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WahrscheinlichkeitEchte Zufälligkeit

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Der größte Teil dieses Kurses stützte sich auf die Tatsache, dass Dinge wie Münzen, Würfel oder Roulette-Räder völlig zufällig sind. Das ist jedoch nicht wirklich wahr - wir haben bereits erfahren, dass Edward Thorpe es geschafft hat, den Ausgang beim Roulette vorherzusagen.

Nehmen wir an, wir werfen eine Münze: Die Chance, dass sie auf Kopf landet, beträgt 0,5. Wenn wir wüssten, in welche Richtung die Münze zeigt, kurz bevor sie die Hand verlässt, könnten wir vielleicht eine etwas bessere Vorhersage machen, z.B. 0,58 oder 0,41. Wenn wir auch das Gewicht und die Größe der Münze sowie den Winkel, die Position und die Geschwindigkeit kennen würden, mit der sie die Hand verlässt, könnten wir die physikalischen Gesetze - Schwerkraft, Reibung und Luftwiderstand - nutzen, um die Bewegung der Münze zu modellieren und das Ergebnis vorherzusagen. Wenn wir schließlich die genaue Position jedes Atoms in der Münze und aller sie umgebenden Luftmoleküle kennen würden, könnten wir eine Computersimulation erstellen, um genau vorherzusagen, was passieren wird.

Man könnte argumentieren, dass das Werfen einer Münze in Wirklichkeit überhaupt nicht zufällig ist - sondern chaotisch. Das bedeutet, dass die zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien so komplex sind, dass selbst winzige Änderungen der Ausgangsbedingungen (Geschwindigkeit, Winkel) einen dramatischen Einfluss auf das Endergebnis haben können. Wir verwenden Münzen beim Spielen und in Glücksspielen nicht deshalb, weil sie zufällig sind, sondern weil es so unglaublich schwierig (und aus praktischen Gründen unmöglich) ist, das Ergebnis vorherzusagen.

Dasselbe Prinzip gilt für viele andere "zufällige" Ereignisse im Leben, einschließlich Würfel und Roulette-Räder. Sie sind nicht wirklich zufällig, wir haben einfach nicht die Mittel, um die mathematischen Berechnungen genau genug durchzuführen, um das Ergebnis vorherzusagen.

Aber echte Zufälligkeit existiert - und zwar tief im Innern der Materie. Ein Block radioaktiven Materials besteht aus Milliarden von Atomen, die mit der Zeit zerfallen: Sie zerfallen in kleinere Atome und geben dabei gefährliche Strahlung ab.

Physiker können die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass ein bestimmtes Atom in einer bestimmten Zeitspanne zerfällt, aber es ist unmöglich, herauszufinden, welches als nächstes zerfällt - selbst wenn man die genauen Eigenschaften jedes Atoms kennt.

Die Gesamtzerfallsrate ist dagegen so stabil, dass sie zur Berechnung des Alters von Fossilien, die vor Tausenden von Jahren auf der Erde starben, herangezogen werden kann. Dieser Prozess wird Kohlenstoffdatierung genannt.

Der radioaktive Zerfall von Atomen wird durch Kräfte verursacht, die inherhalb von Atomen auf kleinstem Raum wirken, und die mit Hilfe der Quantenmechanik erklärt werden können. Im letzten Jahrhundert entdeckten Physiker wie Max Planck und Paul Dirac, dass Elementarteilchen eine verblüffende Eigenschaft haben: Sie können sich an mehreren verschiedenen Orten gleichzeitig befinden. Sie haben keine feste Position, sondern eine Wahrscheinlichkeitsverteilung (auch Wellenfunktion genannt), die uns sagt, wie wahrscheinlich es ist, dass wir sie an einer bestimmten Position finden werden.

Diese unglaubliche Eigenschaft wird von Quantencomputern genutzt. Herkömmliche Computer können zu jedem Zeitpunkt immer nur eine Berechnung durchführen. Quantencomputer können die Eigenschaften von subatomaren Teilchen nutzen, um viele Berechnungen gleichzeitig durchzuführen - und das macht sie erheblich schneller.

Wir können die Quantenmechanik nicht wirklich verstehen oder erklären - wir müssen einfach akzeptieren, dass sie das ist, was von der mathematischen Theorie vorhergesagt und durch physikalische Beobachtungen bestätigt wird. Die merkwürdigen Quanteneffekte sind bisher nur in winzigen Bereichen einiger weniger Atome beobachtet worden, und es ist nicht klar, wie sie uns im Alltag beeinflussen. Aber dabei handelt es sich um den einzigen bekannten Effekt in der Natur, der echte Zufälligkeit erzeugt.