Dinge, die ohne Grund geschehen

Ein Gespräch mit dem Physiker Anton Zeilinger

 

Auszug aus dem offiziellen Protokoll der Academy of Life
Veröffentlicht in der Wiener Zeitung vom 12./13. Juli 2002
Redigiert von Eugen-Maria Schulak

 

Der internationalen Öffentlichkeit ist der 56-jährige Anton Zeilinger, Professor für experimentelle Physik an der Universität Wien, seit 1997 ein Begriff. Damals gelang seiner Forschungsgruppe die weltweit erste Quantenteleportation, eine direkte Übertragung des Zustandes eines Lichtteilchens unter Überwindung von Zeit und Raum, ohne die Zurücklegung eines Weges von A nach B. 1999 erfolgte eine weitere Premiere: die erste Verschlüsselung einer Geheimnachricht durch Quantenkryptographie. Die Sicherheit dieses Systems, das laut Zeilinger in absehbarer Zeit serienreif wird, sei durch Naturgesetze gewährleistet. Das folgende Interview fand im Zuge der Einladung Zeilingers an die Siemens Academy of Life statt - in seiner Rolle als einer der bedeutendsten Wissenschafter Österreichs.

Wiener Zeitung: Herr Zeilinger, wie haben Sie als österreichischer Physiker den Sprung in die internationale Szene geschafft?

Anton Zeilinger: Ausschlaggebend dafür war eine Konferenz über grundlegende Fragen der Quantenphysik in Sizilien. Damals war ich noch ein kleiner Assistent und lernte dort einen gewissen Professor Telegdi kennen, ein deutschsprachiger ungarischer Jude, damals Professor an der Universität von Chicago. Wir waren uns auf Anhieb sympathisch.

Gegen Ende der Konferenz habe ich es gewagt, ihn zu fragen, ob er mir nicht vielleicht ein paar Tipps geben könnte. Ich erzählte ihm, dass ich gerne für ein, zwei Jahre nach Amerika gehen würde. Er fragte mich, wohin ich denn gehen wolle. Ich sagte, dies sei mir eigentlich egal, ich wolle nur Erfahrungen gewinnen und wissen, wie die dort arbeiten. Er meinte, dass meine Antwort typisch für einen Europäer sei. Ein Amerikaner, sagte er, würde sofort die beste mögliche Institution nennen. " Also, wohin willst du gehen?", fragte er mich nochmals. Auf diese Weise bin ich zum MIT gekommen, zum Massachusetts Institute of Technology.

Dort konnte ich sehen, dass die großen Stars eigentlich auch nur mit Wasser kochen. Ich habe mir gedacht: "Wenn ich mich anstrenge, kann ich das auch, da gibt es keinen wesentlichen Unterschied". So gewann ich grundsätzlich an Selbstvertrauen.

Wiener Zeitung: Ihre Forschungsarbeit ist mittlerweile überaus erfolgreich. Nach welchen Kriterien planen Sie Ihre Projekte?

Anton Zeilinger: Am Beginn steht das Gefühl, dass sich etwas lohnt. Dann gibt es Vorexperimente, die alles immer deutlicher zeigen, was zu einem immer konkreter werdenden Zeitplan führt. Dann erfolgt die Durchführung. Ganz generell entscheide ich mich, wenn ich zwei oder mehrere Forschungswege vor mir habe, stets für den radikaleren Weg. Ich nehme sicherlich nicht den, von dem die Mehrheit der Kollegen sagt: "Ja, das ist ordentlich, das machen wir". Da nehme ich grundsätzlich den anderen.

Wiener Zeitung: Hatten Sie auf Grund dieser Vorgehensweise nicht auch Schwierigkeiten?

Anton Zeilinger: Ich habe immer das Glück gehabt, dass die Ziele, die ich mir gesetzt habe, zwar schwierig, aber immer gerade noch erreichbar waren. Mein primäres Motiv, mich für ein gewisses Ziel zu entscheiden, war letztlich immer die eigene Intuition. Ich glaube, das Wichtigste ist, dass man nicht bloß dem eigenen Denken, sondern vor allem dem eigenen Gefühl, der eigenen Intuition vertrauen soll und dann auch entsprechend handeln muss.

Wiener Zeitung: Haben Sie Ihre Intuition erforscht?

Anton Zeilinger: Über meine Intuition habe ich nicht nachgedacht. Die nehme ich einfach hin. Sie ist ein Teil meiner Person. Die Intuition zeigt mir, gibt mir ein Gefühl, in welcher Richtung ich weitermachen soll. Ob das tatsächlich der richtige Weg ist, kann man nie mit Sicherheit wissen. Zumindest hat er mir Glück gebracht, sowohl in der Wissenschaft als auch in meinem persönlichen Leben. Bisher hat alles funktioniert. Vielleicht geht es einmal schief, ich weiß es nicht.

Wiener Zeitung: Arbeiten Sie immer im Team?

Anton Zeilinger: In der modernen Experimentalphysik sind die Dinge derart komplex, dass es ohne Team gar nicht mehr geht.

Wiener Zeitung: Wo finden Sie Ihre Mitarbeiter?

Anton Zeilinger: Die finden uns. Im Schnitt bekomme ich pro Woche eine Anfrage. Ein gewisser Prozentsatz dieser Anfragen überlebt das erste Screening, d.h. von diesen Personen können wir vorab einmal sagen, dass sie für uns vielleicht interessant sein könnten. Dann fragen wir an, welche Referenzen sie haben. Die nächste Phase ist, dass man diese Personen persönlich einlädt und möglichst viele Leute aus unserer Gruppe mit ihnen reden. Dann bitte ich meine Mitarbeiter zu Einzelgesprächen und höre mir an, wie sie über den Bewerber denken. So mache ich mir ein Bild. Und dann wird entschieden, ob wir ihn nehmen oder nicht.

Wiener Zeitung: Was macht eigentlich die Faszination an der Quantenphysik aus?

Anton Zeilinger: Das Faszinierende ist, dass uns die Quantenphysik sagt, dass es Dinge gibt - der berühmte quantenmechanische Einzelprozess -, die sich dann letztlich rein zufällig verhalten. Das heißt, dass die Möglichkeit, da irgendwelche Gedankenketten zu konstruieren, und seien sie auch noch so kompliziert, nicht funktioniert. Das heißt, es gibt Dinge, die geschehen ohne Grund. Das ist für mich die wichtigste Erkenntnis des 20. Jahrhunderts. Das Interessante ist, dass man dieses Faktum im Experiment wirklich sehen kann, dass man es nicht bloß indirekt über theoretische Schlüsse konstruieren muss.

Wiener Zeitung: Können Sie unseren Lesern das Prinzip der Teleportation erklären?

Anton Zeilinger: Um die Quantenteleportation erklären zu können, muss ich den Begriff der Verschränkung kurz erwähnen. Den muss man einmal verstanden haben, das ist eine wichtige Voraussetzung. Also, ich kann eine Situation haben, wo ich mir zwei Teilchen erzeuge, an denen ich dann Messungen, Beobachtungen vornehme. Jede Messung kommt einer Frage an die Natur gleich: "Welche Eigenschaften hast du?"

Im Zuge dieser Beobachtungen - sagen wir, wir messen die Polarisation, die Schwingungsrichtung - stelle ich fest, dass beide Teilchen identisch sind. Die ursprüngliche Annahme war die, dass sie deshalb identisch sind, weil sie identisch erzeugt, mit den gleichen Eigenschaften geboren wurden, wie etwa eineiige Zwillinge. Das Verrückte ist jetzt, dass wir heute auf Grund von Experimenten wissen, dass diese Erklärung falsch ist.

Die einzige andere mögliche Erklärung ist, dass die Messung an einem dieser beiden Teilchen das andere Teilchen in irgendeiner Form beeinflusst, ganz egal wie weit es entfernt ist. Das ist diese Art von "spukhafter Fernwirkung", von der Einstein nichts wissen wollte. Dieses eigenartige Verhalten nennt man Verschränkung. Die beiden Teilchen haben vor der Beobachtung keine Eigenschaft. In dem Moment aber, wo ich eines von ihnen beobachte, nimmt es eine Eigenschaft an, und das andere Teilchen nimmt die gleiche Eigenschaft an, ganz egal, wie weit die beiden Teilchen voneinander entfernt sind.

So, und was ich jetzt in der Teleportation mache, ist, dass ich mir ein solches verschränktes Paar hernehme und, indem ich an dem zu teleportierenden Originalteilchen und einem der beiden verschränkten eine gemeinsame Messung mache, die Eigenschaften des Originals auf das zweite verschränkte direkt übertrage, egal wie weit es weg ist.

Wiener Zeitung: Damit überwinden Sie die Lichtgeschwindigkeit?

Anton Zeilinger: Es ist korrekter, dies als eine Übertragung von Eigenschaften zu sehen. Es kommt noch dazu, dass im Zuge dieses Prozesses die beiden Teilchen notwendig alle ihre Eigenschaften verlieren. Sie sind miteinander verschränkt. Ursprünglich habe ich das Original, und danach ein neues Teilchen, das alle Eigenschaften des Originals trägt. Man könnte jetzt sagen, ich habe ja nicht wirklich die Substanz übertragen, sondern bloß die Eigenschaft. Jedoch, wenn etwas in allen Eigenschaften mit dem Original übereinstimmt, dann ist es das Original. So definiere ich das Original, das bei der Prozedur ja sogar verschwindet.

Wiener Zeitung: Sind Sie der Wirklichkeit der Materie im Zuge Ihrer Forschungsarbeit etwas näher gekommen?

Anton Zeilinger: Letztlich ist es so, dass wir in der Quantenphysik über die Wirklichkeit an sich keine direkten Aussagen machen können. Wir können nur darüber reden, welche Information, welches Wissen wir haben. Wir können uns eine Wirklichkeit dann konstruieren, wenn mehrere Physiker in der gleichen Situation die gleichen Eindrücke, die gleichen Informationen haben. Dann werden wir sagen, dass dies wahrscheinlich der Wirklichkeit entspricht.

Das heißt, es kommt auf die intersubjektive Übereinkunft an, die aber nicht alles ist. Denn es ist offenbar doch so, dass es dahinter eine Wirklichkeit gibt. Bloß über die Wirklichkeit selbst etwas definitiv auszusagen, ist nicht möglich.

Wiener Zeitung: Eines Ihrer weiteren Projekte ist die Quantenkryptographie. Wie sieht hier der Stand der Forschung aus?

Anton Zeilinger: 1999 gelang uns die erste tatsächliche Verschlüsselung einer Geheimnachricht mit verschränkten Zuständen. Der Schlüssel zur Kodierung entsteht an beiden Stellen gleichzeitig. Deshalb kann er nicht abgehört werden. Die Sicherheit dieser Verschlüsselung ist so durch Naturgesetze gewährleistet. Vielleicht schon in ein paar Jahren könnte dieses System serienreif werden und in Produktion gehen.

Wiener Zeitung: Neben Ihrer Tätigkeit als Forscher gelten Sie auch als hervorragender Pädagoge, treten aktiv an die interessierte Öffentlichkeit heran. Welches sind Ihre grundlegenden pädagogischen Maximen?

Anton Zeilinger: Wesentlich ist, dass ein an Physik interessierter Laie den Eindruck gewinnt, dass, wenn er sich nur ein bisschen hineinknien würde, er vielleicht tatsächlich etwas verstehen könnte. Generell ist es wichtig, dass es einem gelingt, die eigene Begeisterung auf andere zu übertragen. Wenn die Leute merken, dass man selber total begeistert ist, dann gehen sie mit, selbst wenn sie es nicht verstehen. Manchmal gelingt es mir, Leute wirklich zu fesseln, und zwar so, dass sich nach dem Vortrag eine Menschentraube bildet und alle diskutieren wollen. Ein anderes Mal läuft es überhaupt nicht. Ich habe gelernt, dieses Phänomen ein wenig zu steuern.

Wiener Zeitung: Wie denken Sie über die moralische Verantwortung Ihrer Zunft?

Anton Zeilinger: Mit der Verantwortung ist es so, dass bei der Grundlagenforschung Anwendungen grundsätzlich noch nicht vorhersehbar sind, weder im Positiven noch im Negativen. Um Verantwortung geht es allerdings dann, wenn man negative Anwendungen absehen kann. Dann muss man die Öffentlichkeit informieren.

Letztlich geht es darum, dass wir in allen diesen Dingen starke demokratische Kontrollinstrumente benötigen. Das ist, so glaube ich, die einzige Chance. Die Verantwortung kann nur dort ausgeübt werden, wo es um die Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und Anwendung geht. Und auch da gibt es keine Patentrezepte, keine einfachen und klaren Antworten.

Man muss einfach damit leben, dass die Welt nicht beherrschbar ist. Und man muss dort, wo man erkennt, dass es eine Fehlentwicklung gibt, seine Meinung, auch als Wissenschafter, offen sagen. Und man muss letztlich darauf vertrauen, dass demokratische Prozesse greifen und eingreifen. Dass dies nicht immer so funktioniert, ist klar. Aber es geht einfach nicht anders. Es gibt keine andere Vorgangsweise.

Wiener Zeitung: Auf Philosophen übt die Arbeit von Physikern eine starke Faszination aus. Welchen Stellenwert hat die Philosophie für Ihre Arbeit?

Anton Zeilinger: Ich halte die Philosophie für sehr, sehr wichtig. Sie ist für mich ein Zusammenführen aller Denkerfahrungen und aller Lebensbereiche. Früher nannte man die Physik noch "Naturphilosophie".

Die philosophischen Aspekte an der Physik sind durch die Verschiebung der Naturwissenschaften in die U.S.A. leider ins Hintertreffen geraten. Die Physiker von heute sind eher Bastler als Denker und das ist schade. Die Bastelei wird sich aber totlaufen, dessen bin ich mir sicher. Meine Motivation ist die, zu sehen, was die Welt im Innersten zusammenhält.

Wiener Zeitung: Welches Weltbild ergibt sich aus den Ergebnissen Ihrer Forschung?

Anton Zeilinger: Also das Weltbild, das man eigentlich nur haben kann, ist ein sehr offenes. Diese naive Sichtweise, dass wir deterministische, mechanistische Maschinen sind, löst sich offenbar auf, ist nicht haltbar. Das wissen nur die Biologen noch nicht. Aber sie werden schon noch darauf kommen.

Ich bin davon überzeugt, dass wir in den Naturwissenschaften erst am Anfang stehen. Es ist auch ganz offenkundig: Wir betreiben Naturwissenschaft erst drei-, vierhundert Jahre. Zu glauben, dass wir nach dieser kurzen Zeit bereits alles gefunden haben, das ist doch unglaublich arrogant. Ich glaube, die wirklichen Fragen ahnen wir noch gar nicht. Die kommen erst.