„Niemand versteht die Quantentheorie”, war Richard Feynman überzeugt – obwohl seine eigenen Arbeiten zur Quantenphysik 1965 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden. Das liegt vor allem am Doppelspalt-Experiment. Es birgt, mit den Worten Feynmans, „das Herz der Quantenmechanik in sich” und ist „unmöglich, absolut unmöglich auf klassische Weise zu erklären”. Es „enthält das gesamte Rätsel der Quantenmechanik”, schrieb er 1967. „Welcher Mechanismus steckt dahinter? Niemand weiß es. Niemand kann eine tiefere Erklärung dieses Phänomens geben.”
Und so sieht das Rätsel aus: Tritt Licht durch einen Spalt, wird auf einer Leinwand oder einer Fotoplatte dahinter ein leuchtender Strich abgebildet (A und B in der Grafik). Sind zwei parallele Spalten zugleich geöffnet, sollten sich der klassischen Physik zufolge entsprechend zwei Leuchtspuren dahinter ausbilden (C). Doch in der Quantenphysik ist das Ganze mehr als die Summe der Teile: Anstelle von zwei Leuchtspuren entsteht ein komplexes Interferenzmuster (D). Demnach verhalten sich die Photonen – deren Teilchennatur sich in Experimenten wie dem Photo- und Compton-Effekt oder in elektronischen Photonenzählern offenbart – wie Wellen, die einander überlagern. Dasselbe gilt für Materie, beispielsweise für Elektronen oder Neutronen. Sogar komplexe Moleküle wie Fullerene (C60 und C70) konnten inzwischen zur Interferenz gebracht werden. Das Überlagerungsbild entsteht auch dann, wenn man einzelne Partikel mit großen Zeitabständen nacheinander auf den Doppelspalt „tröpfeln” lässt. Es ist, als „ wüssten” sie, ob beide Spalten offen sind oder nicht – obwohl nach klassischem Verständnis ein Teilchen doch nur entweder durch den einen oder durch den anderen Spalt gelangen sollte, aber schwerlich mit sich selbst interferierend durch beide. Wird das Teilchen dagegen zwischen Spalt und Schirm beobachtet, so dass sich sein Weg rekonstruieren lässt, verschwindet das Interferenzmuster.
Das Superpositionsprinzip ist auch der Grund dafür, dass Quantensysteme – ganz im Gegensatz zur klassischen Physik – miteinander „verschränkt” sind. Dadurch entsteht die Nichtlokalität und das Messproblem, das der Physik-Nobelpreisträger Erwin Schrödinger mit seiner bedauernswerten Katze illustriert hat, die aufgrund der quantenmechanischen Verschränkung lebendig und tot zugleich sein müsste. Durch die Dekohärenz – die Wechselwirkung mit der Umwelt – vergrößert sich die Superposition, so dass wir einen eindeutigen Katzen-Zustand wahrnehmen. Aber das verschiebt das Messproblem nur, denn letztlich müsste sich dann das ganze Universum in einem gespenstischen Überlagerungszustand aus allen Möglichkeiten befinden: in einer Art universeller Interferenz. RV
