Matthew Pusey wollte Albert Einstein helfen und hat ihn am Ende erledigt.
2011 war Pusey Doktorand am Imperial College London und arbeitete an Theorien, in denen die Wellenfunktion kein physikalisches Objekt ist, sondern ein Zustand unvollständigen Wissens – Einsteins eigene Position, in moderne Notation übersetzt. Mit Jonathan Barrett und Terry Rudolph verbrachte er Tage damit, dieses Bild zu stärken. Dann hatte er genug und beschloss, stattdessen seine Unmöglichkeit zu beweisen. Das Ergebnis, 2012 veröffentlicht und seither als PBR bekannt, ist Gegenstand einer heute erschienenen großen Geschichte in Quanta Magazine – und es beendet ein Jahrhundert des Feilschens darüber, was die Quantenmechanik bedeuten darf.
Das Feilschen ging so. Das Bell-Theorem von 1964 zeigte, dass keine Theorie, die Teilchen bestimmte Eigenschaften zuschreibt, zugleich lokal sein kann. Das ließ zwei Auswege: die Realität behalten und akzeptieren, dass Einflüsse schneller als das Licht reisen, wie es die Bohmsche Mechanik tut; oder die Lokalität behalten und die objektive Realität aufgeben, wie es Bohrs Kopenhagener Deutung bereits nahegelegt hatte. Ein dritter Weg schien zu überleben, und es war der, den Einstein zu bevorzugen schien. Teilchen haben wirklich Eigenschaften. Die Wellenfunktion ist lediglich unser Wissen über sie – eine Wettervorhersage, nicht das Wetter.
PBR schließt diesen Weg. Das Argument ist ein Kartenspiel.
Ein Geber nimmt die 26 roten Karten aus einem Deck und die vier Asse aus einem anderen. Er zieht nacheinander zwei Karten zufällig aus einem der beiden Stapel und legt sie verdeckt hin. Der Spieler muss eine Kombination von Stapeln nennen, aus der die beiden Karten nicht beide stammen können. Dreht er die Karo-Zwei und das Kreuz-Ass um – eine rote Nicht-Ass-Karte und ein schwarzes Ass –, ist die Antwort leicht: Der Geber kann weder zweimal aus dem roten Stapel noch zweimal aus dem Ass-Stapel gezogen haben. Dreht er das Karo-Ass und das Herz-Ass um, hat der Spieler nichts. Beide Karten könnten aus beiden Stapeln stammen, also ist jede Antwort eine Vermutung mit einer Drei-zu-eins-Chance, und über genügend Runden muss der Spieler verlieren.
Das ist der Unterschied zwischen einem realen Zustand und einem Wissenszustand. „Karo-Ass“ steht auf der Karte. „Aus dem roten Stapel gezogen“ lebt nur im Kopf des Gebers. Der Spieler kann genau deshalb verlieren, weil manche realen Zustände – die roten Asse – zugleich zu zwei verschiedenen Wissenszuständen gehören. Sie überlappen sich.
PBR stellt die Quantenversion des Spiels und fragt, ob Quantenzustände ebenso überlappen können. Die Antwort lautet, unter zwei Annahmen, nein. Die Annahmen sind: Teilchen haben überhaupt reale Zustände, und der reale Zustand eines Teilchens hängt nicht davon ab, wie das andere präpariert wurde – eine Bedingung namens Präparationsunabhängigkeit, die sich von der Lokalität unterscheidet.
Unter diesen Annahmen kann eine Quantenmaschine das Spiel immer gewinnen. Man scannt zwei unbekannte Quantenzustände mit dem richtigen Apparat und kann stets mindestens eine Stapelkombination ausschließen, ohne sie je zu messen. Ein Experiment von 2012 bestätigte das. Im vergangenen Herbst spielte ein Team um Crispin Barnes in Cambridge eine erweiterte Fünf-Karten-Version auf einem IBM-Quantencomputer und gewann jede Runde. Das Motiv war weniger philosophisch als praktisch: Die Forscher nutzten ein Theorem aus den Grundlagen der Quantentheorie als Test dafür, dass ihre Hardware tatsächlich quantisch ist.
Die Wellenfunktion ist also kein Zustand von Unwissen. Etwas in der Welt ändert sich, wenn sie sich ändert. Puseys eigene Zusammenfassung: Wenn irgendetwas real ist, dann ist der Quantenzustand real.
Doch dort hört der Trost auf, denn PBR sagt nicht, dass die Realität das ist, was überlebt. Es schließt genau eine Anordnung aus – eine reale Welt, beschrieben durch einen Quantenzustand, der bloß informativ ist – und lässt beide Extreme intakt. Entweder ist die Realität objektiv und durch und durch surreal, wobei der Kollaps einem physikalischen Ereignis entspricht, das sich niemand vorstellen kann. Oder nichts ist in Einsteins Sinn real, auch die Wellenfunktion nicht, und die Röte einer Billardkugel entsteht tatsächlich erst mit dem Akt des Hinsehens.
Das ist die Frage, die Einstein Abraham Pais stellte – glauben Sie wirklich, der Mond ist nicht da, wenn Sie nicht hinsehen –, weiterhin unbeantwortet, aber mit abgezäuntem Mittelweg.
Manche Physiker haben die erste Tür genommen. Andere, wie Jacques Pienaar von der Bundesuniversität Rio de Janeiro, die zweite: PBR, so hat er gesagt, habe ihn überzeugt, dass das Programm zur Rettung der objektiven Realität tot sei, und er wechselte zum QBismus, dem zufolge die Quantenmechanik die Erfahrung eines Akteurs beschreibt und nicht die Welt. Lucien Hardy vom Perimeter Institute gehört zu denen, die am Kleingedruckten des Theorems herumkratzen und fragen, ob ein Zustand der Realität in einem einzigen Moment ein einziges bestimmtes Ding sein muss oder über die Zeit verschmiert sein könnte. Ein Vorschlag fehlt ihm noch.
Es gibt eine weitere ehrliche Einschränkung. Kaum jemand hatte erwartet, dass das Cambridge-Experiment scheitern würde; das Theorem galt als gesetzt. Was das Experiment zeigte, ist, dass sich PBR in ein Diagnosewerkzeug für Quantenhardware verwandeln lässt – eine Verwendung, die die Metaphysik überdauern könnte. Die Metaphysik selbst steht genau dort, wo sie 1935 stand: eine Option ärmer.
