Dekohärenz

Dekohärenz ist der Schlüsselbegriff bei der quantenmechanischen Erklärung, warum an den Objekten des Alltags und der klassischen Physik diejenigen Phänomene nicht beobachtet werden, die für die Quantenphysik grundlegend und typisch sind, jedoch mit der Anschauung schwer zu vereinbaren scheinen. Dazu gehört unter anderem der Welle-Teilchen-Dualismus (siehe z. B. konstruktive und destruktive Interferenz im Doppelspaltversuch), die gegenseitige Beeinflussung zweier weit voneinander entfernter Objekte ohne jede physikalische Wechselwirkung zwischen ihnen (siehe Quantenverschränkung), sowie die kohärente Superposition verschiedener Zustände desselben Objekts (siehe z. B. Schrödingers Katze).

Die quantenmechanische Erklärung dieser Phänomene beruht darauf, dass die mathematischen Größen, mit denen Zustände beschrieben werden (siehe Wellenfunktion, Zustandsvektor), kohärent superponiert werden können. Das heißt, sie können mit komplexen Zahlen, den Amplituden, multipliziert und dann addiert werden. Die kohärente Superposition beschreibt einen neuen Zustand, in dem das Objekt gleichzeitig mit gewisser Wahrscheinlichkeit in jedem der zur Überlagerung gebrachten Zustände ist, in dem es darüber hinaus aber auch neue Eigenschaften aufweisen kann (z. B. Interferenzmuster, Korrelationen zwischen gleichzeitigen Beobachtungen an weit entfernten Teilchen). Diese hängen davon ab, ob und welche festen Beziehungen zwischen den komplexen Phasenfaktoren der einzelnen Amplituden existieren. Dekohärenz bedeutet das Verschwinden fester Phasenbeziehungen. Dies tritt bei makroskopischen Objekten der klassischen Physik in normaler Umgebung in unbeobachtbar kurzer Zeit ein, weil die Phasenbeziehungen aufgrund von unmerklichen, unkontrollierbaren und unvermeidlichen Wechselwirkungen mit der Umgebung (z. B. Austausch von thermischer Strahlung, Stöße von Luftmolekülen etc.) ungeordnet variieren. Dies macht die Beobachtung der typisch quantenmechanischen Phänomene unmöglich und lässt damit das der direkten Anschauung zugängliche klassische Verhalten hervortreten.

Das Dekohärenzkonzept wurde 1970 von Dieter Zeh vorgeschlagen und zusammen mit ihm von E. Joos, W.H. Zurek und anderen ausgearbeitet. Es überwindet die in der Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik geforderte prinzipielle Trennung zwischen den Gültigkeitsbereichen von klassischer und Quantenphysik und ist heute bei vielen gängigen Interpretationen der Quantenmechanik ein wichtiges Hilfsmittel zur Klärung der Frage, wie die klassischen Phänomene makroskopischer Objekte quantenmechanisch gedeutet werden können.

1. ↑ H. D. Zeh: On the Interpretation of Measurement in Quantum Theory. In: Foundations of Physics. Band 1, Nr. 1. Springer Verlag, 1970, S. 69–76 (englisch, online beim Verlag als PDF [abgerufen am 13. November 2012]). 
2. ↑ Schlosshauer, Maximilian: "Decoherence, the Measurement Problem, and Interpretations of Quantum Mechanics", Reviews of Modern Physics 76(2004), 1267–1305. arxiv:quant-ph/0312059v4.
3. ↑ Jochen Pade: Quantenmechanik zu Fuß 2: Anwendungen und Erweiterungen. 2. Auflage. Springer Spektrum, 2024, ISBN 978-3-662-67929-6.