Würdigung und Danksagung

Auf Vorschlag der Joachim Jungius-Gesellschaft der Wissenschaften verleiht die
DR. HELMUT UND HANNELORE GREVE STIFTUNG
FÜR WISSENSCHAFTEN UND KULTUR
den Förderpreis an Herrn Dr. rer. nat. Christoph Balzer
Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg

Beobachtet man ein winziges Stück der materiellen Welt - ein Atom - während seiner Zeitentwicklung, so scheint es sprunghaft zum Ausgangszustand zurückzukehren. Herr Dr. Balzer hat dies im Experiment mit einzelnen Ionen bestätigt und gezeigt, dass - entgegen verbreiteter Ansicht - nicht die physische Rückwirkung des Messsignals dies bewirkt, sondern die quantenmechanische Korrelation des Signals mit dem Atom, also die "Verschränkung" der beiden. Damit hat er dazu beigetragen, den Schleier zu lüften, der die Bedeutung der Quantenmechanik umgibt, und mitgeholfen, die ungeheuren Hürden zu überwinden, die sich auf dem Weg zum zukünftigen Quanten-Rechner auftürmen.

Hamburg, am 21. November 2003

(Prof. Dr. Helmut Greve) (Prof. Dr. h. c. Hannelore Greve)
Stiftungsvorstand

Danksagung von Dr. Christoph Balzer

Sehr geehrte Frau Prof. Greve!
Sehr geehrter Herr Prof. Greve!
Sehr geehrter Herr Präsident!
Meine sehr verehrten Damen und Herren!

Es ist mir eine große Ehre und eine außerordentliche Freude, dass ich anlässlich der Auszeichnung meiner Dissertation mit dem Förderpreis der "Dr. Helmut und Hannelore Greve Stiftung für Wissenschaften und Kultur", die Möglichkeit erhalte zu versuchen, Ihnen ein hartnäckiges Problem der Quantenphysik nahe zubringen, mit dem ich mich beschäftigt habe. Aber zuerst möchte ich meinen tiefempfunden Dank aussprechen, der den großzügigen Stiftern dieses Preises gilt, dem Ehepaar Greve, wie auch der Joachim-Jungius-Gesellschaft der Wissenschaften. Mein besonderer Dank gilt darüber hinaus meinem Lehrer und Doktorvater Prof. Toschek, mit dem gemeinsam ich zur Aufhellung dieses Problems beitragen durfte. Ferner danke ich noch allen Mitarbeitern des Instituts für Laser-Physik, für die angenehme gemeinsame Zeit und die Unterstützung, die ich von ihnen bekommen habe.
Lassen Sie uns jetzt zur Quantenphysik kommen: Im Mikrokosmos, den die Quantenmechanik beschreibt, scheinen sich die Zustände der Atome in wohlbestimmter, kontinuierlicher Weise zu entwickeln, allerdings unterbrochen durch plötzliche Zustandsänderungen, Bohrs berühmte "Quantensprünge". Wird ein Atom jedoch beobachtet, so erscheint die stetige Entwicklung verzögert oder gar unterdrückt. Diese seltsame Konsequenz kannte schon John von Neumann in den dreißiger Jahren, und sie gibt immer noch Anlass zu einer Flut von Überlegungen und Spekulationen. Insbesondere: Ist eine solche "Hinderung durch Beobachtung" selbst zu beobachten?
Lassen Sie uns ein wenig tiefer graben: Die Quantenmechanik ist eine statistische Theorie; um die Wirklichkeit mit ihren Aussagen zu vergleichen, bedarf es statistischer Gesamtheiten von Beobachtungsdaten. Beobachtungen von makroskopischen Gesamtheiten, also von Atom-Gesamtheiten, helfen nicht weiter, da hier der Zustand der Einzelatome unbekannt bleibt. Auch zeigt sich, dass die postulierte Behinderung der atomaren Zustandsentwicklung durch bloße Beobachtung nicht unterscheidbar ist von der Einwirkung der Umgebung und der physischen Rückwirkung des Messgerätes. Die Gesamtheit der Beobachtungsdaten muss daher ein einzelnes Atom liefern, das wieder und wieder beobachtet wird.
Um die Behinderung der Quantenentwicklung durch die Beobachtung zu überprüfen, ist ein einzelnes Ion, ein Atom, das eine Ladung trägt ideal geeignet. Es wird im Vakuum mit Hilfe elektrodynamischer Felder gespeichert und von störenden Umwelteinflüssen abgeschirmt. Licht eines Lasers beleuchtet das Ion und treibt die Entwicklung aus seinem Grundzustand in einen angeregten Zustand und zurück. Ein weiterer Laser bestimmt den Zustand des Ions: Ist es im Grundzustand, so streut das Ion Licht, das registriert wird. Ist es im angeregten Zustand, so ist kein Licht zu beobachten. Das Ergebnis solcher Zustandsbeobachtung ist entweder "hell" oder "dunkel". Verbleibt das Ion im selben Zustand zeigt sich dies in wiederholten Beobachtungen mit gleichem Ergebnis. Die Statistik dieser gleichen, aufeinander folgenden Beobachtungsergebnisse enthüllte die Neigung des Ions, trotz angetriebener Zustandsentwicklung, unter Beobachtung in seinem Zustand zu verharren.
Dieses Verhalten folgt aus der quantenmechanischen Korrelation der Zustände von Atom und Messsignal. Eine physische Rückwirkung des Messgerätes auf das Ion ist ausgeschlossen: Bei Beobachtungen, die das Ergebnis "dunkel" haben, ist keine Lichtstreuung beteiligt, die allein Rückwirkung ausüben könnte. Ein solches Verhalten erscheint paradox in unserem Verständnis der Welt, das durch die tägliche Erfahrung geprägt ist. In der Tat ist die Grenze zwischen Quantenwelt und der klassischen Welt unserer Erfahrung nicht eindeutig gezogen. Wo jene in diese herübergreift scheint sie auch Zeno, den Eleaten, zu rechtfertigen, der nicht müde wurde, durch seine Paradoxien alle Veränderung als Illusion zu entlarven.
Ich danke Ihnen für Ihre freundliche Aufmerksamkeit!

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