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Lokalität (Physik)


Definition


Basiswissen


Wirkung können sich räumlich nur fortpflanzen, indem sie von einem Raum zu einem direkt angrenzenden, benachbarten Bereich des Raum wandern und immer so fort. Ein physikalischer Effekt kann nicht Raumbereiche überspringen, die keinerlei vermittelnde Zustandsänderung erlebten. Das ist das Prinzp der Lokalität. Es wird hier an einigen Beispielen kurz erklärt.

Anschaulich im Kugelstoßpendel


An einem Balken hängen mehrere Pendel herab. Stößt man ein Pendel an, dann kann sich ein anderes Pendel nur dann bewegen, wenn es dazwischen Materie gab, die den Stoß Schritt-für-Schritt weitergeben konnte. Auch wenn der Zeitverzug hier so kurz ist, dass man ihn nicht sehen oder gut messen kann, lässt sich doch zeigen, dass die Stoßwirkung immer Zwischen-Materie benötigt, um sich ausbreiten zu können. Zwei Pendel, die völlig voneinander getrennt sind, können keinen Impuls (Bewegung) austauschen. Siehe auch Kugelstoßpendel ↗

Newtons klassische Mechanik


Isaac Newton stellte zum Ende des 17ten Jahrhunderts die Gesetze der klassichen Mechanik auf. Berühmt sind seine drei Axiome und das sogenannte Gravitationsgesetz. Es gibt keine Aufzeichnungen darüber, dass Newton darüber nachgedacht hat, dass die Gravitatinskraft Zeit für ihre Ausbreitung benötigt. In der klassichen Mechanik geht man davon aus, dass die Schwerkraft unmittelbar und sofort den gesamten Raum erfüllt. Das klassische Beispiel ist die Berechnung der Bahn von Planeten: in den Formeln der Himmelsmechanik wird nicht berücksichtigt, dass die Information über einen neuen Standort eines Planeten nur mit einer bestimmten Fortplfanzungsgeschwindigkeit einen Planeten B erreicht. In der klassichen Himmelsmechanik überträgt sich diese Information sofort, ein klassisches Beispiel für Lokalität in der Physik. Siehe auch Zweikörperproblem ↗

Der Lichtäther: das große Rätsel


Im 19ten Jahrhundert mehrten sich die Belege, dass Licht ein Phänomen mit vielen Eigenschaften von Wellen ist. Formeln, die auf Wasserwellen passen, konnte man ohne große Änderung auch auf die Optik übertragen (z. B. Doppelspaltexperiment). Eine Welle in der Physik ist definiert als die Ausbreitung einer Schwingung im Raum. Und für eine Schwingung muss es immer schwingende Dinge, sogenannte Oszillatoren, geben. So entstand die Frage, was denn bei der Ausbreitung von Licht im Vakuum schwingt, was sind die Osziallatoren einer Lichtwelle? Der hypothetisch angenommene Stoff der Oszillatoren wurden Äther genannt. Die Annahme eines Äthers würde auch das Prinzip der Lokalätit befriedigen: eine Schwingung breitet sich nur von einem Oszillator zu einem nächsten benachbarten Oszillator aus. Tatsächlich gibt es heute überzeugende Beweise, dass ein Äther für Licht nicht existiert. Die Frage bleibt dann offen, was im Raum schwingt, sodass die Lichtwelle sich nach dem Prinzip der Lokalität ausbreiten kann. Lies mehr unter Lichtäther ↗

Einsteins Relativitätstheorie


Nach Einsteins Relativitätstheorie aus dem Jahr 1905 kann sich nichts - auch Information nicht - schneller ausbreiten als mit der Geschwindigkeit des Lichts im Vakuum. Ein Ereignis A kann demnach also niemals ein Ereignis B innerhalb eine Zeitdauer t beeinflussen wenn A und B weiter als c·t voneinander entfernt sind. Das kleine c steht für die Lichtgeschwindigkeit. Gäbe es Ereignisse, bei denen dieses Gesetz verletzt wird, würde man zumindest im Sinne der Relativitätstheorie von einer Verletzung der Lokalität sprechen. Tatsächlich werden solche Phänomene diskutiert. Siehe auch Nichtlokalität ↗

Lokalität in der Quantenphysik


Misst man an zwei weit voneinander entfernten Objekten die Farbe des einen Objekts und ist dieses schwarz, dann wird man an dem anderen Objekt niemals weiß messen. Nimmt man an dem ersten Objekt aber gar keine Messung vor, dann kann das zweite Objekt durchaus öfters das Messeregbenis weiß haben. Dieser Effekt tritt - in etwas komplizierterer Form - tatsächlich auf. Die Information über die Messung muss dabei instantan, das heißt ohne Zeitverzug, zwischen den zwei Quantenobjekten ausgetauscht worden sein. Unter der Annahme, dass eine Wanderung der Information durch alle benachbarten Raumbereiche (Forderung der Lokalität) Zeit benötigt, wäre dieser quantenphysikalische Effekt eine Verletzung der Lokalität. Tatsächlich kann man einem Quantenobjekt keinen eindeutigen Ort zuweisen[4]. Lies mehr unter Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon ↗

Parapsychologie


Gedankenübertragung, Telekinese oder die Vorhersage der Zukunft: unter dem Begriff Parapsychologie werden mögliche Anzeichen für eine Verletzung klassischer naturwissenschaftlicher Prinzipien gesammelt und kritisch geprüft. Eine Verletzung der Lokalität wäre vor allem die sogenannte Telekinese ↗

Fußnoten




Eine Kugel prallt gleich auf andere Kugeln. Der Stoß breitet sich dann von Kugel zu Kugel weiter aus. Ohne die Kugeln dazwischen, würde sich keine Wirkung ausbreiten. Die Ausbreitung einer Wirkung benötigt immer einen direkten nachbarschaftlichen Kontakt physikalischer Objekte. Das ist die Grundidee der Lokalität in der Physik. Nevit Dilmen