Können Messungen »unscharfe« Ergebnisse liefern?

Ja, und zwar nicht nur im Alltag. In der Welt der Quanten führt die Frage zu einem der grundlegendsten Probleme der Physik überhaupt. Unsere Alltagserfahrung zeigt, dass mit den entsprechenden Instrumenten im Prinzip eine beliebig große Messgenauigkeit erreicht werden kann. Werner Heisenberg kam 1926 für die Quantenwelt zu einer anderen Aussage, die nach ihm Heisenberg'sche Unschärferelation genannt wird: »Bestimmte Größen lassen sich nicht gleichzeitig beliebig genau beobachten.« Zu diesen Größen gehören beispielsweise Zeit und Energie eines Teilchens – eines Quantenteilchens eben. Genauer ausgedrückt ist das Produkt aus den Messwerten von Energie und Zeit (oder von Ort und Impuls) stets größer als die Planck'sche Konstante. Wird eine der beiden Größen mit hoher Genauigkeit gemessen, muss sich die Genauigkeit der zweiten Größe verkleinern, sie muss unscharf werden. Beide Größen lassen sich nacheinander beliebig genau messen, aber nie gleichzeitig! Der Zahlenwert der Planck'schen Konstanten ist so extrem klein, dass die Unschärferelation für unseren Alltag direkt keine Rolle spielt. Ganz anders sieht es aber bei atomaren Größenordnungen aus. Und die sind z. B. bei den Strukturen von Computerchips schon bald erreicht: Zukünftige Computer müssen mit der Heisenberg'schen Unschärferelation zurechtkommen!

Aber auch makroskopische Wellen zeigen eine ähnliche Unschärfebeziehung. Erkennen lässt sich das z. B., wenn man einen Dauerton gleichbleibender Frequenz und einen Knall miteinander vergleicht. Der Dauerton hat eine genau bestimmbare Frequenz (Tonhöhe), es gibt aber keinen exakten Zeitpunkt, zu dem er stattfindet. Ganz anders der Knall: Er ereignet sich in einem sehr kurzen Zeitabschnitt. Dafür hat er keine genaue Tonhöhe, also keine genau angebbare Frequenz. Das durch die Heisenberg'sche Unschärferelation aufgeworfene Grundproblem der Physik lautet: Was ist eine Messung? An dieser Frage beißen sich die Forscher auch heute noch die Zähne aus.