Reden wir über Quanten 2.0: Warum wir unsere Sprache schärfen müssen

Überlagerung, Verschränkung und andere verwirrende Aspekte der Quantenwelt sind heute die treibenden Kräfte hinter verschiedenen bahnbrechenden Technologien. Während es bei „Quantum 1.0“ darum ging, die Geheimnisse von Schrödingers Wellengleichungen zu hinterfragen und clevere Experimente durchzuführen, um Lücken in der Theorie zu schließen, „Quantum 2.0“ setzt die bizarrsten Aspekte der Quantenphysik in die Routinearbeit um. Quantencomputer, die auf Überlagerung basieren, sowie Verschlüsselungsgeräte, die auf Verschränkung für die Kommunikation über große Entfernungen basieren, sind jetzt verfügbar alles wird technologisch machbar.

Aber trotz der Aufkeimendes Wachstum der QuantentechnologieEine Sache, die sich nicht geändert hat, ist die umständliche und kontraintuitive Sprache, die wir verwenden, um über alles, was mit Quanten zu tun hat, zu sprechen. Während die Realität der Verschränkung und Überlagerung außer allen vernünftigen Zweifeln steht, ist es so wahnsinnig wie eh und je, sie in Worten zu beschreiben. Quantenphänomene sind seltsam, aber das bedeutet nicht, dass wir uns mit einer seltsamen Sprache zufrieden geben sollten, um sie zu beschreiben.

Seit den Anfängen der Quantenmechanik hat Albert Einstein Niels Bohr, Werner Heisenberg und andere bemühten sich, diese neumodische nichtklassische Physik der Quanten 1.0 zu verstehen. Ihr Kampf betraf die Lücke zwischen der Art und Weise, wie wir über Phänomene sprechen, und der Art und Weise, wie wir ihnen im Labor begegnen. Diese Lücke entstand durch die unvollkommene metaphorische Sprache, die noch immer weitgehend zur Charakterisierung nichtklassischer Phänomene verwendet wird.

Während die Realität der Verschränkung und Überlagerung über jeden vernünftigen Zweifel erhaben ist, ist es so wahnsinnig wie eh und je, sie mit Worten zu beschreiben

Das Konzept der „Verschränkung“ kann nicht umhin, zwei (oder mehr) einzelne Dinge hervorzurufen, die miteinander verwoben und doch irgendwie auch getrennt sind, wie verwickelte Garnstränge. Was die „Überlagerung“ betrifft, so entsteht das Bild einer Wolke verschiedener Zustände, kurz bevor eine äußere Ursache einen Zustand auswählt, während die anderen verschwinden. Oder denken Sie an Begriffe und Ausdrücke wie „Feld“, „Pfad“, „Selbstinterferenz“, „Zusammenbruch einer Wellenfunktion“ oder „ein Photon, das sich dafür entscheidet, in der Zeit zurückzugehen“. Es besteht eine große Kluft zwischen dem, was abgebildet wird, und den Phänomenen, die sie benennen.

Sprache zählt

Wenn Physiker in ihr Handwerk vertieft sind, haben sie in der Regel ein so starkes intuitives Gespür dafür, was passiert, dass sie sich im Allgemeinen nicht so sehr an diesen Begriffen stören, auch wenn sie manchmal immer noch ein Rätsel sind. Bei Quantum 2.0 mit seinen bald allgegenwärtigen Geräten und zukünftigen Anwendungen sollten wir jedoch vorsichtig sein, wie wir die Sprache verwenden, die wir von Quantum 1.0 geerbt haben. Dafür gibt es zwei Gründe.

Das erste ist Klarheit. Wenn Wissenschaftler nicht einfach beschreiben können, wie diese Geräte und Anwendungen funktionieren, wirken die Geräte dadurch mysteriös und jenseitig. Die gruselige und kontraintuitive Sprache lässt Wissenschaftler auch wie Priester erscheinen, gesalbte Individuen, die sich mit dem Jenseits verbinden. Wenn Physiker Dinge nicht in eine Sprache bringen können, die andere verstehen, bedeutet das, dass keine Sprache Sinn ergibt, oder dass Physiker keine finden können, die einen Sinn ergibt, oder dass sie Dinge erfinden. Dies fördert letztlich Skeptizismus und Wissenschaftsleugnung sowie die Akzeptanz wissenschaftlicher Analphabeten.

Ein zweiter Grund ist praktischer Natur. Das Finden der richtigen Sprache für Quanteneffekte kann dazu beitragen, Verwirrung bei der Entwicklung von Quanten-2.0-Technologien zu vermeiden. Schlechte Metaphern können bestimmte Arten von Geräten – Quantentelefone, Geräte zur menschlichen Teleportation – physikalisch plausibler erscheinen lassen, als sie sind. Andererseits kann es das Denken von Designern in die falsche Richtung lenken, wenn man Metaphern zu wörtlich nimmt und sich zu sehr an den von ihnen heraufbeschworenen Bildern orientiert. Bessere Bilder der Realität werden dazu beitragen, bessere Experimente zu ihrer Untersuchung zu planen.

Wenn Physiker und Philosophen erkennen, dass sie eine edle Wahrheit teilen

Das Wort "Verstrickung"ist zum Beispiel eine gute Art, über Quantenphysik in bestimmten Bereichen zu sprechen, wenn wir das Verhalten in Form von Teilchen darstellen können. Aber wir können uns diskrete Energiezustände in einem Feld nicht allzu wörtlich als teilchenähnlich vorstellen; das heißt, unabhängig voneinander. Dazu wäre ein Mechanismus für ihre Abhängigkeit erforderlich. Dafür wären wiederum andere Metaphern erforderlich, etwa die Fähigkeit der Wellenfunktion, ihre Zustände „auszuwählen“, was wiederum entweder nicht-lokale Effekte oder überluminale Kommunikation erfordert.

Was „Überlagerung“ betrifft, so handelt es sich ebenfalls um eine Metapher, die in bestimmten Situationen funktioniert, beispielsweise in solchen, in denen es den Anschein hat, als gäbe es gleichzeitig Möglichkeiten. Dies deutet jedoch darauf hin, dass es eine Art „Behälter der Möglichkeiten“ gibt – wie ein Elektron in einem Potentialtopf – der nur auf der Quantenskala sichtbar ist. Dies wiederum impliziert, dass Quanten- und klassische Phänomene durch eine klare Grenze und nicht durch einen Gradunterschied getrennt sind. Die Metapher lässt sich daher beispielsweise nur schwer auf Makromoleküle, Quantenflüssigkeiten oder die Quantenfluktuationen in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs anwenden, wo die beiden ineinander übergehen.

Der kritische Punkt

Bohr vertrat die berühmte Auffassung, dass wir uns kein wörtliches Bild von Quantenphänomenen machen können, was ein scheinbar unüberwindbares Hindernis für eine präzise Sprache darstellt. Aber er meinte nicht, dass wir den Versuch aufgeben sollten, eine Sprache zu schaffen, die wir wirklich verstehen und die genau beschreibt, was uns begegnet. Bohr hatte große Mühe, eine Sprache zu schaffen, die die Besonderheit von Quantenphänomenen mit der gewöhnlichen Sprache zur Beschreibung experimenteller Situationen in Einklang bringt. Dennoch gibt es keinen Grund zu der Annahme, dass es unmöglich sei, eine Sprache zu entwickeln, die Quantenphänomene erfolgreich beschreibt.

Es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass es unmöglich ist, eine Sprache zu entwickeln, die Quantenphänomene erfolgreich beschreibt

QBismus ist ein Versuch. QBist-Sprache kombiniert die Ressourcen der Bayes'schen Wahrscheinlichkeits- und Quanteninformationstheorie, um die Vorbereitung von Quantensystemen nicht als Auswahl wellen- oder teilchenähnlicher Dinge zu behandeln, sondern als Entwurf einer probabilistischen Bewertung der Messergebnisse für den Benutzer. Anstatt beispielsweise zu sehen, dass ein Photon mit unbekannter Polarisation eine „Entscheidung“ über seine Polarisation trifft, wenn es durch einen Calcitkristall geschossen wird, behandelt der QBist-Ansatz das Ergebnis als „Aktualisierung“ unserer „Informationen über das System“.

Diese Sprache bietet eine einheitliche Beschreibung, besteht jedoch nicht darauf, dass das Photon „teilchenartig“ oder „wellenartig“ ist. Nicht alle Physiker sind mit dem QBismus zufrieden und es ist möglicherweise nicht der einzige derartige Ansatz zur Charakterisierung von Quantenphänomenen. Aber jede Alternative zum QBismus muss uns helfen zu erkennen, was an der Quantenmechanik wirklich rätselhaft ist, ohne dass wir bei früheren Charakterisierungen der Rätsel hängen bleiben. Wenn ein solcher Versuch gelingt, stehen wir tatsächlich an der Schwelle zu Quantum 2.0.

Robert P Falte (Klicken Sie auf den Link unten für die vollständige Biografie) ist Vorsitzender der Abteilung für Philosophie der Stony Brook University, USA. Jennifer Carter ist Dozent für Philosophie an der Stony Brook, wo Gino Elia ist Doktorand

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/lets-talk-about-quantum-2-0-why-we-need-to-sharpen-up-our-language/