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4.5 Quantenradierer

Der Kopenhagener Deutung zufolge befindet sich ein "unbeobachtetes" Quantensystem in einer Überlagerung aller möglichen Eigenzustände. Führt man eine "Messung" aus, so kommt es zum "Kollaps der Wellenfunktion" und man erhält immer einen ganz konkreten Messwert, wobei die Wahrscheinlichkeit für das Ergebnis dem Absolutquadrat der Wellenfunktion entspricht. Im Falle eines Elementarteilchens oder Photons gilt als Messung alles, was in irgendeiner Weise Aufschluss darüber geben könnte, auf welcher Bahnkurve sich das Teilchen tatsächlich bewegt hat. Es spielt dabei keine Rolle, ob derjenige, der das Experiment durchführt, diese Information auch zur Kenntnis nimmt. Es reicht vollkommen aus, dass diese Information prinzipiell verfügbar ist.

Ein bestimmter Typ von Experiment, der diesen Aspekt der Quantenmechanik besonders deutlich zum Ausdruck zu bringen scheint, nennt sich Quantenradierer. Im Nachfolgenden wird eines dieser Experimente [Walborn2000] näher untersucht. Eine gute Zusammenfassung von Prof. Luis Orozco von der Stony Brook University findet sich an dieser Stelle. Da der Artikel ein gutes Beispiel für das beinahe hoffnungslos erscheinende Verständnisproblem der derzeitigen Physik darstellt, wird er hier aus dem Englischen übersetzt wiedergegeben. Der Orginaltext ist dabei in italic gesetzt und grau hinterlegt. An an einigen Stellen finden sich Anmerkungen, welche das Experiment aus der Perspektive der Quantinotheorie erläutern. Dabei wird sich zeigen, dass sich die geschilderten Beobachtungen und Phänomene durch die Quantinotheorie mühelos und erstaunlich anschaulich erklären lassen.


Dieses Experiment benutzt das Phänomen der Interferenz von Licht hinter einem Doppelspalt, um das quantenmechanische Prinzip der Dualität zwischen Teilchen und Welle zu untersuchen. Einen besonderen Zustand des Lichtes ausnutzend, erzeugen Walborn und seine Mitarbeiter zunächst ein Interferenzmuster, machen dann eine "Welcher-Weg"-Messung, die die Interferenz zerstört und löschen danach die "Welcher-Weg"-Information wieder aus, wodurch das Interferenzmuster zurückkehrt. Dieses Experiment zeigt deutlich die Art und Weise in welcher die Natur auf der Quantenskala unintuitiv ist und macht deutlich, dass unsere Sichtweise, die auf der Alltagserfahrung der klassischen Physik basiert, oft völlig inadäquat ist, um die Quantenwelt zu verstehen.

Die Besonderheiten der Quantenmechanik

Interferenz
Jede Welle in der Natur ist dazu fähig, Interferenz zu erzeugen. Mathematisch gesehen ist eine Welle eine Amplitude, welche positiv oder negativ sein kann. Wenn sich zwei Wellen räumlich überlagern, so addieren und subtrahieren sich die Amplituden und erzeugen ein Muster aus Bergen und Tälern. Dies kann auch bei Wasserwellen beobachtet und bei Schallwellen wahrgenommen werden. Licht ist ebenfalls eine Welle. Und wenn es auf einen Doppelspalt trifft, so erzeugt es ein Muster aus hellen und dunklen Stellen.

Abbildung 4.5.1
Interferenz und Photonen
Quantenmechanik behandelt alle Phänomene auf atomarer Ebene. Der kleinste Bestandteil des Lichtes ist das unteilbare Photon. Was passiert, wenn ein einzelnes Photon auf einen Doppelspalt trifft?

Mathematisch gesehen ist die Quantenbeschreibung der Interferenz nicht anders als die bei einer klassischen Welle. Quantenmechanik sagt nichts darüber aus, auf welchen Bahnen sich Teilchen bewegen. Stattdessen liefert es die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilchen diesen oder jenen Weg geht. In diesem Fall hat ein einzelnes Photon eine fünfzig-prozentige Chance dafür, dass es durch den linken Spalt geht und eine fünfzig-prozentige Chance, dass es durch den rechten Spalt geht. Ein Teilchen wird mathematisch durch eine Wellenfunktion beschrieben, welche, wie in der klassischen Physik, positiv oder negativ sein kann. Es ist diese Wellenfunktion die sich konstruktiv oder destruktiv zu einem Interferenzmuster überlagert. Die Quantenmechanik sagt uns aber nicht, durch welchen Spalt das Teilchen gehen wird.

Ein einzelnes Photon kann natürlich auf dem Schirm kein ganzes Interferenzmuster erzeugen. Wenn aber Photonen einzeln und nacheinander durch die Schlitze gehen und jedes von ihnen einen kleinen Fleck auf dem Leuchtschirm hinterlässt, dann bildet sich nach einiger Zeit das Interferenzmuster. Die Abbildungen 4.5.2 bis 4.5.7 zeigen die Bildung des Interferenzmusters. Es ist leicht vorstellbar, dass jedes Photon durch einen der beiden Schlitze gehen muss.

Abbildung 4.5.2
Abbildung 4.5.3
Abbildung 4.5.4

Abbildung 4.5.5
Abbildung 4.5.6
Abbildung 4.5.7


Die Quantinotheorie erklärt Licht und Photonen weit weniger vage, als es in der Standardphysik der Fall ist, nämlich als klassische elektromagnetische Welle, in der sich zusätzlich Photonen bewegen. Photonen sind dabei nichts weiter als elektrisch neutrale Elementarteilchen, welche keine schwere Masse besitzen, da sich die beiden Ladungsmengen unterschiedlichen Vorzeichens in ihnen auf die gleiche Weise bewegen. Die elektromagnetische Welle, die aus Myonen winzigster Informationspartikel besteht, verhält sich in jeder Beziehung klassisch, wobei die "Energie" eines einzelnes Quantinos um viele Größenordnungen kleiner ist als die eines Photons des sichtbaren Spektralbereichs. Licht tritt daher hauptsächlich durch die in ihnen enthaltenen und im Vergleich zu den Quantinos viel massiveren Photonen in Erscheinung, die sehr wohl träge Masse besitzen.

Beim Doppelspalt tritt nun die elektromagnetische Welle, die auch als Führungswelle bezeichnet wird, immer durch beide Schlitze gleichzeitig. Die in ihnen enthaltenen Photonen können jedoch immer nur einen der Schlitze passieren, da sie unteilbar sind. Warum aber scheinen sie miteinander zu interferieren, obwohl sie doch nacheinander auf die Schlitzblende treffen? Der Grund ist die elektromagnetische Welle, die wie jede andere Welle auch, mit sich selbst interferieren kann, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Angenommen, diese sind erfüllt, dann entsteht hinter dem Doppelspalt ein Raumgebiet, in dem die Intensität ortsabhängig ist (Siehe Abbildung 4.2.5). Diese räumlich variierende Intensität, die im Übrigen dem Betragsquadrat der Wellenfunktion entspricht, führt nun zu einer ganz realen und auch messbaren Kraft - der ponderomotorischen Kraft - welche die elektrisch neutralen Photonen in die Bereiche hoher Intensität zieht. Sie treffen daher zwangsläufig dort viel häufiger auf, wo die klassische elektromagnetische Welle konstruktive Interferenz aufweist. Von der eigentlichen elektromagnetischen Welle bekommt der Detektor nichts mit.

Bis hierher ist im Rahmen der Quantinotheorie also alles recht einfach und anschaulich. Doch folgen wir weiter dem Artikel von Prof. Orozco.

Welcher Weg?
Es ist schwierig an dieser Stelle nicht versucht zu sein zu fragen, durch welchen Weg das Photon wirklich geht. Und wenn uns die Quantenmechanik nicht sagen kann, welchen Weg ein Photon gehen wird, vielleicht gibt es ein anderes Mittel, um es herauszufinden? Es scheint jedenfalls vernünftig anzunehmen, dass das Photon einen Schlitz auswählt, durch den es hindurchgeht. Man könnte annehmen, dass die Quantenmechanik einfach nur unzureichend ist, um uns die Gesamtinformation zu liefern.

Dies ist eine Frage, über die viele, einschließlich Albert Einstein, Richard Feynman und Werner Heisenberg, intensiv nachgedacht haben. Sie entwickelten Gedankenexperimente zur Messung der "Welcher-Weg"-Information eines Teilchens und seinem jeweiligen Beitrag zum Interferenzmuster. Sie kamen jedoch zu einer ziemlich verblüffenden Schlussfolgerung, nämlich dass es nicht möglich ist die "Welcher-Weg"-Information zu erhalten und gleichzeitig das Interferenzmuster zu beobachten. Man kann ein Experiment so gestalten, dass man "beobachten" kann durch welchen Schlitz ein Photon geht. Es lässt sich feststellen, ob ein Photon durch den einen Schlitz oder durch den anderen gegangen ist. Aber wenn das Experiment in dieser Form modifiziert wurde, hören die Photonen auf zusammen das schöne Muster aus hellen und dunklen Flecken zu bilden. Stattdessen treffen sie den Schirm als ein heller großer Fleck, genauso, als wenn nur ein einziger Schlitz anstelle von zwei Schlitzen existieren würde.

Man könnte sich fragen, ob dieses seltsame Verhalten einfach nur die Folge einer Störung des Photons durch den "Welcher-Weg"-Detektor ist. Der Detektor könnte ja etwas am Photon verändern, sodass es von seinem Kurs zur Stelle im Interferenzmuster abkommt. Die Antwort ist, das ist nicht der Fall, wie das nachfolgend beschriebene Experiment zeigt. Ein "Welcher-Weg"-Detektor lässt sich so designen, dass es in keiner Weise möglich ist das Photon zu stören. Trotzdem wird dieses Phänomen beobachtet. Es ist nicht möglich, die "Welcher-Weg"-Information und das Interferenzmuster zur gleichen Zeit zu beobachten. Dies ist ein Beispiel für das quantenmechanische Prinzip der komplementären Observablen. Es gibt Paare von Messgrößen, welche jeweils einzeln, aber niemals zusammen, gemessen werden können. Man kann alles über die eine wissen, aber dann weiß man nichts über die andere und umgekehrt.

Experimentelle Untersuchung

Verschränkte Photonen
Das Licht, welches in diesem Experiment benutzt wird, befindet sich in einem besonderen Zustand aus zwei Photonen die verschränkt genannt werden. Bei diesen Photonen ist die Polarisation streng miteinander korreliert.

(Polarisation ist die Richtung, in welche das elektrische Feld des Lichtes oszilliert. Licht kann linear in y-Richtung polarisiert sein, was bedeutet, dass das elektrische Feld auf- und abschwingt. Oder es kann linear in x-Richtung polarisiert sein, wobei es dann von links nach rechts oszilliert. Licht kann aber auch zirkular polarisiert sein. In diesem Fall schwingt das elektrische Feld mit einer sich ständig ändernden und sich um die Achse der Ausbreitungsrichtung des Lichtes rotierenden Orientierung. Die Spitze des elektrischen Feldstärkevektors folgt dabei einem Korkenziehermuster. Licht kann linkshändig zirkular polarisiert sein, was bedeutet, dass das elektrische Feld entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, oder es ist rechtshändig zirkular polarisiert und rotiert mit dem Uhrzeigersinn.)

Abbildung 4.5.8
Die verschränkten Photonen werden so erzeugt, dass sie rechtwinklig zueinander linear polarisiert sind. Wenn gemessen wird, dass ein Photon y-polarisiert ist, dann weiß man mit Sicherheit, dass das andere in x-Richtung polarisiert ist. Es ist nicht korrekt die beiden Photonen als eigenständige Einheiten zu betrachten, vielmehr bilden sie eine Einheit. Sie können sich sehr weit voneinander entfernen, aber sie verlieren niemals ihre Korrelation. Dieser Zustand wird, nach John Bell, Bell-Zustand genannt.

Die verschränkten Photonen werden durch einen Prozess erzeugt, der Parametrische Fluoreszenz (spontaneous parametric down conversion) genannt wird. Sie findet in einem besonderen, optisch nichtlinearen Kristall namens Betabariumborat (BBO) statt. Ein Photon von einem Argon-Ionen-Pumplaser (351.1 nm) wird zu zwei längerwelligen (702.2 nm) Photonen umgewandelt. Die beiden Photonen gehen in zwei verschiedene Richtungen. In diesem Experiment nennen wir die eine Richtung p und die andere s. Die Photonen, die dem Pfad p folgen, werden p-Photonen genannt und die, welche sich entlang des s-Pfades bewegen, werden als s-Photonen bezeichnet.

Doppelspalt-Interferenz
Abbildung 4.5.9
Das Interferenzmuster des Doppelspaltes wird wie folgt gemessen: Die s-Photonen sind diejenigen, die das Interferenzmuster erzeugen. Sie bewegen sich durch den Doppelspalt zum Detektor Ds. Die p-Photonen bewegen sich direkt zum Detektor Dp. Wenn Dp ein Photon detektiert, sendet er ein "click" zum Ereigniszähler (coincidence counter). Der Zähler wartet, bis der mit dem p-Photon verschränkte Partner durch Ds registriert wird. Wenn dieses zweite "click" erkannt wird, wird ein Ereignis aufgezeichnet. Insgesamt läuft die Zählung für 400 Sekunden. Danach wird der Detektor Ds einen Millimeter verschoben und die Anzahl an Ereignissen im nächsten 400-Sekunden-Intervall an der neuen Detektor-Position gezählt. Das wird solange wiederholt, bis der Detektor Ds die gesamte Region gescannt hat, die dem in der Abbildung gezeigten Schirm entspricht.

Die Ergebnisse werden als Funktion der Ereignisanzahl in Abhängigkeit von der Detektor-Position Ds dargestellt. Das Interferenzmuster ist deutlich zu sehen.

"Welcher-Weg"-Detektor
Abbildung 4.5.10
Um einen "Welcher-Weg"-Detektor zu erhalten, wird ein λ/4-Plättchen (QWP) vor jeden Schlitz angebracht. Ein λ/4-Plättchen ist ein spezieller Kristall, welcher linear polarisiertes Licht in zirkular polarisiertes verwandelt. Die beiden Plättchen werden so gewählt, dass ein Photon mit einer speziellen linearen Polarisation durch das eine Plättchen in ein rechts-zirkulares und durch das andere Plättchen in ein links-zirkulares Photon umgewandelt wird.

Mit dieser Anordnung ist es möglich zu ermitteln, durch welchen Schlitz ein Photon gegangen ist, ohne das s-Photon in irgend einer Weise zu stören. Falls wir die Polarisation des p-Photons messen und x feststellen, so können wir - weil die s- und p-Photonen ein verschränktes Paar bilden - sagen, dass das s-Photon vor dem λ/4-Plättchen y polarisiert war. QWP 1, welches sich vor Schlitz 1 befindet, ändert das y-polarisierte Photon in ein rechts-zirkular polarisiertes Photon, während QWP 2 dieses in ein links-zirkular polarisiertes Photon umwandelt. Dadurch ist es möglich durch Messung der Polarisation des s-Photons am Detektor zu sagen, durch welchen Schlitz es ging. Die selbe Argumentation gilt für den Fall, wenn für das p-Photon ermittelt wird, dass es y-polarisiert war. Die folgende Tabelle liefert eine Zusammenfassung.

Ermittelte Polarisation für das p-Photon Polarisation von s vor den QWP's Polarisation des s-Photons nach dem Passieren von QWP 1 und Schlitz 1 Polarisation des s-Photons nach dem Passieren von QWP 2 und Schlitz 2
x y R L
y x L R

Die Anwesenheit der beiden λ/4-Plättchen liefert einem Beobachter die Möglichkeit die "Welcher-Weg"-Information des s-Photons zu erlangen. Wenn diese Information verfügbar ist, verschwindet das Interferenz-Verhalten. Es ist dabei nicht notwendig die Polarisation von p zu messen und auszurechnen durch welchen Schlitz s gegangen ist. Wenn die λ/4-Plättchen erst einmal da sind, so sind die s-Photonen sozusagen markiert.

Die Ereigniszählung wurde für jede Detektor-Position wie zuvor ausgeführt und es wurde festgestellt, dass das Interferenzmuster in der Tat verschwunden war.

Abbildung 4.5.11
Für den Fall, dass Sie misstrauisch gegenüber den λ/4-Plättchen sind, wird angemerkt, dass eine Änderung der Polarisation bei einem gegebenen Lichtstrahl keinen Einfluss auf das Interferenzmuster hat, das dieser am Doppelspalt erzeugt. Das Muster bleibt für einen x-, y-, links- oder rechts-zirkular polarisierten Strahl das selbe.

Es ist daher seltsam, dass die Anwesenheit der λ/4-Plättchen die s-Photonen dazu bringt, derart drastisch ihr Verhalten zu ändern. Man kann nicht anders, als sich zu fragen, woher diese Photonen wissen, dass wir wissen könnten, durch welchen Schlitz sie gegangen sind?


An dieser Stelle muss man festhalten, dass es zwar keine Rolle spielt, wenn man die Polarisation einer Welle vor beiden Schlitzen auf die gleiche Weise ändert, aber es sehr wohl von Bedeutung ist, wenn man die Polarisation vor einem Schlitz nach links-zirkular und vor dem anderen nach rechts-zirkular wandelt. Zwei gegenläufig zirkular polarisierte Wellen, egal welchen Typs, interferieren nämlich nicht! Und das bedeutet wiederum, dass die Intensität der elektromagnetischen Welle hinter dem Doppelspalt überall gleich ist und höchstens mit der Entfernung zu den Schlitzen abnimmt. Und ohne variierende Intensität gibt es keine ponderomotorische Kraft, keine krummlinigen Photonenbahnen und auch keine Photoneninterferenzmuster.

Auch hier gilt also, dass nichts aber auch nichts den Erwartungen im Rahmen der Quantinotheorie widerspricht. Weiter geht es mit dem sogenannten Quantenradierer und dem Kern des eigentlichen Experiments.

Quantenradierer
Abbildung 4.5.12
Um die Merkwürdigkeit des Ganzen noch zu erhöhen, wird im nächsten Schritt die Interferenz zurückgebracht, ohne irgend etwas am Strahl s zu ändern. Und zwar wird ein Polarisationsfilter in den p-Strahl eingefügt, welcher Licht durchlässt, welches eine Kombination aus x- und y-Polarisation ist. Es ist nun nicht länger möglich mit Sicherheit die Polarisation von s vor den λ/4-Plättchen zu bestimmen und daher können wir nicht wissen welchen Schlitz ein s-Photon genommen hat. Die s-Photonen sind nicht länger markiert. Die Möglichkeit an die "Welcher-Weg"-Information zu gelangen wurde ausradiert.

Die Ereigniszählung wurde mit Polarisationsfilter wiederholt. Es zeigt sich, dass das Interferenzmuster zurück ist.

Abbildung 4.5.13
Woher weiß das s-Photon, dass wir dort einen Polarisationsfilter eingefügt haben?

s-Photon und p-Photon sind verschränkt. Photon p muss in der Lage sein mit s in irgendeiner uns unbekannten Weise zu kommunizieren. Es muss s mitteilen, ob es ein Muster erzeugen soll oder nicht. Aber wie wir sehen werden, das scheint nicht der Fall zu sein. Im nächsten Abschnitt werden die Dinge noch seltsamer.

Verzögerte Auslöschung
Das Experiment wurde bis zu diesem Punkt so durchgeführt, dass das p-Photon vor dem s-Photon detektiert wurde. Das Auslöschen der "Welcher-Weg"-Information wurde durch eine Veränderung des Weges p und anschließendem Messen von s erreicht. Man könnte etwas Vertrauen in den gesunden Menschenverstand zurückgewinnen, indem man anfängt zu glauben, dass hier irgend eine Art von Kommunikation zwischen p und s stattfindet sodass s weiß, ob es interferieren soll oder nicht. Vielleicht trifft das p-Photon den Polarisationsfilter und sendet sofort eine Botschaft an s, welche mitteilt, dass die Interferenz-Route wieder erlaubt ist. Das ist nicht der Fall, wie das nächste und letzte Teil des Experiments zeigt.

Der Pfad des Strahls p wird verlängert (der Polarisationsfilter und der Detektor werden weiter vom BBO-Kristal entfernt), sodass das s-Photon als erstes detektiert werden kann. Man erhält die Interferenzstreifen wie zuvor. Dann werden die λ/4-Plättchen hinzugefügt, um an die "Welcher-Weg"-Information zu gelangen. Das Interferenzmuster, sowie das Fehlen desselben, wird in den Abbildung 4.5.14 und 4.5.15 gezeigt.

Abbildung 4.5.14
Abbildung 4.5.15
Als nächstes wird die Radierer-Messung ausgeführt. Bevor Photon p den Polarisationsfilter erreicht, wird s detektiert. Doch es stellt sich heraus, dass das Interferenzmuster immer noch vorhanden ist. Es scheint so, als ob das s-Photon ohne ein geheimes Signal vom p-Photon wissen würde, dass die "Welcher-Weg"-Markierung ausgelöscht wurde und dass das Interferenzmuster wieder da zu sein hat.

Wie kann das sein? Es ergibt keinen Sinn, dass Photon p vom Polarisationsfilter weiß, bevor es diesen erreicht hat. Es kann den Polarisationsfilter nicht "wahrnehmen" während es so weit entfernt ist und daher auch kein geheimes Signal an s senden. Oder doch? Und wenn Photon p Dinge von so weit weg wahrnehmen kann, warum sollten wir nicht auch annehmen, dass auch s dazu in der Lage ist.

Abbildung 4.5.16
Vielleicht ist es diese Verschränkung, welche eine bedeutendere Rolle spielt, als wir dachten. Die beiden Photonen sind verschränkt. Sie gehören zusammen in einer speziellen Weise, welche nicht aufhört, egal wie weit sie auseinander sind. Es scheint so, als hätten diese verschränkten Photonen auch eine Art von verschränkter Verbindung mit den λ/4-Plättchen und dem Polarisationsfilter.

Sinn aus dem Unsinn schöpfen

Das Experiment verdeutlicht, dass die Interferenz durch die "Welcher-Weg"-Markierung zerstört wird und dass es durch Auslöschung am Partner p wieder hergestellt werden kann.

In dieser Konfiguration ändert die "Welcher-Weg"-Messung weder den Impuls noch die Position des Photons, sodass dies nicht die Ursache der Vernichtung des Interferenzmusters sein kann. Wir können das Verschwinden der Interferenz nur dem Fakt zuschreiben, dass die Photonen verschränkt sind und dass die Anwesenheit der λ/4-Plättchen diese Verschränkung verändert. Das Interferenzmuster kann wegen der Verschränkung der Photonen durch eine "Auslöschungsmessung" und der Art, wie die Anwesenheit der λ/4-Plättchen und des Polarisationsfilters die Verschränkung beeinflusst, zurückgebracht werden.

Verschränkung ist etwas, dem man nicht im Alltag begegnet. Das Konzept der Lokalisiertheit gilt nicht für den verschränkten Zustand, wie es das für alles andere in unserer Erfahrung tut. Wir nehmen Dinge an bestimmten Orten wahr und können sagen, dass sich ein Gegenstand hier und nicht dort befindet. Und ganz sicher nehmen wir Dinge nicht an zwei Orten gleichzeitig wahr. Auf Quantenebene ist das jedoch möglich. Zwei Photonen, welche sich im Zustand der Verschränkung befinden, kann man über das ganze Universum verteilen, trotzdem sind sie noch immer verbunden. In diesem Experiment wurde mit jedem Schritt die Art und Weise wie die Photonen verschränkt sind verändert. Dies führte zu den sehr seltsamen Ergebnissen, die wir beobachtet haben. Wir neigen dazu zu denken Photon p wäre an einem Ort und das Photon s an einem anderen. Aber das ist nicht wirklich der Fall. Wir müssen anfangen in einer Weise zu denken, die nicht zu unserer Erfahrung aus einer makroskopischen Welt passt. Verschränkung scheint eine sehr wichtige Rolle in der Welt der Quanten zu spielen. Daher müssen wir sie in einer neuen Weise betrachten.

Dieses Quantenradierer-Experiment ist eines von den vielen durchgeführten Experimenten, die einen Weg aufzeigen, die seltsamen Eigenarten der Quantenmechanik zu verstehen. Wir haben es hier mit seltsamen Konzepten wie Verschränkung und Nichtlokalität zu tun. Vielleicht ist das gerade erst der Anfang einer Reise zu einem tieferen Verständnis des Universums und zu neuen Entdeckungen.

Prof. Orozco fragt an einer Stelle, woher das s-Photon weiß, dass sich im p-Strahl ein Polarisationsfilter befindet. Nun, das Photon weiß nichts darüber und es braucht auch nichts darüber zu wissen. Man kann stattdessen davon ausgehen, dass es sich bei den elektromagnetischen Wellen in beiden Strahlen um stehende Wellen handelt und sich nur die Photonen wirklich in Richtung der Detektoren bewegen. Dieses ist zwar eine ad-hoc-Hypothese, aber eine ziemlich naheliegende. Bei einer stehenden Welle läuft eine Welle in die eine Richtung und eine identische Welle in die andere. Der Polarisationsfilter dreht also nicht nur die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes um 45°, sondern schickt diese Welle auch noch zurück in den s-Strahl.

Das bedeutet, dass die elektromagnetische Welle im s-Strahl nun im 45°-Winkel zur reinen x- bzw. zur reinen y-Polarisationsebene schwingt. Die λ/4-Plättchen sind damit wirkungslos und es entstehen weder links- noch rechts-zirkular polarisierte Wellen. Daher tritt auch wieder eine Interferenz auf, ganz so, wie es auch die klassische Physik vorhersagen würde. Dies wiederum erzeugt ein nicht-triviales Intensitätsmuster hinter den Spalten und es kommt wegen der ponderomotorischen Kraft zum erwarteten Interferenzmuster der Photonen.

Alle im Experiment beschriebenen Maßnahmen beeinflussen die elektromagnetische Führungswelle letztlich so, dass die Interferenz verschwinden oder wieder auftauchen muss. Und da die Intensität der elektrischen Führungswelle und die Wahrscheinlichkeitsamplitude der Quantenmechanik wahrscheinlich ein und dasselbe ist, könnte es sogar universell richtig sein, dass man nichts über den Pfad herausfinden kann, ohne die Interferenz zu zerstören. Das hat nichts damit zu tun, dass sich die Photonen darum kümmern würden, ob wir wissen oder auch nur wissen könnten, auf welchem Weg sie sich durch den Schlitz bewegt haben. Die "Welcher-Weg"-Information lässt sich vermutlich einfach nicht ermitteln, ohne die Intensitätsmuster zu zerstören, die eben nun einmal zur Interferenz führen.

Zum Abschluss noch ein Wort zur Verschränkung. Verschränkung wirkt hier sehr geheimnisvoll. Tatsächlich verbirgt sich nicht mehr dahinter als die Tatsache, dass die Polarisationsrichtungen der elektromagnetischen Wellen in beiden Teilstrahlen aufgrund einer physikalischen Gesetzmäßigkeit im Betabariumborat grundsätzlich senkrecht aufeinander stehen müssen. Aufgrund dieser Gesetzmäßigkeit ist es möglich, bei Kenntnis der Polarisation des einen Strahls sofort auf die des anderen zu schließen. Und da die elektromagnetische Führungswelle den enthaltenen Photonen ihre Polarisation aufzwingt, sind die Photonen, die im BBO scheinbar immer paarweise entstehen, grundsätzlich von der Polarisation her miteinander korreliert. Sie sind aber nicht über ein unsichtbares, galaxie-übergreifendes Band verbunden. Es sei denn, man betrachtet die elektromagnetische Führungswelle als eben dieses Band.

Die Natur ist am Ende also doch einfach, intuitiv und anschaulich. Sogar auf Quantenebene.