Um die Eigentümlichkeiten der Quantenwelt zu verdeutlichen, wollen wir hier darstellen, wie eine Blume wachsen würde, wenn sie sich entsprechend dem Komplementaritätsprinzip der Quantenphysik entwickeln würde. Wie jede Veranschaulichung hat auch diese ihre Grenzen, dennoch kann die Analogie erstaunlich weit getrieben werden.
Von einem erkenntnistheoretischen Standpunkt aus ist bemerkenswert, dass man sich zur Erklärung der Experimente oft mit einer kombinierten Welle-Teilchen-Vorstellung behilft, ohne sich die Tragweite der Messergebnisse richtig bewusst zu machen: Den kleinen Objekten traut man anscheinend alles zu. Die Merkwürdigkeiten kann man verdeutlichen, wenn man sie von den Quantenobjekten auf eine Blume überträgt: Wie müsste eine Blume nach den Gesetzen der Quantenphysik wachsen?
In einer Tabelle stellen wir den verschiedenen Eigenarten der Blume die Versionen eines Interferenzexperiments mit den jeweils entsprechenden experimentellen Ergebnissen gegenüber. Der Leser kann z. B. zuerst einmal die linke Spalte mit der Beschreibung der Blume lesen, um die Merkwürdigkeiten im Zusammenhang zu haben. Man kann beim Lesen aber auch zwischen Blumeneigenschaften und zugehörigen Quantenexperimenten hin und her springen.
| Der Gärtner Gerd findet in einer
Tropfsteinhöhle eine neuartige Blume (Bild 1). Die Blume
besitzt ein trichterförmiges Blatt, mit dem sie Tropfwasser auffängt. Gerd will die Blume selbst ziehen. Er setzt ein Samenkorn in einen Blumentopf und wartet. Nach wenigen Stunden ist das trichterförmige Blatt gewachsen. Im Weiteren findet Gerd heraus: Damit die Blume weiter wächst, muss er zwei Bedingungen erfüllen: Der Trichter muss mit Wasser gefüllt sein und er muss die Pflanze in einen dunklen Raum stellen (Bild 2a). Sobald er den Raum erhellt, stellt die Blume ihr Wachstum ein. |
Die Blume steht für das Quantenobjekt.
Mit einzelnen Quantenobjekten (z. B. Photonen oder Atomen) hat
man schon des Öfteren Interferometer-Experimente durchgeführt.
Eine schematische Abbildung dieser Experimente in der Mach-Zehnder-Anordnung
ist in Bild 2b dargestellt. Das Quantenobjekt hat zwei denkbare Möglichkeiten, auf den Schirm zu gelangen: Entweder "oben herum": durch den ersten Strahlteiler zum Spiegel rechts oben und reflektiert am zweiten Strahlteiler zum Schirm, oder "unten herum": am ersten Strahlteiler nach unten reflektiert, am Spiegel links unten reflektiert und durch den zweiten Strahlteiler zum Schirm. |
| Wenn Gerd 5 Tage lang verdunkelt, wächst die Blume zur vollen Größe heran (Bild 3a). | Wenn man die Spuren der Objekte auf dem Beobachtungsschirm sammelt, bilden sie ein Interferenzmuster (Bild 3b). |
| Gerd hat eine Forscherseele und will herausfinden, zu welchen Zeiten die Blume von ihrem Wasservorrat Gebrauch macht. Da er dazu das Licht nicht anmachen darf, steckt er einen Feuchtigkeitssensor in die Blumenerde. Die Feuchtigkeitskurve wird auf einem Papierstreifen aufgenommen (Bild 4a). | MANDEL und andere haben in das Interferometer-Experiment
zwei nichtlineare Kristalle gebracht, mit deren Hilfe Photonen gespalten
werden können. Der eine Teil des Photons (das sogenannte Signalphoton)
gelangt weiterhin zum Schirm, der andere (das sogenannte Idlerphoton)
kann an den Detektoren 
bzw.  nachgewiesen
werden (Bild 4b). |
| Nach vielen Wiederholungen stellt Gerd fest: | Nach vielen Wiederholungen des Experiments stellt man fest: |
| 1. Die Blume bewässert sich stets entweder in der ersten oder in der zweiten Nacht. | 1. Das Idlerphoton wird immer nur vom Detektor
oder vom
Detektor
nachgewiesen. |
| 2. Statt einer großen Blüte erhält man mit Feuchtigkeitsmessung zwei kleine (Bild 4a). | 2. Statt eines Interferenzmusters erhält man eine homogene Verteilung der Photonenspuren (Bild 4b). |
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Für Gerd liegt nahe, dass dies entweder
am Feuchtigkeitssensor oder am Schreibgerät liegt. |
Für das Verschwinden des Interferenzmusters
scheinen die nichtlinearen Kristalle oder die Detektoren
verantwortlich zu sein. |
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Verantwortlich für das Wachstum der zweiblütigen
Variante scheint also die Feuchtigkeitsmessung zu sein. Überraschenderweise
ist dem aber nicht so: Wenn Gerd die Daten während des laufenden
Versuchs wieder löscht, wächst wieder die einblütige
Blume (Bild 6a). Gerd findet dies haarsträubend, weil er
ja, während er die Daten noch auf der Festplatte hat, davon
ausgeht, dass der Blume zwei Blüten wachsen. In Folge des Löschens
würde sich demnach die Blume mit den zwei Blüten in eine
Blume mit einer Blüte verwandeln. Dies ist in so kurzer Zeit
nicht möglich. Vielleicht wächst die Blume ja irgendwie
in beiden Modifikationen gleichzeitig und bildet dann beim Erhellen
des Raums schnell die passende aus, abhängig davon, ob in diesem
Moment die Daten auf der Festplatte vorliegen oder nicht. Aber so
richtig vorstellen kann Gerd sich dies nicht. |
Somit scheinen die nichtlinearen Kristalle die
Ursache für das Verschwinden des Interferenzmusters zu sein.
Dies ist jedoch nicht zutreffend: Offensichtlich erhält man kein Muster,
wenn eine Messung möglich ist, die eine Zuordnung zwischen
den Messergebnissen und den denkbaren Möglichkeiten erlaubt:
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| Gerds Computer ist ans Internet angeschlossen.
Diesmal speichert er die Daten nicht, aber er ermöglicht allen
Leuten im Internet, seine Messungen aufzeichnen. Tatsächlich
gibt es einen Forscher in Australien, der die Daten speichert. Dabei wächst die Blume mit den zwei Blüten (Bild 7a). Wenn der Australier die Daten wieder löscht und sei es nur 1 Sekunde, bevor Gerd nachschaut, welche Blume gewachsen ist, so wird Gerd die einblütige Blume erhalten. Gerd ist zwar schon ziemlich abgebrüht, aber nun ist er doch wieder erstaunt, dass die Blume offensichtlich den Überblick über die ganze Welt hat und mitbekommt, ob irgendwo die Feuchtigkeitsdaten gespeichert sind oder nicht. |
Auch wenn das Idlerphoton die Information sehr
weit weg trägt, so ist stets noch eine Messung an dem Idlerphoton
möglich, die eine Zuordnung zu den denkbaren Möglichkeiten
erlaubt. |