Der Quanten-Zeno-Effekt
Im englischen gibt es die schöne Redewendung “I can’t wrap my head around this.” Und um was die alten Griechen (und bestimmt auch die jungen Griechen) ihren Kopf nicht wickeln konnten, das war z.B. das Paradoxon des Zenon von Elea. Es fragt: Wie kann ein Pfeil fliegen? Zu jedem Zeitpunkt steht er doch still an einem Ort?
Natürlich konnte dieses Paradoxon und ähnliche später durch die Infinitesimalrechnung aufgelöst werden, aber wenn wir heute unseren Kopf so richtig aufwickeln wollen, müssen wir uns nur in die mikroskopische Welt bewegen. Die Aussagen der Axiome scheinen manchmal eher auf dem Niveau esoterischer Prognosen, aber das bittersüße an der Physik ist ja: Wir können es messen. Und bitter ist, wenn wir unseren Kopf nicht drum kriegen, was wir da beobachten - also wenigstens ich bekomme ihn nicht rum um den Quanten-Zeno-Effekt.
Wir müssen wieder mal die Katze im Sack, bzw. in die Kiste sperren - Schrödingers Katze. Wir wissen - die Katze sitzt in einer geschlossenen Kiste. Ein Schalter wird durch den Zerfall eines radioaktiven Atoms ausgelöst, und wird in Konsequenz die Katze durch Nervengas töten (kurz und schmerzlos). Die Stabilität des Atoms nimmt exponentiell mit der Zeit ab - aber solange wir die Kiste geschlossen lassen und nicht nachsehen, wissen wir nicht ob es zerfallen ist.
Das sind die quantenphysikalischen Begriffe: die “Messung” ist das Öffnen des Deckels. Dadurch “kollabiert die Wellenfunktion” des Zustands der Katze in entweder |tot> oder |lebendig>. Solange der Deckel aber zu ist, ist die Wellenfunktion noch nicht kollabiert und - jetzt kommts - ist nicht entweder |tot> oder |lebendig> sondern beides gleichzeitig (genauer: eine Überlagerung beider Zustände).
Jetzt kommt die Idee des Quanten-Zeno-Effekt: Wenn wir immer wieder nachschauen könnten, ob das Präparat zerfallen ist oder nicht, dann würde doch jedesmal die Wellenfunktion sich für einen Zustand entscheiden müssen. Und angenommen, die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls steigt mit zunehmender Dauer ohne Messung - würde dann nicht folglich auch gelten, dass man durch sehr häufiges Messen erreichen könnte, dass das System länger stabil gehalten wird? Denn wenn die Wahrscheinlichkeit kurz nach dem Start sehr klein ist, wird man durch Messen recht sicher wieder den Zustand |lebendig> festlegen können. Und wenn man jetzt sehr häufig misst, sollte das System stabiler bleiben als die Exponentialfunktion für den Zerfall vermuten lässt, denn es geht ja jedesmal sicher wieder los im stabilen Zustand.
Nur ein Gedankenexperiment, ein Paradoxon das sich auflösen lässt? Nun, ich weiß es nicht. Ich weiß nur - dieser Effekt wurde bereits gemessen (ohne Katzen, mehr mit Lasern, Atomen und anderem Spielzeug - siehe z.B. die Chad Orzel über ein weiteres Experiment ge-researchbloggt, das den Effekt gefunden hat. Dazu bedarf es natürlich großer experimenteller Fingerfertigkeit - vor allem muss man es hinbekommen, dass man wiederholt messen kann ohne sein Experiment zu zerstören. In diesem Fall hat es etwas mit Mikrowellen und einer Atomuhr zu tun, aber ich bekomme meinen Kopf nicht recht drum herum…



