Das Delayed-Choice Quantum Eraser – Experiment

Das bahnbrechendste Doppelspalt-Experiment
in der Geschichte des Welle-Teilchen-Dualismus

In diesem Auszug aus meinem Buch „Die Matrix-Hypothese“ behandeln wir das bahnbrechendste Doppelspalt-Experiment im Kontext des Welle-Teilchen-Dualismus: Das Delayed–Choice Quantum Eraser – Experiment. Diese Anomalie der Welle-Teilchen-Dualität ist neben der Nonlokalität eines der wichtigsten physikalischen Indizien für die These, dass unsere Realität ein virtuelles Konstrukt sein könnte. Auf Basis von populären Hollywoodproduktionen kennen wir dieses Konzept unter der Terminologie „Matrix“. Jedoch habe ich bereits in früheren Artikeln detailliert erläutert, dass diese grundsätzliche Vorstellung bereits in der Hermetik, den vedischen Schriften und sogar in Platons Höhlengleichnis zu finden ist, um hier nur die signifikantesten historischen Philosophien aufzuzählen, welche die Welt als ein Simulacrum betrachten. In diesem Artikel schauen wir uns das Delayed-Choice Quantum Eraser – Experiment im Detail an, um zu verstehen, wie die Untersuchung den klassischen Materialismus in Frage stellte.

Grundlagen des Experiments

Das Delayed–Choice Quantum Eraser – Experiment¹ von 1999 ist die wichtigste Erweiterung der Doppelspaltuntersuchungen in der heutigen Quantenmechanik. Es erforscht das faszinierende Phänomen des Welle–Teilchen–Dualismus und die Rolle des Beobachters bei der Gestaltung des Quantenverhaltens in radikal neuer Form. Bei der Entwicklung des Versuchsaufbaus, vom Design bis zur finalen Umsetzung, hatten viele Physiker wie Marlan Scully, Yoon–Ho Kim oder Kai Drühl ihren Beitrag geleistet. In letzter Konsequenz basiert aber der initiale Ansatz auf John Wheeler.

Wenn Sie sich den Versuchsaufbau ansehen, dann werden Sie schnell erkennen, dass es hier etwas komplizierter wird. Keine Sorge, auch ich bin weder Quantenphysiker noch Wissenschaftler und habe es dennoch nach einer Weile verstanden. Sie können sich diverse Videos im Internet anschauen, welche den Ablauf besser visualisieren. Im Zweifelsfall können Sie sich den Abschnitt auch mehrfach durchlesen. Ich kann jedoch versprechen, dass es einen magischen Effekt hat, wenn man die Implikationen des Experiments erst einmal begriffen hat. Dazu werde ich die Versuchsanordnung so reduziert wie möglich erklären, ohne auf technische Details von Strahlenteilern, Prismen oder halbdurchlässigen Spiegeln allzu tief einzugehen.

Ablauf des Experiments

Das Experiment beginnt auf der linken Seite des Aufbauplans. Dort trifft ein Laser auf einen Doppelspalt. Tatsächlich werden jedoch die Photonen einzeln als verschränkte Quantenpaare abgeschossen. Wie bei allen Doppelspaltexperimenten prallen dabei die Elementarteilchen auf eine Barriere mit zwei Aussparungen. Die Photonenpärchen können jetzt durch Schlitz A oder B wandern. Unabhängig davon, welchen Spalt das Paar „wählt“, wird es kurz nach dem Doppelspalt wieder durch das Glen-Thomson-Prisma getrennt. Die beiden Teilchen sind miteinander verschränkt und besitzen jetzt diese „magische“ Verbindung, die Einstein noch „spukhafte Fernwirkung“ nannte. Da sie gemeinsam durch einen der beiden Schlitze gewandert sind, wird ihr weiteres Schicksal eine Rolle spielen. Wichtig ist, an dieser Stelle anzumerken, dass kein Detektor am Doppelspalt existiert, der beobachtet, welchen Weg die Teilchen nehmen. Damit kann keinem Messgerät die Schuld dafür gegeben werden, falls die Wellenfunktion später kollabiert.

Nach der Trennung der Pärchen geht ein Schwesternteilchen direkt in Detektor-0 (D_S) während das Andere zunächst auf ein weiteres Prisma trifft (PS). Hier werden die Photonen aus Spalt A (gepunktete Linie) und B (durchgängig Linie) jeweils auf dezidierte Bahnen geschickt. Auf beiden Pfaden können die Teilchen auf verschiedene Spiegel stoßen, bevor sie final auf einen der übrigen Detektoren (D₁-D₄) prallen. Die Reflektoren können Voll- oder Halbspiegel sein. Halbspiegel bedeutet, dass es eine Wahrscheinlichkeit von 50% gibt, dass der Pfad des Photons vom Reflektor umgelenkt wird. Teilchen, die beispielsweise durch den oberen Spalt (B) gelaufen sind und aus dem Prima (PS) kommen, treffen als Nächstes auf den Halbspiegel-1 (BS₁), wo sich mit einer 50-prozentigen Wahrscheinlichkeit entscheidet, ob sie weiter geradeauslaufen oder direkt in Detektor-1 (D₁) umgelenkt werden. Das gleiche Prinzip gilt für Teilchen, die aus dem unteren Spalt-A kommen. Sie treffen ebenfalls auf einen Halbspiegel (BS₂) und werden mit einer 50/50-Chance in Detektor-4 (D₄) umgeleitet oder sie laufen weiter.

Sollten die Photonen, unabhängig davon, durch welchen Schlitz sie gekommen sind, an ihrem ersten Halbspiegel (BS₁ oder BS₂) nicht abgelenkt werden, dann treffen sie entweder (je nach Ursprungsort) auf Reflektor-1 (M₁) oder Reflektor-2 (M₂). Beide Objekte sind Vollspiegel und lenken die Teilchen in den 3. Halbspiegel (BS₃), der wieder mit einer 50-prozentigen Wahrscheinlichkeit den Pfad umlenkt. Wenn Sie die potenziellen Wege der Photonen aus den beiden Schlitzen verfolgen, dann bleiben noch Detektor-2 (D₂) und Detektor-3 (D₃) übrig, als mögliche finale Zielorte. Auf welchen Schirm (Detektor) die Teilchen am Ende treffen, ist abhängig von ein oder zwei Zufallsprozessen an den Halbspiegeln. Diese 50/50-Chancen verschleiern teilweise den Pfad der Photonen und teilweise nicht.

Verschleierung bestimmter Laufwege der Elementarteilchen

Wenn man jeden potenziellen Weg der Quanten bspw. mit dem Finger nachvollzogen hat, dann wird einem auffallen, dass alle Photonen, die auf Detektor-4 (D₄) treffen, zwangsläufig aus Spalt-A gekommen sein müssen. Es gibt keine Möglichkeit, dass ein Teilchen aus Schlitz-B auf diesen Schirm auftreffen kann. Das gleiche Prinzip gilt für Detektor-1 (D₁): Hier kann nur ein Quantum registriert werden, welches durch Spalt-B gereist sein muss (zusammen mit seinem Schwesternteilchen). Der Beobachter kann durch reine Logik ergründen, welchen Weg das Teilchen nahm, bevor es auf eines der beiden Detektoren traf (D₁ und D₄).

Bei den anderen Detektoren mit den Nummern 2 (D₂) und 3 (D₃) verschleiert sich der Pfad. Da prinzipiell Photonen aus beiden Schlitzen auf diese Schirme treffen können, kann der bewusste Beobachter unmöglich ermitteln, durch welchen Spalt das Teilchen letztlich kam. Durch den Aufbau der Versuchsanordnung kann bei beiden Detektoren (D₂ und D₃) nicht nachvollzogen werden, welchen Weg das Photon nahm.

Das Experiment beginnt: Über einen längeren Zeitraum werden tausende von Teilchen durch den Aufbau geschossen und die Zufallsprozesse im sogenannten „Coincidence Detector“ gesammelt. Das ist im Grunde ein Computer, der die Signale an den einzelnen Detektoren misst und aufzeichnet.

Die Logik des Beobachters bestimmt das Experiment

Können sie sich denken, was das Ergebnis im Kontext des Welle-Teilchen-Dualismus sein könnte? Der materialistische Verstand würde sich das Experiment anschauen und vermuten, dass es keine Unterschiede an den Detektoren geben sollte, wie sich die Photonen verhalten. Sie alle reisen durch einen Spalt, werden ein oder mehrfach abgelenkt und landen auf einem Schirm. Es gibt keine direkte Beobachtung an den Schlitzen, was bisher die Welleneigenschaft immer kollabieren ließ und zu teilchenartigem Verhalten führte. Doch tatsächlich passierte das, was John Wheeler und andere Physiker vermuteten.

Auf den Schirmen 1 (D₁) und 4 (D₄) zeigten sich immer Beugungsmuster und damit ein Teilchenverhalten, weil es bei diesen Detektoren eindeutig für den Beobachter ist, aus welchem Spalt das Teilchen kam. Nur auf Grund der Tatsache, dass der Experimentator mit seiner Logik ermitteln kann, welchen Weg das Photon durch die Zufallsprozesse „gewählt“ hat, zeigt sich die Teilcheneigenschaft in Form von Beugungsmustern. Das Quantum wird quasi damit erst zu einem Objekt, weil wir nachvollziehen können, woher es kam. Auf den restlichen Schirmen (D₂ und D₃) ist genau das Gegenteil der Fall. Die Pfade der Teilchen wurden verschleiert und der Beobachter kann nicht ergründen, aus welchem Spalt das eintreffende Elementarteilchen kommt. Das zeigt sich in Form von Interferenzmustern, weil sich das Photon jetzt wie eine Welle verhält. Es gibt keinen fundamentalen Unterschied bei all den möglichen Zufallsereignissen innerhalb des Experiments, der das Kollabieren der Welleneigenschaft rechtfertigt, außer das Wissen und Verständnis des bewussten Beobachters. Wenn Einstein geahnt hätte, was sein damaliger Schüler, John Wheeler, alles herausfinden würde, hätte er die Quantenphysik noch wesentlich „spukhafter“ empfunden als sie ohnehin schon für ihn war.

Mysteriöse retrokausale Effekte an Detektor-0

Doch bleiben wir noch einen Moment bei der „spukhaften“ Fernwirkung. Erst richtig erschreckend sind die Ergebnisse an Detektor-0 (D_S), denn hier registriert der Schirm bereits am Anfang die Eigenschaften der Schwesterteilchen noch vor dem ersten Kontakt des Zwillings mit einem der Halbspiegel. Da bei Detektor-0 (D_S) die Geschwister aufprallen, die durch beide Schlitze gekommen sein können, müsste man grundsätzlich immer ein Wellenverhalten vermuten. Doch tatsächlich verhalten sich die „Clone“ exakt wie ihr Zwilling und generieren Interferenzmuster oder Beugungsmuster, je nachdem, welchen Zufallsprozess ihr Partner durchläuft. Man könnte es noch etwas anders formulieren: Wieder können wir durch Logik teilweise nachvollziehen, welchen Weg die Photonen nahmen, weil wir den Weg des jeweiligen Schwesterteilchens kennen oder eben nicht. Je nachdem, ob der Weg des „Clones“ nachvollziehbar ist, entsteht ein Interferenz- oder ein Beugungsmuster am Detektor-0 (D_S).

Ausdeutung aus Perspektive der Simulations-Theorie

Das „Spukhafte“ daran ist, dass sie dieses Verhalten zeigen, vor dem ersten „Zufallsprozess“ ihres verschränkten Zwillings. Entweder sie wissen vorher schon, welchen Weg ihr Partnerteilchen im Nachhinein nehmen wird, oder wir haben es mit Retrokausalität zu tun. Demnach haben die Zwillinge so eine Art präkognitives „Wissen“ darum, was der verschränkte Partner in Zukunft machen wird, oder der Weg des Anderen bestimmt rückwirkend in der Zeit darüber, was an Detektor-0 (D_S) passierte.

In jedem Fall sind die Ergebnisse dieses Experimentes nicht mit einem rein materiellen Weltbild in Einklang zu bringen. Ein solches Paradoxon lässt sich leicht im Kontext eines virtuellen Konstruktes erklären. Genau wie bei einer Computersimulation, werden nur die Elemente exakt berechnet und „gerendert“, die auch beobachtet oder deren Verhalten kausal zurückverfolgt werden kann. Dieses Paradox kann durchaus mit Recheneffizienz in der Simulation erklärt werden, wie ich es bereits beschrieben habe. Diese Anomalie kann aber auch vom „Programmcode“ der Maya verursacht werden. In jedem Fall findet man hier eines der erstaunlichsten Phänomene, die wir wissenschaftlich eindeutig reproduzieren können, und welches auf ein idealistisches Weltbild nach Platon hindeutet.

1. Marlan O. Scully, Kai Drühl, et al., „Quantum Eraser: A Proposed Photon Correlation Experiment Concerning Observation and “Delayed-Choice” in Quantum Mechanics,“ Physical Review A 48, 3146 (1993). ↩︎