Die faszinierende Welt der Quanten

beträgt einen halben Ausschlag auf vier, also ein Achtel, 12,5 Prozent. Schaue ich jedoch viel länger, vielleicht 99 Sekunden lang hin, liegt der Fehler zwar immer noch bei einem halben Ausschlag, doch bei einer viel größeren Basis – prozentual nur noch rund ein Prozent. Ich kann zwar durch längeres Hinsehen die Energie der Pendelbewegung genauer bestimmen – doch das geht auf Kosten der Genauigkeit der Zeitmessung. Diese Unschärferelation ist nicht in der Unfähigkeit menschlicher Beobachter begründet, sondern eine prinzipielle Eigenschaft unserer Welt.
Virtuelle Teilchen
    Also auch des Vakuums. Zwar verbietet der Energieerhaltungssatz, dass irgend etwas aus dem Nichts entsteht. Doch wenn dieses Etwas nur schnell genug wieder verschwindet, ist es im Grunde nie da gewesen. Wenn wir den Energieinhalt eines bestimmten Stücks Weltraum über längere Zeit messen, stellen wir fest, dass das Vakuum leer ist. Doch wenn wir nur ganz kurz hinsehen, können wir aufgrund der Unschärferelation nicht mehr sicher sein, dass wirklich nichts da ist. Es könnten auch ganz legal Teilchen entstanden und wieder verschwunden sein. Und die Quantenphysik sagt: Jeder Zustand, der eintreten kann, tritt auch ein (in der Praxis gibt es ein großes Problem mit dieser Aussage, aber dazu später).
    Wie groß dürfen diese virtuellen Teilchen sein, und welche Eigenschaften müssen sie haben? Zunächst sind sie gezwungen, andere Erhaltungssätze einzuhalten, etwa den der Ladung. Wenn ein negativ geladenes Elektron aus dem Nichts geboren wird, gehört dazu auch immer ein positiv geladenes Positron als Antiteilchen.
    Wenn beide zusammentreffen, zerstrahlen sie sich – das Ergebnis sind zwei Photonen, die die bei der Entstehung der virtuellen Teilchen aufgetretene Energieschuld beim Universum wieder begleichen.
    Wie lange die virtuellen Teilchen existieren dürfen, entscheidet ihre Energie. Aus der lässt sich über die berühmte Einsteinsche Formel E = m * c 2 (wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist) auch die Masse berechnen. Die Kombination aus Elektron und Positron überdauert zum Beispiel höchstens 10 -21 Sekunden, also den Milliardsten Teil einer Billionstel Sekunde. In dieser Zeit legt Licht etwa eine Strecke zurück, die der Größe eines Durchschnitts-Atoms entspricht. Damit ein Proton und ein Antiproton entstehen können, darf der Beobachter sogar für nur 10 -24 Sekunden hinsehen.
    Praktische Probleme lassen sich auf diese Weise kaum lösen, wie es gewisse Ideen vom „Wunsch ans Universum“ implizieren.
    Angenommen, Sie haben wieder vergessen, frische Milch zu kaufen – wollte sich ihr Partner beim Frühstück aus einer virtuellen, ein Kilogramm schweren Milchpackung bedienen, müsste er beim Eingießen 10 -52 Sekunden schnell sein. Die kleinstmögliche Zeiteinheit ist aber die Planck-Zeit, die etwa 5* 10 -44 Sekunden dauert, darunter verliert die Zeit wohl ihre Bedeutung. Die größtmögliche Masse eines virtuellen Teilchens ergibt sich dadurch zu gut einem Hundertstel Milligramm – das klingt wenig, entspricht aber immerhin dem Gewicht von rund 10 Milliarden Viren.
Dunkle Energie im Vakuum?
    Es ist bisher nicht gelungen, virtuelle Teilchen direkt nachzuweisen. Was aber spürbar sein sollte, sind ihre Wechselwirkungen mit dem Rest des Universums. Wenn das Vakuum des Weltraums von dauernd neu erscheinenden und verschwindenden Teilchen gefüllt ist, müsste sich das auf seine Eigenschaften auswirken. Manche Forscher vermuten, dass diese so genannten Quanten-Fluktuationen die Quelle der Dunklen Energie sind, die man für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich macht. Das wäre eine schöne Erklärung, für die man keine exotischen neuen Theorien mehr bräuchte (wenn man mal die Quantenphysik als normal betrachtet).
    Allerdings gibt es da ein kleines, nein, ein riesiges Problem: Der Physiker John Wheeler hat auf den bekannten Planck-Konstanten basierend ausgerechnet, dass das Universum eine Energiedichte von 10 94  Gramm pro Kubikzentimeter haben müsste. Ein aus dem Weltall geschnittener Würfel mit einem Zentimeter Kantenlänge würde demnach Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Kilogramm wiegen. Die praktische Beobachtung sagt jedoch, dass dieser Wert ein bisschen kleiner ist. Ein Kubikzentimeter Steak wiegt ein paar Gramm, und der leere Raum ist noch deutlich leichter – im Mittel liegt der Wert, so die Messungen der Physiker, um 120