Dies ist eine kurze Einführung in wissenschaftliche Entdeckungen, die vor etwa 100 Jahren gemacht wurden. Die logischen Schlussfolgerungen des Doppelspalt-Experiments sind bis jetzt nur zum Teil in den heutigen wissenschaftlichen Wissensfundus eingegangen. Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, werden Sie zumindest das Thema an sich verstanden haben und auch erkennen, wo die Probleme und deren Implikationen liegen :

In 1703 postulierte Isaac Newton, dass Licht aus einem Strom aus Partikeln besteht, weil :

- es sich entlang von graden Linien mit hoher Geschwindigkeit ausbreitet

- es an Spiegeln in vorhersehbarer Weise reflektiert wird

In 1804 zeigte Thomas Young dass Licht Welleneigenschaften hat, da es an Hindernissen gebeugt wird und dabei Interferenzmuster erzeugt.

Der Begriff "Beugung" beschreibt, dass eine Welle, welche auf ein Hindernis trifft, abgelenkt wird, bzw. dass hinter kleinen Öffnungen ein kreisförmiges Wellenmuster entsteht :

Der Begriff "Interferenz" beschreibt den Effekt, dass eine Welle, die auf einen Doppelspalt trifft, hinter dem Doppelspalt zwei neue Wellen erzeugt, die miteinander wechselwirken.

Dadurch entsteht auf einem Schirm hinter dem Doppelspalt eine Reihe heller und dunkler Streifen, die auch als "Interferenzmuster" bezeichnet werden.

Das Licht, das auf dem Schirm hinter dem Doppelspalt gemessen wird, zeigt hellere und dunklere Bereiche, denn dort, wo zwei Wellenberge aufeinander treffen, addieren sich diese und erzeugen einen hellen Bereich auf dem Schirm. In den Bereichen, wo ein Wellenberg auf ein Wellental trifft, löschen sich beide gegenseitig aus und es entsteht ein dunkler Bereich.
 

Für Experimente mit Licht wird der folgende Versuchsaufbau verwendet :

Stellen wir uns nun vor, in dem Experiment nicht mehr Licht auf den Schirm zu schießen sondern Kugeln aus einem Maschinengewehr. In diesem Fall würde man wohl kaum ein Interferenzmuster erwarten, denn jede Kugel würde entweder durch den einen oder den anderen Spalt fliegen und jeweils dahinter ein Einschussloch - bzw. bei mehreren Kugeln einen Streifen von Einschusslöchern - hinterlassen :

In der nächsten Modifikation des Experiments verwenden wir nun ein "Elektronen-Gewehr". Dieses Elektronen-Gewehr ist in der Lage einzelne Elektronen abzufeuern und dies innerhalb kürzester Zeit millionenfach zu wiederholen. In so einem Versuchsaufbau ist es ausgeschlossen, dass ein Elektron mit einem anderen Elektron wechselwirkt, da sich immer nur ein einzelnes Elektron am Doppelspalt aufhält.

Als die Wissenschaftler dieses Experiment zum ersten Mal durchführten, waren sie schwer verwundert, denn sie hatten eigentlich etwas ähnliches erwartet, wie bei dem Versuch mit einem Maschinengewehr : Also zwei schmale Streifen direkt hinter jedem der beiden Spalte. Aber das Ergebnis zeigte ein völlig anderes Ergebnis : Es bildete sich ein Interferenz-Muster !

Aber wie kann das sein ? Wie kann ein einzelnes Elektron "mit sich selbst wechselwirken" um dadurch ein Interferenzmuster zu erzeugen ?

Um herauszufinden, was genau am Doppelspalt vor sich ging, brachten die Wissenschaftler nun je einen Detektor an jedem der beiden Spalte an, die in der Lage sind zu messen, durch welchen Spalt das Elektron geflogen ist. (Diese Darstellung mit den Detektoren ist eine Vereinfachung, um genau zu erfahren, wie gemessen wurde durch welchen Spalt die Elektronen geflogen sind, schauen Sie sich den Artikel zum Delayed Choice Quantum Eraser Experiment an.) Als sie nach dem Umbau das Elektronen-Gewehr einschalteten, waren sie erneut schwer verwundert : Nun war das Interferenz-Muster verschwunden und auf dem Schirm sah man nur zwei schmale Streifen, je einen hinter jedem Spalt : 

Also hat der Einbau der beiden Detektoren eine Veränderung des Verhaltens der Elektronen ausgelöst ? Es dauerte lange Zeit, bis man für dieses Phänomen eine Erkärung hatte.

Auch wenn die Ergebnisse des Doppelspalt-Experiments nicht angezweifelt werden, gibt es unterschiedliche wissenschaftliche Interpretationen, was es zu bedeuten hat. Die Tatsache, dass die Aufzeichnung des Detektorsignals das Verhalten der Elektronen verändert, scheint mit der Anwesenheit eines "bewussten Beobachters" zusammenzuhängen. Wenn der bewusste Beobachter hinschaut (bzw. misst) verhalten sich die Elektronen anders als wenn er wegschaut.

Die folgende Erklärung basiert auf einem neuen Modell unserer Realität, das sowohl Physik als auch Metaphysik erklären kann. In diesem Modell wird angenommen, dass Bewusstsein die Grundlage für unsere Realität bildet und dass Materie virtueller Natur ist. Die Annahme, dass wir in einer virtuellen Realität leben, scheint nicht mehr ganz so weit hergeholt, wenn man mal die Erkenntnisse der Physik betrachtet : Wenn man sich tiefer und tiefer in die Struktur der Materie begibt, so ist unbestritten, dass Atome zu 99,9% aus leerem Raum bestehen. Im Bohr'schen Atommodell, das heute in der Schule gelehrt wird, gibt es den Atomkern und um diesen kreisen die Elektronen. Aber Atomkern und Elektronen nehmen einen verschwindend geringen Raum ein und 99,9% des Atoms ist schlicht und einfach leer. Wenn man eine Ebene tiefer schaut und den Atomkern betrachtet, so entdeckt man, dass sich das Muster wiederholt : Auch der Atomkern selbst besteht fast nur als leerem Raum.

Wenn aber die Struktur, welche die Grundlage für Materie bildet, zu 99,9% aus leerem Raum besteht, könnte man auch sagen, dass die Information über die Materie von wesentlicher Bedeutung ist. In dem neuen Realitätsmodell, das dieser Erklärung zugrunde liegt, wird deshalb dieser Information über die Materie eine wichtigere Rolle zugewiesen als der Materie selbst. Materie ist in diesem Modell nur eine abgeleitete Größe der Meta-Informationen über die Materie.

Es ist wesentlich, die Idee hinter diesem Modell zu verstehen, deshalb soll sie an dieser Stelle nochmal mit anderen Worten wiedergegeben werden : In einer Realität, wo Bewusstsein und Information primäre Größen sind, ist Materie nur eine Projektion. Stellen Sie sich vor, Sie sitzen vor einer transparenten Leinwand und jemand den Sie nicht sehen können, erzeugt Schattenspiele auf der Leinwand indem er verschiedene Gegenstände zwischen Lichtquelle und Leinwand hält. Alles was Sie sehen können, sind die Schatten aber der Schatten ist nicht "der wirkliche Gegenstand" er ist nur dessen Projektion. In diesem Modell existiert der "wirkliche Gegenstand" nur in Form von Informationen außerhalb der Raumzeit und die Repräsentation des Gegenstands in der Raumzeit ist ähnlich wie ein drei-dimensionaler Schatten.

In diesem Realitätsmodell wird Materie nur "gerendert", wenn ein bewusster Beobachter hinschaut. Der Begriff "rendern" wird hier im gleichen Zusammenhang benutzt wie bei der Programmierung eines 3D-Computerspiels : Er bedeutet, dass ein graphisches Element (z.B. ein Gegenstand) berechnet und auf dem Bildschirm dargestellt wird, sobald der Spieler seinen Kopf in Richtung des Gegenstands dreht und der Gegenstand dadurch ins Sichtfeld des Spielers gelangt. Sobald er in eine andere Richtung schaut, wo er den Gegenstand nicht sehen kann, braucht der Gegenstand nicht gerendert zu werden. Dies bedeutet aber nicht, dass der Gegenstand in diesem Moment nicht existiert, er existiert aber nur in Form von Information.

Nun wenden wir das beschriebene Realitätsmodell auf das Doppelspalt-Experiment an : Jedes Partikel, das man mit bloßem Auge nicht sehen kann, braucht auch nicht gerendert zu werden. Es existiert also erstmal nur auf der Ebene der Information. Wenn das Elektronen-Gewehr also Elektronen in Richtung des Doppelspalts schießt, fliegt da nicht wirklich ein Elektron als Teilchen, sondern es fliegt nur die Information über das Elektron in Richtung Doppelspalt. Quantenphysiker benutzen in diesem Zusammenhang häufig den Begriff "Wahrscheinlichkeitsverteilung". Dieser Begriff bedeutet folgendes : Das Elektron existiert - solange kein bewusster Beobachter irgendeine Messung an ihm vornimmt - nur als eine "Wahrscheinlichkeitswolke" in der Raumzeit. Der genaue Ort, wo sich das Elektron befindet ist somit unbestimmt und er wird erst in dem Moment bestimmt, wenn man eine Messung (z.B. durch einen Elektronen-Detektor) macht. In diesem Fall kollabiert die Wahrscheinlichkeitsverteilung an einem bestimmten Punkt in der Raumzeit und dort wird dann das Elektron "gerendert" so dass man es sehen (messen) kann.

Nun ersetzen wir also in Gedanken das Elektron, das wir uns bisher immer als Teilchen vorgestellt hatten, durch eine Wahrscheinlichkeitsverteilung - gedacht in Form einer Wolke - die auf den Doppelspalt zufliegt. Wenn nun am Doppelspalt Detektoren angebracht sind, die auch richtig messen und die Daten aufzeichnen, so bedeutet dies, dass eine Messung durch einen bewussten Beobachter am Doppelspalt erfolgen wird. Somit kollabiert die Wahrscheinlichkeitsverteilung am Doppelspalt und das Elektron wird an einem der beiden Spalte gerendert (und zwar an dem wo es nach der Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion "wahrscheinlicher" ist). Da das Elektron nun für die Messung gerendert wurde, existiert es nicht mehr als Wahrscheinlichkeitsverteilung. Es kann also nicht mit irgend etwas wechselwirken und dadurch ein Interferenzmuster erzeugen. Stattdessen fliegt es, wie man es von einem Materieteilchen erwarten würde - in einer graden Linie Richtung Schirm und hinterlässt dort einen einzelnen hellen Streifen.

Wenn man sich nun den Fall vorstellt, dass die Detektoren am Doppelspalt keine Daten aufzeichnen, so bedeutet dies, dass die Wahrscheinlichkeitswolke nicht kollabiert. Sie fliegt somit als Wolke durch den Doppelspalt und zwar zum Teil durch den linken und zum Teil durch den rechten. Auf der anderen Seite wechselwirken nun die beiden Wahrscheinlichkeitswolken miteinander und es entsteht ein Interferenzmuster, allerdings nur auf der "abstrakten Ebene der Information". Die Wahrscheinlichkeitsverteilung kollabiert in diesem Fall erst in dem Moment, wo sie auf den Schirm trifft, denn dann findet eine Messung statt und die auf den Schirm treffende Verteilung zeigt dann ein Interferenzmuster auf, was zu einem Muster aus hellen und dunklen Streifen auf dem Schirm führt.

Ich hoffe diese Interpretation der Ergebnisse des Doppelspaltexperiments waren hilfreich für Sie und dass Ihnen diese Einführung geholfen hat zu verstehen, dass unsere Realität eventuell ganz anders ist, als wir bisher dachten.

Physiker Thomas Campbell hat in einem seiner Vorträge, die in diesem Artikel zusammengefassten Inhalte erklärt. Dieses Vortragssegment wurde auf deutsch synchronisiert. Der Vortrag ist unter diesem Link verfügbar.