Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quanten-Kausalbeziehungen: A verursacht B verursacht A

04.10.2012
Ein tief verwurzeltes Konzept in der Wissenschaft und in unserer Alltagserfahrung ist die Kausalität: die Idee, dass gegenwärtige Ereignisse durch vergangene Ereignisse verursacht werden und dass gegenwärtige Ereignisse wiederum zukünftige Ereignisse verursachen.
Wenn ein Ereignis A eine Wirkung B verursacht, kann B nicht auch A verursachen. Nun zeigen theoretische Physiker von der Universität Wien und der Université Libre de Bruxelles, dass in der Quantenmechanik eine Situation vorstellbar ist, in der ein einzelnes Ereignis zugleich Ursache und Wirkung eines anderen Ereignisses sein kann. Die Forschungsergebnisse dazu erscheinen in der aktuellen Ausgabe von "Nature Communications".

Obwohl noch nicht geklärt ist, ob solche Situationen tatsächlich in der Natur vorkommen, kann die bloße Möglichkeit ihrer Existenz weitreichende Folgen für die Grundlagen der Quantenmechanik, der Quantengravitation und der Quanteninformationsverarbeitung haben.
Kausale Beziehungen: Wer beeinflusst wen?

Im Alltagsleben und in der klassischen Physik gibt es eine klare zeitliche Abfolge von Ereignissen: eine Ursache kann nur eine Wirkung in ihrer Zukunft und nicht in ihrer Vergangenheit beeinflussen. Ein einfaches Beispiel: Eine Person namens Alice betritt ein Zimmer und findet dort ein Stück Papier vor. Alice liest das Papier, radiert die Schriftzüge aus und schreibt ihre eigene Botschaft auf das Papier nieder. Eine zweite Person, Bob, die dasselbe Zimmer zu einem anderen Zeitpunkt betritt, befolgt das gleiche Prozedere: Bob liest, löscht und schreibt eine Nachricht auf das Papier. Falls Bob den Raum nach Alice betritt, wird zwar er die Botschaft von Alice lesen können, aber Alice hat keine Möglichkeit, Bobs Nachricht zu kennen. In diesem Fall ist das Verfassen der Botschaft durch Alice die "Ursache" und die von Bob gelesene Botschaft die "Wirkung". Jedes Mal, wenn die beiden den Vorgang wiederholen, wird nur eine der beiden Personen die Nachricht des anderen lesen können.
Selbst wenn sie keine Uhren bei sich haben und nicht wissen, wer von ihnen als erster den Raum betritt, können sie aufgrund dessen, was sie lesen und schreiben herausfinden, welche Person als erste im Zimmer war. Wenn z.B. Alice die Nachricht "Alice war heute hier" hinterlässt, wird Bob beim Lesen der Nachricht feststellen, dass er das Zimmer erst nach Alice betreten hat.

Quantenverletzung der kausalen Abfolge

Solange nur die Gesetze der klassischen Physik zulässig sind, steht die Reihenfolge der Ereignisse fest: Entweder ist Bob oder Alice die erste Person, die im Zimmer eine Nachricht hinterlässt. Wenn die Quantenmechanik ins Spiel kommt, kann sich dieses Bild jedoch drastisch verändern. Gemäß der Quantenmechanik können Objekte ihre wohldefinierten klassischen Eigenschaften verlieren, sodass z.B. ein Teilchen zugleich an zwei unterschiedlichen Orten sein kann. Das nennt man in der Quantenphysik "Superposition". Nun hat ein internationales Team von Physikern um Caslav Brukner von der Universität Wien gezeigt, dass sich sogar die kausale Abfolge von Ereignissen in einer solchen Superposition befinden könnte. Wenn in unserem Beispiel Alice und Bob statt eines gewöhnlichen Blatt Papiers ein Quantensystem zur Verfügung haben, um ihre Nachricht zu hinterlassen, kann nun folgende Situation eintreten: Jede der beiden Personen kann Teile der Botschaft lesen, die die andere Person geschrieben hat. Tatsächlich hat man eine Superposition der beiden Situationen: "Alice betritt das Zimmer als Erste und hinterlässt ihre Nachricht vor Bob" und "Bob betritt das Zimmer als Erster und hinterlässt seine Nachricht vor Alice".
"Solch eine Möglichkeit wurde in der Quantenmechanik nicht umgesetzt, da die Theorie immer eine bestimmte kausale Abfolge zwischen Ereignissen voraussetzt", erläutert Ognyan Oreshko von der Freien Universität Brüssel (vormals Universität Wien). "Wenn wir allerdings davon ausgehen, dass die Quantenmechanik alle Phänomene steuert, muss man naturgemäß annehmen, dass die Abfolge von Ereignissen auch unbestimmt sein könnte, ähnlich der Position und der Geschwindigkeit eines Teilchens", ergänzt Fabio Costa von der Universität Wien.

Diese Erkenntnisse stellen einen wichtigen Schritt zum Verständnis dar, dass die bestimmte kausale Abfolge nicht eine notwendige Eigenschaft der Natur sein muss. "Die wahre Herausforderung liegt nun darin herauszufinden, wo wir in der Natur nach Superpositionen der kausalen Abfolge suchen sollen", erklärt Caslav Brukner von der Gruppe Quantenoptik, Quantennanophysik, Quanteninformation der Universität Wien.

Publikation in "Nature Communications":
"Quantum correlations with no causal order": Ognyan Oreshkov, Fabio Costa, Caslav Brukner. Nature Communications
DOI: 10.1038/ncomms2076

Wissenschaftlicher Kontakt (Brüssel):
Ognyan Oreshkov
Centre for Quantum Information and Communication (QuIC) Université Libre de Bruxelles Av. F. D. Roosevelt 50 – CP165/59
B-1050 Brussels, Belgium
T+32-2-650 29 56
oreshkov@ulb.ac.be

Wissenschaftliche Kontakte (Wien):
Fabio Costa
Quantenoptik, Quantennanophysik, Quanteninformation
Fakultät für Physik, Universität Wien
Boltzmanngasse 5, 1090 Wien
T +43-1-4277-725 83
fabio.costa@univie.ac.at

Caslav Brukner
Quantenoptik, Quantennanophysik, Quanteninformation
Fakultät für Physik, Universität Wien
Boltzmanngasse 5, 1090 Wien
T +43-1-4277-725 82
M +43-664-602 77-725 82
caslav.brukner@univie.ac.at

Rückfragehinweis:
Mag. Barbara Suchanek
VCQ Press
Boltzmanngasse 5, 1090 Wien
T +43-1-4277-725 45
vcq@quantum.at

Veronika Schallhart | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.quantumfoundations.weebly.com/
http://quic.ulb.ac.be/members/oreshkov

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert
15.10.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Materiezustände durch Licht verändern
12.10.2018 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Im Focus: Chemiker der Universitäten Rostock und Yale zeigen erstmals Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen

Die Forschungskooperation zwischen der Universität Yale und der Universität Rostock hat neue wissenschaftliche Ergebnisse hervorgebracht. In der renommierten Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichten die Wissenschaftler über eine Dreierkette aus Ionen gleicher Ladung, die durch sogenannte Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden. Damit zeigen die Forscher zum ersten Mal eine Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen, die sich im Grunde abstoßen.

Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen den Professoren Mark Johnson, einem weltbekannten Cluster-Forscher, und Ralf Ludwig aus der Physikalischen Chemie der...

Im Focus: Storage & Transport of highly volatile Gases made safer & cheaper by the use of “Kinetic Trapping"

Augsburg chemists present a new technology for compressing, storing and transporting highly volatile gases in porous frameworks/New prospects for gas-powered vehicles

Storage of highly volatile gases has always been a major technological challenge, not least for use in the automotive sector, for, for example, methane or...

Im Focus: Materiezustände durch Licht verändern

Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg stören die kristalline Ordnung

Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von Quantenmaterie so zu stören, dass ein spezieller...

Im Focus: Disrupting crystalline order to restore superfluidity

When we put water in a freezer, water molecules crystallize and form ice. This change from one phase of matter to another is called a phase transition. While this transition, and countless others that occur in nature, typically takes place at the same fixed conditions, such as the freezing point, one can ask how it can be influenced in a controlled way.

We are all familiar with such control of the freezing transition, as it is an essential ingredient in the art of making a sorbet or a slushy. To make a cold...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2018

16.10.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz in der Medizin

16.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Multiresistente Keime aus Abwasser filtern

16.10.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Pilz schlägt sich mit eigenen Waffen

16.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics