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Jürgen Eschner zu Gast beim Nawi
Quantenrechner und Marmeladenbrote

 Prof. Jürgen Eschner sprach beim Naturwissenschaftlichen Verein über das Thema „Echter Zufall – Vom Glück übers Wetter zur Quantenphysik“.
Prof. Jürgen Eschner sprach beim Naturwissenschaftlichen Verein über das Thema „Echter Zufall – Vom Glück übers Wetter zur Quantenphysik“. FOTO: Susanne Lilischkis
Zweibrücken. Professor Jürgen Eschner vom Lehrstuhl Experimentalphysik an der Universität Saarbrücken beleuchtete beim letzten Nawi-Vortrag in diesem Jahr das Thema Zufall. Von Susanne Lilischkis

„Der Zufall hat Aspekte, die in mein Arbeitsgebiet hineinreichen“, eröffnete Professor Jürgen Eschner seinen Vortrag beim Naturwissenschaftlichen Verein Zweibrücken. Der Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik an der Universität Saarbrücken führte dem Publikum vor Augen, dass Zufälle sich unglaublich schlecht berechnen lassen. Schon in der Antike waren sich die Philosophen unsicher, ob es so etwas wie den Zufall überhaupt gibt. In späteren Zeiten wurden alle Geschehnisse entweder als Gottes Wille interpretiert oder sie hatten einen Schuldigen – Stichwort Hexenverfolgung.

Das änderte sich erst im 16. Jahrhundert. Der Universalgelehrte Gerolamo Cardano schrieb „Das Buch der Glücksspiele“, das die Grundlagen der mathematischen Wahrscheinlichkeitstheorie enthielt. Von da an war es nicht mehr weit zur Entwicklung der Versicherungsmathematik.

Nach dem kurzen geschichtlichen Exkurs kam Professor Jürgen Eschner wieder zum Zufall zurück. Er stellte die Frage nach der Berechenbarkeit bestimmter Ereignisse. Jeder kennt wohl das Marmeladenbrot, das scheinbar immer auf der bestrichenen Seite landet. Oder den Münzwurf am Anfang eines Fußballspiels. Könnte man jetzt genau berechnen, auf welche Seite die Münze fällt? Man kann es nicht, so Eschner. Denn dazu seien zu viele Variablen im Spiel: die Anfangslage der Münze, die Wurfstärke, Luftströmungen und so weiter.



Wir sind anscheinend von Chaos umgeben. „Chaos ist ein alltägliches Phänomen. Damit ist aber ein mathematischer Begriff gemeint, nicht das Chaos im Kinderzimmer“, bemerkte der Physiker.

Chaotisch ist auch unser Wetter. Schon kleinste Effekte können das Wettergeschehen durcheinanderbringen. Und das kann man auch heute noch schwer vorhersagen. Obwohl wir das Wetter auf mehrere Tage vorherbestimmen können, so gelingt uns das nicht für längere Zeitspannen – ein Jahr im Voraus etwa. „Die Mathematik des Zufalls ist die Wahrscheinlichkeitsrechnung“, sagte der Referent, „das gelingt in der statistischen Physik, bei der Finanzmathematik oder der Spieltheorie“.

Auch in der Welt der Quanten spielt der Zufall eine wichtige Rolle. Escher stellte eine Ionenfalle vor, mit der er einzelne Calcium-Atome fangen kann. Diese Atome werden mit Laserlicht angeregt und zum Leuchten gebracht. Dabei sind zwei Zustände möglich: Entweder leuchtet das Atom oder es leuchtet nicht. In der Zeit zwischen Leuchten und Verglimmen ist es nicht möglich, den Zustand des Atoms – leuchtend oder nicht – zu bestimmen. Hier sind nur Wahrscheinlichkeitsrechnungen möglich. Aus den einzelnen Zuständen des Atoms könnte man nun Quantenzufallszahlen generieren. Diese Zahlen werden für die verschlüsselte Kommunikation verwendet. Atome werden bei diesem Quantenkryptografie genannten Vorgang nicht verwendet, sondern Photonen – kleinste Lichtteilchen. Je nach Polarisation der Teilchen können Sender und Empfänger gemeinsam eine Verschlüsselung entwickeln, die nicht von Unbeteiligten ausgelesen werden kann. Diese Anwendung ist schon kommerziell erhältlich.

Doch die Entwicklung geht noch weiter. Vor einem Jahr schickten Forscher in Wien einen Quantenschlüssel über eine 200 Kilometer lange Glasfaserleitung. Eine Banküberweisung von den kanarischen Inseln wurde über 144 Kilometer Luftlinie verschickt. China hat einen Quantensatelliten entwickelt, der bereits sendet.

Ein großer Durchbruch in der Quantenphysik stellte auch der Quantencomputer dar, den Google kürzlich vorstellte. Der benutzt den Zufall, um seine Rechenleistung merkbar zu steigern. „Es gibt den Zufall, das musste erst einmal akzeptiert werden“, stellte Prof. Eschner am Ende seines Vortrages fest, „doch Wahrscheinlichkeiten sind vorhersagbar“.