Wie funktioniert Beamen? Der Mann auf dem Bild probiert es aus

Jetzt oder in der Zukunft: Wie funktioniert Beamen?

Von Prof. Dr. Metin Tolan, Experimentelle Physik, TU Dortmund am 19.05.2021

Einfach von einem Ort zum anderen, im Bruchteil einer Sekunde – wäre das nicht schön? Aber: Wie funktioniert Beamen? Und kann es überhaupt funktionieren? Prof. Dr. Metin Tolan von der TU Dortmund verrät, warum Teleportieren gar nicht so abwegig ist, wie es scheint – aber irgendwie dann eben doch.

Sich einfach woandershin Beamen: Kann das überhaupt funktionieren?

Wie funktioniert Beamen? Verstößt es denn nicht gegen unsere bisher bekannten Naturgesetze? Bis zum Jahre 1905 wäre die Antwort ein klares „Ja“ gewesen, denn bis dahin war die berühmte Einsteinsche Formel E=m×c2 unbekannt. Sie sagt aus, dass eine Masse m äquivalent zu einer Energiemenge E ist, und sich folglich Masse und Energie ineinander umwandeln lassen. Da ein elektromagnetisches Wellenfeld Energie enthält, wäre es prinzipiell möglich, einen Menschen in reine Strahlungsenergie zu verwandeln. Der Vorgang der Dematerialisierung ist damit physikalisch „erlaubt“ und verstößt nicht gegen unser Weltbild.

Ein Bild unscharfer Teilchen, das die Frage stellt: Wie funktioniert Beamen?
Sind es Wellen? Oder doch Teilchen? Die Quantentheorie stellt hier unsere Wahrnehmung völlig auf den Kopf: Licht kann sowohl als Welle als auch als Teilchen in Erscheinung treten. | Credits: Unsplash

Doch nicht so einfach: Dem beamen kommt die Quantentheorie in die Quere

Trotzdem gibt es im Bereich der Atomphysik eine schier unüberwindbare, prinzipielle Hürde für das Beamen: Die sogenannte „Heisenbergsche Unschärferelation“, eine der vielen abstrakten Konsequenzen der Quantentheorie, die im Bereich der Mikrowelt gültig ist. Diese Theorie widerspricht in ihren Hypothesen der Welt, wie wir sie wahrnehmen, fast vollständig. 

Die fundamentale Annahme der Quantentheorie ist, dass es einen sogenannten „Welle-Teilchen-Dualismus“ gibt, d.h. dass jedes Teilchen, wie bspw. ein Elektron, sich unter Umständen auch wie eine Welle verhalten kann und umgekehrt: Licht kann auch in Form von Teilchen, als sogenannte „Photonen“, in Erscheinung treten. Man kann also niemals den Ort und den Impuls eines Teilchens – und damit seine Geschwindigkeit – gleichzeitig beliebig genau bestimmen. Dieser Sachverhalt ist seitdem als „Heisenbergsche Unschärferelation“ bekannt und vielfach in der Physik bestätigt worden.

Photonen machen's vor: Wie beamen vielleicht doch noch funktionieren könnte

Im Jahr 1993 fand ein Forscherteam im Rahmen einer theoretischen Arbeit bei IBM in Yorktown Heights (USA) heraus, dass die Unschärferelation zwar nicht kompensiert, aber dennoch äußerst subtil und vollständig im Rahmen der Quantentheorie umgangen werden kann. Das Prinzip dieser „Quanten-Teleportation“ basiert auf „Quanten-Korrelationen“. Es zeigt sich, dass in der Quantentheorie unter besonderen Umständen zwei Teilchen so miteinander über beliebige räumliche Distanzen verschränkt sein können, dass eine Veränderung des einen Teilchens unweigerlich zu einer instantanen gegensätzlichen Veränderung des anderen Teilchens führt.

Im Dezember des Jahres 1997 berichteten alle großen Nachrichtenagenturen, dass ein Forscherteam um Prof. Anton Zeilinger von der Universität Innsbruck dieses Verfahren genutzt hat, um ein Lichtteilchen zu teleportieren. Diese Experimente wurden ein Jahr später von Michael A. Nielsen, Emanuel Knill und Raymond Laflamme verbessert und zeigten, dass Teleportation prinzipiell möglich ist – zumindest die Teleportation von Photonen.

Beamen ist theoretisch möglich – doch es scheitert an der Technik

Der nächste Schritt, die Teleportation von Elementarteilchen wie etwa Elektronen, dürfte ungleich schwieriger sein, weil dann noch das Problem der gezielten De- und Rematerialisierung hinzukommt. Trotzdem wäre die Teleportation von Elektronen durchaus noch denkbar. Die Teleportation von ganzen Atomen oder gar Molekülen bis hin zu Organismen ist aber aufgrund der technischen Schwierigkeiten kaum vorstellbar.

Prof. Dr. Metin Tolan ist Professor für Experimentelle Physik an der TU Dortmund. Der Beitrag wurde erstmals am 21.06.2017 veröffentlicht.

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