Physiker der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben eine wegweisende Studie zur Quantenmechanik veröffentlicht. Die Ergebnisse, die in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters erscheinen, ermöglichen es, die Quantenmechanik nicht mehr zwingend mit imaginären Zahlen zu formulieren. Diese Erkenntnis könnte fundamentale Implikationen für die theoretische Physik und die Entwicklung zukünftiger Technologien haben.

Die Quantenmechanik, die atomare und subatomare Teilchen beschreibt, wurde seit den 1900er-Jahren von Wissenschaftlern wie Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger entwickelt. Diese Theorie hat erfolgreich viele Phänomene auf mikroskopischen Skalen, wie die Beugung von Teilchen und den Tunneleffekt, beschrieben. Wichtige Konzepte wie Verschränkung und Kohärenz sind für die Fortschritte in Quantencomputern und -kommunikation entscheidend.

Neuer Blick auf komplexe Zahlen

Die bisherigen Grundpfeiler der Quantenmechanik setzten komplexe Zahlen ein, die sowohl reelle als auch imaginäre Anteile enthalten. Es war lange umstritten, ob diese komplexen Zahlen für die Quantenmechanik unverzichtbar sind oder lediglich als praktische Rechenwerkzeuge fungieren. Eine frühere Studie aus dem Jahr 2021 hatte bereits ins Visier genommen, dass komplexe Zahlen unter den Standardpostulaten der Quantenmechanik nicht zwingend notwendig seien.

In der aktuellen Untersuchung des Forscherteams unter der Leitung von Prof. Dr. Dagmar Bruß und dem Doktoranden Pedro Barrios Hita wurde ein Postulat der Quantenmechanik als zu restriktiv identifiziert. Dies führte zur Entwicklung einer neuen Theorie, die vollständig mit reellen Zahlen formuliert werden kann. Das bemerkenswerte Ergebnis der Studie zeigt, dass diese alternative Theorie experimentell nicht von der Standard-Quantenmechanik unterscheidbar ist.

Identische Vorhersagen für Experimente

Prof. Bruß erklärt, dass beide theoretischen Rahmenwerke – das bestehende mit komplexen Zahlen und das neue mit reellen Zahlen – identische Vorhersagen für Experimente liefern. Damit wird deutlich, dass imaginäre Zahlen nicht grundlegend notwendig für das Verständnis der Quantenmechanik sind. Diese Erkenntnisse haben das Potential, die Sichtweise auf die fundamentalen Eigenschaften der Quantentheorie zu erweitern.

Werbung
Hier könnte Ihr Advertorial stehen
Ein Advertorial bietet Unternehmen die Möglichkeit, ihre Botschaft direkt im redaktionellen Umfeld zu platzieren

Die American Physical Society hat diesen bedeutenden Fortschritt mit einem „Highlight“ im Physics Magazine gewürdigt, was die Relevanz der Forschung unterstreicht. Die originale Publikation mit dem Titel „Quantum mechanics based on real numbers: A consistent description“ von Barrios Hita et al. wird voraussichtlich in der zukünftigen wissenschaftlichen Diskussion eine zentrale Rolle einnehmen.