Schrödingers Katze im Weltraum
Die Mitglieder des Projekts "Quantum optomechanics for fundamental experiments in space" (QOFES) untersuchten den Grenzbereich zwischen den Welten der klassischen Physik und der Quantenphysik und nutzten dazu die beinahe gravitationsfreie Umgebung des Weltraums. Newtons berühmte Bewegungsgesetze, die das Fundament der klassischen Mechanik bilden, sind vollkommen deterministisch und basieren auf der Beobachtung makroskopischer Objekte: Sind Ort und Geschwindigkeit eines Teilchens zu irgendeiner Zeit bekannt, können alle vorherigen und zukünftigen Positionen berechnet werden. Einige hundert Jahre später führte die Schrödingersche Wellengleichung für Materie zu Beobachtungen in Bezug auf den Welle-Teilchen-Dualismus von Licht und Materie. Die Gleichung beschreibt die Flugbahn eines Teilchens als Wahrscheinlichkeitsdichte und bildet die Grundlage der Quantenmechanik. Aufgrund des Konzepts der Überlagerung der Quantenmechanik ist diese nicht mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vereinbar. Die Quantenmechanik besagt, dass sich ein Objekt gleichzeitig in zwei Zuständen befinden kann, doch laut der Relativität kann ein Objekt immer nur einen Zustand annehmen. Die Quantentheorie wurde sorgfältig überprüft und mit großer Genauigkeit mit Photonen auf kleinstem Maßstab bestätigt, auf dem die Gravitation vernachlässigt werden kann. Sie muss mit massereicheren Objekten geprüft werden, um allgemein als zutreffend angesehen zu werden. Die Mitglieder des QOFES-Projekts setzten sich genau dies zum Ziel. Die Wissenschaftler entwickelten ein Protokoll, den MAQRO-Vorschlag, um die Quantenüberlagerung im Weltraum zu prüfen. Bei diesem Protokoll werden in optischen Fallenpotentialen levitierende Nanosphären sowie die Mikrogravitation des Weltraums genutzt. Das Experiment ermöglicht des Testen von massereicheren Objekten. Es eliminiert außerdem die hinderliche Erforderlichkeit, das Objekt mechanisch an Ort und Stelle zu halten, und ermöglicht eine Umgebung mit zu vernachlässigender Schwerkraft. Der Vorschlag selbst hat – zusammen mit theoretischen Untersuchungen zur Durchführbarkeit, der Definition der technischen Anforderungen und den Ergebnissen der ersten Versuche zum Durchführbarkeitsnachweis – bereits zu sechs Publikationen und großem öffentlichen Interesse geführt. In jüngerer Zeit wurde zur Ausarbeitung des ersten MAQRO-Vorschlags ein internationales MAQRO-Konsortium gegründet, um die Finanzierung durch das Programm "Cosmic Vision" der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zu beantragen. Durch das QOFES-Projekt wurden Experimenten vorbereitet, die zu den wichtigsten physikalischen Versuchen überhaupt zählen könnten. Die Arbeit konnte auch die Führungsposition Europas bei Weltraumexperimenten weiter festigen, welche die grundlegenden physikalischen Eigenschaften des Universums offenbaren könnten.
Schlüsselbegriffe
Schrödingers Katze, Raum, Quantenmechanik, Allgemeine Relativitätstheorie, Quantenoptomechanik, Optomechanik, Mikrogravitation, Superposition, quantenmechanische Überlagerung, Nanokügelchen, Physik, Weltraumexperimente