Die Quantenphysik legt eine grundlegende Grenze dessen nahe, was wir über das Universum wissen können. Während wir das Verhalten von Quantenobjekten mithilfe von Wellenfunktionen – mathematischen Formeln, die ihren Zustand beschreiben – vorhersagen können, zeigt eine neue Studie, dass die Wellenfunktion des Universums möglicherweise von Natur aus für vollständiges Wissen nicht zugänglich ist. Dies ist nicht nur eine technische Einschränkung; es deutet darauf hin, dass einige Aspekte der Realität möglicherweise außerhalb unserer Fähigkeit existieren, sie zu messen oder vollständig zu verstehen.
Die Quantenwellenfunktion und das Universum
Auf der Quantenebene wird jedes Teilchen durch eine Wellenfunktion beschrieben, die alle seine potenziellen Eigenschaften umfasst. Wenn das gesamte Universum nach Quantenregeln funktioniert, wie viele Physiker glauben, dann sollte sogar der Kosmos selbst eine Wellenfunktion haben. Prominente Physiker wie Stephen Hawking haben zuvor über dieses Konzept spekuliert, die Bestimmung dieser universellen Wellenfunktion ist jedoch noch immer unklar.
Die Unzugänglichkeit des universellen Wissens
Die Forscher Eddy Keming Chen und Roderich Tumulka haben nun mathematisch nachgewiesen, dass eine vollständige Kenntnis der Wellenfunktion des Universums wahrscheinlich unmöglich ist. Sie fanden heraus, dass unsere Fähigkeit, den Quantenzustand des Universums genau zu bestimmen, selbst bei perfekten Messungen grundsätzlich begrenzt ist.
„Die Wellenfunktion des Universums ist wie ein kosmisches Geheimnis, das die Physik selbst zu bewahren versucht“, erklärt Chen. „Wir können enorm viel darüber wissen, wie sich das Universum verhält, bleiben aber grundsätzlich unsicher darüber, in welchem Quantenzustand es sich befindet.“
Ihr Ansatz konzentrierte sich darauf, ob Beobachtungen dabei helfen könnten, aus einem plausiblen Spektrum von Möglichkeiten die richtige Wellenfunktion auszuwählen. Unter Verwendung der quantenstatistischen Mechanik und unter Berücksichtigung der großen Anzahl von Parametern, die zur Definition der universellen Wellenfunktion erforderlich sind, kamen sie zu dem Schluss, dass eine genaue Bestimmung unmöglich ist.
Implikationen für die Kosmologie und Quantentheorie
Dieser Befund entkräftet die Quantentheorie nicht unbedingt, verdeutlicht aber ihre inhärenten Grenzen, wenn sie auf den Kosmos übertragen wird. JB Manchak von der UC Irvine weist darauf hin, dass in der Allgemeinen Relativitätstheorie, Einsteins Gravitationstheorie, ähnliche Einschränkungen bestehen. Sheldon Goldstein von der Rutgers University fügt hinzu, dass die Unfähigkeit, eine einzige „richtige“ universelle Wellenfunktion auszuwählen, möglicherweise nicht kritisch ist, da mehrere Wellenfunktionen in weiteren Berechnungen zu ähnlichen Ergebnissen führen könnten.
Philosophische und Zukunftsforschung
Die Studie dient als Warnung davor, sich in der Wissenschaft zu sehr auf eine strenge experimentelle Überprüfung zu verlassen. Manche Realitäten existieren möglicherweise außerhalb unserer Messmöglichkeiten, wie Tumulka betont: „Bestimmte Dinge existieren tatsächlich da draußen in der Realität, aber wir können sie nicht messen.“
Die Forscher planen, ihre Erkenntnisse auf kleinere, aber komplexe Systeme anzuwenden und Techniken wie die „Schattentomographie“ zur Bestimmung von Quantenzuständen zu erforschen. Emily Adlam von der Chapman University schlägt vor, dass diese Arbeit Interpretationen der Quantenmechanik stärkt, die beobachterabhängige Perspektiven und nicht eine einzige, objektive Realität betonen.
Letztendlich enthüllt diese Forschung eine demütigende Wahrheit: Das Universum birgt möglicherweise grundlegende Geheimnisse, die für immer außerhalb unserer Reichweite bleiben. Das schmälert nicht die Leistungsfähigkeit der Physik, erinnert uns aber daran, dass es beim Streben nach Wissen nicht darum geht, alles zu wissen, sondern darum, die Grenzen dessen zu verstehen, was bekannt kann.
