Von den Socken

Der Streit um geisterhafte Fernwirkungen in der Quantenmechanik dauert an

Auch Nobelpreisträger können irren. Mit seiner Interpretation der "Bertlmannschen Socken" hat der Physiker Murray Gell-Mann den Widerspruch vieler Kollegen herausgefordert. In entrüsteten Leserbriefen widersprachen sie Gell-Manns Deutung der Quantentheorie, wie sie in dem Artikel Physik von den Socken (ZEIT Nr. 51/00) zitiert wurde. Die Wirklichkeit ist, wie so oft, komplizierter. Eine Klarstellung tut Not.

Worum geht es in dem Sockenstreit? Zunächst um die Fußbekleidung des Physikers Reinhold A. Bertlmann, die links und rechts stets unterschiedlich ist. Denn seit seinen Studientagen hat Bertlmann (der nicht etwa "hypothetisch" ist, sondern tatsächlich existiert) die Gewohnheit, Socken verschiedener Farbe zu tragen. Er lehrt heute an der Universität Wien, und auf seiner Homepage (www.thp.univie.ac.at/~bertlman/) lassen sich die berühmten Socken bewundern.

Woher weiß das eine Teilchen, wie sein Zwillingsbruder entscheidet?

In der physikalischen Literatur verewigt wurden die Fußwärmer 1981 durch den irischen Physiker John S. Bell und seinen Aufsatz Bertlmann's socks and the nature of reality. Bell bezog sich darin auf ein Gedankenexperiment, das Albert Einstein 1935 mit seinen Mitarbeitern Boris Podolsky und Nathan Rosen ersonnen hatte. Dieses berühmte EPR-Paradox, benannt nach den Anfangsbuchstaben der Nachnamen, beschreibt folgendes Phänomen: Nach den Formeln der Quantenmechanik ist es möglich, zwei Quantenpartikel so miteinander zu verkoppeln ("verschränken"), dass die Messung an einem der beiden automatisch Aufschluss über die Eigenschaften des anderen liefert - selbst wenn sie sich theoretisch an entgegengesetzten Enden des Universums befinden.

Für Einstein stand dies in fundamentalem Widerspruch zu einer anderen Aussage der Quantentheorie, der Unschärferelation. Ihr zufolge sind nämlich die Eigenschaften subatomarer Objekte (wie etwa die genauen Werten von Ort und Impuls) vor einer Messung gar nicht genau festgelegt, sondern "unscharf".

Erst durch den Akt der Messung "zwingt" man gewissermaßen die Teilchen, sich zu bestimmten Werte zu bekennen. Das EPR-Paradox scheint dieses Gesetz zu verletzen. Denn obwohl dabei nur eines der beiden Teilchen einer Messung unterworfen wird, kennt man automatisch den korrespondierenden Wert des anderen. Woher aber soll dieses Teilchen "wissen", wie sich sein Zwillingsbruder im Akt der Messung "entscheidet"?

Mittlerweile wurde aus dem merkwürdigen Gedankenexperiment tatsächlich Realität. Nachdem John Bell 1965 den von Einstein formulierten Widerspruch in eine mathematische Formel goss (die Bellsche Ungleichung), führte der französische Physiker Alain Aspect in den achtziger Jahren den EPR-Versuch mit Lichtteilchen (Photonen) sehr überzeugend durch. Eindeutig zeigte sich, dass die gemessenen Eigenschaften der beiden Photonen (in diesem Fall ihre Schwingungsrichtung oder Polarisation) stets aufs genaueste korrespondierten.