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Der Gravitationslinseneffekt

Der Gravitationslinseneffekt ist ein Phänomen aus der Astronomie. Hierbei wird das Licht eines kosmischen Objekts durch die Gravitation eines weiteren schweren Körpers gekrümmt. Es kann vorkommen, dass Lichtwellen auf diese Weise zwei Pfade gleichzeitig gehen.


Er: "Sieh mal da! Ein Baum"
Sie: "Woher weißt Du, dass da ein Baum ist?"
Er: "Na, weil ich ihn sehe!"
Sie: "Aha!"

Wir begründen die Existenz einer vom Beobachter unabhängigen Realität damit, weil wir sie beobachten.
- Heinz v. Foerster, Physiker

 

Wenn man sich den Aufbau des DCQE-Experiments anschaut, dann könnte man auf die Frage kommen, was denn eigentlich passiert, wenn man die Laufpfade der Photonen derart verlängert, sodass der Experimentierende über genügend Zeit verfügt, damit er Einfluss auf den Laufweg des Idler-Photons nehmen kann, nachdem das verschränkte Signal-Photon bereits den Sensor D0 erreicht hat?

 

Der Physiker John Archibald Wheeler hatte bereits eine solche Idee und entwickelte daraus das „Wheeler Gedankenexperiment“ welches erstmals 2007 realisiert werden konnte.

 

Wheelers Gedankenexperiment

Das Wheeler Gedankenexperiment.
Wir haben hier einen Mach-Zehnder-Interferometer, durch welchen ein einzelnes Photon geschickt werden kann. S2 ist ein halbreflektierender Spiegel, welcher eine einfallende Welle in zwei Teilwellen teilt. Die Spiegel S1 und S3 sind totalreflektierende Spiegel. Durch den Einsatz des Strahlteilers(BS) werden beide Wellen auf Sensor D2 gelenkt. Die beiden Wellen interferieren miteinander und zeigen auf Sensor D2 ein Interferenzmuster. Das einzelne Photon muss also als Wahrscheinlichkeitswelle beide Pfade gegangen sein. Denn sonst hätten wir kein Interferenzmuster.

Entfernt man den Strahlteiler(BS), dann registriert entweder Sensor D1 oder Sensor D2 ein Photon. Das Photon nimmt entweder den einen oder den anderen Pfad. In diesem Fall hat es den grünen Pfad zurückgelegt und trifft auf Sensor D1. Sensor D2 registriert in diesem Fall nichts.

In diesem Fall hat das Photon den türkisenen Pfad genommen. Sensor D2 registriert ein Photon, Sensor D1 nicht.

Es zeigt sich also: Solang keine Information darüber erlangt werden kann, welchen Weg das Teilchen nimmt, geht es als "Wahrscheinlichkeit" beide Pfade gleichzeitig. Entfernt man den Strahlteiler(BS), dann läßt sich über die Detektierung an den Sensoren D1 und D2 die Information gewinnen, welchen Pfad es genommen hat. Und dann nimmt es auch entweder den einen oder den anderen Pfad.

 

Wheeler stellte sich nun die Frage, was denn passiert, wenn der Strahlteiler entfernt wird, nachdem das Photon den Spiegel S2 bereits passiert hat?

Oder andersrum: Was passiert, wenn der Strahlteiler(BS) erst dann eingesetzt wird, wenn das Photon bereits den einen oder den anderen Pfad gewählt hat?

Um dieser Frage nachzugehen, verlängerten die Physiker die Laufwege auf 48 Meter. Die eingebaute Elektronik gestattet es nun, den Stahlteiler zu aktivieren oder zu deaktivieren, nachdem das Photon bereits den Spiegel S2 passiert hat.

Das Ergebnis ist verblüffend. Der Einsatz des Strahlteilers(BS) entscheidet darüber, ob das Photon als Wahrscheinlichkeit beide Pfade nimmt oder nur den einen oder anderen Pfad. Und das selbst dann, wenn das Photon bereits den Spiegel S2 passiert hat. Der Einsatz des Strahlteilers(BS) entscheidet darüber, wie sich das Photon am Spiegel S2 in der Vergangenheit verhalten hat.

 

Der Gravitationslinseneffekt - Das Wheeler Gedankenexperiment im kosmischen Ausmaß

 

Gravitationslinseneffekt Beispiel

Der Gravitationslinseneffekt wurde bereits von Albert Einstein vorausgesagt. Das Licht eines kosmischen Objekts kann auf dem Weg zu uns von einem dazwischenliegenden Objekt geteilt werden. Ursache dafür ist die Gravitation.

In diesem Beispiel wird das Licht des Quasars 0957+561 von einer Galaxie geteilt. Von der Erde aus sehen wir den Quasar doppelt, jeweils links und rechts neben der Galaxie. Tatsächlich handelt es sich bei den beiden Himmelserscheinungen aber um ein und dasselbe Objekt.

Die Galaxie übernimmt hier also die Rolle des halbdurchlässigen Spiegels S2 aus obigen Versuchsaufbau und teilt die Lichtwellen auf zwei Pfade.

 

Fängt man nun auf der Erde beide Lichtstrahlen mit einem Strahlteiler ein und lenkt diese auf einen Sensor, so ergibt sich ein Interferenzmuster, welches beweist, dass jedes einzelne Photon als Welle beide Wege gleichzeitig gegangen sein muss.
Misst man jedoch ohne den Einsatz eines Strahlteilers, so zeigt das Ergebnis, dass jedes einzelne Photon entweder links oder rechts an der Galaxie vorbei geflogen sein muss.

Auch hier stellt sich die gleiche Frage: Wie kann es sein, dass wir heute -hier auf der Erde- durch die Art der Messung bestimmen können, ob das Photon beide Wege gleichzeitig gegangen ist oder den rechten oder den linken Weg gewählt hat, wenn es doch vor mehreren Milliarden Jahren die Galaxie passiert hat?!

 

Die Wechselwirkung zwischen Teilchen und Messinstrument sei Ursache für den Kollaps der Wellenfunktion. Das ist eine fundamentale Annahme der Physiker, die am materialistichen Weltbild festhalten wollen.

Nun ist es offensichtlich sinnlos, sich bei diesem Experiment die Frage zu stellen, an welcher Stelle die Wahrscheinlichkeitswelle kollabiert. Denn man müsste ja überlegen, ob das Photon, als es sich auf den Weg machte, wusste, dass es in ein paar Milliarden Jahren auf einen Strahlteiler treffen wird. - Das ist absurd!

 

In einem gewissen Sinn wird somit die Entscheidung darüber, ob das Photon einen wohldefinierten Weg genommen hat oder nicht, zu einem Zeitpunkt gefällt, als es die Reise bereits längst hinter sich gebracht hat. Wir dürfen eben nicht über den Weg eines Teilchens reden, ehe wir das Experiment durchgeführt haben.

- Anton Zeilinger

Oder wie es Nils Bohr formuliert hat: "Kein Phänomen ist ein Phänomen, außer es ist ein beobachtbares Phänomen. Also ohne die Beobachtung gibt es keine Phänomene."

Dieses Experiment zeigt (wie im Übrigen das bereits vorgestellt DCQE-Eperiment auch), dass das Vorliegen von Information für den Kollaps der Wellenfunktion ursächlich ist. Nur wenn wir in Erfahrung bringen können, welchen Weg das Teilchen genommen hat, dann hat es auch den einen oder anderen Weg genommen.

 

Das Interessante an der Quantenphysik ist eben gerade, dass dieses Nicht-Wissen zur Interferenz beider Möglichkeiten führt.

- Anton Zeilinger 
 

Es zeigt sich wieder einmal, dass die Quantentheorie richtig ist und dass wenigstens eine folgender grundlegender Annahmen fundamental falsch sein muss:

Realismus - Die Annahme, dass eine vom Bewusstsein unabhängige Realität existiert.

Lokalität - Die Annahme, dass ein Ereignis zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort stattfindet.

 

 

 

 

 

Der Gravitationslinseneffekt

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