Februar 25, 2024

Schach und Quantenverschränkung auf Entfernung (Update 2022)

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„…die Physik (soll) eine Wirklichkeit in Zeit und Raum darstellen, ohne spukhafte Fernwirkungen“ (Albert Einstein 1947).

„Wir wissen nicht, wie sie (die Lösung) aussieht, aber ich bin überzeugt, dass es sie gibt. Ich glaube sogar, dass sie ganz klar und einfach ist, sobald wir sie sehen. Wir werden uns an den Kopf greifen und uns fragen: Warum haben wir das nicht früher gesehen?“(Nobelpreisträger Anton Zeilinger 2022).

 

GEDANKENEXPERIMENT: SCHACH UND QUANTENVERSCHRÄNKUNG AUF ENTFERNUNG (Update 2022).

Ein kluger Zug der königlichen Akademie in Stockholm. Am 4..10.2022 erhielten die Quantenforscher A. Aspect, J. F. Clauser und A. Zeilinger den Physiknobelpreis für Experimente und Technologieforschung zur Quantenverschränkung.

„Entangled states – from theory to technology“

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2022/press-release

Nobel Prize in Physics 2022…for experiments with entangled photons… and pioneering quantum information science”.

Zahlreiche Medien stellten die Übersetzung zentraler Erkenntnisse der Begründung verständlich dar:

„Die Forscher haben bahnbrechende Experimente mit verschränkten Quantenzuständen durchgeführt, bei denen sich zwei Teilchen wie eine Einheit verhalten, auch wenn sie getrennt sind.“

„Wenn sich zwei Teilchen in verschränkten Quantenzuständen befinden, kann jemand, der eine Eigenschaft des einen Teilchens misst, sofort das Ergebnis einer gleichwertigen Messung am anderen Teilchen bestimmen, ohne dass eine Überprüfung erforderlich ist.“

Auch Schrödinger, Einstein, Bohr, Born und Heisenberg hatten sich schon in Briefen,  Diskussionen und mitteils  Gedankenexperimenten mit der unfassbaren
Quantenverschränkung (auf Entfernung) befasst.

Wissen und Verschränkung


Interessant ist, dass Nobelpreisträger Schrödinger nicht nur Teilchen oder Körper verschränkt sieht, sondern auch unser Wissen um die jeweilige Verbindung (Wechselwirkung): „Wenn zwei getrennte Körper, die einzeln maximal bekannt sind, in eine Situation kommen, in der sie aufeinander einwirken, und sich wieder trennen, dann kommt regelmäßig das zustande, was ich eben Verschränkung unseres Wissens um die beiden Körper nannte“ (1935/1996, S. 28).

Damals konnten Quantenverschränkungen noch nicht im Labor oder Feldversuch. z. B. durch Laser oder Mikrowellenimpulse hergestellt werden. Stattdessen wurde mit Metaphern /Analogien argumentiert, die auch heute noch nützlich sind. Vor allem der Würfel als Symbol für Zufall.

WÜRFELT GOTT? Alles Zufall? Kausal-deterministisch?  Schachspielartig?

Heisenberg (1988, S. 100) erinnert sich: „‚Gott würfelt nicht‘, das war ein Grundsatz, der für Einstein unerschütterlich feststand, an dem er nicht rütteln lassen wollte. Bohr konnte darauf nur antworten: ‚Aber es kann doch nicht unsere Aufgabe sein, Gott vorzuschreiben, wie Er die Welt regieren soll'“. Soweit Heisenbergs Rückblick.

Einstein war überzeugt, dass es im Naturgeschehen keine Zufallseinflüsse gebe – auch keine ’spukhaften Fernwirkungen‘ – jedenfalls nicht ohne theoretische Zusatzannahmen / versteckte Variablen. Im Kosmos, im Weltgeschehen und der Physik sei Alles durch Naturgesetze deterministisch festgelegt. Er beschrieb 1926 die erste Variante seiner Darstellung, dass Gott nichts vom Zufall hält, in einem Brief an den Quantenphysiker Max Born: „Die Quantenmechanik ist sehr achtung-gebietend. Aber eine innere Stimme sagt mir, dass das doch nicht der wahre Jakob ist. Die Theorie liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns kaum näher. Jedenfalls bin ich überzeugt, dass er nicht würfelt“ (in Einstein-Born Briefwechsel 1991, S.. 127.).

Einsteins Briefpartner Born sah es locker (nach Pagels, 1984, S. 80): „Wenn Gott die Welt auch als vollkommenen Mechanismus schuf, so hat er doch wenigstens unserem unzulänglichen Verstand zugestanden, dass wir um kleine Teile dieser Welt vorherzusagen…mit ganz gutem Erfolg auch würfeln können“.
 
Einstein glaubte nicht an „das fundamentale Würfelspiel“ und schrieb wiederum: „Du glaubst an den würfelnden Gott und ich an volle Gesetzlichkeit in einer Welt von etwas objectiv Seienden, das ich auf wild spekulativem Wege zu erhaschen suche“ (Brief von Einstein an Born 1944, in Briefwechsel 1991).

Was bedeutet „würfeln“?


Auch Niels Bohr hatte 1949 noch eine Erwiderung: „In meiner frechen Weise möchte ich sogar sagen, daß niemand – und nicht einmal der liebe Gott selber – wissen kann, was ein Wort wie würfeln in diesem Zusammenhang heißen soll“ (in Niels Bohr: Collected Works: Foundations of Quantum Physics II ,1933–1958, Bd. 7).

Die Bemühungen um ein Verständnis der Quantenphysik kamen zu keinem Ergebnis.

Prof. Zeilinger hat mittlerweile eine Analogie mit zwei „quantenmechanischen Würfeln“ ins Spiel gebracht, an denen er die Verschränkung fiktiv beschreibt.

https://www.spektrum.de/alias/tagebuch/zeilingers-weihnachtskolloquium/977693

„Quantenmechanische Würfel wissen alles voneinander – wie weit sie auch entfernt sein mögen.


Zeilinger findet dafür ein hübsches Bild. Er stellt den Hörern zwei „quantenmechanische Würfel“ vor. Nehmen wir an, beginnt er, diese Würfel würden irgendwann miteinander wechselwirken und sich dann beliebig weit voneinander entfernen. Wären es klassische Objekte, so könnten wir den einen werfen, ohne dass es den anderen beeinflusste. Quantenmechanische Objekte verhalten sich jedoch anders. Würfelten wir mit dem einen eine 6, so wüssten wir, dass der jetzt andere auch mit 100%iger Sicherheit eine 6 zeigt. Genauso bei einer 3 oder anderen Zahl. Ganz gleich wie weit entfernt – die Würfel würden voneinander wissen und sich korreliert verhalten. So etwas ist in der klassischen Physik grundsätzlich unmöglich.“

Einfacher beschreiben kann man’s nicht. Das ist schon ein großer Fortschritt! Leider funktioniert die Verschränkung nicht tatsächlich, weil es nur ein Gedankenexperiment ist und es keine wirkliche Verschränkung zwischen den Würfeln gibt. Auch der österreichische Verschränkungsriese sucht weiterhin nach dem Mechanismus für ’spooky action at a distance‘.

Trotzdem wollte ich es verstehen und habe mich schließlich introspektiv meinem „Schachlabor im Kopf“ zugewandt.

Als Freund der Schachmetapher musste ich natürlich auch ein paar Varianten ins Spiel bringen. Zum Beispiel: Gott würfelt nicht! Vielleicht spielt er Schach!? Dazu mehr an anderer Stelle.

Hier mein Text zur Quantenverschränkung von 2015 und danach folgt das Update zum Thema:

Der absolute Quantenschocker ist die Quantenverschränkung auf weite Entfernung. Wie erwähnt, bezeichnete Einstein dieses real-existierende, äusserst wichtige Quantenphänomen nachdenklich-kritisch als „spukhafte Fernwirkungen“ (in Einstein & Born Briefwechsel 1916-1955), brilliant übersetzt als „spooky action at a distance“. Wir werden uns jetzt der Quantenverschränkung auf Distanz erstmals mit schachspielerischen Mitteln nähern und versuchen das Unfassbare fassbarer zu machen. 

Betrachten wir das Schachbieten als Wirkung einer Schachfigur. Einfachst dargestellt mit zwei Figuren: Weißer Turm steht auf Feld d1, schwarzer König steht auf e8. Turm zieht auf e1 und bietet auf der offenen e-Linie, auf der keine weiteren Steine stehen, dem gegnerischen König Schach: Turm d1-e1 Schach! Durch den Zug entseht die Wirkung sofort! 

Die Dehnung der Schachzone – Schachgebot mit Fernwirkung & spukhafte Schachwirkung 

Stellen wir uns nun vor, das Schachbrett hätte größere Felder als üblich, so dass sich der schachbietende Turm und der König auf 10 oder 100 Meter Entfernung gegenüber stehen. Das Schach tritt durch den Zug des Turmes selbstverständlich trotzdem sofort ein, und zwar (auch) ohne Informationsübertragung an den schwarzen König oder den Spieler mit den schwarzen Steinen. 

Würde der erweiterte Schach“raum“ und die offene e-Linie bis zum Mars reichen oder gar bis zum Rande (falls vorhanden) des Kosmos: das Schachgebot ist stets sofort wirksam, auch wenn die Information „Schach!“ noch Sekunden, Stunden oder Jahrmillionen zum Spielpartner unterwegs ist. Information braucht man zur Erkennung der Lage, der Stellung auf dem Brett, der Zugwahl, aber nicht zur Erreichung der Wirkung nach dem Schachgebot. 

Ein Mechanismus, der über weite Entfernungen ohne Informationsübermittlung sofortige Wirkung erzielt!? Ist das eine spukhafte Fernwirkung, wenn man die Turm-König-Raum-Beziehung als verschränktes System betrachtet? – So habe ich mir jedenfalls nach vielen Gedanken-Experimenten die SOFORTIGE Fernwirkung OHNE Informationsübermittlung endlich vorstellen können. 

Genau betrachtet erscheint die Schach-Fernwirkung keineswegs spukhaft, allenfalls der schachartige Mechanismus oder ein verstecktes Prinzip dafür. Wie ist es möglich, dass ohne Informationsübermittlung eine augenblickliche Zustandsänderung auf große Entfernung erreicht wird? Schachregeln spielen hier mit – und sonst noch etwas? Ob die „spukhafte“ Schachwirkung als Analogie oder sogar als anschauliches Beispiel für einen Mechanismus / ein Prinzip der Quantenmechanik betrachtet werden kann, darüber lässt sich trefflich diskutieren – könnte für manche Denker fast so spannend wie ein verwickeltes Schachproblem sein. 

SCHACHMATT AUF WEITE ENTFERNUNG – Spooky checkmate at a distance! 

Ein weiteres Gedankenexperiment mit echten Realisierungschancen. Matt mit spukhafter Fernwirkung: sofortige Wirkung ohne Informationsübertragung bei Schachpartie mit Roboter Curiosity auf dem Mars! Nehmen wir an, Curiosity (oder ein Nachfolger) hätte auch ein Schachprogramm dabei und spielt via Funk (elektromagnetische Wellen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit) mit der Bodenstation. Diese setzt ihn Matt. Durch den Zug entsteht die Wirkung auch auf Entfernung ohne Verzögerung. Schachmatt tritt sofort ein, vgl. Wikipedia: „Ein Schachmatt (oft auch einfach nur Matt) ist eine Stellung im Schachspiel, in der ein König im Schach steht und es keinen regelgerechten Zug gibt, dieses Schachgebot aufzuheben. Mit einem Schachmatt ist die Partie beendet und für den Spieler, dessen König schachmatt gesetzt wurde, verloren.“ 
Das gilt auch, wenn der Gegner von der Erde aus auf dem Mars Matt gesetzt wird.

Chess entanglement: Instant spooky checkmate at a distance! 

Curiosity ist schon augenblicklich matt, auch wenn er es noch nicht weiß. – Ein Schachzug wirkt sofort – auch im erweiterten Schachraum! 

Natürlich ist jeder eingeladen mitzudenken, durchzuspielen und zu kritisieren! Wie sagte schon Einstein (zit. nach Kumar 2009, S. 421): „Ich habe hundertmal mehr über Quantenprobleme nachgedacht als über die allgemeine Relativitätstheorie.“

Soweit meine Ausführungen von 2015.

Neue Überlegungen zu Schach und Quantenverschränkung auf weite Entfernung

Anschauungen / Erkenntnisse zu dieser Thematik, die ich seit 2015 gewonnen habe:

Die Quantenwürfel-Metapher (Zeilinger) kann sehr schnell verdeutlichen, was mit Fernwirkung gemeint ist. Einen Wirkmechanismus für spukhafte Fernwirkung kann sie leider nicht herbeizaubern, weil die beiden Würfel ja nicht tatsächlich wechselwirken bzw. korrelieren.


Die Schachmetapher hingegen kann einen Wirkmechanismus bzw. eine Korrelation tatsächlich aufzeigen. Wird eine Schachpartie zwischen zwei Spielern an zwei entfernen Schachbretten gespielt – ein Brett muss nicht unbedingt auf dem Mars stehen – erfolgt ein Matt auf Entfernung ohne Informationsübertragung. Es funktioniert auch im Wohnzimmer, im Schachclub, zwischen Nürnberg und München, Hamburg und New York, everywhere (vielleicht sogar zwischen Carlsen und Niemann). Versuchen Sie es ruhig mal!

Demnächst mache ich noch ein paar ketzerische Anmerkungen an Hand meiner Schachmetapher zu Einsteins versteckten Variablen. Eventuell war Einstein gar nicht so quantenweltfremd wie manche meinen. Möglicherweise können wir diese Variablen zum Beispiel in verborgenen Dimensionen der Stringtheorie oder der Schleifen-Quantengravitation (Rovelli 2017, S. 50-54) entdecken? – Keine Sorge, das Thema hat noch nichts mit Schach zu tun!

 

Natürlich kann man für Erklärungs- und Demonstrationszwecke „Quantenwürfel“ und Schachmetapher gemeinsam heranziehen.

Die Schachmetapher zur Quantenverschränkung & Spooky Checkmate at a Distance ist das erste „Paradigma“ zur Verdeutlichung meines Ansatzes. Mittlerweile habe ich auch das Indische Schachproblem quantenmechanisch zu analysieren versucht sowie „Schrödingers Schachzug mit Heisenbergs Zwischenzustand“ kombiniert. Dazu folgen Beiträge nach weiteren Grundlagen zur Schach-Quantenphysik. Ebenso zu Schach, Information und Quantenphysik oder wie es bei der Begründung des Nobelpreises beeindruckend heißt: „pioneering quantum information science“. Ich sage es lieber etwas bescheidener:

Das hier entstehende Projekt versucht die Quantenphysik schachspielartig zu betrachten sowie Schach quantenartig zu durchdringen. Ich möchte mit Schach, Schachfiguren, Schachfeldern, Schachzügen sowie mentalen Prozessen in Gehirnen von Schachspielern Quanten und quantenmechanische Vorgänge veranschaulichen und verstehbar machen. Insgesamt gilt es, erhellende Gemeinsamkeiten, Parallelen, Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Schach und Quantenmechanik herauszuarbeiten und dabei auch etwas Spaß zu haben.

Anregungen, Infos, eigene Erfahrungen und Kritik sind willkommen!

Email: RMunzert@t-online.de

Dr. Reinhard Munzert

Schach und Quantenphysik