Albert Einstein war maßgeblich an der Begründung der Quantenmechanik
durch seine Theorie des photoelektrischen Effekts beteiligt,
blieb aber tief beunruhigt wegen ihrer philosophischen Folgen.
Obwohl die meisten sich an ihn wegen der Ableitung E=MC^2 erinnern,
war sein letzter Beitrag zur Physik eine Veröffentlichung im Jahr 1935,
die er zusammen mit den jüngeren Kollegen Boris Podolsky und Nathan Rosen verfasste.
Bis weit in die 1980er hinein als seltsame philosophische Fußnote betrachtet,
wurde dieses EPR-Papier vor Kurzem zentral für das neue Verständnis der Quantenphysik
und zwar mit seiner Beschreibung eines seltsamen Phänomens
namens Quantenverschränkung.
Der Aufsatz beginnt mit der Betrachtung einer Quelle, die Teilchenpaare auswirft,
die zwei messbare Eigenschaften haben.
Jede Messung ergibt zwei mögliche Ergebnisse
mit gleich hoher Wahrscheinlichkeit.
Null oder Eins für die erste Eigenschaft
und A oder B für die zweite.
Wurde eine Messung durchgeführt,
ergeben nachfolgende Messungen derselben Eigenschaft desselben Teilchens
dasselbe Ergebnis.
Die seltsame Folge dieses Szenarios
ist nicht nur, dass der Zustand eines einzelnen Teilchens unbestimmt ist,
bis es gemessen wurde,
sondern die Messung den Zustand festlegt.
Was noch wichtiger ist: Die Messung beeinflussen sich gegenseitig.
Misst man ein sich im Zustand 1 befindliches Teilchen
und danach auf die zweite Art,
erhält man mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % entweder A oder B als Ergebnis,
aber wenn man dann die erste Messung wiederholt,
ist mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % das Resultat gleich Null,
selbst wenn für das Teilchen der Zustand 1 gemessen wurde.
Das Wechseln der Eigenschaft, die gemessen wird,
verändert das ursprüngliche Ergebnis,
indem es einen neuen, zufälligen Wert ermöglicht.
Die Sache wird noch seltsamer, wenn man sich beide Teilchen ansieht.
Jedes der Teilchen wird zufällige Ergebnisse hervorbringen,
aber vergleicht man die beiden,
korrelieren sie perfekt miteinander.
Zum Beispiel: Wenn für beide Teilchen 0 gemessen wurde,
wird diese Beziehung immer beibehalten.
Die Zustände der beiden sind verschränkt.
Die Messung des einen, weist mit absoluter Sicherheit,
auf den Zustand des anderen hin.
Aber die Quantenverschränkung scheint
gegen Einsteins berühmte Relativitätstheorie zu verstoßen,
weil es keine Begrenzung für den Abstand zwischen Teilchen gibt.
Misst man eines in New York am Mittag
und das andere in San Francisco eine Nanosekunde später,
zeigen sie immer noch dasselbe Ergebnis.
Aber wenn die Messung den Wert bestimmt,
dann müsste ein Teilchen eine Art Signal zum anderen senden,
13.000.000-mal schneller als das Licht,
was unmöglich ist, gemäß der Relativitätstheorie.
Deswegen lehnte Einstein die Verschränkung als "spukhafte Fernwirkung" ab.
Er entschied, die Quantenmechanik müsse unvollständig sein,
eine bloße Annäherung an eine tiefere Wirklichkeit,
in der beide Teilchen vorbestimmte Zustände haben,
die uns verborgen bleiben.
Anhänger der orthodoxen Quantentheorie, angeführt von Niels Bohr,
behaupteten, Quantenzustände seien grundsätzlich unbestimmt
und die Verschränkung ermögliche den Zustand eines Teilchens
von dem des entfernten Partners abhängig sein zu lassen.
30 Jahre steckte die Physik in einer Sackgasse,
bis John Bell den Schlüssel zum Test des EPR-Arguments darin fand,
die Fälle mit unterschiedlichen Messungen zweier Teilchen anzusehen.
Die Hypothese der lokalen verborgenen Variable,
die von Einstein, Podolsky und Rosen bevorzugt wurde,
begrenzte streng, wie oft man Ergebnisse wie 1A oder B0 erhalten könnte,
weil die Resultate im Voraus definiert werden müssten.
Bell zeigte auf, dass der reine Quanten-Ansatz,
wo der Zustand bis zur Messung wirklich unbestimmt ist,
verschiedene Beschränkungen hat und gemischte Messergebnisse vorhersagt,
die für das vorherbestimmte Szenario unmöglich sind.
Sobald Bell den Test des EPR-Arguments ausgearbeitet hatte,
machten Physiker sich daran ihn durchzuführen.
Angefangen bei John Clauster in den 70ern und Alain Aspect in den frühen 80ern
haben in dutzenden Experimenten die EPR-Vorhersage getestet
und alle haben dasselbe herausgefunden:
Die Quantenmechanik ist zutreffend.
Die Korrelationen zwischen
unbestimmten Zuständen verschränkter Teilchen sind real
und können nicht durch irgendwelche tiefgründigeren Variablen erklärt werden.
Das EPR-Papier lag falsch, aber auf brillante Weise.
Indem es Physiker dazu anleitete,
tiefer über die Grundlagen der Quantenphysik nachzudenken,
führte es zu weitergehender Ausarbeitung der Theorie
und half, Forschung über Themen wie Quanteninformation anzustoßen,
das jetzt ein gedeihendes Feld ist,
mit dem Potential, Computer ohne vergleichbare Leistung zu entwickeln.
Leider verhindert die Zufälligkeit der gemessenen Ergebnisse
Science-Fiktion-Szenarios, wie ein Einsetzen verschränkter Teilchen,
um Nachrichten schneller als Licht zu versenden.
Die Relativitätstheorie ist in Sicherheit. Vorerst.
Aber das Quantenuniversum ist eigenartiger als Einstein glauben wollte.