Die kleinere und mysteriösere Quantenwelt wagt es, unsere grundlegenden Vorstellungen von Zeit und Raum unter der Oberfläche einer vertrauten Realität in Frage zu stellen. In dieser Mini-Welt lösen sich die Begriffe „Vorher“ und „Nachher“ buchstäblich auf, sodass zwei Ereignisse vorangehen und ineinander übergehen können. Das heißt, Ereignis A kann vor B auftreten und umgekehrt.
Diese Idee heißt „Quantenumschaltung“ und wurde erstmals 2009 vorgeschlagen. Frühere Experimente haben gezeigt, dass A in Ereignis B vorangehen oder realisiert werden kann, aber die Studie kann nicht bestätigen, dass zwei Szenarien an derselben Stelle aufgetreten sind.
Um genau zu bestimmen, wo diese kausalen Verstöße auftraten, implementierten die Forscher einen Quantenschalter mit einer etwas anderen Architektur. Das neue Design ermöglichte den experimentellen Nachweis, dass A vor und nach Ereignis B nicht nur zur selben Zeit, sondern auch an derselben Stelle auftritt. Wissenschaftler haben programmiert und beobachtet, wie sich ein Photon (ein Quantenteilchen aus Licht) entlang eines Ziels bewegt, wobei sie zwischen zwei Möglichkeiten wählen können.
Ein Photon wird als Teilchen und Welle betrachtet. Wenn Wissenschaftler es mit horizontaler Polarisation verwenden würden (Wellen oszillieren), müsste das Photon nach A und dann nach hinten wandern, um nach B zu gelangen (dh A ist vor B geschehen). Wenn es sich um ein vertikales Photon handelt, kommt zuerst B und dann A (B wird wahr vor A). In der Quantenwelt jedoch dominiert das bizarre Phänomen der Überlagerung. Darin können Photonen sowohl horizontal als auch vertikal polarisiert werden. Auch hier wird an das berühmte Paradox von Schrödingers Katze erinnert, wo sie in der Quantenwelt sowohl lebendig als auch tot sein kann.
Es stimmt, es gibt einen Trick: Physiker können nicht sehen oder messen, was Photonen tun. Tatsache ist, dass die Messung selbst die Überlagerung zerstört, weil sie die Photonen zwingt, in welcher Reihenfolge sie folgen sollen. Stattdessen verwendeten die Forscher eine Reihe von „Hindernissen“ in Form von optischen Elementen (Linsen und Prismen), die die beiden Ereignisse indirekt unterscheidbar machten.
Während die Photonen die Pfade durchliefen, veränderten die Linsen und Prismen die Form der Wellen jedes Photons. Dies veränderte ihre Polarisation (Richtung). Am Ende der Reise können Sie die neue Polarisation messen. Das Team hat verschiedene optische Elemente erstellt, um viele Tests mit verschiedenen Parametern durchzuführen. Die Kombination der Messungen diente als "kausaler Zeuge" - der Wert wurde negativ, wenn die Photonen beide Wege gleichzeitig passierten.
Es stellte sich heraus, dass der kausale Zeuge im Zustand der Überlagerung der Photonen negativ wurde, was darauf hinweist, dass sich die Photonen in beide Richtungen bewegten. Das heißt, für sie existierten "vorher" und "nachher" nicht.
