Superposition

Die Photonen des Lichts haben sowohl Wellen-

als auch Teilchencharakter, was sich eigentlich gegenseitig ausschließt.

Dieses Paradoxon wird in der Quantenphysik durch den

Begriff der Superposition zu definieren gesucht.

Angenommen...

...man installiert in einem Wasserbecken eine Wand mit zwei Öffnungen und lasse eine Welle auf diese Wand zu rollen, so setzt sich die Welle durch die beiden Öffnungen in die andere Seite des Beckens fort. Es entstehen um die Öffnungen kreisförmige Wellen, wie man sie auch beobachten kann wenn ein Stein in stilles Gewässer geworfen wird. Die Wellen breiten sich also von Seiten der beiden Öffnungen aus und überschneiden sich irgendwann. Es ist nun zu beobachten, wie sich zwei Wellenberge oder Wellentäler die einander überschneiden sich gegenseitig potenzieren, während das Aufeinandertreffen eines Tales mit einem Wellenberg dazu führt, dass sich die beiden aufheben. Der Wasserspiegel ist an dieser Stelle auf dem Niveau des Wassers wo keine Wellen sind. Man spricht in der Physik in diesen Fällen von der konstruktiven bzw. destruktiven Interferenz. Das sich durch die sich gegenseitig durchdringenden Wellen ergebende Muster wird als Interferenzmuster bezeichnet.

Nun stellte die Wissenschaft unter Entwicklung immer genauerer und detaillierterer technischer Hilfsmittel fest, dass Licht einerseits die Eigenschaften einer Welle aufwies, sich aber andererseits aus einzelnen Photonen zusammensetzte. Man machte nun also das oben beschriebene Experiment mit Licht statt des Wassers.

Wenn nun ganz normal Licht durch einen solchen Doppelspalt geschickt wird, zeigt sich auf einer Leinwand welche dieses auffängt ein Interferenzmuster. Das Licht hat also Welleneigenschaft. Nun ist es

aber mittlerweile möglich, den Lichtstrahl so fein zu gestalten, dass die Photonen des Lichts nacheinander durch den Doppelspalt fliegen. Ein Photon wird also erst dann losgeschickt, wenn das Vorige bereits auf der lichtempfindlichen Leinwand angekommen ist. Wenn man sich das vorstellt wie beispielsweise eine Ballschussmaschine welche einen Ball nach dem anderen durch diesen Doppelspalt schießt, sollte man annehmen, dass sich eben nicht ein solches Interferenzmuster, sondern einfach zwei Balken zeigen. Dort wo die Bälle durch die Schlitze fliegen, treffen sie auf die Leinwand und hinterlassen vergrößert die Form der beiden Schlitze durch welche sie geflogen sind. Dem ist aber nicht so. Obwohl die Photonen einzeln, also unabhängig von einander durch den Doppelspalt geschossen werden, zeigt sich das beschriebene Interferenzmuster. Wie kann das sein? Wenn das Photon ab dem Zeitpunkt des Abschusses ein einzelnes und wohlgemerkt unteilbares Teilchen ist, kann es nur durch einen der Schlitze fliegen, wobei es quasi "wissen" müsste dass es einen zweiten geöffneten Schlitz gibt und dass es dementsprechend auf der Leinwand im Sinne eines Interferenzmusters auftreffen muss.

 Es verhält sich schlicht weg nicht gemäß den Gesetzten der Mechanik, denen es als Teilchen jedoch eigentlich unterliegt. Das klingt absolut absurd. Man versuchte also herauszufinden, ob sich die Photonen vielleicht auf ihrem Weg doch teilen um mit sich selbst zu schwingen. Man präparierte also ein Messgerät an beiden Schlitzen. Doch was sich nun zeigte, warf noch viel mehr fragen auf. Es war keine Teilung des Photons zu erkennen. Es flog immer entweder durch den Einen, oder durch den anderen Schlitz. Es trat jedoch eine noch verblüffendere Beobachtung auf: In dem Moment wo sich am Doppelspalt ein Messgerät befindet zeigt sich auf der Leinwand kein Interferenzmuster mehr sondern die zwei Balken welche auch eine Ballschussmaschiene erzeugen würde. Und das Ganze geht sogar noch weiter. Wenn den Photonen auf ihrem Weg zur Leinwand die Information mitgegeben wird, durch welchen Schlitz es gewandert ist, ist keine Interferenz zu beobachten. Sobald ihm diese Information aber durch eine weitere Apparatur hinter dem Doppelschlitz wieder genommen wird, ist die Interferenz wieder zu beobachten.

Es lässt sich allgemein sagen, dass das Messen oder Beobachten des Zustandekommens der Interferenz ihr Zustandekommen schlicht weg ausschließt. "

 

(Auszüge aus dem Aufsatz "Wird Arbeit Kunst kann die Natur wieder leben")

Rhein-Erft Kulturtage, Abtei Brauweiler/Köln 2009

Ausstellung  "Formsache"

 

Kulturzentrum Hardtberg/Bonn 2009

Technische Daten:

 

Material: norwegischer Larvikit // Tusche auf Papier

Jahr: 2009

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