Die Quantenrevolution. Neue Nachrichten aus der Teilchenphysik. [Taschenbuch]

Die Zeiten des Jammerns über die Quantenphysik sind vorbei. Ausschlussprinzipien, die Unmöglichkeit, zwei Größen wie Ort und Impuls gleichzeitig zu messen, und die ins Unbestimmte verlaufende Wellenfunktion eines Teilchens – Experimentatoren sehen das nicht mehr als beklagenswerte Einschränkungen, sondern greifen mutig nach den Chancen, die sich aus der neuen Physik ergeben. Dies stellt Brigitte Röthlein, Wissenschaftsjournalistin von Beruf, in ihrem jüngsten Buch anschaulich vor. Sie berichtet von physikalischen Versuchen und deren Ergebnissen, die sich oft genauso unglaubwürdig anhören wie die Theorie. Leser dieser Zeitschrift werden viele Phänomene wieder erkennen: das Bose-Einstein-Kondensat (Spektrum der Wissenschaft 6/2003, S. 28), die Verschränkung quantenmechanischer Zustände (4/2003, S. 48) oder die Quanten-Teleportation (6/2000, S. 30).
Trotz der anspruchsvollen Materie schreibt die Autorin erfrischend locker. Sie schildert ausführlich, wie Wissenschaftler in Laboratorien auf der ganzen Welt Photonen oder andere Teilchen verschränken, um damit beispielsweise Vorstufen des Quantencomputers zu erschaffen oder den wirklich absolut abhörsicheren Datenaustausch zu ermöglichen. Dabei beschreibt sie die Zusammenhänge wohltuend redundant, sodass der Leser auch den diffizilsten Experimenten stets folgen kann. Sie setzt sich damit erfreulich von dem zu den Sachbüchern übergeschwappten wissenschaftlichen Brauch ab, alles, auch Wichtiges und Schwieriges, möglichst nur einmal zu sagen.
Brigitte Röthlein beschränkt sich nicht darauf, ausländische Wegbereiter dieser Forschung vorzustellen, sondern benennt etliche deutschsprachige Wissenschaftler von Weltruf, auch wenn diese oft zwangsläufig Erfahrungen beiderseits des Atlantiks gesammelt haben. Ausführlich würdigt sie Anton Zeilinger mit seiner Quantenkryptografie, ebenso wie Wolfgang Ketterle mit seinen Versuchen zum Bose-Einstein-Kondensat.
Die vielen bekannten Orte, an denen geforscht wird, wie die Gipfel von Zugspitze und Wendelstein in den Alpen oder das unterirdische Kanalnetz Wiens, verdeutlichen zugleich, dass diese Arbeiten nicht weit entfernt von uns in einem »Elfenbeinturm« stattfinden, sondern in unserer unmittelbaren Nachbarschaft. Der Mitreisende im Zugabteil könnte durchaus einer dieser Quantenjongleure sein, und die ansehnlichen jungen Männer, die in dem Buch abgebildet sind (Bild auf der vorigen Seite), sehen nicht gerade so aus wie das landläufige Bild vom hoch angesehenen Professor oder Nobelpreisträger – sind aber manchmal beides!
-- Gerhard Samulat

"Hoch spannend, allerdings nicht immer einfach zu lesen. Aber wie soll man etwas einfach und eingängig darstellen, was die Physik-Koryphäen im Grunde selbst noch nicht verstehen?" (Westfälischer Anzeiger)

Vom Hirngespinst zum Quantensprung

Physik-Nobelpreis für Theodor Hänsch

Als Brigitte Röthlein sich für ihr Buch über die Quantenrevolution in den Labors bedeutender Wissenschaftler umsah, durfte der jetzt mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Münchener Physiker Theodor Hänsch nicht fehlen. Hänsch gilt als einer der leisesten Superstars der Wissenschaft: unter Fachkollegen weltweit geschätzt, seit dreißig Jahren an vorderster Front der Forschung, stets brillant und kreativ, aber bisher in der öffentlichkeit völlig unbekannt.

Er überzeugt durch Leistung, Ideen und seinen analytischen Verstand, und seine Mitarbeiter schätzen ihn außerordentlich. Immer und immer wieder arbeitet Hänsch an Projekten, die die wissenschaftliche Welt elektrisieren. Wie schafft es ein Forscher, ständig neue Ideen zu produzieren, kreative Experimente zu erfinden, die die Wissenschaft voranbringen auf ihrer Suche nach der Wahrheit? Brigitte Röthlein geht in ihrem Buch auf Spurensuche. Zum Buch

In der Welt des Unsichtbaren scheinen andere Gesetze zu herrschen als in der sichtbaren Natur. Die skurrilen Phänomene der Quantenphysik, früher oft nur als Hirngespinste genialer Wissenschaftler betrachtet, werden heute in den Experimentieranlagen ihrer Nachfolger zu realem Leben erweckt. Manche Effekte sind sogar schon auf dem Weg in die praktische Anwendung: zur völlig abhörsicheren Informationsübertragung, zum Quantencomputer und zur Chipherstellung.

Keine Idee war seinerzeit den Zweiflern zu weit hergeholt, keine zu absurd, um die Thesen der noch jungen Quantenmechanik zu bekämpfen – untote Katzen, Sprengstoffhäufchen, die sich selbst entzünden, und anderes. Heute ist es möglich, die »Gedankenexperimente« Einsteins und seiner Zeitgenossen tatsächlich durchzuführen. Eine neue Generation von Forschern hat es sich zum Ziel gesetzt, dieser Wissenschaft ihre Geheimnisse zu entreißen.

- Der Franzose Alain Aspect bewies, dass es die spukhafte Fernwirkung zwischen Teilchen wirklich gibt.

- Der österreicher Anton Zeilinger teleportiert Photonen durch das Wiener Kanalnetz.

- Der deutsche Nobelpreisträger Wolfgang Ketterle hat in seinem Labor in Boston eine völlig neue Art von Materie hergestellt.

- Diese seltsame Materie hat der amerikanische Forscher Carl Wiemann zu explodierenden Sternen im Westentaschenformat geballt.

- Zwischen bayerischen Alpengipfeln erprobt der Münchner Harald Weinfurter die abhörsichere Datenübertragung mit Quanten.

- In Garching hat Gerhard Rempe einen Atomlaser erfunden.

»Hoch spannend, allerdings nicht immer einfach zu lesen. Aber wie soll man etwas einfach und eingängig darstellen, was die Physik-Koryphäen im Grunde selbst noch nicht verstehen?« Westfälischer Anzeiger

Brigitte Röthlein, Jahrgang 1949, ist Diplomphysikerin mit einer Promotion in Zeitungswissenschaft, Pädagogik und Geschichte der Naturwissenschaften. Von 1993 bis 1996 leitete sie das Geschichtsmagazin ›Damals‹. Seit 1973 arbeitet sie als freie Wissenschaftsautorin mit dem Hauptinteresse Grundlagenforschung.

Kapitel 1

überraschungen am Doppelspalt

Die Revolution kam langsam, aber jetzt ist sie da. Mehr als siebzig Jahre lang, seit ihrer Erfindung um 1925, war die Quantenmechanik eine Wissenschaft der Verbote und Einschränkungen. Ihre Hauptregeln hießen: Man kann nicht..., man darf nicht..., es ist verboten ... Die gesamte Nomenklatur dieser Theorie ist formuliert als Ansammlung negativer Dogmen: Sie besteht aus »verbotenen übergängen«, »Ausschlussregeln«, »Unbestimmtheitsrelationen«, »Kollapsen« und »Störungen«.
Zwar haben sich immer wieder Physiker gegen diese Art der Bevormundung aufgelehnt, schon Albert Einstein ganz zu Beginn, später auch große widerspenstige Geister wie Richard Feynman oder Brian Josephson, aber es nützte alles nichts. Das, was sie sich ausdachten oder gar im Experiment bewiesen, galt stets nur als Skurrilität, als Paradoxon, als Rätsel oder Abnormität. Die Monstrosität der Quantenphysik haben sie damit eher gefördert als gemindert.

Nun ist ein neues Zeitalter angebrochen. Die Phase der Angst, der Verbote und Einschränkungen ist vorbei. Nach Jahrzehnten des Staunens, des Zweifels und des Kämpfens gegen die Unbestimmtheit in der Quantenwelt hat nun eine neue Generation von Physikern endlich den Mut gefunden, die skurrilen Gesetze des Allerkleinsten zu akzeptieren und diese nicht gegen sondern für ihre Zwecke einzusetzen. »Die Einflüsse der Quantenmechanik sehen auf den ersten Blick so aus, als ob es Störungen wären, aber es sind in Wirklichkeit grundlegende Effekte«, betont Gerhard Rempe, einer dieser »jungen Wilden«. Das Entscheidende dabei ist: Die physikalischen Gesetze haben sich nicht geändert, nur der Umgang mit ihnen.

Wie Kinder, denen die Benutzung des Vordereingangs verwehrt wurde und die nun die Schönheiten des Gartens vor der Hintertür entdecken, haben Quantenphysiker inzwischen erkannt, dass jedes Verbot auch eine Chance birgt. So entstand aus der Heisenberg'schen Unschärfere-lation die Quantenkryptografie, aus der Verschränkung die Teleportation, aus der überlagerung von Zuständen der Quantencomputer. Es ist eine Revolution im Denken, die heute vor unser aller Augen stattfindet, und sie ist ebenso bahnbrechend wie die Entdeckung der Quanten vor gut hundert Jahren durch Max Planck.

Für den Normalbürger mit gesundem Menschenverstand klingen die Vorgänge in der Quantenwelt ohnehin eher nach Märchen - gut erfunden, nett ausgedacht, sozusagen Gebrüder Grimm fürs 21. Jahrhundert: Teilchen, die sich in Wellen verwandeln und umgekehrt; Partikel, die sich per Telepathie verständigen; Katzen, die gleichzeitig tot und lebendig sind; oder Entscheidungen, die man nachträglich noch ändern kann.

Aber es sind keine Märchen, sondern die Grundlagen unserer modernen Welt. Ohne diese erstaunlichen Phänomene gäbe es heute keinen Computer, keinen Laser, keine Kernspintomografie, ja nicht einmal einen gewöhnlichen Fernseher. Das, was dem gesunden Menschenverstand so unerklärlich und rätselhaft erscheint, hat seine Existenz inzwischen millionenfach in der Praxis bewiesen.

Und obwohl die Beschäftigung damit bisher zur Grundlagenforschung gehört, stehen wesentlich weiter reichende Anwendungen bereits vor der Tür. Manche Forscher glauben, dass das Quantenzeitalter erst noch anbricht.