Quantenphysik: Quantenmechanik ist wahrscheinlich nicht hyperkomplex

Bei der Untersuchung alternativer Theorien zur Quantenmechanik konnten Forscher eine alternative Theorie in einem Experiment widerlegen. Das letzte Wort ist allerdings noch nicht gesprochen.

Artikel veröffentlicht am ,
Ein komplexer Aufbau wies nach, dass die Quantenmechanik nicht hyperkomplex ist.
Ein komplexer Aufbau wies nach, dass die Quantenmechanik nicht hyperkomplex ist. (Bild: Nature)

Die Quanten kommen: Alles Wissenswerte über Quantenthemen erfahren Sie auch auf der Konferenz von Golem.de am 23. Juni in Berlin!


Die Quantenmechanik ist eines der komplexeren Felder der Physik, und das gilt auch im mathematischen Sinn. Ein Forscherteam aus Österreich, den USA und Kanada ist beim Verständnis der Quantenmechanik einen entscheidenden Schritt weitergekommen: Es hat ein Experiment entwickelt, mit dem sich hyperkomplexe Wellenfunktionen nachweisen lassen sollten, wie Nature berichtet.

Stellenmarkt
  1. Physiker / Ingenieur als Wissenschaftlicher Berater (d/w/m)
    VDI/VDE Innovation + Technik GmbH, München
  2. Administrator IT-Operations (m/w/d)
    Ludwig Beck AG, München
Detailsuche

Die Grundlage der Quantenmechanik ist die Beschreibung des Verhaltens von Wellenfunktionen. Schon in der Anfangszeit der Quantenmechanik stellte sich heraus, dass dafür Gleichungen mit komplexen Zahlen benötigt werden, um die beteiligten Größen der Realität entsprechend beschreiben zu können. Die Wahl der komplexen Zahlen ist dabei willkürlich. Es ist durchaus denkbar, dass die Wellenfunktionen mit hyperkomplexen Zahlenkonstrukten, wie Quaternionen, beschrieben werden müssten, bei denen zu der komplexen Zahl i noch ein j und ein k hinzukommen.

A und B ist nicht immer B und A

Bei ihrem Experiment nutzen die Forscher aus, dass nicht alle Operationen in der Quantenmechanik umkehrbar sein müssen. Die Forscher drehen zunächst die Polarisationsebene eines Photons mit einem Flüssigkristall um 180 Grad in eine Richtung (A) und anschließend mit Hilfe eines Metamaterials mit negativem Brechungsindex wieder zurück (B). Entsprechend der normalen Quantenmechanik sollte es egal sein, in welcher Reihenfolge die beiden Bauteile durchlaufen werden.

In der mathematischen Beschreibung der Quantenmechanik entspricht das Durchlaufen der beiden Bauteile jeweils einer mathematischen Operation A und B, die in der Berechnung nacheinander ausgeführt werden müssen. Allgemein kann in der Mathematik der Quantenmechanik aber nicht erwartet werden, dass die Operation A nach B das gleiche Ergebnis hat wie B nach A. Der Unterschied zwischen beiden Reihenfolgen wird Kommutator genannt und ist in diesem Fall null, wenn die Wellenfunktion komplex ist. Es ergibt sich aber aus der Mathematik, dass der Kommutator nicht null sein kann, wenn die Wellenfunktion tatsächlich hyperkomplex ist.

Der Detektor blieb im Dunkeln

Golem Akademie
  1. PowerShell Praxisworkshop: virtueller Vier-Tage-Workshop
    17.–20. Januar 2022, virtuell
  2. Cinema 4D Grundlagen: virtueller Drei-Tage-Workshop
    14.–16. März 2022, Virtuell
Weitere IT-Trainings

Die beiden Bauteile A und B wurden von den Forschern in ein Interferometer so eingebaut, dass sich die beiden Wellenfunktionen auslöschen und folglich keine Photonen am Detektor ankommen dürften. Nur wenn die Wellenfunktionen tatsächlich hyperkomplex sind, würde sich die Wellenfunktion verändern und die Auslöschung durch das Interferometer wäre nicht mehr perfekt. Aber das Ergebnis des Experiments war negativ, im Rahmen der Messungenauigkeit.

Das letzte Wort ist damit noch nicht gesprochen. Die Forscher haben mit Absicht zwei möglichst unterschiedliche Wege benutzt, um die Phase zu drehen, damit ein möglicher hyperkomplexer Anteil der Wellenfunktion zum Tragen kommt. Aber es könnte sich immer noch herausstellen, dass das ausgerechnet bei diesem Experiment nicht der Fall ist. In jedem Fall können Forscher bei der Berechnung von Wellenfunktionen von Photon künftig davon ausgehen, dass die Drehung der Phase mit Flüssigkristallen und Metamaterialien mit negativem Brechungsindex keine hyperkomplexen Wellenfunktionen erfordert.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed


Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Bundesservice Telekommunikation  
Die dubiose Adresse in Berlin-Treptow

Angeblich hat das Innenministerium nichts mit dem Bundesservice Telekommunikation zu tun. Doch beide teilen sich offenbar ein Bürogebäude.
Ein Bericht von Friedhelm Greis

Bundesservice Telekommunikation: Die dubiose Adresse in Berlin-Treptow
Artikel
  1. Spielebranche: Microsoft will Activision Blizzard übernehmen
    Spielebranche
    Microsoft will Activision Blizzard übernehmen

    Diablo und Call of Duty gehören bald zu Microsoft: Der Softwarekonzern will Activision Blizzard für rund 70 Milliarden US-Dollar kaufen.

  2. E-Mail: Outlook-Suche in MacOS 12.1 ist noch immer kaputt
    E-Mail
    Outlook-Suche in MacOS 12.1 ist noch immer kaputt

    Seit Wochen ärgern sich Outlook-User darüber, dass die E-Mail-Suche unter MacOS 12.1 nicht mehr richtig funktioniert. Ein Fix ist in Arbeit.

  3. Reddit: IT-Arbeiter automatisiert seinen Job angeblich vollständig
    Reddit
    IT-Arbeiter automatisiert seinen Job angeblich vollständig

    Ein anonymer IT-Spezialist will unbemerkt seinen Job vollständig automatisiert haben. Dem Arbeitgeber sei dies seit einem Jahr nicht aufgefallen.

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Daily Deals • PS5 Digital inkl. 2. Dualsense bestellbar • RTX 3080 12GB bei Mindfactory 1.699€ • Samsung Gaming-Monitore (u.a. G5 32" WQHD 144Hz Curved 299€) • MindStar (u.a. GTX 1660 6GB 499€) • Sony Fernseher & Kopfhörer • Samsung Galaxy A52 128GB 299€ • CyberGhost VPN 1,89€/Monat [Werbung]
    •  /