dass Atome genau das ständig tun, wenn man nicht hinsieht.
Lassen Sie es nun fallen.
Was passiert?
Genau das hat ein Team von Physikern gerade getestet, und ehrlich gesagt? Die Antwort, die sie fanden, ist gleichzeitig offensichtlich und absolut faszinierend.
Die zwei Könige der Physik (die nicht miteinander auskommen)
Lassen Sie mich erklären, warum dieses Experiment wichtig ist, denn es geht um zwei der größten Errungenschaften der gesamten Wissenschaft, die nicht gut zusammenpassen.
Auf der einen Seite haben Sie die Quantenmechanik – die Theorie, die erklärt, wie Atome und winzige Teilchen sich verhalten. Sie ist seltsam, kontraintuitiv und funktioniert wunderbar. Teilchen können sich gleichzeitig in mehreren Zuständen befinden. Sie können durch Wände tunneln. Sie können auf eine Weise verbunden sein, die selbst Einstein unbehaglich machte (er nannte es berühmt-berüchtigt „spukhafte Fernwirkung“).
Auf der anderen Seite haben Sie Einsteins Gravitationstheorie – die allgemeine Relativitätstheorie. Dies ist die Theorie, die erklärt, warum Dinge fallen, wie Planeten kreisen und warum die Zeit unterschiedlich schnell vergeht, je nachdem, wie schnell man sich bewegt oder wie nah man einem massereichen Objekt ist. Sie ist elegant, wurde unzählige Male bestätigt und beschreibt das Universum im kosmischen Maßstab.
Hier liegt das Problem: Diese beiden Theorien hassen sich.
Ich meine, sie hassen sich nicht wirklich – das wäre albern – aber Physiker haben fast ein Jahrhundert damit verbracht, sie zu einer einheitlichen Theorie zu kombinieren, und bisher hat es niemand geschafft. Jede funktioniert perfekt in ihrem eigenen Bereich, aber sobald man versucht, beide gleichzeitig anzuwenden, bricht alles zusammen.
Es ist wie bei zwei Freunden, die einzeln großartig sind, aber zu einer vollständigen Katastrophe werden, wenn sie im selben Raum sind.
Was haben diese Wissenschaftler also tatsächlich getan?
Das Experiment, veröffentlicht in Science Advances, wurde von Forschern der Ben-Gurion-Universität des Negev, der Universität Ulm und der Universität Oxford geleitet – darunter der legendäre Roger Penrose, der buchstäblich den Nobelpreis für seine Arbeit in der Physik erhalten hat.
Sie bauten etwas auf, das als Quanten-Galileo-Interferometer bezeichnet wird. Ich weiß, ich weiß – das sind viele komplizierte Begriffe. Aber hier ist die einfache Version:
Sie nahmen Wolken aus Rubidium-Atomen (extrem kalt, fast am absoluten Nullpunkt) und teilten die Quantenwelle jedes Atoms in zwei getrennte Pfade. Ein Pfad blieb an Ort und Stelle, gehalten durch sorgfältig kontrollierte Magnetfelder. Der andere Pfad durfte frei fallen, wie ein Ball, den man in die Luft geworfen hat.
Dann – und hier kommt der coole Teil – führten sie diese beiden Pfade wieder zusammen und beobachteten, wie die Wellen miteinander interferierten.
Stellen Sie sich vor, man wirft zwei Kieselsteine zu leicht unterschiedlichen Zeitpunkten in einen Teich und beobachtet, wie die Wellen miteinander interagieren. Der Unterschied in diesen Wellen verrät Ihnen etwas darüber, was jedem Kieselstein auf seiner kleinen Reise widerfahren ist.
Das Äquivalenzprinzip erhält ein Quanten-Upgrade
Hier kommt Einstein wieder ins Spiel.
Einsteins Äquivalenzprinzip ist eine der Grundlagen seiner Gravitationstheorie. Die Grundidee ist wunderschön einfach: Gravitation und Beschleunigung sind ununterscheidbar. Wenn Sie sich in einem geschlossenen Raum befinden, können Sie nicht feststellen, ob Sie Gewicht spüren, weil Sie auf der Erde stehen, oder weil der Raum durch den Weltraum beschleunigt wird. Eine Person im freien Fall fühlt sich gewichtslos, unabhängig von ihrer Masse.
Dieses Prinzip wurde immer wieder mit normalen, alltäglichen Objekten getestet und hat sich stets als korrekt erwiesen.
Aber hier ist die Frage, die diese Wissenschaftler stellten: Gilt es noch, wenn sich Ihr „Objekt“ nicht tatsächlich an einem einzigen Ort befindet? Wenn es eine Quantenwelle ist, die sich in Superposition befindet und zwei verschiedene Pfade gleichzeitig verfolgt?
Das macht dieses Experiment so besonders. Sie