Was ist Quantenunsicherheit?

Die Quantenunsicherheit, oder formaler das Heisenbergsche Unschärfenprinzip, ist eine Erkenntnis der Quantenphysik, die besagt, dass man nicht gleichzeitig die genaue Position und den genauen Impuls eines einzelnen Teilchens kennen kann. Das Unsicherheitsprinzip liefert auch mathematisch genaue (quantitative) Vertrauensgrenzen für Messpaare. Grundsätzlich gilt: Je genauer Sie einen Wert wissen möchten, desto mehr Genauigkeit müssen Sie bei der Messung des anderen opfern.

Aufgrund ihrer Assoziation mit der Revolution der Quantenmechanik hat die Quantenunsicherheit einen dauerhaften Platz in der Populärkultur, wo sie oft falsch interpretiert wird. Die Quantenunsicherheit in Filmen und Filmen wird manchmal fälschlicherweise verwendet, um auf große Objekte zu verweisen, wenn sie wirklich nur für Teilchen gilt. Auch wird die Idee der Quantenunsicherheit oft auf mysteriöse Weise präsentiert, ohne zu erwähnen, dass das Konzept mit präzisen quantitativen Vertrauensgrenzen einhergeht, die nicht so mysteriös sind.

Der Begriff der Quantenunsicherheit sorgte Anfang des 20. Jahrhunderts für Aufruhr, als Physiker versuchten, die Einzelheiten der Quantentheorie durch widersprüchliche Interpretationen herauszuarbeiten. Neils Bohr und viele andere Physiker befürworteten die Kopenhagener Interpretation, die besagt, dass das Universum auf der untersten Ebene grundsätzlich unscharf ist und eher durch Wahrscheinlichkeitsverteilungen als durch deterministisch verknüpfte, wohldefinierte Zustände beschrieben wird. Auch Werner Heisenberg, der die Unschärferelation aus der mathematischen Struktur der Quantentheorie ableitete, vertrat die Kopenhagener Deutung. Albert Einstein tat dies jedoch nicht und sagte bekanntlich „Gott würfelt nicht“.

Die Theorie der Quantenunsicherheit ist, obwohl sie mit mathematisch präzisen Vertrauensgrenzen versehen ist, wirklich ziemlich mysteriös. Es gibt immer noch Meinungsverschiedenheiten in der Physik-Community darüber, ob die Kopenhagener Deutung zwangsläufig aus der Quantensicherheit folgt. Die zeitgenössische Alternative zur Kopenhagener Interpretation ist die Viele-Welten-Interpretation der Quantenmechanik, die davon ausgeht, dass die Realität tatsächlich deterministisch ist.

Im Zusammenhang mit dem großen Erfolg der Newtonschen Mechanik vor mehr als einem Jahrhundert zögerten Physiker, deterministische Theorien ohne unglaublich überzeugende Beweise aufzugeben. Also versuchten sie, Theorien der „versteckten Variablen“ zu entwickeln, die versuchten, die Quantenunsicherheit als eine übergeordnete Eigenschaft zu erklären, die aus fundamentaleren deterministischen Wechselwirkungen hervorgeht. Ein Ergebnis namens Bell-Ungleichung ergab jedoch, dass lokale versteckte Variablentheorien nicht verwendet werden können, um die Quantenunsicherheit zu beschreiben, ohne Korrelationen zwischen allen Teilchen im Universum zu postulieren, die schneller als Licht sind. Es werden jedoch immer noch nichtlokale versteckte Variablentheorien vorgeschlagen, um eine deterministische Grundlage der Quantenunsicherheit zu erklären.