Seit mehr als einem Jahrhundert lehrt uns die Quantenphysik, dass Licht sowohl Teilchen als auch Welle ist. Nun hat ein Forscherteam am MIT ein gewagtes Experiment mit einzelnen Atomen durchgeführt, das bestätigt, dass Licht zwar sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften aufweisen kann, bei keiner bestimmten Messung jedoch beides gleichzeitig .
Im Jahr 1801 demonstrierte der britische Physiker und Arzt Thomas Young die Wellennatur des Lichts mithilfe eines Doppelspaltexperiments, bei dem anstelle der erwarteten zwei leuchtenden Punkte auf einer Wand ein Interferenzmuster entstand.
Etwa ein Jahrhundert später kam Max Planck auf die Idee, dass Energie nicht kontinuierlich, sondern in kleinen Dosen, in Quanten, übertragen wird, und Albert Einstein stellte daraufhin die Theorie auf, dass sich Licht wie ein Strom von Teilchen verhält, die Photonen genannt wurden.
Die Quantenmechanik hat jedoch gezeigt, dass Photonen auch Welleneigenschaften aufweisen: Die beiden Formen schließen sich nicht gegenseitig aus, können aber nicht gleichzeitig gemessen werden.
Einstein war nie der Meinung, dass die Quantenwelt vom Zufall bestimmt wird, wie das Komplementaritätsprinzip behauptet. Er vermutete, dass ein Photon beim Durchgang durch einen Spalt einen winzigen Abdruck hinterlassen könnte, eine Art „Zischen“, eine messbare Spur.
Dadurch ließe sich bestimmen, durch welchen Spalt ein Photon hindurchgegangen ist, und gleichzeitig blieben Informationen über sein Wellenverhalten erhalten.
Der dänische Physiker Niels Bohr widersprach dieser These jedoch, da jede Messung dieser Art das Interferenzmuster zwangsläufig zerstören würde und nur noch die Teilchennatur statt der Wellennatur übrig bliebe.
Ein Team um Wolfgang Ketterl und Vitaly Fedosyev hat eine idealisierte Version von Youngs Experiment auf atomarer Ebene umgesetzt.
Die Forscher verwendeten mehr als 10.000 Atome, die auf nahezu den absoluten Nullpunkt abgekühlt waren, und ordneten sie mithilfe von Lasern in einem regelmäßigen Gitter an, sodass jedes Atom wie ein separater Spalt wirkte, an dem Photonen quantenmechanisch gestreut wurden und Interferenzmuster erzeugten.
Die Wissenschaftler stellten fest: Je mehr sie versuchten, den Weg des Photons nachzuverfolgen, das heißt, je stärker das Atom de facto gestört und als Teilchen gemessen wurde, desto mehr verwischte sich das Interferenzmuster, bis es schließlich ganz verschwand.
Ein weiterer wichtiger Aspekt war, dass das Experiment selbst nicht von äußeren Kräften beeinflusst wurde. Zur Messung schalteten die Forscher die Laser ab, die die Atome zuvor an ihrem Platz gehalten hatten. Dadurch befanden sie sich für einen Moment im freien Raum, und da die Schwerkraft noch keinen nennenswerten Einfluss auf sie hatte, gab es keine äußeren Einflüsse.
Ein neues Experiment von MIT-Wissenschaftlern bestätigt eines der von Niels Bohr vertretenen Grundprinzipien der Quantenphysik: Licht kann sowohl Welle als auch Teilchen sein, diese beiden Formen lassen sich jedoch nicht gleichzeitig beobachten. Einstein hoffte, diese Grenze zu umgehen, doch diesmal lag er ausnahmsweise falsch.
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