Autor

Johannes Blaschke
Johannes Blaschke
Doktorand

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen

Johannes Blaschke hat 2008 an der University of Auckland (Neuseeland) seinen Bachelor in Physik und Mathematik erhalten. Danach wechselte er an die Universität Marburg. Seit 2009 forscht er am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, wo er seinen Master machte und seit 2010 promoviert. Dort erforscht er die Stabilität nasser, granularer Materie.

Frage:

Ist Beamen möglich?

Antwort:

„Beamen“ ist den meisten aus der Science-Fiction-Serie „Star Trek“ bekannt. Dort versteht man unter dem „Beamen“ den Einsatz eines so genannten Teleporters. Der Teleporter sorgt dafür, dass ein Gegenstand (etwa ein Mensch) an einer Stelle verschwindet und an einer anderen wieder auftaucht. Etwa wenn Captain Kirk seinem Chef-Ingenieur zuruft: „Beam mich hoch, Scotty“, dann von einer Planetenoberfläche verschwindet und im Transporterraum der Enterprise wieder erscheint. Es ist sehr schwer zu sagen, ob etwas jemals möglich sein wird. Stattdessen möchte ich erklären, wie der Teleporter von Star Trek funktioniert und diskutieren, ob er irgendwelchen physikalischen Prinzipien widerspricht.

Dafür muss ich zunächst einige Grundlagen beschreiben. Physiker betrachten die Welt ein wenig wie ein riesiges Lego-Spiel: Jeder Gegenstand im Universum ist aus kleineren Teilen, so genannten Elementarteilchen, aufgebaut. Erstaunlicherweise  sind nur fünf solcher Elementarteilchen nötig, um die meisten Dinge in der Welt zu bauen! Zudem können Teilchen einer Sorte in solche einer anderen umgewandelt werden. Dabei wird entweder Energie verbraucht oder freigesetzt. Materie ist somit eine Form von Energie. Noch fehlt etwas in diesem „Weltbild“. Tragen wir beispielsweise alle Legosteine für ein Lego-Auto zusammen, haben wir ja noch kein Auto. Die Steine müssen erst richtig zusammengesetzt werden. Entscheidend ist also auch die Information darüber, wie die Einzelteile mit einander verbunden sind. Zudem muss man wissen, dass mit Information eine Art von Energie verbunden ist: So ist es etwa deutlich einfacher, ein Lego-Auto zu zerbrechen, als es wieder zusammenzusetzen. Nun zum Teleporter: Dieses Gerät vermisst alle Teilchen, aus denen der zu beamende Gegenstand zusammengesetzt ist, wie sie mit den anderen Teilchen wechselwirken und wo sie sich befinden. Der Gegenstand wird dann in seine Einzelteile zerlegt und diese Teilchen in solche umgewandelt, die sich übermitteln lassen, wie etwa Lichtteilchen. Diese Lichtteilchen werden dann zusammen mit den Informationen über ihren Ursprungszustand an einen anderen Ort übermittelt und dort wieder zurück verwandelt. Bis zu den späten 60ern glaubten Wissenschaftler, dass dies nicht möglich ist. Aus ihrer Sicht bestand der kritische Schritt darin, die genaue Information über den Zustand jedes Teilchens zu kennen. Denn in der Quantenphysik gibt es die so genannte Heisenbergsche Unschärferelation. Diese besagt, dass jede Messung den Zustand des Teilchens verändert. Bestimmt man etwa genau, wo sich ein Teilchen befindet, verändert man ungewollt gleichzeitig seine Geschwindigkeit. Beides, Aufenthaltsort und Geschwindigkeit des Teilchens, lassen sich deshalb nicht exakt bestimmen. Eine Lösung dieses Problems bietet der so genannte Quanten-Teleporter, den Wissenschaftler um Anton Zeilinger 1993 fast nachbauen konnten. (Die theoretischen Vorarbeiten dazu hatten Physiker um C.H. Bennet geliefert.) Die Grundidee ist die folgende: In der Quantenwelt können Paare von Teilchen erzeugt werden, die sich stets gleich verhalten – egal wie weit sie von einander entfernt sind. Wird eines dieser Teilchen „vermessen“, betrifft diese Messung auch das zweite Teilchen und verändert dessen Zustand. Einstein bezeichnete dies als „spukhafte Fernwirkung“, Wissenschaftler sprechen heute vom Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon. Als Folge muss ein Teleporter das Teilchen, das er beamen will, nicht komplett vermessen. Die Informationen, die er nicht messen kann, übermittelt er einfach mit Hilfe des Grundgedankens des Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxons. Somit verletzt Beamen kein physikalisches Prinzip. Allerdings waren in der Arbeitsgruppe von Bennet größte Anstrengungen erforderlich, um auch nur wenige Teilchen zu teleportieren. Einen ganzen Mensch zu beamen, der aus etwa tausend Milliarden Teilchen besteht, dürfte ungleich schwieriger sein.

 
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