„Forschende lassen Quantenzeit rückwärtslaufen“ war 2026 eine der meistgeteilten Physik-Schlagzeilen[1]. Die eigentliche Arbeit von Physikern am Los Alamos National Laboratory ist subtil und wirklich interessant: Sie handelt vom Zeitpfeil, davon, warum es ihn gibt, und wie das Messen eines Quantensystems ihn verbiegen kann. Dieser Beitrag erklärt es sorgfältig, denn Schlagzeile und Physik sind nicht ganz dasselbe.
Warum hat die Zeit überhaupt eine Richtung?
GCSE-Kernstoff
Filmen Sie eine Billardkugel, die von der Bande abprallt, und spielen Sie den Film rückwärts ab: Es sieht immer noch möglich aus. Die grundlegenden Bewegungsgesetze funktionieren in beide Richtungen gleich gut. Filmen Sie aber ein zerbrechendes Ei und lassen Sie es rückwärts laufen, weiß jeder, dass es umgekehrt ist. Der Unterschied ist die Entropie, grob ein Maß dafür, auf wie viele Arten Energie und Teilchen eines Systems angeordnet sein können. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik sagt, dass die Gesamtentropie eines abgeschlossenen Systems nicht abnimmt: Eier zerbrechen, Wärme fließt von heiß nach kalt, Parfüm verteilt sich im Raum. Diese Einbahn-Tendenz nennen Physiker den Zeitpfeil.
Messung gibt auch Quantensystemen einen Pfeil
A-Level-Vertiefung
In der Quantenphysik ist Messen nicht passiv: Es stört das System (Messrückwirkung). Wiederholte Messungen schieben ein Quantensystem auf einen zufälligen Weg, und auch diese Wege haben eine natürliche Richtung, die sich mit Entropieproduktion beschreiben lässt. Das Team in Los Alamos fragte: Wenn man fortlaufend misst und sofort reagiert, kann man diese Richtung steuern?
Die Idee im Überblick: das System messen, das Ergebnis an einen Regler geben und sofort ein maßgeschneidertes Feld oder einen Puls anlegen. Je nach Strategie kann die Rückkopplung die Störung durch die Messung aufheben, verstärken oder überkorrigieren. Schema.
Ihre Antwort lautete: ja, theoretisch. Mit sorgfältig entworfenen Steuerfeldern (einem gezielt gewählten Hamilton-Operator, also einem festgelegten Satz von Kräften auf das System) und Rückkopplung zeigten sie, dass sich ein gemessenes System auf Wege lenken lässt, deren Zeitpfeil unterdrückt, gedehnt, verwischt oder sogar umgekehrt ist, sodass die Wege mit rückwärtslaufender Zeit vereinbar aussehen[1].
„Die Werkzeuge, die wir entwickelt haben, können den wahrgenommenen Zeitpfeil manipulieren und eröffnen überraschende, neue Wege, Quantensysteme zu steuern.“ Luis Pedro García-Pintos, Los Alamos[1]
Energie aus Messungen
Das Team schlug auch eine „Messmaschine“ vor: einen Weg, nutzbare Energie direkt aus der Störung durch Quantenmessungen zu gewinnen. Mit ihren Worten werden Quantenmessungen zu „einer thermodynamischen Ressource, die angezapft werden kann, um Arbeit zu verrichten“[1].
Der Unterschied, den Lernende oft übersehen
Keine Zeitmaschine und keine Gratisenergie.
Kurzcheck
Welche Aussage über die „Zeitumkehr“-Arbeit aus Los Alamos ist zutreffend?
Warum es wichtig sein könnte
- Quantencomputing: Qubits werden ständig von ihrer Umgebung und durch Messungen gestört. Bessere Wege, diese Störungen zu lenken, aufzuheben oder wiederzuverwenden, könnten bei ihrer Steuerung helfen.
- Quantenthermodynamik: Zu verstehen, wann Messung eine Arbeitsquelle sein kann, hilft, die wahren Energiekosten des Rechnens zu bestimmen.
- Grundlagenphysik: Die Frage, woher der Zeitpfeil kommt, wird schärfer.
Prüfungsähnliche Frage
Formulieren Sie den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik mithilfe der Entropie und erklären Sie damit, warum Wärme spontan von einem heißen zu einem kalten Körper fließt, aber nicht umgekehrt. [3 Punkte]
Musterantwort und Punkteverteilung anzeigen
- die Gesamtentropie eines abgeschlossenen Systems nimmt nie ab (sie nimmt bei jedem spontanen Vorgang zu) (1 Punkt)
- fließt Wärme von heiß nach kalt, ist der Entropiegewinn des kalten Körpers größer als der Entropieverlust des heißen (ΔS = Q/T ist bei kleinerem T größer), also steigt die Gesamtentropie (1 Punkt)
- Wärmefluss von kalt nach heiß würde die Gesamtentropie senken und geschieht daher nicht spontan (dazu muss Arbeit verrichtet werden, wie im Kühlschrank) (1 Punkt)
Worauf der Prüfer achtet: den Satz genau formulieren und dann mit ΔS = Q/T die beiden Körper vergleichen.
Häufiger Fehler: zu sagen, die Entropie „steigt immer“ für jeden Körper. Nur die Gesamtentropie eines abgeschlossenen Systems kann nicht sinken; das Innere eines Kühlschranks kann Entropie verlieren, weil außen mehr abgegeben wird.
Thermodynamik und Quantenmessung gehören zu den am häufigsten missverstandenen Themen der Physik – und zu den lohnendsten. Ein weiteres Beispiel, wo quantenphysikalische „Leere“ echte Arbeit leistet: wie Vakuumfluktuationen einen Supraleiter stärken.
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Quellen und weiterführende Literatur
- ScienceDaily: Scientists make quantum time flow backward in stunning physics breakthrough (Jul 2026) — Los Alamos, Physical Review X, Zitate, Messmaschine, Vorbehalt zum zweiten Hauptsatz
- Wikipedia: Maxwell's demon — Hintergrund
- Wikipedia: Arrow of time — Hintergrund
Zuletzt überprüft: 5. Oktober 2026. Die Angaben sind typische veröffentlichte Werte, und Vorschriften können sich ändern. Die Formulierung in Prüfungen variiert je nach Lehrplan — bitte den eigenen prüfen.
Häufig gestellte Fragen
Haben Forschende die Zeit wirklich rückwärtslaufen lassen?
Nein. Physiker am Los Alamos National Laboratory entwarfen Steuerverfahren, mit denen ein gemessenes Quantensystem einem Weg folgt, der so aussieht, als zeige sein „Zeitpfeil“ rückwärts oder sei gedehnt oder verwischt. Die Zeit selbst läuft für das Labor und alle darin ganz normal weiter.
War das ein Experiment?
Es war eine theoretische Studie, 2026 in Physical Review X veröffentlicht von Luis Pedro García-Pintos mit Yi-Kai Liu und Alexey Gorshkov. Die Autoren planen Demonstrationen mit supraleitenden Qubits, den Bausteinen mancher Quantencomputer.
Verletzt das den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik?
Nein. Wie beim berühmten Gedankenexperiment Maxwellscher Dämon kann die Entropie lokal scheinbar abnehmen, doch die Forschenden betonen, dass der zweite Hauptsatz nicht verletzt wird, wenn man alle thermodynamischen Kosten einschließlich Messung und Rückkopplung berücksichtigt.
Was ist die „Messmaschine“?
Ein vorgeschlagenes Gerät, das nutzbare Energie aus der Störung durch Quantenmessungen selbst gewinnt und Messung damit als thermodynamische Ressource behandelt.
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Über den Autor
Sudershan Soni
Gründer und leitender Tutor bei Mostak Services — Tutor für Mathematik, Naturwissenschaften, Informatik und MINT mit Master-Abschluss und über 20 Jahren Berufserfahrung, unterrichtet Schüler von der 11+-Prüfung und GCSE bis zum A-Level und darüber hinaus, online weltweit.
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