Die Quantenverschränkung, ein verblüffendes Phänomen der Quantenmechanik, das Albert Einstein einst als “spukhafte Fernwirkung” bezeichnete, könnte sogar noch spukhafter sein, als Einstein vermutete.
Physiker der University of Washington und der Stony Brook University in New York glauben, dass das Phänomen an sich mit Wurmlöchern in Zusammenhang steht. Wurmlöcher sind hypothetische Strukturen in der Raumzeit, die in populären Science-Fiction-Geschichten eine überlichtschnelle Abkürzung von einem Teil des Universums in einen anderen bereitstellen. Aber hier ist der Haken: In Wirklichkeit könne man durch diese Wurmlöcher nicht kommunizieren, geschweige denn reisen, sagte Andreas Karch, ein Physik-Professor von der University of Washington.
Quantenverschränkung tritt auf, wenn ein Paar oder eine Gruppe von Teilchen auf eine Weise interagiert, welche bestimmt, dass das Verhalten jedes einzelnen Teilchens an das Verhalten der anderen gekoppelt ist. Wenn ein Teilchen beispielsweise einen bestimmten Spin hätte, würde das andere Teilchen eines verschränkten Teilchenpaares im selben Moment den entgegengesetzten Spin haben.
Der “spukhafte” Teil ist, wie bisherige Forschungsarbeiten bestätigt haben, dass diese Beziehung gültig bleibt, egal wie weit die Teilchen voneinander entfernt sind – quer durch das Zimmer oder über mehrere Galaxien hinweg. Wenn sich das Verhalten des einen Teilchens ändert, verändert sich gleichzeitig das Verhalten beider Teilchen, unabhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind.
Die neue Forschungsarbeit deutet darauf hin, dass die Eigenschaften eines Wurmlochs die gleichen sind wie bei zwei Schwarzen Löchern, die erst verschränkt und dann auseinander gezogen werden. Sogar wenn die Schwarzen Löcher an den gegenüberliegenden Orten des Universums liegen würden, würde das Wurmloch sie miteinander verbinden. Schwarze Löcher, die so klein wie ein Atom oder vielfach größer als die Sonne sein können, existieren im ganzen Universum. Ihre Gravitation ist so stark, dass nicht einmal das Licht ihnen entkommen kann.
Wenn zwei Schwarze Löcher miteinander verschränkt wären, so Karch, dann wäre eine Person vor der Öffnung des einen Schwarzen Lochs nicht in der Lage, jemanden vor der Öffnung des anderen Schwarzen Lochs zu sehen oder mit ihm zu kommunizieren. “Um miteinander zu kommunizieren, muss man in das Schwarze Loch hineinspringen und die andere Person muss in ihr Schwarzes Loch hineinspringen. Die innere Welt wäre dann die gleiche”, sagte er.
Die Arbeit demonstriert eine Äquivalenz zwischen der Quantenmechanik, die sich mit physikalischen Phänomenen auf sehr kleinen Skalen beschäftigt, und klassischer Geometrie. “Zwei verschiedene mathematische Mechanismen, die denselben physikalischen Prozess verfolgen”, sagte Karch. Das Ergebnis ist ein Hilfsmittel, das Wissenschaftler verwenden können, um ein größeres Verständnis von verschränkten Quantensystemen zu erlangen. “Wir sind nur fest etablierten Regeln gefolgt, die man seit 15 Jahren kennt, und haben uns gefragt: ‘Was ist die Folge der Quantenverschränkung?'”
Karch ist Co-Autor einer Abhandlung, die die Arbeit beschreibt und im November 2013 in den Physical Review Letters veröffentlicht wurde. Kristan Jensen von der Stony Brook University, ein Co-Autor, arbeitete an dem Projekt, als er an der University of Victoria (Kanada) tätig war. Die Finanzierung übernahm das US-Energieministerium und der Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.
Nachtrag: Die Original-Abhandlung
“Holographic Dual of an Einstein-Podolsky-Rosen Pair has a Wormhole“, Physical Review Letters
(THK)
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