aus spektrum.de, 2. 4. 2026 Nicht nur einzelne Zustände können sich in der Quantenwelt überlagern,
sondern sogar verschiedene zeitliche Abfolgen von Ereignissen. zu Jochen Ebmeiers Realien
Im Alltag erkennen wir Ursache und Wirkung sofort. Wenn die linke Billardkugel die rechte anstößt, setzt – selbstverständlich! – die linke die rechte in Bewegung. Die Vergangenheit beeinflusst die Zukunft. Auf Quantenebene ist das mitunter nicht mehr eindeutig so. Ob Ereignis A vor Ereignis B stattgefunden hat oder ob nun doch B vor A kam, lässt sich manchmal nicht beantworten. Nicht, weil man es aus praktischen Gründen nicht wüsste, sondern weil sich beide Abläufe quanten-mechanisch überlagern – und man es deswegen aus fundamentalen Gründen gar nicht wissen kann. Ursache und Wirkung vermischen sich. Solche Effekte zwingen uns, grundlegende Vorstellungen zur Kausalität und zum Wesen der Zeit zu hin-terfragen.
Dass in der Quantenphysik solch eine »unbestimmte kausale Ordnung« denkbar und vielleicht sogar real ist, hat sich seit den 2000er-Jahren herausgestellt, im Lauf theoretischer Überlegungen und bei praktischen Versuchen. Allerdings fanden sich bisher stets Schlupflöcher. Kein Laboraufbau ist perfekt: Unzulänglichkeiten der jeweiligen Messkonzepte lassen alternative Erklärungen zu. Sie retten unsere klassische Vorstellung von Kausalität.
Ein Team von der Universität Wien hat ein neues experimentelles Konzept vorgestellt und überprüft, mit dem sich solche Schlupflöcher in Zukunft leichter schließen lassen sollen. Denn laut Carla Richter, Michael Antesberger und ihren Kollegen von der Fakultät für Physik hingen die Nachweise bisher zumindest teilweise davon ab, welche Geräte dafür verwendet wurden. Das bedeutet, daraus lässt sich nur schwer verallgemeinern: Ist die Kausalität immer verletzt – oder bloß unter diesen speziellen Bedingungen? Gelänge so ein Beweis vollständig geräteunabhängig, schreiben die Fachleute weiter, »würde das implizieren, dass die Natur Korrelationen zulässt, welche die Kausalität nicht beachten, unabhängig von experimentellen Annahmen oder der zugrunde liegenden theoretischen Beschreibung des Experiments«.
Die Messungen des Teams scheinen einen ersten solchen Beleg zu liefern. Mithilfe ihres geräteunabhängigen Protokolls stellte die Forschungsgruppe fest, dass die kausale Ordnung beim Versuch tatsächlich unbestimmt ist.
Dabei konnte ein Lichtteilchen entlang zweier möglicher Pfade laufen. Auf jedem davon befanden sich zwei Bauteile, welche eine bestimmte Eigenschaft (die Polarisation) des Photons veränderten – und zwar je nach eingeschlagenem Pfad in unterschiedlicher Abfolge. Mit den Regeln der Quantenmechanik ließen sich beide Pfade überlagern, das Lichtteilchen bewegte sich also gewissermaßen entlang beider Wege gleichzeitig. Dabei überlagerte sich auch die Reihenfolge der Operationen. Das ließ sich anhand eines zweiten Lichtteilchens nachweisen. Es lief auf einem anderen Weg und war mit der Polarisation des ersten Lichtteilchens verschränkt, das heißt quantenmechanisch verknüpft.
Nach zahlreichen Messungen war aus statistischer Sicht klar: Die kausale Ordnung ist stärker verletzt, als es jede klassische Erklärung zuließe. Ursache und Wirkung überlagern sich tatsächlich. Doch wie das Team einräumt, bleiben zahlreiche Schlupflöcher offen. Zunächst ging es ihm lediglich darum, das Messprinzip erfolgreich zu demonstrieren.
Ein Schlupfloch betrifft beispielsweise die Unabhängigkeit der Messungen. Die Wahl der Einstellungen könnte auf unerkannte Weise die Ergebnisse beeinflussen und muss daher frei oder zufällig sein – hier war sie noch vom Code fest vorgegeben. Auch in der Auswahl der gemessenen Photonen könnte eine Unzulänglichkeit stecken. Lediglich knapp ein Prozent der eingesetzten Lichtteilchen wurden am Ende detektiert, und eventuell hätten gerade diejenigen, die verloren gegangen sind, die Kausalität auf irgendeine Weise wieder hergestellt.
Zusätzlich gilt es, das Schlupfloch der sogenannten Lokalität zu schließen. Dazu muss man verhindern, dass sich zwei Messungen gegenseitig beeinflussen können. Das klappt aber nur, wenn sie so weit voneinander entfernt stattfinden, dass kein Signal schnell genug vom einen zum anderen Apparaturteil laufen kann. Doch Informationen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, und der Versuchsaufbau umfasste lediglich einen Labortisch mit kaum einem Meter Abstand zwischen den entscheidenden Komponenten.
Das sind bloß ein paar mögliche Schlupflöcher. Diverse weitere müssen erst noch geschlossen werden, und Kritiker werden zusätzliche finden. Erst dann steht zweifelsfrei fest, dass die Quantenmechanik mit unseren klassischen Vorstellungen von Kausalität bricht.
Die Situation erinnert an andere eingehende Überprüfungen, denen sich die Quantenmechanik etwa ein halbes Jahrhundert lang unterziehen musste. Seit den 1970er-Jahren haben zahlreiche Experimente dabei geholfen, eine fundamentale Eigenart der Quantenphysik unter die Lupe zu nehmen: die Verschränkung. Im Rahmen sogenannter Bell-Tests wollten Physiker herausfinden, ob die Verschränkung tatsächlich zwei Teilchen auf eine Weise verknüpft, die klassischen Vorstellungen widerspricht. Es dauerte bis ins 21. Jahrhundert, die letzten Schlupflöcher zu schließen. Für den wasserdichten Nachweis gab es dann im Jahr 2022 den Nobelpreis.
Sollte unbestimmte Kausalität sich wirklich als eine weitere Konsequenz der Quantengesetze herausstellen, böte das neue Einsichten, zum Beispiel in das Zusammenspiel von Quantenmechanik und Relativitätstheorie. Denn dann hätten auch Gravitationsquellen Einfluss auf die Überlagerung von Ursache und Wirkung, wie ein Team um den Wiener Physiker Časlav Brukner bereits im Jahr 2019 herausgefunden hat. Gemeinsam mit seinem Kollegen Philip Walther, der auch an der jüngsten Arbeit beteiligt war, hat Brukner in einem Artikel für »Spektrum« seinerzeit erläutert, wie die »nichtkausale Quanteninformationsverarbeitung« sogar zu leistungsfähigeren Quantencomputern führen könnte.
Die Verschränkung wurde bereits genutzt, bevor die letzten Zweifel an ihrem außergewöhnlichen Charakter ausgeräumt waren. Doch das Ausloten möglicher Schlupflöcher hat Quantentechnologien und theoretische Einsichten zusätzlich beflügelt. Die Quantenkausalität mithilfe der neuen experimentellen Methoden auf Herz und Nieren zu prüfen, verspricht nicht weniger faszinierende Erkenntnisse.
Nota. - Die Vorstellung von Ursache und Wirkung hat ihren eignen lebensprak-tischen Grund, und keinen physikalisch-wissenschaftlichen. Zu einem wissenschaft-lichen Problem ist die Kausalität erst durch die Philosophie geworden; zunächst durch den Skeptiker David Hume, der sie als eine pragmatische Fiktion erkannte, und vollends durch die Kritische alias Transzendentalphilosophie von Kant. Sie ist legitimiert durch ihre Brauchbarkeit im Alltag - und die wird auch durch die Quan-tenphysik nicht in Frage gestellt.
Ein Begriff der physikalischen Wissenschaft ist sie nie gewesen, und die Quanten-lehre erklärt, weshalb sie es nie wurde.
Merke: Wirklich ist nicht, was ein Forscher in seinem kunstvollen Labor beobachtet, sondern das, was ein Mensch im Austausch mit seiner Welt erlebt.
JE
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