Forscher haben einen Schlüsselmechanismus aufgezeigt, der erklärt, wie die unscharfe, probabilistische Natur der Quantenwelt der klaren, konsistenten Realität, die wir erleben, Platz macht. Die Studie bestätigt, dass Übereinstimmung über die objektive Realität keine perfekten Messungen erfordert, sondern auf natürliche Weise sogar aus unvollständigen Beobachtungen entsteht – was die Theorie des Quantendarwinismus unterstützt.
Das Rätsel der klassischen Realität
Auf der Quantenebene existieren Teilchen bis zur Messung in einer Überlagerung von Zuständen. Alltagsgegenstände erscheinen jedoch eindeutig und ohne Quantenunschärfe. Seit Jahrzehnten versuchen Physiker, diesen Übergang von der Quantenunsicherheit zur klassischen Gewissheit zu erklären.
Die führende Erklärung, die Wojciech Zurek im Jahr 2000 vorschlug, ist der Quantendarwinismus. Diese Idee legt nahe, dass bestimmte Quantenzustände besser für das Überleben in der Umwelt geeignet sind – was bedeutet, dass sie sich durch Interaktionen mit ihrer Umgebung effektiver replizieren. Beobachter nehmen diese vorherrschenden Zustände dann als objektive Realität wahr. Wenn mehrere Beobachter unabhängig voneinander denselben replizierten Zustand beobachten, sind sie sich darüber einig, was „real“ ist.
Unvollkommene Beobachtungen führen immer noch zu einer Einigung
Eine neue Studie von Steve Campbell vom University College Dublin und Kollegen hat nun gezeigt, dass selbst grobe Messungen zu einer objektiven Übereinstimmung führen können. Das Team formulierte das Problem als eine Frage der Quantensensorik neu: Wie viele Informationen über die Eigenschaften eines Objekts (wie die Lichtfrequenz) müssen gesammelt werden, um zu einer endgültigen Schlussfolgerung zu gelangen.
Mithilfe einer Metrik namens „Quanten-Fisher-Information“ (QFI) berechneten sie, wie effizient verschiedene Messverfahren eine objektive Eigenschaft bestimmen könnten. Überraschenderweise zeigten die Ergebnisse, dass Beobachter, die ungenaue Messungen vornehmen, bei ausreichender Datenlage immer noch zu den gleichen Schlussfolgerungen kommen könnten.
„Eine alberne Messung kann tatsächlich genauso gut funktionieren wie eine viel ausgefeiltere Messung“, sagt Gabriel Landi von der University of Rochester. „Das ist eine Möglichkeit, die Entstehung der Klassizität zu sehen: Wenn die Fragmente groß genug werden, stimmen die Beobachter auch bei einfachen Messungen überein.“
Implikationen und zukünftige Forschung
Diese Forschung verbindet den theoretischen Quantendarwinismus mit praktischen Quantenexperimenten und erleichtert so die Prüfung in realen Systemen. Diego Wisniacki von der Universität Buenos Aires stellt fest, dass QFI – ein Kernkonzept der Quanteninformationstheorie – noch nie zuvor auf den Quantendarwinismus angewendet wurde, was möglicherweise neue experimentelle Möglichkeiten eröffnet.
G. Massimo Palma von der Universität Palermo fügt hinzu, dass dies zwar ein bedeutender Schritt sei, jedoch komplexere Systeme modelliert werden müssten, um die Theorie weiter zu festigen. Landi und sein Team planen bereits Experimente mit Qubits mit gefangenen Ionen, um die Zeitskala für die Entstehung der Objektivität mit bekannten Quanteneigenschaften der Qubits zu vergleichen.
Im Wesentlichen zeigt diese Studie, dass es bei der Entstehung der klassischen Realität nicht um perfekte Beobachtung geht, sondern um die schiere Menge an Umweltinteraktionen, die stabile, replizierbare Quantenzustände ausmachen.** Die Ergebnisse bestärken die Idee, dass unsere gemeinsame Erfahrung einer objektiven Welt keine grundlegende Eigenschaft der Natur, sondern ein neu entstehendes Phänomen ist.
