Einführung in Quantenphysik, Verschränkung und die Lügen der Esoterik

Sich über im Wissenschaftsteil von überregionalen Zeitungen erscheinenden Eso-Unsinn aufzuregen, ist eine Sache. Aber vielleicht ist es noch mal sinnvoll, sich mit Quantenverschränkung an sich zu beschäftigen und mal nachzusehen, wieso und wo irgendwelche esoterischen, religiösen oder spirituellen Behauptungen im Grunde nur versuchen, sehr, sehr weit Hergeholtes zu verbreiten, wenn sie sich dabei auf das physikalische Phänomen berufen.

Eine weitgehend klassische Hinführung: Wir machen das mal abstrakt. Wir betrachten einen Quantenzustand A, also eine Messgröße, die wir per Messung bestimmen können. Außerdem nehmen wir an, dass für diesen Quantenzustand ein Erhaltungssatz gilt: ein Beispiel für eine klassisch leicht zu verstehende Eigenschaft ist zum Beispiel die Ladung. Ladung kann nicht erzeugt oder vernichtet werden: ich kann Materie und Antimaterie zerstrahlen, also in (ladungslose) Energie umwandeln, aber nur weil die Summe der eingehenden Ladung ebenfalls null ist — die Ladung eines Elektrons (-1) ist gleich der negativen Ladung seines Antiteilchens, des Positrons (+1). Das zerstrahlende Gesamtsystem aus Elektron und Positron hat also keine Ladung und geht in einen Zustand über, in dem es wieder keine Ladung hat.

Das funktioniert auch andersherum. Ich kann aus einem entsprechenden Photon, also einem Energieteilchen mit genügend hoher Energie, auch ein Elektron und ein Positron erzeugen: die Energie des Positrons wird dann umgewandelt in die Masse und Bewegungsenergie der Teilchen. Vorher hat man also ein ungeladenes Photon. Nachher hat man zwei geladene Teilchen, Elektron und Positron, die sich getrennt voneinander fortbewegen können. Im Gesamtsystem erhöht sich dadurch die Gesamtladung nicht, aber anstelle einer Ladung 0 haben wir nun eine Ladung -1 und eine Ladung +1.

Nehmen wir an, ich lasse die Teilchen sich voneinander wegbewegen. Ich habe keine Ahnung, welches der beiden Teilchen die Ladung -1 hat und welches +1. Aber schließlich messe ich die Ladung von nur einem der beiden Teilchen. Ich erhalte das Ergebnis -1; das Teilchen, das ich gemessen habe, ist also ein Elektron. Ergo muss das andere Teilchen ein Positron mit der Ladung +1 sein, ansonsten wäre der Ladungs-Erhaltungssatz verletzt. Dabei ist es unerheblich, wie weit weg das andere Teilchen inzwischen ist. Ich muss das zweite Teilchen auch nicht mehr selbst messen, weil das schon zigtausend mal vorher gemessen wurde und andernorts, im Rahmen anderer Forschung, auch immer noch gemessen wird.

Wenn ich mir ein Zitronen- und ein Vanilleeis kaufe, ich eins unbesehen an einen Freund gebe und später feststelle, dass ich ein Vanilleeis mitgenommen habe, weiß ich eben auch, dass der andere gerade das Zitroneneis hat. Das weiß ich im gleichen Augenblick, in dem ich mein eigenes Eis auspacke.

Warum ist das quantenphysikalisch überhaupt erwähnenswert? Jetzt kommen wir zu unserem Quantenzustand A. Nehmen wir an, wir haben ein beliebiges Teilchen, von dem wir nicht viel wissen. Wir machen eine Messung an dem Teilchen, mit dem wir das A dieses Teilchens bestimmen wollen. Wir finden A ist gleich +1. Das Besondere an quantenmechanischen Messungen wie dieser ist, dass es eine Reihe von Quantenzuständen gibt, die wir an einem Teilchen zwar messen können; aus verschiedenen Gründen hat es aber wenig Sinn (und widerspricht sogar anderen Messungen) zu sagen, das Teilchen hätte vor der Messung schon den Wert A gleich +1 gehabt. Man geht heute weitgehend davon aus, dass das Teilchen erst mal keinen definierten A-Wert innehatte, und das erst unsere Messung das Teilchen in einen Zustand überführt, in dem es ein A von +1 oder -1 annimmt. Und mit Messung meine ich übrigens nicht irgendeinen esoterisch verbrämten Begriff von gar noch bewusster „Beobachtung“, sondern die physikalische Wechselwirkung, die bei der Messung mit dem Teilchen eingegangen wird: diese Wechselwirkung zwingt das Teilchen, sich hinsichtlich des Zustandes A festzulegen: +1 oder -1. Vorher war es nicht in einem A-Zustand, erst durch die Wechselwirkung nimmt es diesen ein. Das ist natürlich kontraintuitiv, aber wir gehen weiter unten noch etwas näher darauf ein.

Die quantenphysikalische Messung ist in dem Sinne also nicht einfach die Abfrage einer schon vorhandenen Variable, sondern die Erzeugung eines Zustands. Welchen Wert A annimmt, ist dabei zufällig. Die Hälfte der Teilchen wird zufällig ein A von +1 ein haben, die andere Hälfte ein A von -1.

Wenden wir das jetzt auf das Beispiel oben an. Wir erzeugen durch ein Photon (A=0) ein Teilchenpaar. Das Gesamtsystem der zwei Teilchen wird wieder ein verschwindendes A von null haben, aber die Teilchen sind derart, dass man ihr A messen kann. Und wieder messen wir A bei nur einem Teilchen und erhalten das Resultat -1. Das legt unser anderes Teilchen aber fest auf A=+1, im selben Augenblick.

Das erscheint nicht wie ein Problem. Aber wenn wir uns der Interpretation anschließen, dass unsere Messung erst den Zustand +1 im Teilchen festlegt, wird damit automatisch auch der bisher nicht vorhandene Zustand -1 im anderen Teilchen festgelegt, im selben Augenblick. Das andere Teilchen kann in der Zwischenzeit auch die halbe Galaxis durchflogen haben. Wir üben also eine instantane Fernwirkung auf das andere Teilchen aus, indem wir in ihm einen Quantenzustand festlegen: das scheint die Prinzipien der Relativitätstheorie zu verletzen, nach der eine Wirkung sich höchstens lichtschnell durch den Raus ausbreiten kann.

Mit Quantenverschränkung meint man also zwei Teilchen, deren Eigenschaft so miteinander verknüpft sind, dass die Eigenschaft des einen durch die Manipulation am anderen festgelegt wird, unabhängig von der Distanz zwischen beiden. Die Teilchen sind insofern nicht frei voneinander, sondern physikalisch immer noch voneinander abhängig.

Das ist doch reine Theorie! Das ist inzwischen recht gut experimentell nachweisbar. Dass es zu solchen Verschränkungen kommt, wurde immer wieder nachgewiesen.

Ist der Quantenzustand nicht doch schon vorher festgelegt? Das ist eine viel interessantere Frage. Wäre die Messung von A nur das Aufzeigen eines schon vorhandenen Zustands, wäre an Verschränkung nichts besonders Rätselhaftes. Tatsächlich gab es lange Zeit Tendenzen, das Phänomen hinwegerklären zu wollen: die Quantenphysik beschreibt demnach die Realität nicht vollständig. Es erschiene nur so, als würde sie in einem Teilchen den Zustand A hervorrufen, in Wirklichkeit ist der Wert von A aber schon verborgen in dem Teilchen festgeschrieben, nur nicht erkennbar für die Quantenphysik. Allerdings kann man auch diese Theorie empirisch untersuchen. Auch wenn die Einzelheiten kompliziert sind, kann man beide Theorien (versteckte Eigenschaft gegen Fernwirkung) voneinander unterscheiden. Und bis jetzt deuten die Ergebnisse ziemlich deutlich, wenn auch noch nicht letztendlich abschließend, in die Richtung, dass die Quantenphysik recht hat und ohne verborgene Eigenschaften auskommt: es scheint sich tatsächlich um eine Fernwirkung zu handeln, in der der Quantenzustand erst durch die Messung induziert wird und nicht schon vorher in den einzelnen Teilchen verborgen war.

Ist dann nicht die Relativitätstheorie verletzt, weil es zu einer überlichtschnellen Beeinflussung kommt? Nicht in dem Sinne. Zwar verrät uns unsere Messung im Labor etwas über ein möglicherweise Lichtjahre entferntes anderes Teilchen, aber diese Information können wir nicht verwerten. Wir können nicht mal wissen, ob nicht Lichtjahre weiter ein anderer Forscher das andere Teilchen schon gemessen hat und damit unser Teilchen schon auf einen Quantenzustand A festgelegt hat. Um die Erkenntnis verwerten zu können, müssten wir mit diesem Forscher Kontakt aufnehmen und Informationen austauschen, und das funktioniert wieder nur im Rahmen der Relativitätstheorie. Solange wir das nicht tun, ist das Ergebnis unserer Messung halt auch nur ein zufälliges Einzelergebnis. Eine Wirkung im relativistischen Sinn ist damit nicht ausgeübt, sondern ergibt sich erst durch den an die Relativitätstheorie gebundenen Vergleich beider Messungen.

Was hat das alles jetzt mit Gehirnen, Geistern, der Seele oder Telepathie zu tun? Überhaupt nichts.

Gibt es nicht Quantenzustände im Gehirn? Das ist nicht klar. Die Frage ist, ob Quantenzustände irgendwas zu unserem Bewusstsein beitragen, was nicht einfach stochastisches Rauschen ist. Um das zu beantworten, bräuchten wir eine belastbare, überprüfbare Theorie von Bewusstsein. Es gibt die These von Stuart Hammeroff, die auch von Roger Penrose verbreitet wird, dass Bewusstsein was mit Quantenzuständen in bestimmten Biomolekülen in Gehirnzellen zu tun haben könnte; das ist als Theorie interessant und ebenso umstritten, wissenschaftlich vor allem noch völlig unklar.

Selbst wenn sich das als wahr herausstellen würde, könnte man damit nicht erklären, welchen Effekt Verschränkung auf unser Gehirn haben sollte. Verschränkung beruht auf einer gemeinsamen Geschichte von Elementarteilchen. Warum sollte ein Elektron meines Gehirns mit einem anderen Elektron in einem anderen Gehirn verschränkt sein? Und wenn es das wäre, wie sollte diese eine Verschränkung in den in allen praktischen Belangen unendlich vielen anderen Elektronen im Gehirn irgendeinen Einfluss haben? Vielleicht noch einen so großen, dass mir der Geist meines toten Vormieters erscheint oder ich telepathisch mit meinem Chef verbunden bin? Dazu gibt es weder einen denkbaren Mechanismus, noch irgendeine plausible Abschätzung, wie das quantitativ ablaufen sollte. Es gibt keine Erklärung, wie unser Gehirn evolutionär so eine Eigenschaft entwickelt haben könnte. Aber es gibt jede Menge Hinweise, dass das unbelegter, aus den Finger gesogener Quatsch mit Soße ist, der so nicht funktionieren kann.

Hat denn nicht der Urknall alles miteinander verschränkt? Sicher kam es beim Urknall und vor allem danach zu Verschränkungen zwischen einzelnen Elementarteilchen. Aber erstens war das ein vollkommen ungeordneter Prozess mit beliebigem Chaos in der Verteilung miteinander verschränkter Teilchen. Und vor allem ist Verschränkung nicht etwas ewiges. Wenn Teilchen Wechselwirkungen ausgesetzt werden, hebt sich die Verschränkung mit anderen Teilchen wieder auf. Kein Teilchen in unseren Gehirnen ist noch urknall-verschränkt mit irgendeinem anderen Teilchen.

Kann Verschränkung nicht auch auf höherer Ebene ablaufen als nur bei Elementarteilchen? Man kann Verschränkung auch bei komplizierten, zusammengesetzten Teilchen herstellen. Je größer die Teilchen, umso komplizierter wird das. Zudem wird es immer schwieriger, den Verschränkungszustand aufrecht zu erhalten. Größere Teilchen gehen ständig Wechselwirkungen ein. Dass sie in der Natur und gerade in Gehirnen verschränkt bleiben und dabei noch irgendetwas sinnvolles bewirken sollen, schließt sich eigentlich schon gegenseitig aus.

Aber schon ALBERT EINSTEIN hat über Verschränkung geforscht und von einer „spukhaften Fernwirkung“ gesprochen! Hat er. Zwischen Elementarteilchen. Nicht zwischen Gehirnen. Und spukhaft ist es nur aus physikalischer Sicht. Mit allgemein bekanntem Spuk hat das nichts zu tun. Bestimmte Esoteriker lieben es allerdings, ihren Quatsch mit großen Namen und seriöser Forschung zu vermischen. Es geht schließlich um den Anschein von Plausibilität.

Aber irgendwelche Leute behaupten, dass Verschränkung irgendeine vormals als esoterisch anzusehende Theorie beweisen würde! They lied to you, champ. They lied! Oder die haben selbst keine Ahnung, brauchen aber irgendwas, um sich ihren Aberglauben schön und vernünftig zu reden. Quantenphysik ist da nur eine Metapher, die sich am nettesten für den Missbrauch anbietet, weil es sowieso kaum einer versteht und darum weniger Leute sachkundig widersprechen können. Und die, die dran glauben wollen, werden erst recht nicht nachforschen.

Warum glauben oder behaupten Menschen dann an so was, wenn da nun rein gar nichts dran ist? Weil sich damit Geld verdienen lässt. Weil es im Wissenschaftsteil der Zeitung stand. Weil es so schön zu unserer Wahrnehmung passt, in der wir jahrelang über besondere Zufälle nachdenken können, aber die Myriaden unbedeutender Zufälle sofort vergessen oder gar nicht erst bemerken. Und weil Tante Else schon früher immer erzählt hat, was für geheimnisvolle Phänomene es gibt, und man jetzt dankbar ist, dass endlich „Wissenschaftler“ kommen und die alte Frau wieder rehabilitieren. Oder man selber schon Tante Else ist. Ist doch so auch viel schöner, der Mensch als edles, ausgezeichnetes Sahnehäubchen auf dem Komposthaufen unendlicher Natur.

Nur richtig, das ist es leider immer noch nicht.