Nach einem langen, mühevollen Arbeitstag in der Bank, wo man über eine Grundstücksaktion verhandelt hatte, befand sich Mr. Tompkins soeben auf dem Heimweg. Dieser führte ihn an einem Pub vorbei. Im Hintergrund des Lokals gab es ein Billardzimmer, in dem mehrere Männer mit hinaufgeschobenen Hemdärmeln an einem in der Mitte des Raumes befindlichen Tisch spielten. Er näherte sich dem Tisch und beobachtete das Spiel. Irgendetwas stimmte da nicht.
Einer der Spieler legte eine Kugel auf den Tisch und versetzte ihr mit dem Queue einen Stoß. Zu seinem großen Erstaunen sah Mr. Tompkins, wie sich die rollende Kugel zu verschmieren begann. Indem sie über das grüne Spielfeld rollte, verlor sie nämlich ihre scharfen Umrisse und schien mehr und mehr zu verschwimmen. Man hatte den Eindruck, dass es nicht eine einzige Kugel war, die da über den Tisch rollte, sondern dass es mehrere waren, die sich gegenseitig teilweise durchdrangen.
" Jetzt stehen wir vor dem Eingangsbereich des Gebäudes des Patentamts, in dem Einstein zu Beginn seiner Karriere gearbeitet hat."
Gerd Grasshoff, Wissenschaftshistoriker, Universität Bern.
" Im 3. Stock des Gebäudes, im linken Flügel lag sein damaliges Büro. Dort verfasste er, zumindest teilweise, seine Schriften zur Relativitätstheorie, für die er heute so gerühmt wird, aber auch, und nicht zu verlässigen, seine frühe Schrift zur Quantennatur des Lichts, die er 1905 als eine der ersten Schriften des Wunderjahres veröffentlicht. Und für diese Schrift erhielt er schließlich auch den Nobelpreis."
Angeregt durch Wiens und Plancks Forschungen erkannte ich, dass Mechanik und Elektrodynamik in einem unlösbaren Widerspruch zu den Erfahrungstatsachen stehen, und trug dazu bei, jenen Komplex von Ideen zu schaffen, der unter dem Namen Quantentheorie bekannt ist und der, insbesondere durch Bohr, zu großer Fruchtbarkeit sich entwickelt hat.
Relativität und Quantentheorie. Die beiden Grundpfeiler der modernen Physik. Die Relativitätstheorie erschafft Albert Einstein fast im Alleingang. Der Quantentheorie ist er ein wichtiger Geburtshelfer. Später aber gerät er zu ihrem prominentesten Kritiker. Akzeptieren kann Einstein die Quantenphysik nie. Nicht zuletzt deshalb wird sein Spätwerk scheitern.
Das Jahr 1900. Das Gebäude der Physik wankt. Seit einiger Zeit reißen die Nachrichten über höchst irritierende Entdeckungen nicht ab: 1895 die Röntgenstrahlen, 1896 die Radioaktivität. Und nun stellt Max Planck eine seltsame Formel für jene Wärmestrahlung auf, wie sie etwa von einer Glühbirne ausgeht. Laut dieser Formel sendet eine Glühbirne das Licht nicht gleichmäßig aus, sondern in winzigen Energieportionen - Planck bezeichnet sie als Quanten. Übertragen auf den Alltag hieße das, man könne Wein nicht in kleinen Schlücken trinken, sondern immer nur glasweise.
" Diese Formel, wenn man versucht, sie zu interpretieren, ist sie eigentlich nicht mehr im Rahmen der klassischen Physik zu interpretieren."
Jürgen Renn, Direktor am Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte in Berlin.
" Planck hat das allerdings wohl noch geglaubt."
Max Planck sieht in den Quanten nur einen Rechentrick. Er hat sie nur deshalb in seiner Formel eingefügt, weil sonst einfach nicht die richtigen Werte herauskommen wollen. Doch dass die Quanten real sind, dass das Licht in winzigste Häppchen portioniert ist, will Planck einfach nicht glauben. Anders der junge Einstein. Er ist fasziniert von der Idee, dass sämtliche Materie aus Atomen besteht. Mit Hilfe der Atome, glaubt Einstein, könne man Wärme ebenso erklären wie Elektrizität, Mechanik ebenso wie Optik - Bereiche, die in der Wissenschaft des 19. Jahrhundert unverbunden nebeneinander stehen.
" Er hat sich rundum Gedanken gemacht, was man alles mit Atomen erklären kann. Er hat sich zum Beispiel auch überlegt, ob man das Licht nicht aus Atomen bestehend erklären kann."
Eine scheinbar verrückte Idee. Denn damals steht fest: Licht ist eine Welle, ist elektromagnetische Strahlung!
" Jemand wie Einstein - er war jung, er war ein Außenseiter - ist relativ unabhängig an die Frage herangegangen und hat sich sozusagen riskante Spekulationen über diese Fragen erlaubt."
1905. Kurz bevor er die spezielle Relativitätstheorie präsentiert, veröffentlicht der 26-jährige Einstein seine Lichtquantenhypothese.
Nach der hier ins Auge zu fassenden Annahme ist bei Ausbreitung eines Lichtstrahls die Energie nicht kontinuierlich verteilt, sondern besteht aus einer endlichen Zahl von Energiequanten.
Anders gesagt: Man darf sich Licht nicht mehr allein als Welle vorstellen, sondern muss es auch als Teilchen ansehen. Photonen - so wird man die Lichtquanten später nennen.
" Mit dieser Lichtquantenhypothese hat die Quantenrevolution im eigentlichen Sinne angefangen."
Doch es wird noch Jahre dauern, bis andere Forscher die Idee der Quanten aufnehmen - um sie dann mit Nachdruck voranzutreiben. 1913 wird Niels Bohr sein revolutionäres Atommodell vorlegen: Elektronen kreisen um den Kern wie Planeten um die Sonne und hüpfen von Bahn zu Bahn - der legendäre Quantensprung. 1924 wird Louis de Broglie entdecken, dass sich Teilchen wie Lichtwellen verhalten können; de Broglie spricht von Materiewellen. 1905 aber ist Einstein der erste, der das Neue, Ungewohnte akzeptiert. Die Lichtquantenhypothese ist sein einziges Werk, das er als Revolution bezeichnet.
Sie handelt über die Strahlung und die energetischen Eigenschaften des Lichtes und ist sehr revolutionär.
Doch Einsteins Zeitgenossen ist die Lichtquantenhypothese zu radikal, sagt Jürgen Renn.
" Interessanterweise sind die Kollegen sehr lange skeptisch geblieben. Als Einstein schon sehr erfolgreich war und an die Berliner Akademie berufen worden ist, hat Planck in seiner Ansprache die Lichtquantenhypothese noch gewissermaßen als Fehltritt eines revolutionären Forschers entschuldigt. Die experimentellen Belege wurden dann immer deutlicher und haben schließlich dazu geführt, dass Einstein dafür den Nobelpreis bekommen hat."
Ja, es war wirklich seltsam! Man hatte nun nicht bloß zwei etwas patzig aussehende Kugeln vor sich, sondern es schien ihrer unzählig viele zu geben, und alle waren äußerst unscharf und verschwommen. Das Ganze glich einer seltsamen, sich vom Kollisionspunkt her ausbreitenden Welle. "Aha, die Streuung einer s-Welle", sagte da eine vertraute Stimme hinter ihm - Mr. Tompkins erkannte den Professor. "Was Ihnen auffällt, ist ein quantenmechanisches Phänomen. Der Besitzer dieses Raumes hat verschiedene Gegenstände zusammengetragen, die, wenn ich mich so ausdrücken darf, an 'Quantenelefantiasis' leiden. Und so können Sie leicht mit dem freien Auge Dinge beobachten, die der Naturwissenschaft erst mit Hilfe außerordentlich empfindlicher Methoden zugänglich geworden sind.
1905 hat Einstein mit seiner Lichtquantenhypothese eine Revolution in der Physik ausgelöst. Doch 20 Jahre später geht ihm die Sache zu weit: Einstein wird zum prominentesten Kritiker einer neuen, einer weiterentwickelten Quantentheorie.
" Was Einstein bewogen hat die Quantenphysik zu kritisieren ist, dass sie unserem gesunden Menschenverstand ganz extrem widerspricht."
Anton Zeilinger, Physikprofessor an der Universität Wien.
" Einstein hat kritisiert, dass der Zufall in der Quantenwelt eine völlig neue Rolle spielt - und zwar in der Weise, dass es für zufällige Ereignisse keinen Grund gibt, auch keinen versteckten Grund. Ich sage immer: Selbst der liebe Gott weiß nicht, warum ein bestimmtes Atom zu einer bestimmten Zeit zerfällt. Und das hat Einstein von Anfang an kritisiert. Er meinte, die Welt könne nicht so verrückt beschaffen sein."
1925. Das Gebäude der Physik wankt erneut. Werner Heisenberg veröffentlicht eine neue, eine radikale Weiterentwicklung der Quantenphysik - die Quantenmechanik. In dieser Theorie ist der Zufall fester Bestandteil. Als Albert Einstein die Arbeit liest, ist seine Reaktion eindeutig.
Heisenberg hat ein großes Quanten-Ei gelegt. In Göttingen glauben sie daran. Ich nicht.
Bis zu seinem Tod wird Einstein bei seiner Skepsis bleiben.
Der Gedanke, dass ein Elektron aus freiem Entschluss den Augenblick und die Richtung wählt, in der es fortspringen will, ist mir unerträglich. Wenn schon, dann möchte ich lieber Schuster oder Angestellter in einer Spielbank sein als Physiker.
Einstein ist sich sicher: Hinter dem wirren Zufall stecken in Wirklichkeit Größen, die treu und anständig dem Prinzip von Ursache und Wirkung folgen. Zeit seines Lebens wird er nach diesen verborgenen Variablen suchen.
" Weitere Kritik von Einstein war, dass er meinte: Es muss eine Wirklichkeit geben, die unabhängig von uns und von unseren Beobachtungen existiert."
Heisenberg und seine Mitstreiter wie Niels Bohr hingegen meinen: Dem Beobachter - zum Beispiel dem messenden Physiker - kommt eine entscheidende Rolle zu.
" Es ist nicht nur, dass er beeinflusst, was er beobachtet. Das machen wir ja fast im täglichen Leben. Wenn wir jemanden ansehen, dann fühlt er sich beobachtet. Es geht sogar so weit, dass unsere Entscheidung, was wir beobachten wollen, darüber entscheidet, was Wirklichkeit ist. Es ist auch der Gedanke durchbrochen, dass die Welt existiert unabhängig von uns. Einstein hat mal zu Niels Bohr, gesagt: Glauben Sie wirklich, dass der Mond nicht da ist, wenn keiner hinsieht? Und Niels Bohr soll ihm geantwortet haben: Beweisen Sie mir doch das Gegenteil!"
Jahrelang liefern sich Einstein und Bohr Wortgefechte. Einstein ersinnt immer neue Einwände und Gedankenexperimente, mit denen er die Quantenmechanik widerlegen will. Jürgen Renn:
" Bohr konnte auf alle diese Einwände immer wieder antworten. Und es setzte sich bis in die 30er Jahre fort, dass Einstein versuchte, Einwände zu finden - immer wieder auch mit produktivem Erfolg in der Entwicklung der Quantentheorie."
1935. Einstein, inzwischen von Deutschland in die USA emigriert, wartet mit einem neuen Einwand auf. Gemeinsam mit dem Philosophen Nathan Rosen und dem Physiker Boris Podolsky formuliert er ein paradox klingendes Gedankenexperiment. Demnach müssten zwei Elektronen, die nach einem Zusammenstoß in verschiedene Richtungen fliegen, gemäß der Quantenmechanik in einer Art telepathischer Verbindung stehen: Führte man an dem einen Elektron eine Messung aus, würde auch das andere, womöglich Lichtjahre entfernte Elektron etwas von dieser Messung mitbekommen - und zwar ohne jeden Zeitverzug.
" Nach der Quantentheorie bleiben solche Teilchen über eine Fernwirkung miteinander verbunden, die Einstein als spukhaft bezeichnet hat. Und das hat sich Einstein eigentlich als ein Gedankenexperiment vorgestellt, das die Quantentheorie widerlegen sollte."
Es scheint hart, dem Herrgott in seine Karten zu gucken. Aber dass er würfelt und sich ‚telepathischer' Mittel bedient, kann ich keinen Augenblick glauben.
Doch Einstein soll sich irren, und zwar grundlegend. Sein Einwand, eine spukhafte Fernwirkung könne unmöglich existieren, wird die Quantentheorie nicht widerlegen, sondern eindrucksvoll bestätigen. Forscher wie Anton Zeilinger aus Wien werden mit spektakulären Experimenten beweisen, dass es jene spukhafte Fernwirkung wirklich gibt.
" Diese Gedankenexperimente sind heute alle experimentell im Labor verwirklicht. Das war im Wesentlichen durch die Erfindung des Lasers möglich."
Mr. Tompkins lag im Bett und schlummerte noch, als er plötzlich das Gefühl hatte, dass sich außer ihm noch jemand anderes im Raum befand. Er sah sich um und erblickte seinen alten Freund, den Professor, im Lehnstuhl sitzend und in das Studium einer Landkarte vertieft, die er auf seinen Knien ausgebreitet hatte. "Kommen Sie mit?" fragte der Professor und hob den Kopf. "Wohin?" erwiderte Mr. Tompkins und wunderte sich dabei noch immer darüber, wie der Professor in das Zimmer gekommen sein könnte. "Die Elefanten anschauen natürlich und die anderen Tiere des Quantendschungels.
" Wir befinden in einem Pumpwerk von Kanal Wien. Das hat die Funktion, das Schmutzwasser und das Frischwasser von Transdanubien, also dem nordöstlichen Teil von Wien, nach Simmering hinüber zu pumpen, zu den Klärwerken."
Nackte Betonwände, spärliches Neonlicht, metallene Kabelschächte. Es ist ungemütlich im Pumpwerk an der Donau. Doch für Rupert Ursin und sein Experiment ist es hier gerade richtig.
" Das hier ist für uns eine fast ideale Umgebung, weil im Tunnel, da sind keine Motoren, keine Züge und kein Nichts."
1997 war es Ursins Chef Anton Zeilinger erstmals gelungen, ein Lichtquant zu teleportieren, regelrecht zu beamen. Dabei hat er eben jene spukhafte Fernwirkung genutzt, die Einstein einst für völlig absurd hielt: Ohne jede Zeitverzögerung hat Zeilinger die Eigenschaften eines Lichtquants quer über den Labortisch gezaubert. Dasselbe versucht Rupert Ursin nun im großen Maßstab - durch einen 600 Meter langen Abwassertunnel unter der Donau.
Ursin zeigt die Sendestation seines Quantenbeamers - eine Ecke der Pumpwerkhalle, abgeteilt mit Plexiglas. In der Mitte steht ein wuchtiger Tisch mit Hunderten von Spiegeln, Linsen und Blenden. Ursin stützt sich auf die Tischkante auf.
Das Gestell gibt nach; es ruht auf luftgefederten Stoßdämpfern. Die vielen Blenden und Spiegel führen einen grünen Laserstrahl im Zickzack über den Tisch. Ursin hält ein Blatt Papier in den Strahl.
" Das ist wirklich so stark, dass das Papier zu brennen anfängt. Jetzt geht Rauch auf."
Der Laserstrahl endet in einem Halter mit einem unscheinbaren Würfel.
" Das ist der zentrale Kristall des gesamten Experiments. Das gesamte Know-how der Zeilinger-Gruppe steckt in diesem Kristall. Der ist durchsichtig. Der ist drei Millimeter da drinnen."
Der Kristall erzeugt zwei Lichtquanten. Sie sind verschränkt, wie der Fachmann sagt, sind auf spukhafte Weise miteinander verknüpft. Bildlich gesprochen verhalten sie sich wie zwei Würfel, die gleichzeitig geworfen stets dieselbe Augenzahl zeigen - egal, wie groß die Distanz zwischen ihnen ist. Eines der Lichtteilchen wird in ein Glasfaserkabel geleitet und durch den Abwassertunnel zum anderen Donauufer geführt. Das andere Teilchen lässt Ursin auf seinem Lasertisch mit einem dritten Lichtquant zusammentreffen, dem Passagier. Dabei passiert das Unfassbare: Eine bestimmte Eigenschaft des Passagiers, seine Schwingungsrichtung, übertragt sich ohne Zeitverzug auf das erste Lichtteilchen am anderen Donauufer.
Rupert Ursin zieht die schwarzen Vorhänge zu und knipst das Licht aus. Die Lichtdetektoren für das Experiment sind extrem empfindlich. Sie registrieren das kleinste Leuchten.
" Also wirklich von jedem Lämpchen von jedem Computer. Es muss alles abgeklebt werden. Und wenn man hier drinnen das Licht abdreht, ist es wirklich stockfinstere Nacht."
Das Experiment läuft computergesteuert. Alle 30 Sekunden beamt die Maschine ein Photon. Hier an der Sendestation ist alles klar. Jetzt will Ursin durch den Tunnel zum anderen Ufer, zur Empfangsstation.
Wir gehen eine Metalltreppe hinab. Nach ein paar Stufen hält Ursin an.
" Wir befinden uns jetzt bereits unter Donau-Niveau. Das ist der Strich, der anzeigt, wo das normale Donau-Niveau ist. Wir gehen jetzt ungefähr drei Stockwerke senkrecht hinunter."
Der Tunnel ist nur 1.75 Meter hoch. Wir müssen uns beim Laufen bücken, und das ist ziemlich anstrengend. Rupert Ursin zeigt auf die meterdicken Röhren neben uns.
" Das ist Trinkwasser, dieses Rohr. Und unterhalb sind die zwei großen Rohre für das Schmutzwasser. Auf der linken Seite liegt unsere Glasfaser - das ist das da."
Ein unscheinbares schwarzes Kabel in einem Kabelschacht.
Endlich erreichen wir die Empfangsstation. Ursin kramt den Schlüssel aus der Tasche.
" Das ist das zweite Labor. Wir befinden uns hier am Handelskai, 600 Meter weit weg vom großen Laser. Hier kommt die Glasfaser aus dem Tunnel."
Das Labor ist kaum größer als eine Besenkammer, darin ein Rechner und ein Stahlgerüst mit Lichtsensoren. Die Apparatur registriert die Photonen aus der Glasfaser. Ursin vergewissert sich, dass die Lichtquanten die richtige Schwingungsrichtung zeigen und weiß nun: Ja, das Beamen hat geklappt. Mit einer Strecke von 600 Metern ist für ihn das Ende noch nicht erreicht.
" Da denken wir an die sieben bis acht Kilometer oder auch die Richtung Weltraum, Satelliten-Anwendungen. Das scheint alles möglich zu sein, nachdem wir die Resultate von diesem Experiment hier haben."
Der Hintergrund: Im Prinzip eignet sich die Quantenteleportation zur abhörsicheren Datenübertragung. Schließlich verschwindet bei der Teleportation eine Information und taucht an anderer Stelle wieder auf, ohne zwischendrin zu existieren. Ein Spion hätte demnach keine Chance, an die Information heranzukommen. Die von Einstein so verpönte spukhafte Fernwirkung - Leuten wie Anton Zeilinger gilt sie als Basis für viel versprechende Zukunftstechnologien.
" Gott würfelt doch, und daran zweifelt fast keiner mehr. Ja, die Welt ist so verrückt. Und aus diesen Experimenten entstanden neue Möglichkeiten für Quanteninformationstechnologie. Das heißt die ursprüngliche philosophische Kritik Einsteins hat zu einer neuen Technologie geführt."
In diesem Augenblick ließ ein schreckliches Gebrüll die Luft erzittern, und ihr Elefant machte so einen heftigen Satz, dass Mr. Tompkins beinahe abgeworfen worden wäre. Ein großes Rudel Tiger griff den Elefanten an und sprang gleichzeitig von allen Seiten auf ihn ein. "Schießen Sie weiter!" schrie der Professor. "Knallen Sie einfach wild um sich, egal wohin. Es ist nur ein Tiger, er hat sich jedoch rund um unseren Elefanten verschmiert." Eine der Kugeln traf den Punkt; zu Mr. Tompkins größtem Erstaunen wurde der Tiger - denn plötzlich war nur mehr ein einziger vorhanden - in einem gewaltigen Bogen durch die Luft geschleudert; sein toter Körper landete irgendwo in einem weit entfernten Palmenhain.
Das Genie irrt. Mit seiner Einschätzung zur Quantenphysik liegt Einstein falsch. So wie es aussieht würfelt der Alte eben doch, sagt auch Wissenschaftshistoriker Jürgen Renn.
" Diese Entwicklung kann man eigentlich nur verstehen, wenn man die Maßstäbe, an denen Einstein seine Theorien maß, auch ein bisschen versteht. Und da hatte natürlich die Allgemeine Relativitätstheorie auch eine Vorgabe gemacht für eine in sich geschlossene, deterministische Theorie, die zwar fundamental neue Begriffe eingeführt hat, aber die Vorstellung von Kausalität nicht wirklich erschüttert hat."
Einsteins Meisterwerk, die Allgemeine Relativität, mag sperrig sein und unanschaulich. Aber sie ist mathematisch elegant. Sie erschließt sich aus klaren Annahmen, und sie folgt dem Prinzip von Ursache und Wirkung. Dagegen erscheint die Quantenmechanik Einstein als verworrener Flickenteppich ohne tiefen Gehalt. Als Handwerkszeug respektiert er sie, nicht aber als Fundament der Physik.
Die Quantenmechanik ist sehr Achtung gebietend. Aber eine innere Stimme sagt mir, dass das doch nicht der wahre Jakob ist. Die Theorie liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns kaum näher.
" Ich denke, Einstein war im Grunde genommen in dieser Beziehung ein Konservativer."
Jürg Fröhlich, Professor für theoretische Physik an der ETH Zürich.
" Das lässt sich mit seinen philosophischen Grundhaltungen teilweise erklären. Teilweise aber auch damit, dass er nach 1919 ein Superstar wurde. Er wurde maßlos verehrt. Er musste überall auftreten vor allen möglichen Kreisen. Überall, wo er auftrat, gab es ein großes Theater um seine Person und sein Werk. Und ich denke eigentlich, dass er zwischen 1919 und ca. 1932 kaum noch Zeit hatte, wirklich sehr radikal über Wissenschaft nachzudenken. Als er dann in Amerika ankam und wieder Ruhe gehabt hätte, da war er wahrscheinlich wirklich etwas zu alt, um noch revolutionäre Neuerungen hervorbringen zu können."
In seinem Spätwerk, in seiner Zeit in Amerika, träumt Einstein vor allem von einem: von einer großen Theorie, die sämtliche Zweige der Physik in sich vereint.
Der nach Einheitlichkeit der Theorie strebende Geist kann sich nicht damit zufrieden geben, dass zwei in ihrem Wesen nach voneinander ganz unabhängige Felder existieren sollen.
Doch Einstein macht einen entscheidenden Fehler.
" Das Ziel der Vereinheitlichungsbemühungen Einsteins war es, Elektromagnetismus und Gravitation in eine einheitliche Theorie einzubauen. Das war eigentlich ein Versuch auf dem Niveau der klassischen Physik. Die Quantentheorie hat er gar nicht mehr mit berücksichtigt."
David Gross, Universität von Kalifornien in Santa Barbara. Physiknobelpreisträger 2004.
" Einsteins Versuche hatten keinen Erfolg. Er glaubte fest daran, dass es eine Vereinheitlichung geben müsse. Und er arbeitete seit den 20er Jahren daran, seine Allgemeine Relativitätstheorie mit der Theorie des Elektromagnetismus in Einklang zu bringen - also die Gravitation mit der elektromagnetischen Kraft. Er glaubte, die Quantenmechanik würde bei seiner vereinheitlichten Theorie quasi als Ergebnis auftauchen. Das war ein Fehler. Die Quantenmechanik ist nun mal da, und wir müssen sie als einen der Ausgangspunkte für eine Vereinheitlichung ansehen. Außerdem wissen wir heute, dass es noch zwei weitere Naturkräfte gibt: die starke und die schwache Kernkraft. Heute muss es also darum gehen, alle vier Kräfte unter einen Hut zu bekommen. "
Heute ist die Physik bei der Suche nach der großen, vereinheitlichten Theorie auf der richtigen Spur - glaubt David Gross. Stringtheorie, so heißt der Ansatz. Strings sind winzig kleine Fäden, die wie Violinsaiten schwingen. Sie könnten, so meinen viele Physiker, die lange gesuchten, definitiven Grundbausteine der Materie sein.
" Es gibt im Moment keinen anderen heißen Kandidaten für eine vereinheitlichte Theorie als die Strings. Sie sind der erste erfolgreiche Ansatz für die so genannte Quantengravitation - also eine Theorie, die Einsteins Allgemeine Relativität mit der Quantenphysik vereint."
" Würde Einstein noch leben, so würde ihm diese Theorie denke ich gefallen. Denn beginnt man sich mit ihr zu befassen, so drängen sich ihre Inhalte regelrecht auf. Aber noch steckt die Stringtheorie in der Entwicklung, noch ist sie nicht fertig. Wir brauchen noch neue Ideen und neue Konzepte. Und um auf die zu stoßen brauchen wir vielleicht auch einen neuen Einstein."
"Schauen Sie, Gazellen! Und gleich so viele!" rief Sir Richard und hob die Flinte. Tatsächlich brach eine große Gazellenherde aus dem Bambusdickicht hervor. Sir Richard war eben im Begriff, sein Gewehr in Anschlag zu bringen, als ihn der Professor zurückhielt.
"Vergeuden Sie ihre Patronen nicht", sagte er. "Die Chance, das Tier zu treffen, ist sehr gering, wenn es sich in einem Beugungsmuster bewegt. Bewegt sich ein Körper durch eine regelmäßige Reihe von Öffnungen hindurch, zum Beispiel zwischen den Bambusstämmen, dann zeigt er Beugungserscheinungen. Wir sprechen daher auch vom Wellencharakter der Materie."
"Der Trend ist völlig klar der, dass die quantenmechanische Beschreibung unvollständig ist."
Detlef Dürr, Professor für Mathematik an der Universität München.
" Das heißt Einstein hat in dem Punkt Recht behalten."
Lag Einstein doch richtig mit seinem Unbehagen gegenüber der Quantenphysik? Nun - zwar irrte er in seiner Meinung, in der Natur dürfe es keine spukhaften Fernwirkungen geben. Eben diese Fernwirkungen haben Laserexperimente wie die in Wien ja eindrucksvoll bestätigt. Doch in einem anderen Punkt, glaubt Detlef Dürr, hatte Einstein Recht: nämlich mit seiner Vermutung, dass in Wirklichkeit handfeste, sauber definierte Größen die Quantenwelt regieren und nicht irgendwelche rätselhaften, undurchschaubaren Prozesse. Dürr arbeitet an einer Variante, einer Interpretation der Quantenphysik, die auf eben dieser Vorstellung aufbaut. Begründet wurde sie in den 50er Jahren von dem US-Amerikaner David Bohm.
" In der Bohmschen Mechanik existieren die Teilchen als Punktteilchen. Und diese Teilchen bewegen sich auf Bahnen - sie müssen ja irgendwie von A nach B kommen. Der Vorteil ist der, dass dann in dem Moment es überhaupt kein Problem mehr gibt. In dem Moment gibt es kein Messproblem mehr."
Dass sich diese Teilchen wie Quanten verhalten, dafür sorgt ein so genanntes Führungsfeld. Vereinfacht gesagt stellt man sich dabei viele benachbarte Murmelbahnen vor. Sie fangen alle am selben Startpunkt an und führen alle zum selben Zielpunkt - allerdings auf verschiedenen Wegen. Das Teilchen entspricht in diesem Bild der Murmel. Zwar bleibt dem reinen Zufall überlassen, welcher der vielen Bahnen die Murmel folgt. Aber - und das ist das Entscheidende - das Teilchen verhält sich auf seinem Weg stets wie eine gewöhnliche, eine wirkliche Murmel. Die Frage, ob die Murmel real ist oder nicht, stellt sich bei der Bohmschen Mechanik also gar nicht erst.
Philosophisch mag die Idee zwar bestechen: Sie folgt eher dem gesunden Menschenverstand als die gewöhnliche Quantentheorie. In der Praxis aber verwenden die meisten Forscher die herkömmliche Theorie. Der Grund: Mathematisch gesehen ist die Bohmsche Mechanik noch nicht so weit entwickelt, als dass man sie auf jedes gewünschte Problem anwenden könnte. Aber echte Teilchen, die sich vernünftig benehmen - das kommt Einsteins Idee von den verborgenen Variablen recht nahe. Dennoch: Konfrontiert mit Bohms Konzept reagiert er eher verhalten:
" Da gibt es ein Zitat von Einstein aus einem Brief an Max Born, in dem Einstein sagt: ‚Also der David Bohm ist wieder auf so eine Idee verfallen - diese Idee scheint mir zu billig zu sein.' Vollkommen korrekt - die Idee war billig, es ist eine ganz nahe liegende Idee. Und sie ist deswegen billig, weil sie ganz einfach umsetzt, was in den Gleichungen sowieso schon vorhanden war."
Auch die Bohmsche Mechanik geht von der Existenz spukhafter Fernwirkungen aus - für Einstein eine Kröte, die er nicht schlucken mag. Dennoch: Würde Einstein heute leben und seinen Irrtum eingestehen - wer weiß: Vielleicht wäre er dann überzeugter Bohmianer.
" Ich glaube, jeder heute lebende Physiker wäre dankbar, wenn Einstein noch unter uns wäre, weil er einfach alles vorangetrieben hat - auch durch seine Kritik vorangetrieben hat."
Einstein selbst hadert in seinen letzen Lebensjahren. Mit seinen Fachkollegen, die ihn wissenschaftlichen Außenseiter abstempeln. Und mit seinen vergeblichen Mühen, eine einheitliche Theorie der Physik zu finden. 1952, drei Jahre vor seinem Tod, sagt er:
Jedenfalls sind wir von einer wirklich vernünftigen Theorie ebenso weit entfernt wie vor 50 Jahren. So komme ich mir vor wie ein Knirps, der mit dem ABC nicht fertig werden kann, obwohl ich sonderbarerweise die Hoffnung noch nicht aufgebe. Schließlich hat man es mit einer Sphinx zu tun und nicht mit einem willigen Straßenmädchen.
Einer der Spieler legte eine Kugel auf den Tisch und versetzte ihr mit dem Queue einen Stoß. Zu seinem großen Erstaunen sah Mr. Tompkins, wie sich die rollende Kugel zu verschmieren begann. Indem sie über das grüne Spielfeld rollte, verlor sie nämlich ihre scharfen Umrisse und schien mehr und mehr zu verschwimmen. Man hatte den Eindruck, dass es nicht eine einzige Kugel war, die da über den Tisch rollte, sondern dass es mehrere waren, die sich gegenseitig teilweise durchdrangen.
" Jetzt stehen wir vor dem Eingangsbereich des Gebäudes des Patentamts, in dem Einstein zu Beginn seiner Karriere gearbeitet hat."
Gerd Grasshoff, Wissenschaftshistoriker, Universität Bern.
" Im 3. Stock des Gebäudes, im linken Flügel lag sein damaliges Büro. Dort verfasste er, zumindest teilweise, seine Schriften zur Relativitätstheorie, für die er heute so gerühmt wird, aber auch, und nicht zu verlässigen, seine frühe Schrift zur Quantennatur des Lichts, die er 1905 als eine der ersten Schriften des Wunderjahres veröffentlicht. Und für diese Schrift erhielt er schließlich auch den Nobelpreis."
Angeregt durch Wiens und Plancks Forschungen erkannte ich, dass Mechanik und Elektrodynamik in einem unlösbaren Widerspruch zu den Erfahrungstatsachen stehen, und trug dazu bei, jenen Komplex von Ideen zu schaffen, der unter dem Namen Quantentheorie bekannt ist und der, insbesondere durch Bohr, zu großer Fruchtbarkeit sich entwickelt hat.
Relativität und Quantentheorie. Die beiden Grundpfeiler der modernen Physik. Die Relativitätstheorie erschafft Albert Einstein fast im Alleingang. Der Quantentheorie ist er ein wichtiger Geburtshelfer. Später aber gerät er zu ihrem prominentesten Kritiker. Akzeptieren kann Einstein die Quantenphysik nie. Nicht zuletzt deshalb wird sein Spätwerk scheitern.
Das Jahr 1900. Das Gebäude der Physik wankt. Seit einiger Zeit reißen die Nachrichten über höchst irritierende Entdeckungen nicht ab: 1895 die Röntgenstrahlen, 1896 die Radioaktivität. Und nun stellt Max Planck eine seltsame Formel für jene Wärmestrahlung auf, wie sie etwa von einer Glühbirne ausgeht. Laut dieser Formel sendet eine Glühbirne das Licht nicht gleichmäßig aus, sondern in winzigen Energieportionen - Planck bezeichnet sie als Quanten. Übertragen auf den Alltag hieße das, man könne Wein nicht in kleinen Schlücken trinken, sondern immer nur glasweise.
" Diese Formel, wenn man versucht, sie zu interpretieren, ist sie eigentlich nicht mehr im Rahmen der klassischen Physik zu interpretieren."
Jürgen Renn, Direktor am Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte in Berlin.
" Planck hat das allerdings wohl noch geglaubt."
Max Planck sieht in den Quanten nur einen Rechentrick. Er hat sie nur deshalb in seiner Formel eingefügt, weil sonst einfach nicht die richtigen Werte herauskommen wollen. Doch dass die Quanten real sind, dass das Licht in winzigste Häppchen portioniert ist, will Planck einfach nicht glauben. Anders der junge Einstein. Er ist fasziniert von der Idee, dass sämtliche Materie aus Atomen besteht. Mit Hilfe der Atome, glaubt Einstein, könne man Wärme ebenso erklären wie Elektrizität, Mechanik ebenso wie Optik - Bereiche, die in der Wissenschaft des 19. Jahrhundert unverbunden nebeneinander stehen.
" Er hat sich rundum Gedanken gemacht, was man alles mit Atomen erklären kann. Er hat sich zum Beispiel auch überlegt, ob man das Licht nicht aus Atomen bestehend erklären kann."
Eine scheinbar verrückte Idee. Denn damals steht fest: Licht ist eine Welle, ist elektromagnetische Strahlung!
" Jemand wie Einstein - er war jung, er war ein Außenseiter - ist relativ unabhängig an die Frage herangegangen und hat sich sozusagen riskante Spekulationen über diese Fragen erlaubt."
1905. Kurz bevor er die spezielle Relativitätstheorie präsentiert, veröffentlicht der 26-jährige Einstein seine Lichtquantenhypothese.
Nach der hier ins Auge zu fassenden Annahme ist bei Ausbreitung eines Lichtstrahls die Energie nicht kontinuierlich verteilt, sondern besteht aus einer endlichen Zahl von Energiequanten.
Anders gesagt: Man darf sich Licht nicht mehr allein als Welle vorstellen, sondern muss es auch als Teilchen ansehen. Photonen - so wird man die Lichtquanten später nennen.
" Mit dieser Lichtquantenhypothese hat die Quantenrevolution im eigentlichen Sinne angefangen."
Doch es wird noch Jahre dauern, bis andere Forscher die Idee der Quanten aufnehmen - um sie dann mit Nachdruck voranzutreiben. 1913 wird Niels Bohr sein revolutionäres Atommodell vorlegen: Elektronen kreisen um den Kern wie Planeten um die Sonne und hüpfen von Bahn zu Bahn - der legendäre Quantensprung. 1924 wird Louis de Broglie entdecken, dass sich Teilchen wie Lichtwellen verhalten können; de Broglie spricht von Materiewellen. 1905 aber ist Einstein der erste, der das Neue, Ungewohnte akzeptiert. Die Lichtquantenhypothese ist sein einziges Werk, das er als Revolution bezeichnet.
Sie handelt über die Strahlung und die energetischen Eigenschaften des Lichtes und ist sehr revolutionär.
Doch Einsteins Zeitgenossen ist die Lichtquantenhypothese zu radikal, sagt Jürgen Renn.
" Interessanterweise sind die Kollegen sehr lange skeptisch geblieben. Als Einstein schon sehr erfolgreich war und an die Berliner Akademie berufen worden ist, hat Planck in seiner Ansprache die Lichtquantenhypothese noch gewissermaßen als Fehltritt eines revolutionären Forschers entschuldigt. Die experimentellen Belege wurden dann immer deutlicher und haben schließlich dazu geführt, dass Einstein dafür den Nobelpreis bekommen hat."
Ja, es war wirklich seltsam! Man hatte nun nicht bloß zwei etwas patzig aussehende Kugeln vor sich, sondern es schien ihrer unzählig viele zu geben, und alle waren äußerst unscharf und verschwommen. Das Ganze glich einer seltsamen, sich vom Kollisionspunkt her ausbreitenden Welle. "Aha, die Streuung einer s-Welle", sagte da eine vertraute Stimme hinter ihm - Mr. Tompkins erkannte den Professor. "Was Ihnen auffällt, ist ein quantenmechanisches Phänomen. Der Besitzer dieses Raumes hat verschiedene Gegenstände zusammengetragen, die, wenn ich mich so ausdrücken darf, an 'Quantenelefantiasis' leiden. Und so können Sie leicht mit dem freien Auge Dinge beobachten, die der Naturwissenschaft erst mit Hilfe außerordentlich empfindlicher Methoden zugänglich geworden sind.
1905 hat Einstein mit seiner Lichtquantenhypothese eine Revolution in der Physik ausgelöst. Doch 20 Jahre später geht ihm die Sache zu weit: Einstein wird zum prominentesten Kritiker einer neuen, einer weiterentwickelten Quantentheorie.
" Was Einstein bewogen hat die Quantenphysik zu kritisieren ist, dass sie unserem gesunden Menschenverstand ganz extrem widerspricht."
Anton Zeilinger, Physikprofessor an der Universität Wien.
" Einstein hat kritisiert, dass der Zufall in der Quantenwelt eine völlig neue Rolle spielt - und zwar in der Weise, dass es für zufällige Ereignisse keinen Grund gibt, auch keinen versteckten Grund. Ich sage immer: Selbst der liebe Gott weiß nicht, warum ein bestimmtes Atom zu einer bestimmten Zeit zerfällt. Und das hat Einstein von Anfang an kritisiert. Er meinte, die Welt könne nicht so verrückt beschaffen sein."
1925. Das Gebäude der Physik wankt erneut. Werner Heisenberg veröffentlicht eine neue, eine radikale Weiterentwicklung der Quantenphysik - die Quantenmechanik. In dieser Theorie ist der Zufall fester Bestandteil. Als Albert Einstein die Arbeit liest, ist seine Reaktion eindeutig.
Heisenberg hat ein großes Quanten-Ei gelegt. In Göttingen glauben sie daran. Ich nicht.
Bis zu seinem Tod wird Einstein bei seiner Skepsis bleiben.
Der Gedanke, dass ein Elektron aus freiem Entschluss den Augenblick und die Richtung wählt, in der es fortspringen will, ist mir unerträglich. Wenn schon, dann möchte ich lieber Schuster oder Angestellter in einer Spielbank sein als Physiker.
Einstein ist sich sicher: Hinter dem wirren Zufall stecken in Wirklichkeit Größen, die treu und anständig dem Prinzip von Ursache und Wirkung folgen. Zeit seines Lebens wird er nach diesen verborgenen Variablen suchen.
" Weitere Kritik von Einstein war, dass er meinte: Es muss eine Wirklichkeit geben, die unabhängig von uns und von unseren Beobachtungen existiert."
Heisenberg und seine Mitstreiter wie Niels Bohr hingegen meinen: Dem Beobachter - zum Beispiel dem messenden Physiker - kommt eine entscheidende Rolle zu.
" Es ist nicht nur, dass er beeinflusst, was er beobachtet. Das machen wir ja fast im täglichen Leben. Wenn wir jemanden ansehen, dann fühlt er sich beobachtet. Es geht sogar so weit, dass unsere Entscheidung, was wir beobachten wollen, darüber entscheidet, was Wirklichkeit ist. Es ist auch der Gedanke durchbrochen, dass die Welt existiert unabhängig von uns. Einstein hat mal zu Niels Bohr, gesagt: Glauben Sie wirklich, dass der Mond nicht da ist, wenn keiner hinsieht? Und Niels Bohr soll ihm geantwortet haben: Beweisen Sie mir doch das Gegenteil!"
Jahrelang liefern sich Einstein und Bohr Wortgefechte. Einstein ersinnt immer neue Einwände und Gedankenexperimente, mit denen er die Quantenmechanik widerlegen will. Jürgen Renn:
" Bohr konnte auf alle diese Einwände immer wieder antworten. Und es setzte sich bis in die 30er Jahre fort, dass Einstein versuchte, Einwände zu finden - immer wieder auch mit produktivem Erfolg in der Entwicklung der Quantentheorie."
1935. Einstein, inzwischen von Deutschland in die USA emigriert, wartet mit einem neuen Einwand auf. Gemeinsam mit dem Philosophen Nathan Rosen und dem Physiker Boris Podolsky formuliert er ein paradox klingendes Gedankenexperiment. Demnach müssten zwei Elektronen, die nach einem Zusammenstoß in verschiedene Richtungen fliegen, gemäß der Quantenmechanik in einer Art telepathischer Verbindung stehen: Führte man an dem einen Elektron eine Messung aus, würde auch das andere, womöglich Lichtjahre entfernte Elektron etwas von dieser Messung mitbekommen - und zwar ohne jeden Zeitverzug.
" Nach der Quantentheorie bleiben solche Teilchen über eine Fernwirkung miteinander verbunden, die Einstein als spukhaft bezeichnet hat. Und das hat sich Einstein eigentlich als ein Gedankenexperiment vorgestellt, das die Quantentheorie widerlegen sollte."
Es scheint hart, dem Herrgott in seine Karten zu gucken. Aber dass er würfelt und sich ‚telepathischer' Mittel bedient, kann ich keinen Augenblick glauben.
Doch Einstein soll sich irren, und zwar grundlegend. Sein Einwand, eine spukhafte Fernwirkung könne unmöglich existieren, wird die Quantentheorie nicht widerlegen, sondern eindrucksvoll bestätigen. Forscher wie Anton Zeilinger aus Wien werden mit spektakulären Experimenten beweisen, dass es jene spukhafte Fernwirkung wirklich gibt.
" Diese Gedankenexperimente sind heute alle experimentell im Labor verwirklicht. Das war im Wesentlichen durch die Erfindung des Lasers möglich."
Mr. Tompkins lag im Bett und schlummerte noch, als er plötzlich das Gefühl hatte, dass sich außer ihm noch jemand anderes im Raum befand. Er sah sich um und erblickte seinen alten Freund, den Professor, im Lehnstuhl sitzend und in das Studium einer Landkarte vertieft, die er auf seinen Knien ausgebreitet hatte. "Kommen Sie mit?" fragte der Professor und hob den Kopf. "Wohin?" erwiderte Mr. Tompkins und wunderte sich dabei noch immer darüber, wie der Professor in das Zimmer gekommen sein könnte. "Die Elefanten anschauen natürlich und die anderen Tiere des Quantendschungels.
" Wir befinden in einem Pumpwerk von Kanal Wien. Das hat die Funktion, das Schmutzwasser und das Frischwasser von Transdanubien, also dem nordöstlichen Teil von Wien, nach Simmering hinüber zu pumpen, zu den Klärwerken."
Nackte Betonwände, spärliches Neonlicht, metallene Kabelschächte. Es ist ungemütlich im Pumpwerk an der Donau. Doch für Rupert Ursin und sein Experiment ist es hier gerade richtig.
" Das hier ist für uns eine fast ideale Umgebung, weil im Tunnel, da sind keine Motoren, keine Züge und kein Nichts."
1997 war es Ursins Chef Anton Zeilinger erstmals gelungen, ein Lichtquant zu teleportieren, regelrecht zu beamen. Dabei hat er eben jene spukhafte Fernwirkung genutzt, die Einstein einst für völlig absurd hielt: Ohne jede Zeitverzögerung hat Zeilinger die Eigenschaften eines Lichtquants quer über den Labortisch gezaubert. Dasselbe versucht Rupert Ursin nun im großen Maßstab - durch einen 600 Meter langen Abwassertunnel unter der Donau.
Ursin zeigt die Sendestation seines Quantenbeamers - eine Ecke der Pumpwerkhalle, abgeteilt mit Plexiglas. In der Mitte steht ein wuchtiger Tisch mit Hunderten von Spiegeln, Linsen und Blenden. Ursin stützt sich auf die Tischkante auf.
Das Gestell gibt nach; es ruht auf luftgefederten Stoßdämpfern. Die vielen Blenden und Spiegel führen einen grünen Laserstrahl im Zickzack über den Tisch. Ursin hält ein Blatt Papier in den Strahl.
" Das ist wirklich so stark, dass das Papier zu brennen anfängt. Jetzt geht Rauch auf."
Der Laserstrahl endet in einem Halter mit einem unscheinbaren Würfel.
" Das ist der zentrale Kristall des gesamten Experiments. Das gesamte Know-how der Zeilinger-Gruppe steckt in diesem Kristall. Der ist durchsichtig. Der ist drei Millimeter da drinnen."
Der Kristall erzeugt zwei Lichtquanten. Sie sind verschränkt, wie der Fachmann sagt, sind auf spukhafte Weise miteinander verknüpft. Bildlich gesprochen verhalten sie sich wie zwei Würfel, die gleichzeitig geworfen stets dieselbe Augenzahl zeigen - egal, wie groß die Distanz zwischen ihnen ist. Eines der Lichtteilchen wird in ein Glasfaserkabel geleitet und durch den Abwassertunnel zum anderen Donauufer geführt. Das andere Teilchen lässt Ursin auf seinem Lasertisch mit einem dritten Lichtquant zusammentreffen, dem Passagier. Dabei passiert das Unfassbare: Eine bestimmte Eigenschaft des Passagiers, seine Schwingungsrichtung, übertragt sich ohne Zeitverzug auf das erste Lichtteilchen am anderen Donauufer.
Rupert Ursin zieht die schwarzen Vorhänge zu und knipst das Licht aus. Die Lichtdetektoren für das Experiment sind extrem empfindlich. Sie registrieren das kleinste Leuchten.
" Also wirklich von jedem Lämpchen von jedem Computer. Es muss alles abgeklebt werden. Und wenn man hier drinnen das Licht abdreht, ist es wirklich stockfinstere Nacht."
Das Experiment läuft computergesteuert. Alle 30 Sekunden beamt die Maschine ein Photon. Hier an der Sendestation ist alles klar. Jetzt will Ursin durch den Tunnel zum anderen Ufer, zur Empfangsstation.
Wir gehen eine Metalltreppe hinab. Nach ein paar Stufen hält Ursin an.
" Wir befinden uns jetzt bereits unter Donau-Niveau. Das ist der Strich, der anzeigt, wo das normale Donau-Niveau ist. Wir gehen jetzt ungefähr drei Stockwerke senkrecht hinunter."
Der Tunnel ist nur 1.75 Meter hoch. Wir müssen uns beim Laufen bücken, und das ist ziemlich anstrengend. Rupert Ursin zeigt auf die meterdicken Röhren neben uns.
" Das ist Trinkwasser, dieses Rohr. Und unterhalb sind die zwei großen Rohre für das Schmutzwasser. Auf der linken Seite liegt unsere Glasfaser - das ist das da."
Ein unscheinbares schwarzes Kabel in einem Kabelschacht.
Endlich erreichen wir die Empfangsstation. Ursin kramt den Schlüssel aus der Tasche.
" Das ist das zweite Labor. Wir befinden uns hier am Handelskai, 600 Meter weit weg vom großen Laser. Hier kommt die Glasfaser aus dem Tunnel."
Das Labor ist kaum größer als eine Besenkammer, darin ein Rechner und ein Stahlgerüst mit Lichtsensoren. Die Apparatur registriert die Photonen aus der Glasfaser. Ursin vergewissert sich, dass die Lichtquanten die richtige Schwingungsrichtung zeigen und weiß nun: Ja, das Beamen hat geklappt. Mit einer Strecke von 600 Metern ist für ihn das Ende noch nicht erreicht.
" Da denken wir an die sieben bis acht Kilometer oder auch die Richtung Weltraum, Satelliten-Anwendungen. Das scheint alles möglich zu sein, nachdem wir die Resultate von diesem Experiment hier haben."
Der Hintergrund: Im Prinzip eignet sich die Quantenteleportation zur abhörsicheren Datenübertragung. Schließlich verschwindet bei der Teleportation eine Information und taucht an anderer Stelle wieder auf, ohne zwischendrin zu existieren. Ein Spion hätte demnach keine Chance, an die Information heranzukommen. Die von Einstein so verpönte spukhafte Fernwirkung - Leuten wie Anton Zeilinger gilt sie als Basis für viel versprechende Zukunftstechnologien.
" Gott würfelt doch, und daran zweifelt fast keiner mehr. Ja, die Welt ist so verrückt. Und aus diesen Experimenten entstanden neue Möglichkeiten für Quanteninformationstechnologie. Das heißt die ursprüngliche philosophische Kritik Einsteins hat zu einer neuen Technologie geführt."
In diesem Augenblick ließ ein schreckliches Gebrüll die Luft erzittern, und ihr Elefant machte so einen heftigen Satz, dass Mr. Tompkins beinahe abgeworfen worden wäre. Ein großes Rudel Tiger griff den Elefanten an und sprang gleichzeitig von allen Seiten auf ihn ein. "Schießen Sie weiter!" schrie der Professor. "Knallen Sie einfach wild um sich, egal wohin. Es ist nur ein Tiger, er hat sich jedoch rund um unseren Elefanten verschmiert." Eine der Kugeln traf den Punkt; zu Mr. Tompkins größtem Erstaunen wurde der Tiger - denn plötzlich war nur mehr ein einziger vorhanden - in einem gewaltigen Bogen durch die Luft geschleudert; sein toter Körper landete irgendwo in einem weit entfernten Palmenhain.
Das Genie irrt. Mit seiner Einschätzung zur Quantenphysik liegt Einstein falsch. So wie es aussieht würfelt der Alte eben doch, sagt auch Wissenschaftshistoriker Jürgen Renn.
" Diese Entwicklung kann man eigentlich nur verstehen, wenn man die Maßstäbe, an denen Einstein seine Theorien maß, auch ein bisschen versteht. Und da hatte natürlich die Allgemeine Relativitätstheorie auch eine Vorgabe gemacht für eine in sich geschlossene, deterministische Theorie, die zwar fundamental neue Begriffe eingeführt hat, aber die Vorstellung von Kausalität nicht wirklich erschüttert hat."
Einsteins Meisterwerk, die Allgemeine Relativität, mag sperrig sein und unanschaulich. Aber sie ist mathematisch elegant. Sie erschließt sich aus klaren Annahmen, und sie folgt dem Prinzip von Ursache und Wirkung. Dagegen erscheint die Quantenmechanik Einstein als verworrener Flickenteppich ohne tiefen Gehalt. Als Handwerkszeug respektiert er sie, nicht aber als Fundament der Physik.
Die Quantenmechanik ist sehr Achtung gebietend. Aber eine innere Stimme sagt mir, dass das doch nicht der wahre Jakob ist. Die Theorie liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns kaum näher.
" Ich denke, Einstein war im Grunde genommen in dieser Beziehung ein Konservativer."
Jürg Fröhlich, Professor für theoretische Physik an der ETH Zürich.
" Das lässt sich mit seinen philosophischen Grundhaltungen teilweise erklären. Teilweise aber auch damit, dass er nach 1919 ein Superstar wurde. Er wurde maßlos verehrt. Er musste überall auftreten vor allen möglichen Kreisen. Überall, wo er auftrat, gab es ein großes Theater um seine Person und sein Werk. Und ich denke eigentlich, dass er zwischen 1919 und ca. 1932 kaum noch Zeit hatte, wirklich sehr radikal über Wissenschaft nachzudenken. Als er dann in Amerika ankam und wieder Ruhe gehabt hätte, da war er wahrscheinlich wirklich etwas zu alt, um noch revolutionäre Neuerungen hervorbringen zu können."
In seinem Spätwerk, in seiner Zeit in Amerika, träumt Einstein vor allem von einem: von einer großen Theorie, die sämtliche Zweige der Physik in sich vereint.
Der nach Einheitlichkeit der Theorie strebende Geist kann sich nicht damit zufrieden geben, dass zwei in ihrem Wesen nach voneinander ganz unabhängige Felder existieren sollen.
Doch Einstein macht einen entscheidenden Fehler.
" Das Ziel der Vereinheitlichungsbemühungen Einsteins war es, Elektromagnetismus und Gravitation in eine einheitliche Theorie einzubauen. Das war eigentlich ein Versuch auf dem Niveau der klassischen Physik. Die Quantentheorie hat er gar nicht mehr mit berücksichtigt."
David Gross, Universität von Kalifornien in Santa Barbara. Physiknobelpreisträger 2004.
" Einsteins Versuche hatten keinen Erfolg. Er glaubte fest daran, dass es eine Vereinheitlichung geben müsse. Und er arbeitete seit den 20er Jahren daran, seine Allgemeine Relativitätstheorie mit der Theorie des Elektromagnetismus in Einklang zu bringen - also die Gravitation mit der elektromagnetischen Kraft. Er glaubte, die Quantenmechanik würde bei seiner vereinheitlichten Theorie quasi als Ergebnis auftauchen. Das war ein Fehler. Die Quantenmechanik ist nun mal da, und wir müssen sie als einen der Ausgangspunkte für eine Vereinheitlichung ansehen. Außerdem wissen wir heute, dass es noch zwei weitere Naturkräfte gibt: die starke und die schwache Kernkraft. Heute muss es also darum gehen, alle vier Kräfte unter einen Hut zu bekommen. "
Heute ist die Physik bei der Suche nach der großen, vereinheitlichten Theorie auf der richtigen Spur - glaubt David Gross. Stringtheorie, so heißt der Ansatz. Strings sind winzig kleine Fäden, die wie Violinsaiten schwingen. Sie könnten, so meinen viele Physiker, die lange gesuchten, definitiven Grundbausteine der Materie sein.
" Es gibt im Moment keinen anderen heißen Kandidaten für eine vereinheitlichte Theorie als die Strings. Sie sind der erste erfolgreiche Ansatz für die so genannte Quantengravitation - also eine Theorie, die Einsteins Allgemeine Relativität mit der Quantenphysik vereint."
" Würde Einstein noch leben, so würde ihm diese Theorie denke ich gefallen. Denn beginnt man sich mit ihr zu befassen, so drängen sich ihre Inhalte regelrecht auf. Aber noch steckt die Stringtheorie in der Entwicklung, noch ist sie nicht fertig. Wir brauchen noch neue Ideen und neue Konzepte. Und um auf die zu stoßen brauchen wir vielleicht auch einen neuen Einstein."
"Schauen Sie, Gazellen! Und gleich so viele!" rief Sir Richard und hob die Flinte. Tatsächlich brach eine große Gazellenherde aus dem Bambusdickicht hervor. Sir Richard war eben im Begriff, sein Gewehr in Anschlag zu bringen, als ihn der Professor zurückhielt.
"Vergeuden Sie ihre Patronen nicht", sagte er. "Die Chance, das Tier zu treffen, ist sehr gering, wenn es sich in einem Beugungsmuster bewegt. Bewegt sich ein Körper durch eine regelmäßige Reihe von Öffnungen hindurch, zum Beispiel zwischen den Bambusstämmen, dann zeigt er Beugungserscheinungen. Wir sprechen daher auch vom Wellencharakter der Materie."
"Der Trend ist völlig klar der, dass die quantenmechanische Beschreibung unvollständig ist."
Detlef Dürr, Professor für Mathematik an der Universität München.
" Das heißt Einstein hat in dem Punkt Recht behalten."
Lag Einstein doch richtig mit seinem Unbehagen gegenüber der Quantenphysik? Nun - zwar irrte er in seiner Meinung, in der Natur dürfe es keine spukhaften Fernwirkungen geben. Eben diese Fernwirkungen haben Laserexperimente wie die in Wien ja eindrucksvoll bestätigt. Doch in einem anderen Punkt, glaubt Detlef Dürr, hatte Einstein Recht: nämlich mit seiner Vermutung, dass in Wirklichkeit handfeste, sauber definierte Größen die Quantenwelt regieren und nicht irgendwelche rätselhaften, undurchschaubaren Prozesse. Dürr arbeitet an einer Variante, einer Interpretation der Quantenphysik, die auf eben dieser Vorstellung aufbaut. Begründet wurde sie in den 50er Jahren von dem US-Amerikaner David Bohm.
" In der Bohmschen Mechanik existieren die Teilchen als Punktteilchen. Und diese Teilchen bewegen sich auf Bahnen - sie müssen ja irgendwie von A nach B kommen. Der Vorteil ist der, dass dann in dem Moment es überhaupt kein Problem mehr gibt. In dem Moment gibt es kein Messproblem mehr."
Dass sich diese Teilchen wie Quanten verhalten, dafür sorgt ein so genanntes Führungsfeld. Vereinfacht gesagt stellt man sich dabei viele benachbarte Murmelbahnen vor. Sie fangen alle am selben Startpunkt an und führen alle zum selben Zielpunkt - allerdings auf verschiedenen Wegen. Das Teilchen entspricht in diesem Bild der Murmel. Zwar bleibt dem reinen Zufall überlassen, welcher der vielen Bahnen die Murmel folgt. Aber - und das ist das Entscheidende - das Teilchen verhält sich auf seinem Weg stets wie eine gewöhnliche, eine wirkliche Murmel. Die Frage, ob die Murmel real ist oder nicht, stellt sich bei der Bohmschen Mechanik also gar nicht erst.
Philosophisch mag die Idee zwar bestechen: Sie folgt eher dem gesunden Menschenverstand als die gewöhnliche Quantentheorie. In der Praxis aber verwenden die meisten Forscher die herkömmliche Theorie. Der Grund: Mathematisch gesehen ist die Bohmsche Mechanik noch nicht so weit entwickelt, als dass man sie auf jedes gewünschte Problem anwenden könnte. Aber echte Teilchen, die sich vernünftig benehmen - das kommt Einsteins Idee von den verborgenen Variablen recht nahe. Dennoch: Konfrontiert mit Bohms Konzept reagiert er eher verhalten:
" Da gibt es ein Zitat von Einstein aus einem Brief an Max Born, in dem Einstein sagt: ‚Also der David Bohm ist wieder auf so eine Idee verfallen - diese Idee scheint mir zu billig zu sein.' Vollkommen korrekt - die Idee war billig, es ist eine ganz nahe liegende Idee. Und sie ist deswegen billig, weil sie ganz einfach umsetzt, was in den Gleichungen sowieso schon vorhanden war."
Auch die Bohmsche Mechanik geht von der Existenz spukhafter Fernwirkungen aus - für Einstein eine Kröte, die er nicht schlucken mag. Dennoch: Würde Einstein heute leben und seinen Irrtum eingestehen - wer weiß: Vielleicht wäre er dann überzeugter Bohmianer.
" Ich glaube, jeder heute lebende Physiker wäre dankbar, wenn Einstein noch unter uns wäre, weil er einfach alles vorangetrieben hat - auch durch seine Kritik vorangetrieben hat."
Einstein selbst hadert in seinen letzen Lebensjahren. Mit seinen Fachkollegen, die ihn wissenschaftlichen Außenseiter abstempeln. Und mit seinen vergeblichen Mühen, eine einheitliche Theorie der Physik zu finden. 1952, drei Jahre vor seinem Tod, sagt er:
Jedenfalls sind wir von einer wirklich vernünftigen Theorie ebenso weit entfernt wie vor 50 Jahren. So komme ich mir vor wie ein Knirps, der mit dem ABC nicht fertig werden kann, obwohl ich sonderbarerweise die Hoffnung noch nicht aufgebe. Schließlich hat man es mit einer Sphinx zu tun und nicht mit einem willigen Straßenmädchen.
