Das Doppelspalt-Experiment – Alles besteht aus Informationswellen

Spielt unserer Wahrnehmung uns tatsächlich Streiche?

Diese Frage stellt Dr. Quantum, um ein Thema aufzugreifen, dass Physiker seit der Prägung der Quantentheorie durch Max Planck vor Rätsel bzw. gar Paradoxien stellt. Die Vermutung der modernen Physik, dass unsere Realität auf Informationswellen basiert, wird in einem Experiment erklärt, das im Bereich der Quantenphysik das wohl berühmteste ist: das Doppelspalt-Experiment.

Zum besseren Verständnis beginnt das Experiment mit einem einfachen Spalt, der sich in einer aufgestellten Platte befindet. Nun werden viele Glaskugeln auf die Platte abgefeuert, von denen es ein paar durch den Spalt schaffen. Dahinter treffen sie auf eine Tafel, auf der sie ein Muster hinterlassen, das in etwa identisch mit der Form des Spaltes ist. Wird das Experiment mit zwei Spalten wiederholt, ergibt das, wie erwartet, zwei Spalten an der Tafel.

Im Folgenden wird das Experiment mit wiederum nur einem Spalt und Photonen / Lichtwellen durchgeführt. Erneut geschieht nichts Ungewöhnliches.

Quelle: Screenshot YouTube 2011 – Das Doppelspalt Experiment – Alle besteht aus Informationswellen

Die Lichtwellen strahlen durch die Öffnung und projezieren einen gleichförmiges Muster auf die Tafel, dessen Intensität dort am größten ist, wo das Licht direkt durch den Spalt zielt. Wird jedoch eine zweite Öffnung hinzugefügt, geschieht etwas Unerwartetes: Statt zwei Lichtstreifen erscheint auf der Tafel ein überlagertes Muster aus mehreren Streifen. Es ist entstanden, weil sich die Lichtstrahlen gegenseitig ausgelöscht haben, als das obere Ende eines Lichtstrahls das untere Ende eines anderen Lichtstrahls berührt hat. Wo sich die Spitzen berühren, entsteht eine helle Linie, wo sie sich aufheben, ist ein dunkler Zwischenraum.

Nun wird das Experiment mit Quanten, genau genommen mit Elektronen, durchgeführt. Elektronen sind, wie Glasmurmeln, auch Materie, allerdings in sehr viel geringerem Umfang. Wird ein Elektronenstrahl durch eine Öffnung in der Platte geschossen, verhält er sich wie die Murmeln, indem er auf der Tafel ein aus vielen, nacheinander auftreffenden Punkten bestehendes Muster in Form eines Spaltes hinterlässt. Werden die Elektronen allerdings durch zwei Öffnungen katapultiert, entstehen auf der Tafel nicht zwei Spalten, wie bei den Murmeln, sondern die Streifenreihe, wie bei den Lichtwellen.

Den Forschern erschien es total unsinnig, dass Materieteilchen ein Interferenzmuster von Wellen erzeugen können. Die einzige, vorerst naheliegende Vermutung war, dass die Elektronen wie die Lichtwellen miteinander in Kontakt kommen. Deshalb wurden die Elektronenteilchen einzeln durch die beiden Spalte geschossen. Erstaunlicherweise zeigte sich abermals das alte Muster der Strahlenreihe. Da ein Kontakt mit anderen Teilchen nun ausgeschlossen war, erklärten sich die Forscher dieses Phänomen so: Das einzelne Elektron macht sich als Teilchen auf den Weg, teilt sich, fliegt durch beide Öffnung, wird dahinter wieder zu einem Teilchen und trifft auf die Tafel. Es hat sich also selbst beeinflusst. Die mathematischen Möglichkeiten des Weges jedoch blieben verwirrend.

Aus diesem Grund wollte man genau beobachten, durch welchen Spalt das jeweilige Elektronenteilchen fliegt und brachte ein Messgerät an der aufgestellten Platte an. Bei der Beobachtung geschah abermals etwas überaus Rätselhaftes: Die einzelnen Elektronen besaßen nun nicht mehr die Eigenschaft des Lichtstrahls, sondern die der Murmel, d.h. sie produzierten ein aus zwei Streifen bestehendes Muster an der Tafel. Als wüsste das Elektron, dass es beobachtet wird, entschied es sich, anders zu agieren und nur durch jeweils einen der beiden Spalten, nicht durch beide zugleich, zu fliegen.

Diese letzte Etappe des Experiments war es, die das Wesen der Quantenphysik definierte und die eine so vielgestellte, jedoch noch immer unbeantwortete Frage aufwarf: Sind die Dinge vielleicht nur so, wie wir sie sehen, in dem Moment, in dem wir sie sehen?