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Grundwissen

Wesenszug 3: Eindeutige Messergebnisse

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Quantenmechnische Messungen haben aktiven Charakter: Messungen zwingen ein System einen der möglichen Messwerte anzunehmen.
  • Messergebnisse sind stets eindeutig, auch wenn das Quantenobjekt vor der Messung in einem Zustand war, der unbestimmt bezüglich der gemessenen Größe ist.
  • Man unterscheidet in der Quantenmechanik, ob ein Objekt eine Eigenschaft besitzt oder man diese Eigenschaft misst.

Messprozess in der Quantenphysik

Die Aussage, dass man einem Elektron im Doppelspaltexperiment die Eigenschaft „Ort“ nicht zuschreiben kann, scheint im Widerspruch dazu zu stehen, dass man den Ort des Elektrons durchaus messen kann. Hier spielt die grundlegende Eigenschaft von Messprozessen in der Quantenmechanik eine wichtige Rolle: Während in der klassischen Physik durch eine Messung eine schon vorher festliegende Eigenschaft nur festgestellt wird, hat eine quantenmechanische Messung aktiven Charakter. Das gemessene System wird „gezwungen“, sich für einen der möglichen Messwerte zu „entscheiden“. Wenn an einem Quantenobjekt eine Messung gemacht wird, so ist das Ergebnis bezüglich der gemessenen Variablen stets eindeutig.

Ortsmessung beim Doppelspaltexperiment

Abb. 1 Bei einer Ortsmessung wird das Elektron an einem bestimmten Ort gefunden

Eine Ortsmessung an den Elektronen im Doppelspaltexperiment kannst man mit dem Simulationsprogramm wie in Abb. 1 visualisieren: Der Bereich hinter den Spalten wird mit einer Lichtquelle ausgeleuchtet. Das Licht der Lichtquelle trifft ein Elektron und wird von ihm gestreut. Wenn es in dein Auge gelangt, siehst du das gestreute Licht an einem bestimmten Ort. Damit hast du eine Ortsmessung durchgeführt.

Im Simulationsprogramm zeigt sich: Für jedes einzelne Elektron, das die Spalte passiert, siehst du einen Lichtblitz an einer ganz bestimmten Stelle. Das bedeutet: Bei einer Ortsmessung findest du jedes Elektron an einem wohldefinierten Ort (hinter einem der beiden Spalte). Die Ortsmessung hat ein eindeutiges Ergebnis, auch wenn die Elektronen vor der Messung in einem Zustand waren, in dem sie die Eigenschaft Ort gar nicht besaßen. Durch die Messung wurde das gemessene System dazu „gezwungen“, sich für einen der möglichen Messwerte zu „entscheiden“. Dies ist ein genereller Zug von Messungen in der Quantenmechanik. Wenn an einem Quantenobjekt eine Messung gemacht wird, so ist das Ergebnis bezüglich der gemessenen Variablen stets eindeutig.

Wesenszug 3: „Eindeutige Messergebnisse“

Messergebnisse sind stets eindeutig, auch wenn sich das Quantenobjekt vor der Messung in einem Zustand befindet, der unbestimmt bezüglich der gemessenen Größe ist.

Unterscheidung zwischen Eigenschaft und Messung

In der Quantenmechanik macht daher es einen Unterschied, ob ein Quantenobjekt eine Eigenschaft besitzt oder ob du an ihm eine Eigenschaft misst. Ein Quantenobjekt muss eine bestimmte Eigenschaft (wie den Ort) nicht unbedingt besitzen. Führst du aber eine Messung dieser Eigenschaft durch, so erhältst du dennoch immer einen Messwert.

Aus der Tatsache, dass sich bei der Messung des Ortes ein bestimmter Wert ergeben hat, darfst du jedoch keineswegs schließen, dass das Quantenobjekt diese Eigenschaft vorher aufgewiesen hat. Erst durch deine Messung hat das Objekt diese Eigenschaft angenommen.
Pascual Jordan formulierte dies so: „Beobachtungen stören nicht nur, was in einem System gemessen wird, sie erzeugen es. Bei einer Ortsmessung wird das Elektron zu einer Entscheidung gezwungen. Wir zwingen es an einen bestimmten Ort, vorher war es nicht hier, nicht dort, es hatte sich für keinen Ort entschieden.“