“Schmetterlingseffekt” heißt ein Begriff aus der nichtlinearen Dynamik, einem Teilbereich der Physik. Er tritt in Systemen auf, die drei Anforderungen erfüllen: Der Output ist nicht immer proportional zum Input (“nichtlinear”), der Verlauf ist zeitabhängig, hängt aber nur vom Ausgangszustand ab (“dynamisch”) und der Zufall spielt keine Rolle (“deterministisch”, wenn A, dann B). Wenn diese drei Bedingungen erfüllt sind, kann eine geringe Änderung der Anfangsbedingungen zu großen Änderungen des Ergebnisses führen. Geprägt wurde er von dem Meteorologen Edward Lorenz, der sich dabei auf den Flügelschlag eines Schmetterlings im Amazonasbecken bezieht, der das Wetter in Texas beeinflussen könnte.

Verallgemeinert wird der Begriff heute immer dann verwendet, wenn eine kleine Ursache eine große Wirkung hat. Die Quantenwelt verhält sich nicht deterministisch, also kann man vom Schmetterlingseffekt hier eigentlich gar nicht sprechen. Es gibt allerdings Parallelen. Forscher untersuchen, wie schnell sich bestimmte Effekte in bestimmten Quantensystemen ausbreiten. Der wichtigste ist hier die Dekohärenz, also das unausweichliche, aber unerwünschte Verschwinden eines fragilen Quantenzustands zugunsten der normalen Welt. Dazu muss man wissen, dass Quantenzustände leider die Tendenz haben, sich wieder aufzulösen, und zwar durch Interaktion. Das erschwert es, nützliche Dinge wie etwa Quantencomputer zu bauen. Der Quanzenzustand ist geordnet, Dekohärenz verbreitet das Chaos, also nennt man auch diesen Prozess “Schmetterlingseffekt”.

Wie genau der Schmetterlingseffekt in Quantensystemen abläuft, hängt vom jeweiligen System ab. Das für einzelne Systeme herauszufinden, ist Teil aktueller Forschung (hier etwa für diffusive Metalle oder für gekühlte Cäsium-Atome). Bei vielen Systemen kommt dabei eine interessante Technik zum Einsatz: Wenn man bestimmte Quanten-Operationen auf sie anwendet, kann man sie in einen zeitlich früheren Zustand versetzen. Wenn man das sehr populär ausdrücken möchte (wie etwa diese Pressemitteilung des Los Alamos National Laboratory, die in einigen Medien noch populärer aufgegriffen wurde), könnte man auch sagen: Man schickt sie auf eine Zeitreise in die Vergangenheit.

Was passiert nun, wenn das System in dieser Vergangenheit bewusst gestört wird? Dieser Frage widmet sich ein Paper in den Phys. Rev. Letters, auf das sich die Pressemitteilung bezieht. Ein Teil des Quantensystems wird in der Vergangenheit einer Messung unterzogen, sodass es seine Quanteneigenschaften verliert. Danach wendet man dieselben Quanten-Operationen erneut darauf an, mit denen man es in der Zeit zurückgeschickt hat, und holt es wieder in die Gegenwart. Das überraschende Ergebnis: Das System heilt sich, das heißt, es weist danach wieder alle Quanteneigenschaften auf (oder zumindest viele). Das funktioniert umso besser, je weiter man es zuvor in die Vergangenheit geschickt hatte.

Die Realität heilt sich selbst – das klingt phänomenal. In der Quantenphysik ist das allerdings gar nicht so sehr überraschend. Es ist z.B. möglich, ein Versuchsergebnis zu messen, bevor der Versuch überhaupt stattgefunden hat, oder die Quanteneigenschaften eines Teilchens in seiner Vergangenheit zu verändern. Es bedeutet nicht, dass es keinen Schmetterlingseffekt gibt. Es ist jedoch möglich, für ein System (nicht unbedingt für alle Systeme) eine Art Kochrezept zu finden, mit dem man es so in einen früheren Zustand versetzen kann, dass eine Änderung in der Vergangenheit keine Auswirkungen auf die Gegenwart hat.

Generell gelten all diese Seltsamkeiten auch nur in der Quantenwelt. Von deren Dimensionen sind wir weiter entfernt als der Gasriese Jupiter von einem Tennisball. Ob Zeitreisen in der Realität einen Schmetterlingseffekt verursachen können, wissen wir nach wie vor nicht.