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Quanteninformationen und deren Quellen

Quantenmechanik, Unschärfenrelation, Welle-Teilchen-Dualismus, Rechenmethoden sowie Interpretation der Quantenmechanik, Quantenfeldtheorie
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SchwarzeMaterie

Quanteninformationen und deren Quellen

Beitrag von SchwarzeMaterie » 22. Apr 2007, 12:17

Hallo!

Laut eine Aussage in einem Interview mit Prof. R. Blatt (nicht mit wir persönlich!!!) verhalten sich Geschwindigkeit und der anzunehmende Ort von Teilchen immer eher zufällig.
Quanteninformationen unterliegen also dem Zufall der sich durch mehrer Messungen statistisch mit einer wahrscheinlichkeitsaussage vorhersagen lässt.

Meine Frage nun zu den Informationen weit entfernter Sterne.
Sind Lichtteilchen die uns erreichen nicht eigentlich für einen anderen Beobachter bestimmt, da sie ja im Bad ständig von anderen Teilchen abgestoßen werden, können dadurch die Informationen von Teilchen anderer Sterne mit anderen verschmelzen bzw. vertauscht werden?

Ist ein einzelnes Lichtteilchen was hier auf der Erde ein Beobachter feststellen kann möglicherweise von einer ganz anderen Quelle als man es zunächst annehmen würde?

Da über die Informationen ja eigentlich nur wahrscheinlichkeitsaussagen getroffen werden können, kann ich mir das schon so vorstellen.

Was sagt ihr denn dazu?


Freundliche Grüße
Thomas

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AlTheKingBundy
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Beitrag von AlTheKingBundy » 22. Apr 2007, 15:14

hallöchen,

die messung eines lichtteilchens (photons) hat nicht wirklich etwas mit den wahrscheinlichkeiten der quantentheorie (z.b. der aufenthaltswahrscheinlichkeit des elektrons im wasserstoffatom) zu tun, die du genannt hast. licht, aber auch materie unterliegt dem welle-teilchen-dualismus, der im wesentlichen durch die art der in kenntnisnahme des teilchens bestimmt wird. also licht tritt als welle auf, bei der beugung z.b., als teilchen bei der compton-streunung z.b.

sofern das licht (gammastrahlung) nicht der paarbildung unterliegt, also wenn es eine energie <2*elektronenmasse hat (auch wenn es der paarbildung unterliegen würde, wäre diese äußerst unwahrscheinlich, weil dafür dichte materie von nöten ist), kann es auf dem weg durchs universum im wesentlichen durch folgende effekte abgelenkt oder absorbiert werden.

1) fotoeffekt (absorbtion)
2) comptoneffekt (streuung, bzw. ablenkung zur ursprünglichen bahn mit wellenlängenverlängerung)
3) ablenkung durch raumkrümmung
4) beugung, brechung

man muss allerdings berücksichtigen, dass es äußerst unwahrscheinlich ist, dass licht eines dieser effekte auf dem weg durchs all unterliegt, weil der weltraum in erster linie leer ist. auch wenn einige prozent des lichtes z.b. eines sterne flöten gehen, kommt der rest in den meisten fällen doch ungehindert durch, wenn nicht zufällig eine galaxie im weg ist.

:D

SchwarzeMaterie

Beitrag von SchwarzeMaterie » 22. Apr 2007, 17:44

Hallo Al,

Ich dachte, da ein einzelnes Photon sich immer unterschiedlich verhält und es auch eher dem Zufall unterliegt wo ein einzelnes Photon gemessen werden kann, das es im Bad mit anderen wechselwirkt und dadurch auf eher zufälliger weise immer Ort und Geschwindigkeit wechselt, es deswegen wiederum dem Zufall unterliegt wo ein einzelnes Photon gemessen werden kann?
Wenn dem so wäre, würde es doch bestimmt auch sehr schwer sein es konsequent in seine Richtung zu verfolgen oder Rückschlüsse zu zeihen ob es denn auch wirklich das Photon ist wo es eigentlich herkommen sollte?

Kann man ein einzelnes Photon eigentlich dauerhaft verfolgen?
Oder ist es für einen Beobachter, uns Menschen unmöglich?
Würde ein Photon für immer entwischen wenn es nicht in einer Falle festgehalten werden würde?


davon fasziniert grüßt
Thomas

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wilfried
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Beitrag von wilfried » 22. Apr 2007, 22:40

Lieber Thomas,

Deine Serie von Fragen in den verschiedenen Forenteilen macht auf mich den Eindruck, daß Du Dich in der Phase befindest, in der ich auch mal war vor vielen vielen Jahren war als ich gerade in die Oberstufe eintrat.
Da war die Welt zu klein, der Ozean nicht tief genug, die Vögel flogen zu niedrig und das Weltall war Millionenfragen schwer und ich war vile vile vile zu groß!!! So verlor ich zunächst jeden Halt und fragte hier un d da und dort und versnaden habe ich absolut gar nichts.

Mein Physiklehrer bat mich dann eines Tages zu sich ins Lehrerzimmer.
Wir waren zu dritt. Ein anderer Lehrer war anwesend aber scheinbar bemerkte er uns nicht. Mein Physiklehrer begrüßte mich und fragte, was ich denn draußen sehe?
Ich war völlig verblüfft und antwortet ihm etwa so: ich weiß nicht, was Sie meinen, was soll ich denn sehen? Den Schulhof?
Er führte mich zum Fenster, sagte nichts.
Der andere Lehrer stand auf und zeigte mir einen blühenden Baum etwas neben der Schule. Den hatte ich gar nicht bemerkt. Ich war so fokussiert darauf irgendwelche Dinge sehen zu wollen, daß ich einfach nichts mehr gesehen habe. Ich habe die Schönheit dieses blühenden Baumes gar nicht bemerkt!

Darauf gaben mir beide Lehrer den Besten Rat, den mir je ein anderer mensch außer meinen Eltern gab:

Lerne zu sehen, was Deine Augen Dir zeigen, nicht was Dein Gehirn sich vorstellt sehen zu müssen.
Lerne verstehen, was Du verstehen kannst, nicht was Du meinst verstehen zu müssen ohne daß Dein Geist darauf vorbereitet ist.

Was ich Dir damit sagen will:

Suche Dir mal ein Thema aus und über dieses Thema lese in aller Ruhe. Stelle dann die Fragen, die Du WIRKLICH verstehen willst, nicht die, welche Du Dir vorgaukelst verstehen zu wollen.
Das übrigens ist auch die hohe Kunst in der Wissenschaft selber. Die Kunst der kleinen Schritte bringt mich stes weiter, will ich aber zu schnell zuvile wissen, falle ich über meine eigenen Beine.

Das mit dem Photon beisplelsweise hier:

Ein Photon, was bitte verstehst Du darunter? Wenn ich das von Dir erfahre, dann kann ich Dir eine weitere Antwort geben, anderenfalls ist die Antwort eventuell auf einem Niveau, welches Du noch nicht verstehen kannst oder gar völlig an der Sache vorbei. Also lassen wir es mal langsam und genüßlich angehen.

Netten Gruß

Wilfried
Die Symmetrie ist der entscheidende Ansatz Dinge zu verstehen:
-rot E - dB / (c dt) = (4 pi k ) / c
rot B - dE/ / (c dt) = (4 pi j ) / c
div B = 4 pi rho_m
div E = 4 pi rho_e

SchwarzeMaterie

Beitrag von SchwarzeMaterie » 23. Apr 2007, 17:02

Lieber Wilfried,

zunächst einmal herzlichen Dank für Deine sehr positiv erschienenen Worte. Aus einem mir und Dir begreiflichen Grund ist es in der Tat so das ich mit meine Eile alles Erfahren zu wollen - was ich möglicherweise auch erst einmal nicht wissen muss - gewisse Dinge auf der Strecke bleiben welche ja eigentlich viel faszinierender sind.

In diesem Zusammenhang ist mir dann auch jetzt mehr an den Erklärungen von Al aufgefallen, welche ich zuerst ganz übersehen hatte.
Das war so allerdings überhaupt gar nicht meine Absicht und ich bitte darum auch um Entschuldigung. Die Dinge etwas gemütlicher und langsamer angehen zulassen können weiß Gott nicht schaden, für diesen Rat bedanke ich mich. Ich hoffe doch das sich dies bei mir noch einstellen wird um auch die schönen Dinge erkennen zu können. :wink:
Aus Deiner Antwort erkenne ich das es nicht unmöglich ist!

**********************************************************

Für ein Photon wollte ich mit meiner Frage das Licht anderer Sterne ansprechen.
Damit wollte ich in Frage stellen ob sich das Licht eines Sterns mit dem Licht anderer Sterne im Raum vermischt und ob sich in dem Licht das ich von hier aus wahrnehme, Informationen befinden die nicht unbedingt von dem beobachteten Stern ausgestrahlt wurden.
Ich habe mal gehört das Licht sowohl Welle als auch Teilchen ist, wobei ich eigentlich recht sicher bin das dies zutrifft(?).

Kann ich unter dem Welle-Teilchen-Dualismus das so verstehen, das sich Licht (Lichtteilchen) in einer bestimmten Weise überlagert oder wie ist das mit der Welle sonst zu verstehen?


Freundliche Grüße

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Beitrag von AlTheKingBundy » 23. Apr 2007, 17:18

zunächst einmal ist dein wissenshunger durchaus positiv zu sehen und als ehemaliger dozent würde ich gleich prüfen, ob sich dahinter ein fördernswerter geist verbirgt.

:)

also ich würde die frage, wann nun teilchen und wann welle von der praktischen seite sehen. das experiment "filtert" den entsprechenden zustand sozusagen heraus. also, bei einem beugungsexperiment verhält sich das licht wie eine welle, bei einem streuexperiment wie ein teilchen.

warum es diesen dualismus gibt, kann dir wohl keiner beantworten außer der ingenieur des universums.

SchwarzeMaterie

Beitrag von SchwarzeMaterie » 24. Apr 2007, 22:25

Hallo :)

Das hat mich beim Doppelspaltexperiment auch dahingehend inspiriert mehr über das verhalten von Lichtteilchen den Photonen herauszufinden.
Beim Experiment ohne Doppelspalt landet jedes abgeschossene Photon immer auf unterschiedliche Weise als Punkt am Detektorschirm, obwohl alle auf die gleiche Weise abgeschossen werden landet jedes Photon immer an einen anderen Platz.

Was aber wenn man jedoch den Weg der Photonen kanalisiert, in dem man die Trennwand vor dem Schirm stellt?
Schließt man dabei zunächst den rechten Spalt, dann landen die Photon die durch den anderen durchgehen ebenfalls an einem anderen Ort über einen schmalen Bereich am Schirm gestreut, schließt man den linken dann passiert das selbe nur etwas mehr nach rechts verschoben.
Öffnet man aber nun beide, würde man annehmen, das die Photonen auch nur zwei schmale Bereiche am Schirm anzeigen, das Phänomen ist aber das sie das nicht tun und Treffer an den Stellen meiden wo man sonst welche erwarten würde und an anderen Stellen häufen sie sich dagegen.

Wie KANN das sein?
KANN es sein, das jedes Photon einen eigenen Impuls hat, der das Photon auf seinem Weg durch die Eigenschaften des Impuls hin immer von einer geraden Richtung abbringt, so das die Photonen daher auch - trotz unveränderter physikalischer Bedingungen - immer unterschiedlich am Detektor-Schirm auftreffen?

Das würde mich doch sehr Interessieren was da dran ist!!!


Freundlichen Gruß

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Maclane
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Beitrag von Maclane » 12. Mai 2007, 08:27

Das was du da beim Doppelspalt-Experiment auf dem Schirm siehst, ist ein Interferenzmuster, also abwechselnd helle und dunkle Streifen.
Das kommt daher, weil sich das Licht in diesem Experiment wie eine Welle verhält. Ach nein, Quatsch, stimmt nicht - weil das Licht in diesem Experiment seine Welleneigenschaften zeigt. So ist's richtig. ;)

Das irre ist, dass das Interferenzmuster auch dann auftritt, wenn man die Photonen einzeln losschickt. Das heisst, am Anfang der Strecke weiß ich, ich hab einzelne Photonen losgeschickt, aber hinter dem Doppelspalt seh ich auf dem Schirm nur noch die Welleneigenschaften, das Interferenzmuster.
Ziemlich komische Sache, denn dem "gesunden Menschenverstand" nach, müsste doch das Photon entweder den einen Spalt durchqueren oder den anderen, nicht aber beide.
Und es wird noch verrückter. Wenn ich rauskriegen will, durch welchen der beiden Spalte nun das Photon geflogen ist, dann verschwindet das schöne Interferenzmuster und ich seh nur noch den matschigen Fleck auf dem Schirm. Es ist egal, was ich mir dafür für eine Apparatur oder Verfahren ausdenke, sobald ich bestimme, durch welchen Spalt das Photon fliegt, ist das Interferenzmuster weg. Wenn ich die Apparatur wieder wegnehme, taucht es wieder auf.
Die Art der Messung bestimmt, was ich sehe - Welle oder Teilchen.

Das passiert übrigens nicht nur bei Photonen, sondern auch bei Elektronen, Protonen oder ganzen Atomen. Ich hab mal gelesen, dass es theoretisch sogar mit Erbsen funktionieren würde, allerdings ist deren Wellenlänge so klein, dass die Erbsen nicht durch einen so kleinen Spalt passen würden.

Ich hoffe mal, ich hab nichts falsches erzählt. Ansonsten bitte ich um Richtigstellung - immer feste druff. ;)

Gruss Mac
Das Gehirn ist nur so schlau wie sein Besitzer.

SchwarzeMaterie

Beitrag von SchwarzeMaterie » 13. Mai 2007, 17:42

Hallo Mac!


Die Welle darf man sich in der Quantenphysik nicht förmlich vorstellen, sie stellt vielmehr ein Werkzeug dar mit diesen Messungen angestellt werden können.

Das es zu diesem Interferenzmuster kommt, finde ich ja auch schon höchst interessant. Werden die einzelnen Photonen losgeschickt und bereits am Doppelspalt gemessen, zeigt sich am Detektorschirm kein Interferenzmuster mehr.

Hierbei könnte man nun annehmen, dass Photonen ein gewisses Eigenverhalten aufweisen, das sie sich in einer s.g. Superposition befinden. Werden die Photonen am Spalt gemessen, verhalten sie sich exakt(scharf), werden sie nicht gemessen verhalten sie sich wie eine Welle(unscharf), so das am Schirm ein Interferenzmuster entsteht.
Wenn ein Photon am Doppelspalt gemessen wurde, kann man darüber nur noch Aussagen treffen an welcher Spaltöffnung sich das Photon zum Zeitpunkt der Durchquerung aufgehalten hat, es kann so eine exakte(scharfe) Aussage getroffen werden: 1. entweder es war an dem Spalt oder 2. es war nicht an dem Spalt.


Interessanter wird es aber tatsächlich dann wenn man die Messung am Doppelspalt abschaltet und die Photonen so wieder ein Interferenzmuster am Schirm aufweisen. Nun, warum ist das so?
Sind Photonen evtl. miteinander verbunden(die s.g. Quantenverschränkung) und können diese sich auch an unterschiedlichen Orten an gleicher Stelle aufhalten, solange sie nicht gemessen werden, bzw. bis zu dem Zeitpunkt an dem sie gemessen werden?

Ich würde aber nicht ausschließen, dass sie einfach nur was dagegen haben gemessen zu werden und so ihr wahres Verhalten verbergen. Für mich steht jedenfalls fest, dass sich die Welt im aller kleinsten ziemlich Unscharf verhält und nur schwer etwas darüber ausgesagt werden kann warum das so ist.

Demnach hast Du schon recht!
Die Frage warum das so ist, ist ja aktuelles Forschungsgebiet


Aber davon fasziniert
Grüßt Euch

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