Was ist ein Quantenobjekt?

In diesem Video widmen wir uns der Frage, was Quantenobjekte sind und welche charakteristischen Eigenschaften sie aufweisen. Dafür betrachten wir ein experimentelles Szenario: Quantenobjekte, die aus einer Quelle wie einer Lampe, die Photonen emittiert, oder einer Elektronenkanone, die Elektronen aussendet, austreten. Wenn ein solches Quantenobjekt auf einen Einzelspalt trifft, zeigt es ein Verhalten, das dem eines Teilchens entspricht. Hingegen verhält es sich wie eine Welle, wenn es auf einen Doppelspalt trifft. Diese Eigenschaft, dass ein Quantenobjekt je nach Messanordnung entweder als Teilchen oder als Welle erscheint, wird als Komplementarität bezeichnet. Ein Quantenobjekt verhält sich wie ein Teilchen, wenn sein Ort bestimmt wird. In unserem Experiment wird dies erreicht, indem das Quantenobjekt durch einen Einzelspalt geschickt wird. Man weiß dann, dass jedes Teilchen, das den Schirm erreicht, durch diesen Spalt gegangen ist. Durch diese Ortsbestimmung erscheint das Quantenobjekt als Teilchen, und es entsteht ein entsprechendes Muster auf dem Schirm.
Wird der Ort jedoch nicht bestimmt und bleibt wie beim Doppelspaltexperiment unklar, durch welchen Spalt das Quantenobjekt geflogen ist, zeigt es Welleneigenschaften und ein Interferenzmuster entsteht. Ortseigenschaft und Interferenzmuster sind nicht gleichzeitig beobachtbar; sie schließen sich gegenseitig aus.
Eine weitere interessante Eigenschaft von Quantenobjekten zeigt sich darin, dass man, wie im Doppelspaltexperiment, nicht exakt vorhersagen kann, wo ein einzelnes Photon auf dem Schirm landen wird. Bei vielen Wiederholungen ergibt sich jedoch ein reproduzierbares Interferenzmuster, abgesehen von zufälligen Schwankungen.
Die letzte bemerkenswerte Eigenschaft bezieht sich auf die Eindeutigkeit der Messergebnisse. Wenn ein Quantenobjekt auf einen Doppelspalt trifft, ist sein Ort hinter dem Spalt unbestimmt; es befindet sich in einem Zustand der Superposition. Das bedeutet, dass sich ein und dasselbe Quantenobjekt gleichzeitig an mehreren Orten aufhalten kann. Sobald jedoch der Ort des Quantenobjekts gemessen wird, etwa durch einen Abdruck auf einem Schirm, verschwindet der Zustand der Superposition und der Ort kann eindeutig bestimmt werden. Die Messergebnisse sind daher stets eindeutig, auch wenn sich das Quantenobjekt vor der Messung in einem unbestimmten Zustand befindet.