Einfacher: Forscher erklären Quantenmechanik mit klassischer Physik

Forscher des MIT haben eine überraschende Verbindung zwischen klassischer Physik und Quantenmechanik aufgezeigt: Mit einem bekannten Prinzip aus der klassischen Mechanik lassen sich offenbar auch komplexe quantenphysikalische Phänomene exakt berechnen.

Es muss nicht Schrödinger sein

Im Zentrum der Arbeit, die im Journal Proceedings of the Royal Society A veröffentlicht wurde, steht das sogenannte Prinzip der kleinsten Wirkung. Dieses besagt vereinfacht, dass sich ein physikalisches System stets entlang eines Weges entwickelt, bei dem eine bestimmte Größe - die Wirkung - minimal ist. In der klassischen Physik beschreibt dieser Ansatz beispielsweise die Flugbahn eines geworfenen Balls sehr präzise. Bisher galt jedoch die Annahme, dass solche Modelle für die Welt der Atome und subatomaren Teilchen nicht ausreichen.

Die MIT-Wissenschaftler zeigen nun, dass sich mit einer erweiterten Version dieses Prinzips auch quantenmechanische Effekte erklären lassen. Konkret gelang es ihnen, Ergebnisse zu reproduzieren, die bislang nur mit der Schrödinger-Gleichung beschrieben werden konnten, einer zentralen Gleichung der Quantenmechanik. Dazu zählen bekannte Phänomene wie das Doppelspalt-Experiment oder das Quanten-Tunneln.


Die Forscher konnten so eine Art mathematische Brücke zwischen den beiden Welten schlagen. Während frühere Ansätze nur für größere Quantensysteme funktionierten, soll das neue Modell universell einsetzbar sein, von alltäglichen Objekten bis hin zu subatomaren Teilchen.

Einfacherer Zugang

Ein Schlüssel zum Erfolg war die Erweiterung der klassischen Gleichungen um den Begriff einer Dichte, also der Wahrscheinlichkeit, mit der ein bestimmter Weg eingeschlagen wird. Dadurch mussten die Wissenschaftler nicht mehr unendlich viele mögliche Teilchenbahnen berücksichtigen, wie es etwa der Physiker Richard Feynman einst annahm, sondern konnten sich auf wenige zentrale Pfade konzentrieren.

Die Berechnungen führten letztlich zu denselben Wahrscheinlichkeitsverteilungen, die auch die Quantenmechanik vorhersagt. Damit zeigen die Forscher, dass sich quantenphysikalisches Verhalten mit vergleichsweise einfachen klassischen Methoden mathematisch exakt bestimmen lässt. Die Quantenmechanik selbst wird dadurch nicht infrage gestellt, vielmehr eröffnet sich ein neuer, vereinfachter Zugang zu ihren oft schwer verständlichen Phänomenen.


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