Teleportation - Realität: Jenseits von Science Fiction

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Für die Helden von Science-Fiction-Filmen ist Teleportation eine alltägliche Sache. Ein Knopfdruck - und sie lösen sich in der Luft auf, sodass sie sich in wenigen Sekunden Hunderte und Tausende von Kilometern entfernt wiederfinden: in einem anderen Land oder sogar auf einem anderen Planeten.

Ist eine solche Bewegung wirklich möglich oder wird Teleportation für immer ein Traum von Schriftstellern und Drehbuchautoren bleiben? Wird in diesem Bereich geforscht – und sind wir der Umsetzung der Technik, die den Helden fantastischer Actionfilme so vertraut ist, schon ein Stück näher gekommen?

Die kurze Antwort auf diese Frage ist ja, Experimente sind im Gange und sehr aktiv. Darüber hinaus veröffentlichen Wissenschaftler regelmäßig Artikel in wissenschaftlichen Zeitschriften über erfolgreiche Experimente zur Quantenteleportation – in immer größere Entfernungen.

Und obwohl viele berühmte Physiker bezweifeln, dass wir jemals Menschen teleportieren können, sind einige Experten viel optimistischer und versichern, dass Teleports in einigen Jahrzehnten Realität werden.

"Lügen, Gerüchte und Geschichten"

Lassen Sie uns zunächst klären, wovon genau wir sprechen. Unter Teleportation verstehen wir die augenblickliche Bewegung von Objekten in beliebiger Entfernung, idealerweise schneller als Lichtgeschwindigkeit.

Das Wort selbst wurde 1931 vom amerikanischen Publizisten Charles Fort erfunden, der gerne das Paranormale erforschte. In Analogie zu "Fernsehen", abgeleitet vom griechischen τῆλε ("weit") und dem lateinischen Video ("sehen"), erfand er in seinem Buch "Vulkane des Himmels" einen Begriff, um die unerklärlichen Bewegungen von Objekten im Raum zu beschreiben (lateinisch porto bedeutet "tragen") …

"In diesem Buch betrachte ich in erster Linie die Beweise dafür, dass es eine Art Übertragungskraft gibt, die ich Teleportation nenne. Mir wird vorgeworfen, offene Lügen, Gerüchte, Fabeln, Falschmeldungen und Aberglauben zusammenzusetzen. In gewisser Weise denke ich schon." Ich selbst. Und in gewisser Weise nein. Ich liefere nur Daten", schreibt Fort.

Tatsächlich gibt es viele Mythen über solche Bewegungen - zum Beispiel die weit verbreitete Legende über das Philadelphia-Experiment von 1943, bei dem der amerikanische Zerstörer Eldridge angeblich 320 km teleportiert wurde.

In der Praxis entpuppen sich all diese Geschichten jedoch als nichts anderes als Spekulationen von Verschwörungstheoretikern, denen zufolge die Behörden Beweise für Teleportationsfälle als militärisches Geheimnis vor der Öffentlichkeit verbergen.

Tatsächlich ist das Gegenteil der Fall: Alle Errungenschaften auf diesem Gebiet werden in der wissenschaftlichen Gemeinschaft breit diskutiert. So sprachen beispielsweise vor einer Woche amerikanische Wissenschaftler über ein neues erfolgreiches Experiment zur Quantenteleportation.

Lassen Sie uns von urbanen Legenden und fantastischer Literatur zu strenger Wissenschaft übergehen.

Von Punkt A nach Punkt B …

Die Geschichte der realen, nicht der fiktiven Teleportation begann 1993, als der amerikanische Physiker Charles Bennett mathematisch - mit Hilfe von Formeln - die theoretische Möglichkeit augenblicklicher Quantenverschiebungen bewies.

Das waren natürlich rein theoretische Berechnungen: abstrakte Gleichungen ohne praktische Anwendung. In gleicher Weise wurden aber - mathematisch - beispielsweise bereits Schwarze Löcher, Gravitationswellen und andere Phänomene entdeckt, deren Existenz erst viel später experimentell bestätigt wurde.

So wurden Bennetts Berechnungen zu einer echten Sensation. Wissenschaftler begannen aktiv in diese Richtung zu forschen – und das erste erfolgreiche Experiment zur Quantenteleportation wurde innerhalb weniger Jahre durchgeführt.

Es sollte hier betont werden, dass es sich um Quantenteleportation handelt, und dies ist nicht genau dasselbe, was wir aus Science-Fiction-Filmen gewohnt sind. Von einem Ort zum anderen wird nicht das materielle Objekt selbst (zum Beispiel ein Photon oder ein Atom – schließlich besteht alles aus Atomen) übertragen, sondern Informationen über seinen Quantenzustand. Theoretisch reicht dies jedoch aus, um das ursprüngliche Objekt an einem neuen Ort "wiederherzustellen", nachdem Sie eine genaue Kopie davon erhalten haben. Darüber hinaus werden solche Experimente bereits erfolgreich in Laboratorien durchgeführt – aber dazu weiter unten mehr.

In der von uns gewohnten Welt ist diese Technik am einfachsten mit einem Kopierer oder Fax zu vergleichen: Sie versenden nicht das Dokument selbst, sondern Informationen darüber in elektronischer Form – aber dadurch hat der Empfänger eine exakte Kopie. Mit dem wesentlichen Unterschied, dass bei der Teleportation das gesendete materielle Objekt selbst zerstört wird, also verschwindet – und nur eine Kopie übrig bleibt.

Versuchen wir herauszufinden, wie dies geschieht.

Spielt Gott Würfel?

Haben Sie schon von Schrödingers Katze gehört, die weder lebendig noch tot in der Kiste sitzt? Diese ursprüngliche Metapher wurde vom österreichischen Physiker Erwin Schrödinger erfunden, um die mysteriöse Eigenschaft von Elementarteilchen zu beschreiben - die Überlagerung. Tatsache ist, dass Quantenteilchen gleichzeitig in mehreren Zuständen sein können, die wir in der Welt gewohnt sind, sich gegenseitig vollständig auszuschließen. Ein Elektron kreist beispielsweise nicht um den Kern eines Atoms, wie wir früher dachten, sondern befindet sich gleichzeitig an allen Punkten der Umlaufbahn (mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten).

Bis wir die Katzenkiste geöffnet haben, d.h. wir haben die Eigenschaften des Teilchens nicht gemessen (in unserem Beispiel haben wir den genauen Ort des Elektrons nicht bestimmt), die Katze, die dort sitzt, ist nicht nur lebendig oder tot - es ist beides lebendig und tot zugleich. Aber wenn die Box geöffnet ist, also die Messung durchgeführt wird, befindet sich das Teilchen in einem der möglichen Zustände – und ändert sich nicht mehr. Unsere Katze ist entweder lebendig oder tot.

Wenn Sie zu diesem Zeitpunkt nichts mehr verstanden haben - keine Sorge, das versteht niemand. Die Natur der Quantenmechanik wurde von den brillantesten Physikern der Welt seit vielen Jahrzehnten nicht mehr erklärt.

Zur Teleportation wird das Phänomen der Quantenverschränkung genutzt. Dies ist der Fall, wenn zwei Elementarteilchen denselben Ursprung haben und sich in einem voneinander abhängigen Zustand befinden – mit anderen Worten, es besteht eine unerklärliche Verbindung zwischen ihnen. Dadurch können verschränkte Teilchen auch in großer Entfernung miteinander "kommunizieren". Und sobald Sie den Zustand eines Teilchens kennen, können Sie den Zustand eines anderen mit absoluter Sicherheit vorhersagen.

Stellen Sie sich vor, Sie haben zwei Würfel, die in der Summe immer sieben ergeben. Sie schüttelten sie in einem Glas und warfen einen Knochen hinter Ihren Rücken und den anderen vor sich und bedeckten ihn mit Ihrer Handfläche. Wenn Sie Ihre Hand heben, sehen Sie, dass Sie beispielsweise eine Sechs geworfen haben - und jetzt können Sie sicher behaupten, dass der zweite Knochen hinter Ihrem Rücken eins herausgefallen ist. Schließlich muss die Summe zweier Zahlen gleich sieben sein.

Klingt unglaublich, oder? Mit den gewohnten Würfeln wird eine solche Zahl nicht funktionieren, aber verschränkte Teilchen verhalten sich genau so – und nur so, obwohl auch die Natur dieses Phänomens sich der Erklärung entzieht.

„Das ist das unglaublichste Phänomen der Quantenmechanik, es ist unmöglich zu begreifen", sagt MIT-Professor Walter Levin, einer der angesehensten Physiker der Welt. Wir können nur sagen, dass unsere Welt anscheinend so funktioniert."

Dies bedeutet jedoch keineswegs, dass dieses mysteriöse Phänomen in der Praxis nicht anwendbar ist – schließlich wird es sowohl durch Formeln als auch durch Experimente immer wieder bestätigt.

Praktische Teleportation

Praktische Experimente zur Teleportation begannen vor etwa 10 Jahren auf den Kanarischen Inseln unter der Leitung des österreichischen Physikers, Professor an der Universität Wien Anton Zeilinger.

In einem Labor auf der Insel Palma erzeugen Wissenschaftler ein Paar verschränkter Photonen (A und B), von denen eines mit einem Laserstrahl an ein anderes Labor auf der 144 km entfernten Nachbarinsel Teneriffa geschickt wird. Außerdem befinden sich beide Teilchen in einem Überlagerungszustand - das heißt, wir haben noch nicht "die Katzenkiste geöffnet".

Dann wird das dritte Photon (C) mit dem Gehäuse verbunden – dasjenige, das teleportiert werden muss – und sie lassen es mit einem der verschränkten Teilchen interagieren. Anschließend messen Physiker die Parameter dieser Wechselwirkung (A + C) und übermitteln den resultierenden Wert an ein Labor auf Teneriffa, wo sich das zweite verschränkte Photon (B) befindet.

Die unerklärliche Verbindung zwischen A und B wird es ermöglichen, B in eine exakte Kopie des Teilchens C (A + C-B) zu verwandeln - als ob es sich sofort von einer Insel zur anderen bewegen würde, ohne den Ozean zu überqueren. Das heißt, sie hat sich teleportiert.

„Wir extrahieren sozusagen die Informationen, die das Original trägt – und schaffen woanders ein neues Original“, erklärt Zeilinger, der auf diese Weise schon Tausende und Abertausende von Elementarteilchen teleportiert hat.

Bedeutet das, dass Wissenschaftler in Zukunft beliebige Objekte und sogar Menschen auf diese Weise teleportieren können – schließlich bestehen auch wir aus solchen Teilchen?

Theoretisch ist dies sehr gut möglich. Sie müssen nur eine ausreichende Anzahl von verschränkten Paaren bilden und sie an verschiedene Orte tragen und sie in "Teleportationskabinen" platzieren - beispielsweise in London und Moskau. Sie betreten die dritte Kabine, die wie ein Scanner funktioniert: Der Computer analysiert den Quantenzustand Ihrer Teilchen, vergleicht sie mit verschränkten und sendet diese Informationen an eine andere Stadt. Und dort findet der umgekehrte Vorgang statt – und Ihre exakte Kopie wird aus den verschränkten Partikeln neu erstellt.

"Grundlegende Probleme gelöst"

In der Praxis liegen die Dinge etwas komplizierter. Tatsache ist, dass es in unserem Körper etwa 7 Oktillionen Atome gibt (nach sieben gibt es 27 Nullen, dh sieben Milliarden Milliarden Milliarden) - das sind mehr als Sterne im beobachtbaren Teil des Universums.

Und schließlich gilt es, nicht nur jedes einzelne Partikel zu analysieren und zu beschreiben, sondern auch alle Verbindungen zwischen ihnen – schließlich müssen sie an einem neuen Ort in idealer Weise in der richtigen Reihenfolge gesammelt werden.

Es ist fast unmöglich, eine solche Menge an Informationen zu sammeln und zu übermitteln – zumindest nach dem derzeitigen Stand der Technologieentwicklung. Es ist nicht bekannt, wann Computer erscheinen werden, die solche Datenmengen verarbeiten können. Jetzt wird auf jeden Fall daran gearbeitet, den Abstand zwischen den Labors zu vergrößern und nicht die Zahl der teleportierbaren Teilchen.

Deshalb halten viele Wissenschaftler den Traum von der menschlichen Teleportation für kaum realisierbar. Obwohl beispielsweise ein Professor am New York City College und ein bekannter Popularisierer der Wissenschaft Michio Kaku davon überzeugt ist, dass Teleportation Ende des 21. Jahrhunderts – und vielleicht sogar 50 Jahre später – Realität wird. Ohne konkrete Daten zu nennen, stimmen ihm einige andere Experten im Allgemeinen zu.

„Hier geht es darum, die Technologie zu verbessern, die Qualität zu verbessern. Aber ich würde sagen, dass grundlegende Fragen gelöst sind – und der Perfektion sind keine Grenzen mehr gesetzt“, sagt Eugene Polzik, Professor am Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen.

Auf dem Weg stellen sich jedoch viele andere Fragen. Wird zum Beispiel die "Kopie von mir", die man als Ergebnis einer solchen Teleportation erhält, mein wahres Ich sein? Wird sie genauso denken, die gleichen Erinnerungen haben? Schließlich wird, wie bereits erwähnt, das Original des gesendeten Artikels durch die Quantenanalyse zerstört.

„Für die Quantenteleportation ist die Zerstörung des teleportierbaren Objekts dabei absolut notwendig und unvermeidlich“, bestätigt Edward Farhi, der von 2004 bis 2016 das Center for Theoretical Physics am MIT leitete und heute bei Google arbeitet in einen Haufen Neutronen, Protonen und Elektronen verwandeln. Du würdest nicht gut aussehen.“

Andererseits werden wir aus rein materialistischer Sicht nicht durch die Partikel, aus denen wir bestehen, sondern durch deren Zustand bestimmt – und diese Informationen, sagen Wissenschaftler, werden äußerst genau übermittelt.

Ich möchte glauben, dass dies so ist. Und dass der Traum der Menschheit von der Teleportation in dem berühmten Horrorfilm, in dem die Hauptfigur nicht bemerkte, wie eine Fliege aus Versehen in seine Teleportationskabine flog, nicht Wirklichkeit wird …