Gedankenexperimente in der Quantenmechanik

18 Der Quantenradierer
Der Quantenradierer ist ein Experiment, welches die Eigenschaft der Quantenmechanik verdeutlicht,
durch Handlungen unsere Interpretation vergangener Ereignisse zu ändern. Allerdings
sei dazu gesagt, dass sich die Ergebnisse des vorgeführten Experimentes auch klassisch
erklären lassen, wenn man das Licht als Welle beschreibt. Aber auf Ebene einer Photoneninterpretation
zeigt er die wesentlichen Effekte.
In der Quantenmechanik hängt das Verhalten eines Objektes davon ab, welche Frage man im
Experiment stellt, man erhält entweder Wellen oder Teilcheneigenschaften. Das typische Interferenzmuster
am Doppelspalt verschwindet, wenn prinzipiell die „welche-Weg-Information“
vorhanden ist. Mit Hilfe eines Quantenradieres wird diese Information wieder gelöscht und
das Interferenzmuster wieder hergestellt (aber die Löschung muss so erfolgen, dass neue
Korrelationen dabei erzeugt werden).
Eine Wegmarkierung kann z. B. durch Lichtblitze erfolgen, die von an den Schlitzen gestreuten
Photonen kommen. Besteht ein solcher Lichtblitz nur aus einem Photon, muß man den
Ort, von dem aus das Photon ausgegangen ist, genau genug messen. Messen wir aber statt
der Orte die Impulse der Photonen, verlieren wir die „welche-Weg-Information“ wieder.
Unsere Antwort auf die Frage „Passiert das Teilchen einen oder beide Spalte“ hängt davon
ab, ob wir an den zugehörigen „Nachweisphotonen“ eine Orts- oder eine Impulsmessung
durchführen. Für diese Messung können wir uns entscheiden, nachdem das Teilchen die Spalte
passiert hat (dies ist ein Beispiel für ein Delayed-Choice-Experiment).
Wird die Wahl der Photonenmessung erst nach auftreffen der Photonen auf dem Schirm getroffen
(also nachdem bereits ein Interferenzmuster aufgetreten ist), wird die Argumentation
kniffliger. Um die Interfernz nach Anwendung des Quantenradiers zu sehen, müssen die
Teilchen in zwei Gruppen geteilt werden, die einen zeigen das Interferenzmuster, die anderen
das inverse Muster. Zusammen löscht sich das Interferenzmuster aus. Interfernzstreifen
können also erst beobachtet werden, nachdem die Photonenmessung stattgefunden hat, welche
die Photonen in Gruppen teilt.
Die zugrundeliegende Idee ist, dass die Komplementarität das fundamentale Prinzip ist und
die Unschärferelation nur eine Folge daraus (als Nebenbemerk: Bohr war dieser Überzeugung,
während Heisenberg glaubte, die Unschärfe schütze das Komplementariätsprinzip).
Der Quantenradierer erlaubt es dank Verschränkung (diese Grundidee stammt eigentlich
schon von EPR), die Position eines Teilchens auf eine Weise zu markieren, die den Impuls
nicht verändert, also die Unschärferelation zu umgehen. Früher war die Überzeugung genau
umgekehrt: Die Konsequenz des Komplementaritätsprinzips ist, dass wenn die Information
über die Trajektorie des Objektes ohne (nennenswerte) Störung des Objektes gewonnen werden
kann, sollte die Interfernz verschwinden. Vernichtet man hinterher diese Information
wieder (auf eine Weise, die neue Korrelationen erzeugt), kehrt die Interferenz zurück.
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