Wenn es nach Albert Einstein gegangen wäre, würde es keine “spukhafte Fernwirkung” geben. Dabei handelt es sich um eine quantenmechanische Eigenschaft, die zwei physikalische Teilchen auf beinahe telepathische Weise miteinander verbindet. Die Nasa hat jetzt Forschungsgelder an Alex Kuzmich vom Georgia Institute of Technology in Atlanta vergeben, der mittels dieser Eigenschaft die Präzision von Atomuhren erhöhen will.
Zusammen mit zwei Kollegen wollte Albert Einstein im Jahr 1935 zeigen, dass die Quantenmechanik keine vollständige Theorie ist. In theoretischen Berechnungen fanden die drei Physiker dabei folgendes heraus: Wenn die Quantenmechanik vollständig ist, dann muss es möglich sein, zwei physikalische Teilchen so miteinander zu “verschränken”, dass fortan eine fast telepathische Beziehung zwischen ihnen besteht. Führt man an einem der beiden Teilchen eine Messung durch, dann wird der Zustand des anderen Teilchens davon augenblicklich beeinflusst ? und zwar auch dann, wenn die Teilchen inzwischen Milliarden von Kilometern voneinander entfernt sind.
Für Albert Einstein, dessen Spezielle Relativitätstheorie eine Informationsübertragung mit Überlichtgeschwindigkeit nicht zulässt, war diese ? aus seiner Sicht unsinnige ? Vorhersage Beweis genug dafür, dass mit der Quantenmechanik irgendetwas nicht stimmen kann. Doch spätestens seit es Anton Zeilinger 1997 gelang, mit Hilfe der Verschränkung Photonen zu beamen, ist die Existenz dieser von Einstein “spukhafte Fernwirkung” genannten quantenmechanischen Eigenschaft unumstritten.
Kuzmich will nun die Atome einer Atomuhr miteinander verschränken und dadurch die Präzision der Zeitmessung um den Faktor Tausend verbessern. In bisherigen Atomuhren steigt die Präzision der Zeitmessung mit der Quadratwurzel der Anzahl der Atome. Das heißt: Wenn man die Anzahl der Atome beispielsweise vervierfacht, verdoppelt sich die Präzision. Theoretisch weiß man jedoch: Bei verschränkten Atomen würde die Präzision direkt proportional mit der Atomzahl steigen. Wenn man die Anzahl der Atome vervierfacht, würde mit verschränkten Atomen auch die Präzision der Zeitmessung vervierfacht.
Realisieren will Kuzmich die Verschränkung mit den Lasern, die bereits in Atomuhren vorhanden sind. Kuzmich rechnet damit, dass die Uhren eine Präzision von eins zu einer Trillion erreichen können. Eine solche Uhr würde erst nach 30 Milliarden Jahren eine Sekunde vor- oder nachgehen.
Profitieren würde von solch einer genauen Zeitmessung nicht nur die Nasa mit einer präziseren Navigation ihrer Raumsonden. Auch ein mit solchen Uhren ausgerüstetes Nachfolgesystem der GPS-Satelliten würde eine wesentlich genauere Ortsbestimmung ermöglichen. Physiker benötigen solche präzisen Zeitangaben beispielsweise zum Test der Gravitationstheorie.
Axel Tillemans
