Auf der Suche nach dem … zwischen Fiction und Science

beamWarum Zeilinger nicht beamt und was Einstein davon hielt – Gedankensprünge zur Bewe­gungs­faul­heit.

Viele von uns waren schon mindestens ein Mal in einer Situation, in der nach Abwägen aller realistischen zur Verfügung stehenden Optionen, in die eigenen kuscheligen vier Wände zu gelangen, unvermeidlich ein Gedanke in den Kopf schoss; „(Oida,) Jetzt würd’ ich mich gerne nach Hause beamen“. Befinden sich während so eines Motivationstiefs zur Ortsveränderung obendrein PhysikerInnen im Raum wird auch noch laut ausgesprochen, was sich die Menschheit spätestens seit dem Science Fiction-Dauer­brenner Star Trek wünscht; „Könnt Ihr bitte endlich das Beamen erfinden?“.

Unter dem Begriff Beamen oder auch Teleportation wird dabei gemeinhin eine quasi instantane Änderung des Aufenthaltsortes verstanden, in der Regel eindrucksvoll von kaskadierenden, die Gebeamten umkreisenden Ton- und Lichteffekten begleitet. In Anbetracht der Tatsache, dass wir Physikerinnen und Physiker das Konzept Faulheit in der Natur sehr gut kennen und seit langem studieren (wir nennen es eben Prinzip der kleinsten Wirkung), ist es umso bedauerlicher, dass bewegungsmüde Optimisten und Träumerinnen von uns leider enttäuscht werden.
Die bekannteste populärwissenschaftliche Auseinandersetzung mit dem Thema stammt von Lawrence M. Krauss, einem US-amerikanischen Astrophysiker, der in seinem Bestseller The Physics of Star Strek versucht, die Phantasmen der Science Fiction-AutorInnen physikalisch zu beleuchten. Beim vorgeschlagenen Verfahren, dem Zerlegen von Objekten und Subjekten in ihre elementaren Bausteine und dem Beamen derselbigen an einen anderen Ort, stößt man schnell an biologische und physikalische Grenzen. Krauss wies darauf hin, dass für das Lösen der atomaren Bindungen in aller Materie zunächst etwa eine Milliarde Grad Temperatur nötig wären, denkbar ungünstige Bedingungen für Lebendtransporte also. Freie Neutronen, Protonen und Elektronen sind nach physikalischen Gesichtspunkten obendrein unmöglich einzufangen. die Information, welche unser Transporter über deren Aufenthaltsorte und Geschwindigkeiten bräuchte ist leider unscharf, darauf machte uns Quantenphysiker Werner Heisenberg lange vor Star Trek aufmerksam. Noch ein paar Jahre älter ist die Erkenntnis darüber, dass wir solch einen hypothetischen Materiestrom niemals schneller als das Licht reisen lassen können und dass das Erreichen von Fast-Lichtgeschwindigkeiten Unmengen von Energie benötigt, selbiges gilt auch fürs Abbremsen am Zielbeamhafen. Von einer Vorrichtung, die uns also in aller Gemütlichkeit sprichwörtlich augenblicklich von A nach B befördert, darf daher weiterhin bloß geträumt werden. Gerade in den Naturwissenschaften wäre es aber vermessen, die prinzipielle Möglichkeit zur Teleportation auszuschließen, wenngleich es momentan nach wissenschaftlichen Gesichtspunkten mehr als absurd erscheint. Technische Möglichkeiten und Unmöglichkeiten sowie wissenschaftliche Paradigmen sind jedoch stets in einem geschichtlichen Kontext zu sehen.

beamEin platonischer Warp-Antrieb?

Bei Aristoteles ist jede Veränderung Bewegung, hat einen Anfang und ein Ende, wobei das Potential zur Veränderung jeder sich bewegenden Sache sozusagen von Vornherein innewohnt. Als einzig ewige Bewegungsform kennt er die Kinesis der Gestirne, die sich masselos und kreisförmig auf Immer bewegen. Der nach – stark verein­fachter – antiker Auffassung natürlichste irdische Bewegungszustand ist demnach die Ruhe, da keine Bewegung ohne äußeres Zutun abläuft und alle Bewegung der Ruhe zustrebt. Nur solange eine Kraft die Bewegung aufrecht erhält, das heißt, Impetus vorhanden ist, geht sie vonstatten. Diese physikalisch längst überholte Theorie ist unser aller Alltagserfahrung nach so plausibel, dass sie wohl die kinetische Auffassung eines Großteils der Bevölkerung ganz gut wiedergibt. Tests mit erstsemestrigen Physik-Studierenden zeigen, dass selbst unter offenbar physik-interessierten ehemaligen SchülerInnen drei Jahre Bewegungslehre (im heutigen Schul- und Unigebrauch Klassische Mechanik genannt) bei einem nicht unbeträchtlichen Anteil auf eine gewisse Unbeweglichkeit im Denken und Neu-Lernresistenz treffen. Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass ein Körper in Ruhe oder gleichförmiger Bewegung verharrt, solange keine Kraft auf ihn wirkt. Diese Aussage heißt auch Erstes Newton‘sches Axiom und gilt, trotz mehr als 300 Jahren auf dem Buckel, unbestreitbar noch heute und morgen. Eine solche Abstraktion auf fundamentale Bewegungsprinzipien ist eine beachtliche Geistesleistung, da sie der Empirie widerspricht. Unsere Welt wird von Reibungskräften dominiert, daher werden wir selbst beim Radfahren in der Ebene müde, müssen schaukelnde Kinder immer wieder abschubsen und ein Billardspiel benötigt mehr als einen einzigen Stoß, weil die Kugeln aufgrund von Reibung zur Ruhe kommen. Das antike Verständnis von Bewegungsvorgängen ist so gesehen phänomenologisch korrekt, dringt jedoch nicht bis zu den zu Grunde liegenden Prinzipien vor. Wie man es dreht und wendet, hat darob jede Epoche ihre wissenschaftliche Wahrheit, wobei dieser Ausdruck in einem psychologischen und keinem wissenschaftstheoretischen Sinn verstanden werden möge. Es lässt sich nur mutmaßen darüber, wie eine Science Fiction-Serie à la Pythagoras, Parmenides und Platon ausgesehen hätte, aber die eine oder andere Utopie zum Thema Fortbewegung gehört für uns heute wohl zum Profan-Alltäglichen.

Das bisschen Einstein im iPhone

Die bis dato beste Theorie der klassischen Bewegungslehre (und daher Physik-Stoff dreier AHS-Klassen) geht auf den bereits erwähnten Isaac Newton zurück, der wohl als wichtigster Wissenschafter aller bisherigen Zeiten bezeichnet werden darf. Das zweite Newton‘sche Axiom war das erste physikalische Theorem, das – wenn auch zunächst in Worten – als sogenannte Differentialgleichung formuliert wurde und die Änderung und nicht die Aufrechterhaltung des Bewegungszustandes mit einer Krafteinwirkung in Verbindung brachte. In diesem Sinne ist jede Bewegung ewig, die Gestirne bewegen sich auf ihren Bahnen aber praktisch reibungsfrei und deshalb wird diese Kontinuität nur dort und im physikalischen Experiment unter künstlich hergestellten Bedingungen sichtbar. Ausgehend von diesem Bewegungsprinzip lassen sich Bewegungsgleichungen für alle möglichen praktischen und unpraktischen Situationen und Anwendungen formulieren, und Ingenieure bauen damit bis heute Tretroller, pferdelose Kutschen und Flugapparate. Durch jahrelange Gehirnwäsche in Schulen und Akademien lässt sich der menschliche Geist bisweilen sogar so weit bringen, dass sich ein intuitives Verstehen dieser Newton‘schen Klassischen Mechanik einstellt und die von Reibung dominierte Kinesis des Alltags nichts als ein lästiger atmosphärischer Spezialfall einer gar entzückenden und ästhetischen Theorie der Bewegung ist.
Newton hat mit seinem wissenschaftlichen Hauptwerk, der Principia Mathematica, zweifelsohne mittelbar zu unzähligen technischen und weiteren wissenschaftlichen Errungenschaften beigetragen. Der nächsten und bis dato letzten großen Revolution der (makroskopischen) Bewegungslehre, der Speziellen Relativitätstheorie (SRT), wird schon deutlich weniger praktische Nützlichkeit zugetraut. Die Effekte und Konsequenzen der Speziellen Relativitätstheorie entziehen sich derart des menschlichen Alltags und einer empirischen Erfahrbarkeit, dass selbst einschlägig Gebildete oft nur durchdringend akzeptieren aber nicht intuitiv verstehen können, wie die bewegte Welt in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit funktioniert. Albert Einstein erkannte, dass selbst die so erfolgreiche Klassische Mechanik lediglich ein Spezialfall dieser deutlich abstrakteren und geradezu kontraintuitiven Theorie der Bewegungszustände ist. Die Spezielle Relativitätstheorie ist eine Verallgemeinerung der Newtonschen Klassischen Mechanik für hohe Geschwindigkeiten; insofern ist Newtons Theorie nicht falsch, sondern besitzt seit Einsteins Erkenntnis zu Beginn des 20. Jahrhunderts erst einen definierten Gültigkeitsbereich. Über den Daumen gepeilt können Sie sich bis etwa zu einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit getrost auf Newton berufen, sollten Sie vorhaben schneller zu reisen, wird dringend zu relativistischer Lektüre geraten.
Die von der Theorie vorausgesagten relativistischen Effekte machen sich aber nicht nur in schlecht gelüfteten Büros von theoretischen PhysikerInnen und schrulligen Science Fiction-AutorInnen (nicht selten in Personalunion) bemerkbar. Die militärischen Satelliten des Global Positioning Systems GPS, einer Anwendung, die sich heute in Langstreckenraketen, Traktoren und Mobiltelefonen findet, müssen relativistisch korrigiert werden, um dauerhaft genau zu arbeiten.

beamEtikettenschwindlig?

Vermutlich hätte Einstein die Idee einer Teleportationsmaschine gefallen, er soll von der gemütlicheren Sorte Mensch gewesen sein. Zu Beginn seiner Karriere waren die Quanten­mechanik und damit Heisenbergs dem Beamen abträgliche, eingangs erwähnte Unschärferelation auch noch nicht bekannt. Was hingegen recht deutlich überliefert ist, ist, dass Einstein später die Quantenmechanik, also die Beschreibung der Bewegung von elementaren, mikroskopischen Teilchen nicht wirklich gefallen hat.

“Es scheint hart, dem Herrgott in die Karten zu gucken. Aber dass er würfelt und sich tele­pathischer Mittel bedient (wie es ihm von der gegenwärtigen Quantentheorie zugemutet wird), kann ich keinen Augenblick glauben.” Brief an Cornelius Lanczos, 21. März 1942

Gerade ein Phänomen der Quantenphysik macht aber momentan reißerische Schlagzeilen in populärwissenschaftlichen Publikationen, indem man sich spitzfindingerweise des einschlägigen Science Finction-Jargons bedient. Anton Zeilinger, der österreichische Vorzeigephysiker aus Ried im Innkreis, konnte viel Aufmerksamkeit mit seinen Teleportationsexperimenten auf sich ziehen. Dabei wird beim Zeilinger‘schen Beamen keine Materie trans- oder teleportiert, sondern ein wie Einstein ihn nannte telepathischer Effekt der Natur ausgereizt, die sogenannte Verschränkung von Quantenobjekten. Einstein nannte den selben Effekt auch „spukhafte Fernwirkung“, was seine Skepsis und Überheblichkeit in Bezug auf diese neue Physik gleichermaßen zum Ausdruck bringt. Dabei ist diese Verschränkung weder spukhaft noch telepathisch, sondern ein weiteres Puzzleteil zum Verständnis der Natur und ihrer für unsere postprimatischen Kleingeister mitunter aberwitzig anmutenden Erscheinungen. Aber auch das ist eine andere Geschichte.

Weiterführendes:
http://www.tempolimit-lichtgeschwindigkeit.de/
http://homepage.univie.ac.at/franz.embacher/
http://www.quantum.at/

Neuen Kommentar schreiben

Plain text

  • Keine HTML-Tags erlaubt.
  • Internet- und E-Mail-Adressen werden automatisch umgewandelt.
  • HTML - Zeilenumbrüche und Absätze werden automatisch erzeugt.
By submitting this form, you accept the Mollom privacy policy.