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TeleportationTeleportation (von altgriechisch τῆλε tele „fern“ und lateinisch portare „tragen, bringen“) bezeichnet den theoretischen, instantanen Transport eines Objekts von einem Ort zum anderen, ohne den dreidimensionalen Raum dazwischen zu durchqueren. Bis heute ist Teleportation reine Science-Fiction. Physikalische RealisierungNach den bekannten Gesetzen der Physik gibt es keine Möglichkeit zur Realisierung einer Teleportation, bei der Materie zwischen zwei Orten transportiert wird, ohne den Raum dazwischen zu durchqueren. Im Gegenteil: Einige der fundamentalsten Naturgesetze verbieten sie sogar. So erlauben die Newtonschen Gesetze keinen instantanen Ortswechsel, sondern nur Bewegungen mit endlicher Geschwindigkeit. Die Relativitätstheorie begrenzt diese zusätzlich auf unterhalb der Lichtgeschwindigkeit, da die Beschleunigung einer Masse auf Lichtgeschwindigkeit unendlich viel Energie benötigen würde und überlichtschnelle Bewegung die Kausalität verletzt.[1] Der Transport normaler Materie (Atome) von einem Ort zum anderen, ohne den Raum dazwischen zu durchqueren, widerspricht zudem mehreren wichtigen Erhaltungssätzen der klassischen und Teilchenphysik (Energie, Impuls, Baryonenzahl, Leptonenzahl). Der plötzliche Ortswechsel einer Masse entspricht einer instantanen Verschiebung des Schwerpunktes, was ohne eine unendliche Krafteinwirkung der Impulserhaltung widerspricht. Energie und Teilchenzahlen würden beim instantanen Verschwinden und Auftauchen von Materie sowohl am Start- als auch am Zielort nicht erhalten bleiben. Eine echte Teleportation ist daher aus wissenschaftlicher Sicht kaum vorstellbar.
– M.K. Olsen et al.: From squeezed atom lasers to teleportation of massive articles[2] In der Grundlagenforschung spielt Teleportation aufgrund der fehlenden Erfolgsaussichten derzeit keine nennenswerte Rolle. Eine dennoch von der United States Air Force (USAF) in Auftrag gegebene Machbarkeitsstudie von 2004[3][4] fand im Wesentlichen zwei Ansatzpunkte: Die Manipulation der Raumzeitmetrik in der allgemeinen Relativitätstheorie und die Manipulation von Vakuumfluktuationen in der Quantenelektrodynamik. Ein konkreter Vorschlag, wie damit Teleportation ermöglicht werden könnte, wurde allerdings nicht gefunden. Unter anderem wurden darin Wurmlöcher diskutiert, die allerdings hoch spekulativ sind und die meisten Probleme der Teleportation nicht lösen würden. BeamenBeamen wird häufig synonym für Teleportation verwendet und bezeichnet die hypothetische Übertragung eines Objekts in Form von Strahlung. Das Objekt muss hierzu am Ursprungsort „dematerialisiert“, also in seine Bestandteile zerlegt werden, die dann als Strahl versendet und am Zielort „rematerialisiert“, also wieder zusammengesetzt werden.[5] Hierdurch wird erreicht, dass ein Objekt, ähnlich zur Teleportation, am Ursprungsort verschwindet und am Zielort wieder auftaucht. Jedoch gibt es einen durchgehenden Übertragungsweg, entlang dem die Materie (eventuell in umgewandelter Form) den Raum durchquert. Damit ist Beamen strenggenommen keine Teleportation. Das Konzept geht vor allem auf die Science-Fiction Serie Star-Trek zurück, wo mit Hilfe von sogenannten Transportern Gegenstände und Personen zwischen Orten hin- und hergebeamt werden.[6] In der realen Welt ist es bisher nicht gelungen, Objekte zu beamen. Zum einen gibt es noch keine Technologie, die beliebige Gegenstände Atom für Atom zerlegen oder zusammensetzen könnte, schon gar nicht in Sekundenschnelle.[7] Zum anderen ist die Menge an Information zur vollständigen Darstellung makroskopischer Objekte (in der Größenordnung 1028 Bit) bei weitem zu groß für die heute verfügbare Informationstechnologie.[8] Als weiteres Hindernis wird in diesem Zusammenhang oft die Heisenbergsche Unschärferelation genannt, die eine beliebig genaue Messung von Ort und Impuls einzelner Teilchen verbietet. Bei Raumtemperatur und auch noch weit darunter stellt dies allerdings keine Einschränkung dar, da Ort und Impuls einzelner Teilchen statistisch fluktuieren und gar nicht präzise bestimmt werden müssen. In den Science-Fiction-Konzepten zum Beamen wird zudem nicht präzise darauf eingegangen, in welcher Form von Strahlung die Materie versendet wird.[9] Die Physik kennt im Großen und Ganzen zwei Arten von Strahlung: Elektromagnetische Strahlung (Radio, Licht, Röntgen, Gammastrahlung etc.) und Korpuskularstrahlung (Alpha- und Betastrahlung, Neutronen, Neutrinos, Atome etc.).[10] Nach der berühmten Äquivalenz von Masse und Energie E=mc² besitzt jede Form von Energie auch eine entsprechende Masse, was allerdings nicht bedeutet, dass eine Umwandlung von Materie in reine Strahlungsenergie uneingeschränkt möglich ist. So kann elektromagnetische Strahlung alleine nach heutigem Wissensstand nicht zur Übertragung von Materie verwendet werden, da diese zwar Energie transportiert, nicht aber die zum Aufbau von Atomen erforderlichen Baryonen und Leptonen.[11] Korpuskularstrahlung hingegen ist im Grunde nichts anderes als bewegte Materie. Sie bietet deshalb kaum Vorteile gegenüber dem Transport eines Objektes als Ganzes. Einerseits muss die gleiche Energie zum Beschleunigen und Abbremsen der einzelnen Teilchen aufgebracht werden wie für das unzerlegte Objekt.[12] Es ergibt sich also kein Geschwindigkeitsvorteil. Andererseits ist es auch mit Korpuskularstrahlung nur sehr beschränkt möglich, materielle Hindernisse auf dem Übertragungsweg zu durchdringen. Beamen durch InformationsübertragungPrinzipiell möglich ist eine reine Informationsübertragung und die Materialisierung mit Hilfe von am Zielort vorhandener Materie. Dann handelt es sich praktisch um die Erstellung einer Kopie.[13] Im atomaren Maßstab wurde ein solches Beamen von Information aus einem Atomstrahl zu einem anderen im Jahr 2008 demonstriert. Anders als bei der Quantenteleportation kam das Verfahren ohne vorab verteilte Verschränkung aus, weil auch Quanteneigenschaften direkt mit einem Lichtstrahl übertragen werden konnten. Das 2007 von Ashton Bradley et al. entwickelte Verfahren läuft wie folgt ab:[14][15]
Die Forscher des Australian Research Council Center of Excellence for Quantum-Atom Optics zeigten sich überzeugt, dass es auf diese Weise gelingen könne, die Information eines Strahls aus 5.000 Atomen zu übertragen.[2][15] Die praktische Anwendung der Methode erschwert, dass Sender und Empfänger über die für die Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats benötigten Apparaturen verfügen müssen. Mit ihr ist die Hoffnung verbunden, größere, wahrlich makroskopische Objekte, beispielsweise Moleküle wie Desoxyribonukleinsäure beamen zu können.[14] QuantenteleportationDie sogenannte Quantenteleportation ist trotz der begrifflichen Verwandtschaft keine Teleportation im Sinne einer Übertragung von Materie. Stattdessen ermöglicht sie eine Übertragung von Information in Form von Quantenzuständen (z. B. Spin) und deren Realisierung beim Empfänger.[16] In der klassischen Physik ist die Möglichkeit zur Informationsübertragung eine Selbstverständlichkeit. Zum Beispiel kann eine klassische Textnachricht mühelos von einem Mobiltelefon zu einem anderen übertragen werden. Dass es überhaupt der Quantenteleportation bedarf, liegt am No-Cloning-Theorem. Da es unmöglich ist, Quanteninformation zu kopieren, kann sie beim Empfänger erst realisiert werden, sobald sie beim Sender (durch eine Messung) vernichtet wird. Die Bezeichnung „Teleportation“ wurde eingeführt, weil dabei ein Teil der Information, gemäß einer häufigen Interpretation, instantan über beliebige Entfernungen auf das Zielobjekt übertragen wird.[17][18] Daneben benötigt die Quantenteleportation aber auch die Übertragung von klassischer Information, und kann deshalb nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit stattfinden.[17] Im Gegensatz zur echten Teleportation wurde die Quantenteleportation in zahlreichen Laboren realisiert und nachgewiesen, beispielsweise mit Photonen und einzelnen Atomen (Ionen). Nach der theoretischen Erfindung im Jahr 1993 erfolgte die erste Realisierung 1997. Die bisher am weitesten, von Menschenhand ausgeführte Quantenteleportation fand 2017 statt und betrug 1400 km.[19] Medienberichte, in denen von erfolgreich durchgeführten Teleportationen berichtet wird, beziehen sich in aller Regel auf die Quantenteleportation. Teleportation in Film, Fernsehen, Literatur und ComputerspielenTeleportation mittels Magie und übernatürlicher FähigkeitenIn der Esoterik, dem Okkultismus und der Literatur bezieht sich Teleportation auf paranormale/magische Fähigkeiten ohne technische Hilfsmittel,[20] z. B. als Transportportale genutzten Kamine oder Portschlüssel bzw. auch das Apparieren bei Harry Potter. Bereits die Transportmethode mittels eines magischen Teppichs in der Erzählung Die Geschichte des Prinzen Ahmed und der Fee Pari Banu in Tausendundeine Nacht ist als Teleportation deutbar (im Gegensatz zum Teppich Salomos, der vom Wind getragen wird und so nach vergleichsweise banaler physikalischer Gesetzmäßigkeit, einem konventionellen antriebslosen Luftfahrzeug – z. B. Hängegleiter – vergleichbar fliegt). 1931 Der Amerikaner Charles Hoy Fort verwendete in seiner Sammlung Lo! („Schau!“) den Begriff für die Poltergeist-Erscheinungen Apport und Asport, das unvermittelte Auftauchen und Verschwinden von Gegenständen.[21] Auf Gedankenkraft beruhende Darstellungen kommen in Romanen wie Where Ever You May Be (1953) von James Gunn, Blind Voices (1966) von Tom Reamy, The Witches of Karres (1978) von James H. Schmitz, A Coming of Age (1984) von Timothy Zahn sowie bei Perry Rhodans Mutanten vor. Auch in der Manga-Reihe Dragon Ball gibt es eine mentale Fähigkeit namens Momentane Teleportation,[22] die es Wesen ermöglicht in Nullzeit an einem anderen Ort zu rematerialisieren. Die Zauberer in World of Warcraft (2004) können unter Zuhilfenahme einer Rune auch von jedem beliebigen Punkt in andere Hauptstädte teleportieren. Im Film Jumper von 2008 gibt es Menschen mit der Fähigkeit, an einen anderen Ort zu springen. In der dreiteiligen Filmreihe Phantastische Tierwesen von 2016, 2018 und 2020 können Magier und Tierwesen an andere Orte teleportieren. Der Charakter Symmetra aus dem 2016 erschienenen Computerspiel Overwatch kann andere Spieler durch Teleportation[23] von einem Ort zum anderen bringen. Teleportation mittels Technologie (Science-Fiction)In der Science-Fiction-Literatur ist die Teleportation meist eine Technik zur Materieübertragung (englisch Matter Transmission').[24]
Mythen rund um Teleportation
Literatur
WeblinksCommons: Teleportation – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Teleportation – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Einzelnachweise
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