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Wissenschaft und Forschung

Paul Boes
Doktorand theoretische Physik
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piqer: Paul Boes
Mittwoch, 10.04.2019

Spannender Fortschritt im Verständnis von Quantenmechanik

Quantenmechanik gilt als notorisch kompliziert; so sehr, dass Leute meist gar nicht erst versuchen, zu verstehen, was genau dieser berüchtigten Theorie ihren Ruf verleiht. Dabei ist das ganz einfach: Die Theorien der Physik sind, auf einer abstrakten Ebene, nichts anderes als Regelwerke, die einem sagen, in welcher Situation man welche mathematische Formel anwenden sollte, um die Ergebnisse eines Experiments vorherzusagen. Wenn ich zum Beispiel eine Kugel vom Turm von Pisa fallen lasse, dann sagt mir die Theorie der klassischen Mechanik, dass ich Newtons Gesetze anwenden sollte, um die Zeit des Falls vorherzusagen. Gute Theorien in der Physik sind, grob gesagt, Theorien, die für viele verschiedene Experimente die richtigen Vorhersagen machen. Quantenmechanik ist eine sehr gute Theorie nach diesem Maßstab: Es gibt Regeln, und wenn man diese Regeln anwendet und die Vorhersagen mit den Ergebnissen von allerlei Experimenten vergleicht, dann kommt immer das Richtige dabei heraus. 

Die Krux ist nun folgende: Eine Theorie kann so gut sein wie sie will, also immer die richtigen Vorhersagen produzieren, aber solange ich ihre Regeln nicht verstehe, habe ich nicht das Gefühl, dass mir diese Theorie die Welt und die natürlichen Phänomene darin erklärt. Genau das ist das Problem mit Quantenmechanik. Seit über einem Jahrhundert herrscht unter Physikern und Philosophen Unklarheit darüber, welches Bild von der Welt die Regeln der Quantenmechanik, gepaart mit ihrem eindrucksvollen empirischen Erfolg, zeichnen. Ein Grund hierfür ist unter anderem, dass manche der Regeln wie vom Himmel gefallen scheinen und nicht klar ist, wie sie sich in den Rest der Theorie einfügen. Die Born-Regel, nach dem Physiker Max Born benannt, ist dabei unter den verschiedenen Regeln der Quantenmechanik das Problemkind. Sie schreibt vor, mit welcher Wahrscheinlichkeit man statistisch ein bestimmtes Ergebnis einer Messung erhalten wird, abhängig davon, welche Eigenschaft eines Quantensystems man misst. Warum man nun genau die Born-Regel verwenden sollte und nicht eine andere Regel, das war nie so recht klar.

Drei Forscher (alles Bekannte, mit denen ich zum Teil veröffentlicht habe #stolz) von Universitäten in Kanada, England und Österreich haben nun die Community aufgewirbelt und ein großes Fragezeichen hinter der Born-Regel entfernt (oder mindestens verkleinert), indem sie zeigen, dass die Born-Regel nicht vom Himmel fällt, sondern ganz im Gegenteil die einzige Regel ist, die a) die Wahrscheinlichkeiten von Messergebnissen sinnvoll beschreibt und b) kompatibel mit den anderen Regeln der Quantenmechanik ist. Dieses beeindruckende Resultat können die drei herleiten aus einer einzigen, einfachen Vermutung darüber, wie viel man über ein System durch Messungen überhaupt lernen kann.

Solch große konzeptuelle Fortschritte gibt es im Feld nur selten. Der verlinkte piq gibt einen sehr schönen Überblick über das Resultat, in dem viele Akteure zu Wort kommen. 

Spannender Fortschritt im Verständnis von Quantenmechanik
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Kommentare 2
  1. Dominique Lenné
    Dominique Lenné · Erstellt vor 6 Monaten ·

    Thx. Die Entwicklung des Weltgeistes schreitet voran. Dinge werden klarer.
    Interessant, dass hier wie so oft (Max Borns) Intuition so viel schneller war als strenge Herleitung.

    1. Paul Boes
      Paul Boes · Erstellt vor 6 Monaten ·

      Danke, Dominique, für den Kommentar. Das ist ein guter Punkt. Die Aufgabe "Finde eine Lösung für Problem X" ist oft viel einfacher als die Aufgabe "Finde die Anzahl von Lösungen für Problem X", weil man oft für die zweite Aufgabe das Problem X deutlich besser verstanden haben muss als für die erste Aufgabe.

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