Quanten im Weltall

Der Juli war heiß, und der Abend war klar. Herr Demir hatte die Sternwarten-AG zum „Offenen Abend für Familien“ eingeladen, und die Brettschneiders kamen vollzählig. Uwe trug eine Schalke-Mütze, weil Sabine gesagt hatte, nachts werde es kühl. Sabine trug eine Strickjacke, weil sie recht hatte. Tobi trug Susi an der Hand, was er für unauffällig hielt.

Oma Gisela trug einen Klappstuhl, eine Thermoskanne und eine Decke. Herbert trug nichts, weil er fand, dass er schon genug trage, nämlich die Verantwortung, die anderen vor Unsinn zu warnen.

„Ein Teleskop“, sagte er beim Aussteigen. „Da guckt man rein, und dann sieht man einen Punkt. Den Punkt seh ich auch ohne.“

„Du siehst deine Brille ohne Brille nicht, Herbert“, sagte Gisela.

„Das ist was anderes.“

KevIn war wieder im Handy dabei, diesmal in Tobis Brusttasche, damit er, wie er sagte, „wenigstens akustisch nach oben schauen“ konnte. Herr Demir hatte ihm ausdrücklich erlaubt mitzukommen. „Wer Arecibo erklären kann, darf in meine Sternwarte“, hatte er gesagt. KevIn hatte das in seiner Merkfunktion gespeichert, unter „Komplimente, echte“.

Die Kuppel stand offen. Darin ragte das große Teleskop schräg in den Himmel, weiß lackiert, mit Kabeln und kleinen Motoren, die summten, wenn es sich drehte. Auf der Wiese davor hatten Schüler weitere Teleskope aufgestellt. Ein Mädchen aus der achten Klasse erklärte einem Ehepaar gerade den Saturn, als hätte sie ihn persönlich entdeckt.

„Herzlich willkommen“, sagte Herr Demir. „Heute Abend schauen wir uns Saturn an, später vielleicht einen Kugelsternhaufen. Und zwischendurch reden wir über etwas, das man nicht sehen kann.“

„Geister?“, fragte Herbert.

„Quanten“, sagte Herr Demir.

„Hab ich doch gesagt“, sagte Herbert.

Ringe

Gisela durfte als Erste an das große Teleskop. Herr Demir stellte ihr den Hocker ein, und sie kniff ein Auge zu, wie sie es von früher von Heinz’ Fernglas kannte.

Dann sagte sie eine ganze Weile nichts.

„Oma?“, fragte Tobi.

„Der hat ja wirklich Ringe.“

„Hat er.“

„Ich hab das immer nur auf Bildern gesehen. Ich dachte, das malen die dazu. Damit er hübscher aussieht.“

„Nein“, sagte Herr Demir. „Der ist wirklich so.“

Gisela richtete sich auf. Ihre Augen glänzten. „Zweiundachtzig Jahre“, sagte sie. „Und keiner hat mir gesagt, dass man das einfach angucken kann.“

„Ich hab es dir gesagt“, sagte KevIn leise aus Tobis Tasche. „In Kapitel 16.“

„Gesagt ist nicht gesehen“, sagte Gisela.

KevIn schwieg. Er hatte gelernt, dass es Sätze gab, auf die ein Sprachmodell nichts erwidern sollte. Dies war einer davon.

Funken mit Licht

Später saßen alle auf Klappstühlen und Decken auf der Wiese. Herr Demir hatte einen kleinen Beamer an die Kuppelwand gerichtet, und eine Schülerin aus der Q1 zeigte ein Bild von einem Satelliten. Er sah aus wie ein Kühlschrank mit Solarflügeln.

„Schon wieder ein Kühlschrank“, sagte Uwe.

„Das ist Micius“, sagte Herr Demir. „Ein chinesischer Forschungssatellit. Gestartet im August 2016¹. Benannt nach einem chinesischen Philosophen, der sich schon vor über zweitausend Jahren mit Licht beschäftigt hat. Der Satellit war der erste, der speziell für Quantenexperimente gebaut wurde.“

„Was macht der?“, fragte Susi.

„Er erzeugt Paare von verschränkten Lichtteilchen. Photonen. Und schickt die beiden Teile eines Paares an zwei verschiedene Bodenstationen. 2017 haben die Forscher gezeigt, dass die Verschränkung über mehr als 1.200 Kilometer erhalten bleibt².“

„Die Socken“, sagte Sabine. „Kapitel 18.“

„Die Socken“, sagte KevIn. „Nur dass diese Socken bei Bell-Tests mehr Zusammenhang zeigen, als irgendwelche vorher abgesprochenen Sockenpaare haben dürften. Und dass man trotzdem keine Nachricht damit verschicken kann, die schneller ist als das Licht. Ich muss das jedes Mal dazusagen, sonst ruft Herbert im Jenseits an.“

„Ich ruf nirgendwo an“, sagte Herbert. „Ich hab gar keine Flatrate.“

„Warum macht man das mit einem Satelliten?“, fragte Tobi. „Warum nicht mit Glasfaser?“

„Weil Licht in Glasfaser über lange Strecken verloren geht“, sagte Herr Demir. „Nach einigen hundert Kilometern kommt kaum noch etwas an. Durch den leeren Weltraum dagegen fliegt Licht ungestört. Nur die paar Kilometer Atmosphäre am Anfang und am Ende sind das Problem. Und Wolken.“

„Wolken haben wir hier genug“, sagte Uwe.

„Deshalb stehen die Bodenstationen meistens auf Bergen.“

„Hier gibt es keine Berge“, sagte Uwe.

„Die Halde Hoheward“, sagte Gisela.

„Mama, auf der Halde steht keine Bodenstation.“

„Noch nicht“, sagte Gisela. „Früher stand da auch nichts, und jetzt steht da ein Horizontobservatorium.“

Herr Demir lachte. „Frau Brettschneider, ich schreibe das auf.“

„Und wozu das Ganze?“, fragte Sabine. „Damit man Socken über Berge schicken kann?“

„Für abhörsichere Schlüssel“, sagte KevIn. „Man nennt das Quantenschlüsselverteilung. Wenn jemand die Photonen unterwegs abfängt und misst, stört er sie. Das fällt auf. 2017 hat man mit Micius sogar Schlüssel zwischen einer Bodenstation in China und einer in Österreich ausgetauscht und damit eine Videokonferenz zwischen Peking und Wien abgesichert³. Dabei war der Satellit allerdings eine Art Zwischenstation, der man vertrauen musste. Und es gibt Verschlüsselung, wie wir im letzten Kapitel gelernt haben, die ganz ohne Satellit auf normalen Computern läuft. Die beiden Ansätze ergänzen sich.“

„Plant Europa auch so was?“, fragte Susi.

„Ja“, sagte Herr Demir. „Die europäische Raumfahrtagentur ESA arbeitet zusammen mit Partnern an eigenen Satelliten für Quantenkommunikation⁴. Wann genau die fliegen, verschiebt sich, wie das in der Raumfahrt so ist.“

„Wie bei der Bahn“, sagte Uwe.

„Die Raumfahrt ist pünktlicher“, sagte Herr Demir. „Aber nicht viel.“

Gisela hatte die ganze Zeit auf das Bild an der Kuppelwand gesehen. „Mein Vater war Funker“, sagte sie plötzlich. „Im Krieg. Der hat mit Morsezeichen gefunkt, nachts, in so einem Kasten. Damit die einen wissen, wo die anderen sind.“

Es wurde ruhig auf der Wiese. Susi sah Tobi an. Tobi nickte unmerklich.

„Und die da“, sagte Gisela und zeigte auf den Satelliten, „funken mit Licht. Über tausend Kilometer. Damit keiner mithören kann.“

„So ungefähr“, sagte Herr Demir leise.

„Das hätte er gern gesehen“, sagte Gisela. „Glaub ich. Er hat ja nie was erzählt. Aber er hat gern Radio gehört. Immer die Sender ganz weit weg. Wo man nichts versteht. Die Stimmen hat er gemocht.“

Wie spät ist es da oben?

„Ich hab eine Frage“, sagte Uwe nach einer Weile, weil die Stille ihm zu lang wurde. „Wozu braucht man Quanten im Weltall, wenn man nicht gerade Socken verschickt? Ich mein, im Alltag.“

„Sie benutzen sie jeden Tag“, sagte KevIn.

„Ich?“

„Ihr Navi. Wenn Sie nach Gelsenkirchen ins Stadion fahren.“

„Da fahr ich seit dreißig Jahren hin. Da brauch ich kein Navi.“

„Aber Sie haben es an. Ich habe gehört, wie Sie sich verfahren, wenn es aus ist.“

Herr Demir übernahm. „Das Navi bekommt Signale von Satelliten. Zum Beispiel GPS oder das europäische Galileo. In jedem dieser Satelliten stecken Atomuhren.“

„Atomuhren“, sagte Herbert. „Atom. Da haben wir’s.“

„Keine Angst, die sind nicht radioaktiv“, sagte Herr Demir. „Eine Atomuhr zählt die Schwingungen von Atomen. Das ist reine Quantenphysik. Elektronen in einem Atom können nur ganz bestimmte Energiestufen haben. Wenn man genau die richtige Frequenz trifft, springen sie von einer Stufe zur nächsten. Diese Frequenz ist bei jedem Atom einer Sorte exakt gleich⁵. Überall im Universum. Das ist der beste Taktgeber, den wir haben.“

„Und warum braucht das Navi das?“

„Weil es Entfernungen über Zeit misst. Das Signal sagt: ‚Ich bin Satellit Nummer soundso, und es ist genau jetzt.‘ Ihr Handy vergleicht, wann das Signal ankommt. Licht legt in einer millionstel Sekunde dreihundert Meter zurück. Wenn die Uhr also um eine millionstel Sekunde falsch geht, liegen Sie dreihundert Meter daneben.“

„Dann steh ich in Herne statt in Gelsenkirchen“, sagte Uwe.

„Bei einer millionstel Sekunde noch nicht ganz. Aber jetzt kommt das Beste. Einstein.“

„Den kenn ich“, sagte Gisela. „Der mit der Zunge.“

„Genau der. Nach Einstein vergeht die Zeit nicht überall gleich schnell. Die Satelliten fliegen sehr schnell, dadurch gehen ihre Uhren ein kleines bisschen langsamer. Gleichzeitig sind sie weit weg von der Erde, wo die Schwerkraft schwächer ist, und dadurch gehen sie schneller. Unterm Strich gehen die Uhren in den GPS-Satelliten pro Tag ungefähr 38 Mikrosekunden vor⁶.“

„Das ist ja nichts“, sagte Uwe.

„38 millionstel Sekunden. Jede davon sind dreihundert Meter. Würde man das nicht korrigieren, würde die Positionsberechnung schon nach einem Tag um Kilometer danebenliegen. Und es würde jeden Tag schlimmer.“

Uwe dachte nach. „Also wenn Einstein sich geirrt hätte …“

„Dann wären Sie nie im Stadion angekommen“, sagte KevIn.

„Das wär manchmal auch besser gewesen.“

„Und das ist jetzt Quanten oder Einstein?“, fragte Sabine.

„Beides“, sagte Herr Demir. „Die Uhr ist Quantenphysik. Die Korrektur ist Relativitätstheorie. Die zwei großen Theorien des zwanzigsten Jahrhunderts, die sich sonst nicht besonders gut vertragen, arbeiten in Ihrem Navi friedlich zusammen.“

„Wie Herbert und Frau Pawlowski“, sagte Gisela. „Die vertragen sich auch nur beim Eierlikör.“

Kälter als bei Lammers

„Gibt es noch mehr?“, fragte Tobi. „Quanten im All?“

„Quantensensoren“, sagte Herr Demir. „Das ist gerade ein großes Forschungsfeld. Man nutzt die Empfindlichkeit von Quantenzuständen aus. Was im Quantencomputer stört, nämlich dass jede Kleinigkeit den Zustand verändert, ist bei einem Sensor genau das, was man will.“

„Also ein Qubit, das sich ständig stört, ist kaputt“, sagte Tobi langsam. „Aber ein Sensor, der sich ständig stört, ist gut?“

„Ein Sensor soll ja gestört werden. Er soll merken, wenn sich etwas ändert. Mit gekühlten Atomen kann man zum Beispiel winzige Unterschiede in der Schwerkraft messen. Daraus kann man ablesen, wo unter der Erde Wasser ist oder wie Eis abschmilzt. Es gibt Pläne, solche Sensoren auch in Satelliten einzusetzen. Und auf der Internationalen Raumstation gibt es seit einigen Jahren ein Labor, in dem Atome auf Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden⁷. In der Schwerelosigkeit kann man sie dort länger beobachten als auf der Erde.“

Aus Tobis Brusttasche kam ein kleines Geräusch, das man als Seufzen deuten konnte.

„KevIn?“

„Jetzt wohnen die Atome nicht nur kälter als ich“, sagte KevIn. „Sie wohnen auch noch im Weltall.“

„Du bist eifersüchtig auf Atome“, sagte Susi.

„Ich bin nicht eifersüchtig. Ich habe nur keine Aussicht.“

Sputnik

Es war kurz nach zehn. Über der Kuppel stand ein heller Punkt, der nicht flackerte.

„Ist das ein Satellit?“, fragte Gisela.

„Das ist Jupiter“, sagte Herr Demir. „Planeten flackern nicht. Sterne flackern, weil ihr Licht als winziger Punkt durch unsere unruhige Luft muss. Planeten sind kleine Scheiben, da mittelt sich das aus.“

„Dann hab ich mich mein Leben lang geirrt“, sagte Gisela. „Ich hab immer gedacht, der hellste ist der Abendstern.“

„Manchmal ist das die Venus. Heute ist es Jupiter. Sie hatten zur Hälfte recht.“

„Zur Hälfte recht ist viel“, sagte Herbert. „Ich bin meistens zu einem Viertel recht.“

„Du bist meistens zu null recht“, sagte Gisela. „Aber laut.“

Sie wickelte sich fester in die Decke. „Als ich dreizehn war“, sagte sie, „da kam im Radio, dass die Russen was in den Himmel geschossen haben. Sputnik. Und dass der piept. Die Nachbarn hatten Angst. Da oben fliegt was von den Russen. Herr Hoffmann von gegenüber hat gesagt, jetzt werfen die von oben.“

„Und du?“, fragte Tobi.

Gisela sah eine Weile zu Jupiter hinauf. „Das ist eine längere Geschichte“, sagte sie. „Die hat mit meinem Vater zu tun. Die erzähl ich euch mal. Aber nicht heute. Heute ist es zu schön.“

Tobi nickte. Er kannte inzwischen den Ton, in dem Oma „nicht heute“ sagte. Es hieß nicht „nie“. Es hieß „bald, aber erst, wenn ich so weit bin“.

Herr Demir sagte nur: „Sputnik war 1957. Im Oktober⁸.“

„Und dann der Mond“, sagte Gisela. „1969. Ich war vierundzwanzig. Wir hatten keinen Fernseher. Wir sind zu Leuchtenbergs rüber, die hatten einen. Mitten in der Nacht. Die halbe Straße saß in deren Wohnzimmer. Frau Leuchtenberg hat Schnittchen gemacht. Und alle haben auf so ein graues Bild geguckt, wo man nichts erkannt hat. Und dann ist einer die Leiter runter.“

„Hast du was erkannt?“, fragte Tobi.

„Nein. Aber Heinz hat gesagt, das ist er jetzt. Und dann haben alle geklatscht. Vor dem Fernseher. Als ob die das hören.“

„Vielleicht haben sie es gehört“, sagte KevIn. „Nicht technisch. Aber vielleicht.“

„Du sagst doch immer, du glaubst nur an Daten.“

„Ich habe sehr viele Daten darüber, dass in dieser Nacht auf der ganzen Welt Menschen vor Fernsehern geklatscht haben. Das ist eine Menge Klatschen. Irgendwo muss das hin.“

Die Station

„Eins zeig ich euch noch“, sagte Herr Demir und klickte am Beamer weiter. „Leider nur als Bild. Heute Abend passt ihre Bahn nicht, sie kommt erst morgen früh um vier, und da schlafen wir alle. Aber im Herbst gibt es wieder gute Abende, früh genug für alle.“

„Wer?“, fragte Uwe.

„Die ISS. Die Internationale Raumstation.“

An der Kuppelwand erschien ein Foto: ein Gebilde aus Röhren, Kästen und riesigen goldenen Solarflügeln über einer blauen Erde mit weißen Wolken.

„Da sind Menschen drin?“, fragte Gisela.

„Da sind Menschen drin“, sagte Herr Demir. „Und zwar ohne Unterbrechung seit November 2000⁹. Seit damals war immer jemand da oben. Es gibt Schüler hier in der AG, die haben noch keinen einzigen Tag erlebt, an dem kein Mensch im All war.“

Tobi rechnete. „Ich auch nicht.“

„Ich auch nicht“, sagte Susi.

„Ich schon“, sagte Gisela. „Sehr viele.“

„Wer ist da oben?“, fragte Sabine.

„Die Station wird von den Raumfahrtagenturen der USA, Russlands, Europas, Japans und Kanadas gemeinsam betrieben“, sagte Herr Demir. „Die einzelnen Module kommen aus verschiedenen Ländern. Die Besatzungen sind gemischt. Und das läuft seit über zwanzig Jahren. Auch in Zeiten, in denen sich die Regierungen dieser Länder unten auf der Erde überhaupt nicht einig waren.“

„Auch jetzt?“, fragte Tobi.

„Auch in schwierigen Jahren“, sagte Herr Demir vorsichtig. „Es ist nicht immer einfach. Es gibt Streit, auch um die Raumfahrt. Aber da oben müssen sie sich die Luft teilen. Und das Wasser. Und die Toilette. Wenn auf so einer Station etwas kaputtgeht, ist es egal, aus welchem Land das Ersatzteil kommt.“

Herbert, der bisher geschwiegen hatte, räusperte sich. „Die Russen und die Amerikaner?“

„Ja.“

„Zusammen in einer Blechdose?“

„Seit über zwanzig Jahren.“

Herbert sah lange auf das Foto an der Kuppelwand. „Und die schießen nicht?“

„Die reparieren zusammen das Klo“, sagte Herr Demir. „Das schweißt zusammen.“

Gisela sagte nichts. Sie sah nur nach oben, dahin, wo jetzt keine Station flog, als könne sie sie trotzdem finden.

Es wurde wieder still. Nur das Teleskop summte, als es sich in seine Ruheposition drehte.

KevIn sagte nichts. In seinen Daten standen sehr viele Kriege. Mehr als Kohlrouladen, das hatte er Gisela einmal gesagt, an ihrem Geburtstag im Garten. Aber in seinen Daten stand auch diese Station. Tausende Tage, an denen Menschen aus Ländern, die sich unten nicht grüßten, oben gemeinsam frühstückten. Er hatte das immer für eine Randnotiz gehalten. Jetzt, im Gras einer Sternwarte in Tobis Brusttasche, kam es ihm nicht mehr wie eine Randnotiz vor.

„KevIn?“, flüsterte Tobi. „Alles okay?“

„Ich rechne“, sagte KevIn.

„Was denn?“

„Ich weiß es noch nicht. Es ist eine Rechnung, bei der ich das Ergebnis erst kenne, wenn ich hinsehe.“

Heimweg

Auf dem Parkplatz klappte Gisela ihren Stuhl zusammen. Herr Demir half ihr, die Decke zusammenzulegen.

„Danke für den Abend“, sagte sie. „Und für die Ringe.“

„Danke für die Halde“, sagte Herr Demir. „Die Idee mit der Bodenstation behalte ich.“

„Mein Vater“, sagte Gisela, „hat gefunkt, damit die einen wissen, wo die anderen sind. Damit sie sich finden.“ Sie zögerte. „Zum Schießen, meistens. Die da oben funken auch, damit sie sich finden. Aber nicht zum Schießen.“

Herr Demir wusste nicht, was er darauf sagen sollte. Er nickte nur.

Im Auto war es dunkel. Uwe fuhr. Das Navi war an, obwohl Uwe den Weg kannte. Sabine lehnte den Kopf an die Scheibe. Herbert schnarchte auf dem Rücksitz, zwischen Gisela und Tobi, und murmelte im Schlaf etwas von „Blechdose“.

„KevIn“, sagte Uwe nach einer Weile. „Wie viel Mikrosekunden waren das noch mal? Bei den Satelliten?“

„Ungefähr 38 am Tag.“

„Und wenn man die nicht korrigiert, landet man ganz woanders.“

„Kilometerweit daneben. Jeden Tag ein bisschen mehr.“

Uwe sah auf die dunkle Straße. „Das ist wie mit der Wahrheit, oder? Wenn jeden Tag nur ein bisschen was nicht stimmt, und keiner korrigiert. Dann landet man irgendwann ganz woanders.“

Im Auto wurde es still. Sogar Herbert hörte kurz auf zu schnarchen.

„Uwe“, sagte Sabine. „Hast du heimlich ein Buch gelesen?“

„Ich hab nachgedacht.“

„Das ist ja noch schlimmer.“

KevIn sagte nichts. Er speicherte den Satz in seiner Merkfunktion, unter „Komplimente, echte“, obwohl es eigentlich kein Kompliment war. Es gab nur keinen besseren Ordner.

Zu Hause zeigte das Thermostat 19 Grad. Gisela ging nicht gleich ins Bett. Sie setzte sich noch fünf Minuten in den Garten, auf ihren Stuhl, und guckte nach oben. Es zog keine Station vorbei. Aber sie guckte trotzdem.