Wo ist ein Ding und wo ist es nicht? Können Sie sich vorstellen, dass ein "Ding" (in diesem Fall ein Photon, d.h. ein Lichtteilchen) uns von einem Ort berichtet, an dem es gar nicht war?

Der Bombentest von Avshalom Elitzur und Lev Vaidman (ursprünglich ein Gedankenexperiment aus dem Jahr 1993, heute im Labor realisierbar) geht von folgender Geschichte aus: Eine Sorte Bomben hat einen ganz empfindlichen Zünder. Sowie ihn ein Photon trifft, explodiert sie. Daher ist der Zünder mit einer Kapsel verdeckt. Nun ist manchmal ein Produktionsfehler passiert: Die fehlerhaften Bomben haben nur eine Kapsel, aber keinen Zünder. Aufgabe: Finde – aus einem ganzen Sortiment von Bomben – zumindest eine, von der sichergestellt ist, dass sie diesen Produktionsfehler nicht aufweist, ohne dass sie dir explodiert!

Die Möglichkeit, die Kapsel zu entfernen und nachzusehen, ob ein Zünder darunter ist, fällt leider aus, denn damit der Zünder gesehen werden kann, müsste zuerst ein Photon auf ihn treffen, und dann geht einem die Bombe ja unter den Händen hoch! Im Rahmen der klassischen Physik (und in einer idealisierten Modellwelt, in der keine "Tricks" erlaubt sind) gibt es keine Möglichkeit, diese Aufgabe zu lösen! In der Quantentheorie – und in der Natur! – gibt es aber sehr wohl eine Methode, die zum Ziel führt. Dieser ist in der Animation illustriert.

1. Die Animation zeigt ein so genanntes Mach-Zehnder-Interferometer. Links unten befindet sich eine Lichtquelle. Durch einen Klick auf den Button "Strahlengänge/gesamte Strahlengeometrie" sehen Sie die Wege, die ein von der Quelle ausgesandter Lichtstrahl grundsätzlich nehmen kann: Er trifft zuerst auf einen halbdurchlässigen Spiegel und wird dadurch in zwei (gleich starke) Teilstrahlen zerlegt. Beide werden an je einem Spiegel reflektiert und kommen dann bei einem weiteren halbdurchlässigen Spiegel wieder zusammen. Zwei Detektoren 1 und 2 registrieren, ob Licht auf sie auftrifft.
2. Klicken Sie auf "Strahlengänge/Interferometer", so sehen Sie den tatsächlichen Strahlengang: Alles Licht landet im Detektor 2! Das rührt daher, dass Licht eine Welle ist, und dass die Teilstrahlen, die im Detektor 1 enden würden, einander auslöschen (und daher eben nicht zu Detektor 1 gelangen). Diese Eigenschaft eines solchen Versuchsaufbaus ist bereits lange bekannt und wurde im 19. Jahrhundert von Ernst Mach und Ludwig Zehnder experimentell umgesetzt.
3. Bedindet sich im oberen Strahlengang allerdings ein Hindernis (Button "Strahlengänge/mit Hindernis"), so fällt diese Auslöschung weg, und Licht kann in beide Detektoren fallen. Das bedeutet: Sobald Detektor 1 anspricht, wissen wir, dass sich irgendwo im Strahlengang ein Hindernis befindet.
4. Den gleichen Vorgang können Sie mit den Buttons unter "Klassische Theorie" ansehen, wobei das Licht in Form eines Wellenpakets visualisiert ist.
5. Die klassische Theorie, die das Licht als Welle ansieht, ist allerdings nur eine Näherung, denn das Licht besteht aus Teilchen, den Photonen, und es ist heute keine Hexerei mehr, mit einzelnen Photonen zu experimentieren. Daher wissen wir auch, dass sich einzelne Photonen nicht aufspalten können! Die klassische Theorie ist aber keineswegs überflüssig, nur wird "die Welle" in der Quantentheorie anders interpretiert: Ihre Intensität gibt die Wahrscheinlichkeit an, wo das Photon gefunden wird!
6. Mit den Buttons unter "Quantentheorie" können Sie sich ansehen, wie sich die Situation für ein einzelnes Photon darstellt. Mit dem Button "Photon" schicken Sie ein Photon in das Interferometer. Es kommt aus der Quelle und trifft auf den ersten Spiegel. Danach lässt sich nichts über den Weg sagen, den es nimmt, und am Ende kommt es wieder heraus und trifft, gemäß der Vorhersage der (Wahrscheinlichkeits-)Welle in Detektor 2. Wie oft Sie auch auf den Button "Photon" klicken – das Photon landet immer im Detektor 2! Einfach weil die Wahrscheinlichkeit, im Detektor 1 zu landen, gleich Null ist!
7. Mit dem Button "Quantentheorie/mit Hindernis" stellen Sie wie zuvor ein Hindernis in den oberen Strahlengang. Das Photon hat nun drei Möglichkeiten: Entweder es trfft auf das Hindernis und prallt von ihm ab, oder es landet in einem der beiden Detektoren. (Klicken Sie solange auf den Button, bis alle drei Fälle eingetreten sind!)
8. Jetzt kommt die Bombe ins Spiel: Wir schrauben (im Dunkeln) die Kapsel ab und platzieren die Bombe so, dass der Zünder – falls vorhanden – den oberen Strahlengang unterbricht.
9. Probieren wir erst mal (mit dem Button "Quantentheorie/Blindgänger") eine Bombe, die keinen Zünder hat. Der Strahlengang ist nicht unterbrochen, und das Photon landet immer im Detektor 2.
10. Und jetzt eine Bombe mit Zünder (Button "Quantentheorie/scharfe Bombe"): Der obere Strahlengang ist unterbrochen. Das Photon hat (wie beim harmosen Hindernis vorher) drei Möglichkeiten: Es trifft auf den Zünder (wodurch die Bombe explodiert), es trifft auf Detektor 2 (was nichts Besonderes ist, da es das auch tun würde, wenn gar kein Zünder vorhanden wäre, oder es trifft auf Detektor 1. In diesem Fall erscheint zu Recht ein Rufzeichen! Denn damit ist die Aufgabe gelöst! (Klicken Sie solange auf den Button, bis dieser Fall eintritt!) Es ist nun sicher, dass die Bombe scharf ist (denn sonst hätte das Photon nicht im Detektor 1 landen können), und sie ist nicht explodiert!
    Diese Methode ist mit einem verstörenden Paradoxon behaftet: Woher wissen wir denn eigentlich wirklich, dass ein Zünder den oberen Strahlengang versperrt? Das Photon war ja nicht dort, denn sonst hätte die Bombe explodieren müssen!!! Womit haben wir also hingeschaut? Sollten wir etwa "mit der Möglichkeit, dass die Bombe explodieren hätte können" hingesehen haben?