Ist die Natur intelligent?

[positronium]

Hallo allerseits,

mir ist bewusst, dass der Betreff einen esoterischen Touch hat, aber ich denke, dass die Frage im Rahmen quantisierter Theorien ihre Berechtigung hat. Gerne möchte ich kurz meine Gedanken schildern, zuvor aber meine Schlussfolgerung dazu kund tun: Die Quantenmechanik kann nicht vollständig sein; irgend etwas ganz wesentliches muss fehlen.
Sollte das physikalisch nicht haltbar sein, berichtigt mich bitte!


Zunächst haben wir die klassische Physik mit Punktteilchen, auf welche in einem Kontinuum Kräfte wirken. D.h. man kann von einem Ort ausgehend infinitesimal zum nächstliegenden beschreiben, wie sich ein Teilchen verhält. Vom Prinzip her sollte das auch bei nicht-kontinuierlichen Grössen funktionieren (z.B. "Treppchenpotential") - allerdings komplizierter.
Mit wenigen Worten gesagt: Es gibt Masse, Kräfte, Impuls und Potential. Schiesst man einen Ball einen Hügel hinauf, rollt er so weit, bis sein Impuls "verbraucht" ist, ändert seine Richtung und rollt zurück ins Tal, kullert ein bisschen und bleibt schliesslich liegen. Es geschieht das, wozu ihn seine unmittelbare Umgebung treibt. Der Ball bzw. das Teilchen wird gesteuert.


In der Quantenmechanik stellt sich das einerseits beim freien Teilchen vergleichbar, andererseits aber beim gebundenen ganz anders dar. Hier hat man es plötzlich mit einem nicht aus der unmittelbaren Nachbarschaft gesteuerten Quantensprung zu tun.
Den Zuständen kann man zwar auf abstrakte Weise benachbarte Orte d.h. Quantenzahlen zuordnen, aber ich halte das nur im mathematischen Modell für sinnvoll möglich. Meiner Meinung nach sind nicht Zahlen, die den aktuellen Zustand beschreiben das bestimmende, sondern physikalische Grössen der Energie in ihren Formen der Ruhemasse, kinetischer und potentieller Art. Diese Grössen in Verbindung mit Raum, den darin bestehenden Kräften und dem Ort bzw. der örtlichen Verteilung des Teilchens sind real.

Hat man also ein Atom, in dem ein Elektron einen Quantensprung vollführt, weist das Elektron zuerst die bestimmenden Variablen Ortsverteilung und potentielle Energie auf. Fällt es in einen niedrigeren Zustand, verändern sich im wesentlichen diese beiden Grössen.
Die Quantenmechanik sagt uns dazu, wie die Wellenfunktionen räumlich aussehen, wie die Gesamtenergie dort aussieht und wie das statistische zeitliche Verhalten für diesen Übergang ist. Ausserdem wird die Differenzenergie durch ein Photon abgegeben.

Und damit bin ich beim Problem:
Wie läuft so ein Quantensprung ab? Welcher Zustand wird angesprungen? Woher weiss das Teilchen, ob es dorthin darf? usw.
Hier zwei Möglichkeiten:
1. Der Zufall treibt das Elektron dazu, ein höheres Energieniveau anzuspringen. Das darf es aber nicht, weil es zu wenig Energie hat. Das Elektron muss also im Vorhinein wissen, dass es für dieses Niveau zu wenig Energie besitzt. Und das wohlgemerkt für eine räumliche Verteilung, welche es nicht einnimmt.
2. Es springt hin zu niedrigerer Energie. Gut, das funktioniert. Aber: In diesem Zielzustand hat das Teilchen schon weniger potentielle Energie. Es muss also während des Zustandswechsels ein Photon mit der überschüssigen Energie in einem Paket emittieren, dessen Betrag es ebenfalls noch nicht wissen kann.

Was ist die Lösung? Wir haben es ja in der Quantenmechanik mit unendlich ausgedehnten Wellenfunktionen zu tun. Diese müssten ständig das gesamte Universum vermessen und ermitteln, was es als nächstes machen darf. Es müsste jedes mögliche Orbital, jeden nicht gebundenen Zustand usw. checken.

Das muss man sich auf der Zunge zergehen lassen!
Und doch ist das die einzige Möglichkeit - nur so sind ja auch alle anderen statistischen Aussagen der Quantenmechanik und Quantenfeldtheorie denkbar.

Aber: Kann es in der Natur etwas unendlich ausgedehntes geben, eine solche Wellenfunktion? Mathematisch ja, klar. Aber real? Oder weiss das Teilchen einfach was geht?
Es müsste intelligent sein, nicht von aussen gesteuert werden, sondern agieren.

Gruss

positronium

[Fuzzlix]

Ich behaupte nicht, deinen Gedankengang voll folgen zu können. Ich vermute aber, Deine Gedanken sind so auf dem Level wie ich damals als ich das erste mal meine Gedanken niederschrieb:
http://www.astronews.com/forum/showthre ... t-und-Raum
Du kannst es dir ja mal zur allgemeinen Erheiterung durchlesen. Man hat mich damals auseinandergenommen, wie ein Rupfhuhn. (nicht ganz zu unrecht). Mir wurde bewust, dass wenn du eine Theorie aufstellen willst, du sie damit automatisch zum Anschuss frei gibst. Dazu musst du auch was zum Abschiessen anbieten. Also klare Postulate und dann deine Schlussfolgerungen.
(siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Konstruierbarkeitsaxiom)

Deine Gedanken werte ich also einmal als Versuch ein solches System aufzustellen. Das Problem dabei: Wenn du ausgeschlossen hast, dass Aussage a) NICHT zutrifft, kannst du nicht automatisch daraus schliessen, dass die Gegenaussage b) stimmt. Eventuell kommst du auch zu der Aussage, dass du bestimmte Fragen einfach nicht beantworten kannst.

Wenn du also eine Aussage hast, die nicht mit unseren Modellen erklärbar ist, kannst du nicht automatisch davon ausgehen, dass irgend eine Intelligenz dahinter steckt.

Fuzzlix.

[positronium]

Ich glaube, Du verstehst hier etwas miss. Obiges hat absolut nichts mit meinem Modell zur Physik zu tun - dabei handelt es sich um einen Brocken in dem zu 99% mathematisch ein Teilchenmodell entwickelt wird, also so Dinge wie natürliche Einheiten, gravitative und elektrische Ladung, Kräfte, Massen von Teilchen usw.; quantenmechanisch bin ich darin erst am alleruntersten Ende, dem Anfang des Anfangs. Bei dem oben handelt es sich um mehr oder weniger philosophische Überlegungen zur QM mit Schlussfolgerung.

Wenn du also eine Aussage hast, die nicht mit unseren Modellen erklärbar ist, kannst du nicht automatisch davon ausgehen, dass irgend eine Intelligenz dahinter steckt.

Das mache ich nicht. "Intelligent" ist zugegebenermassen provokativ formuliert. Ich hatte ja oben meine Schlussfolgerung "Die Quantenmechanik kann nicht vollständig sein; irgend etwas ganz wesentliches muss fehlen." geschrieben.

[gravi]

Höchstwahrscheinlich hast du sogar recht damit, dass der QM etwas fehlt - ich denke mal das ist die "Verbindung" zur makroskopischen Welt. Möglicherweise ist das eine noch zu findende Quantengravitation, die eine Lücke zu ART und SRT schließen könnte. Jedenfalls wird in der QM die Gravitation nicht berücksichtigt, was bei einem Elektron, das einen Atomkern umkreist auch noch nicht erforderlich ist. In einem Neutronenstern oder gar SL sieht die Geschichte aber bereits ganz anders aus. Zwar betrachten wir die Verhältnisse dort auch mit der QM, doch spielt hier die Gravitation die erste Geige. Das bringen wir aber nicht unter einen Hut, und das ist es wohl, was fehlt...

Gruß
gravi

[Gepakulix]

Grundsätzlich muss ich deinen Ueberlegungen beipflichten: Das "Natur" muss unglaublich komplex sein, weil ja jedes Teilchen (Elektron etc) nicht nur mit seinen Nachbarn agiert, sondern jede einzelne Wellenfunktion die Grösse des Universums erreichen kann (kann ja im Prinzip in jeden Energietopf tunneln, wieweit dieser auch weg sei).

Ob allerdings durch Addieren einer 'Intelligenz' zu jedem Teilchen diese Totalkomplexität reduziert werden kann wuerde ich bezweifeln: Denn Intelligenz funktioniert nicht autark, sondern ist von Informationen abhängig (z.b. Wo ist der betreffende Energietopf). Und der Aufbau eines solchen vernetzten Informations-Fluss-System ist dann wahrscheinlich nicht weniger komplex.

Zudem würde ich noch folgenden Satz anzweifeln:

Wir haben es ja in der Quantenmechanik mit unendlich ausgedehnten Wellenfunktionen zu tun.

Da auch mit Quantenmechanik die Lichtgeschwindigkeit nicht übertroffen werden kann, ist eine Wellenfunktion nie unendlich gross:
Wenn ich aus einer Elektronenkanone ein Elektron abschiesse, dann ist das maximale Gebiet der Wellenfunktion gegeben mit: R=c*t
(wobei t = Zeit seit Abschuss durch die Kanone: Also seit dem letzten Zeitpunkt, wo der Aufenthaltsort des Elektrons bekannt war).

Ausserhalb dieses Radius muss die Wellenfunktion zwingend auf 0 zurückgehen, weil andernfalls das Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit dort nachgewiesen werden könnte, und somit Ueberlichtgeschwindigkeit erreicht hätte.

[positronium]

Höchstwahrscheinlich hast du sogar recht damit, dass der QM etwas fehlt - ich denke mal das ist die "Verbindung" zur makroskopischen Welt. Möglicherweise ist das eine noch zu findende Quantengravitation, die eine Lücke zu ART und SRT schließen könnte.

Das ist ein guter Gedanke! Haben doch die quantenmechanischen Wellenfunktionen eine fast schon als makroskopisch zu bezeichnende Ausdehnung. Schade, dass die Physik im Bereich der QG noch zu wenig zu bieten hat.

[positronium]

Und der Aufbau eines solchen vernetzten Informations-Fluss-System ist dann wahrscheinlich nicht weniger komplex.

Ja, das ist wohl wahr. Alternativ könnte man die Information über das Universum als dem Teilchen zur Verfügung stehend ansehen, also in der Form, dass jedes Teilchen auf den gleichen Info-Pool zugreifen kann. Es läuft aber im Endeffekt immer darauf hinaus, dass das ganze Universum nicht-lokal ist - egal ob man das aus der Perspektive des Teilches sieht, das alles "erfahren" kann, oder aus der des Universums, das mit den Teilchen "spielt".
Jedenfalls gibt es einen gravierenden Unterschied zur klassischen Physik; es erscheint irgenwie intelligent. Nicht stur den lokalen Regeln folgend.

Zudem würde ich noch folgenden Satz anzweifeln:

Wir haben es ja in der Quantenmechanik mit unendlich ausgedehnten Wellenfunktionen zu tun.

Da auch mit Quantenmechanik die Lichtgeschwindigkeit nicht übertroffen werden kann, ist eine Wellenfunktion nie unendlich gross:

Nach der Mathematik der QM ist jede Wellenfunktion unendlich ausgedehnt. Die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit bezieht sich auf das Maximum eines Wellenpakets. Dieses wird aber immer aus unendlich ausgedehnten Teilwellen aufaddiert.

Ausserhalb dieses Radius muss die Wellenfunktion zwingend auf 0 zurückgehen, weil andernfalls das Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit dort nachgewiesen werden könnte, und somit Ueberlichtgeschwindigkeit erreicht hätte.

Hier bin ich mir nicht sicher. Man kann den Ort eines Teilchens messen. Dadurch hat man den Ort bestimmt. Im nächsten Moment sollte aber sofort wieder eine unendlich ausgedehnte Wellenfunktion bestehen. Ich glaube, das lässt sich anders nicht konsistent formulieren. Vielleicht sagen die QFT dazu mehr... Dass das in der Natur tatsächlich so ist, kann ich mir aber auch nicht vorstellen.

[Gepakulix]

Ausserhalb dieses Radius muss die Wellenfunktion zwingend auf 0 zurückgehen, weil andernfalls das Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit dort nachgewiesen werden könnte, und somit Ueberlichtgeschwindigkeit erreicht hätte.

Hier bin ich mir nicht sicher. Man kann den Ort eines Teilchens messen. Dadurch hat man den Ort bestimmt. Im nächsten Moment sollte aber sofort wieder eine unendlich ausgedehnte Wellenfunktion bestehen. Ich glaube, das lässt sich anders nicht konsistent formulieren. Vielleicht sagen die QFT dazu mehr... Dass das in der Natur tatsächlich so ist, kann ich mir aber auch nicht vorstellen.

Ich bin mir nicht sicher, wieweit dieser Punkt wichtig ist für den Gedankengang einer 'intelligenten Natur'. Falls es dafür aber wichtig ist, dass eine Wellenfunktion sofort wieder unendlich ausgedehnt ist (und dabei nicht den Wert Null hat), so würde ich diesen Gedankengang genau überprüfen. Denn aus meiner Sicht gäbe es hier einen Konflikt zwischen SRT und dieser Sicht der QM.

Trotzdem muss ich beipflichten, dass der Grundgedanke mich auch beeinflusst hat: Ich wollte den Mechanismus verstehen, wie eine Wellenfunktion für solch einen bestimmten 'positronium:Quantensprung' entscheidet. Nur eine Beschreibung des Resultats genügte mir auch nicht.
Ich habe mich zwar für eine Antwort entschieden, welche für mich plausibel und verständlich ist (und auch keine 'intelligente Natur' benötigt). Nur muss ich sagen, dass man (aus meiner Sicht) an der heutigen Standard-Theorie nicht einfach nur ein einzelnes Rädchen drehen kann für die Lösung: Man muss gleich an mehreren Orten die bestehende Theorie modifizieren, um alles wieder zum stimmen zu bringen. Und solche Konstrukte kann man in einem Forum eher nicht diskutieren.

[tomS]

Positronium diskutiert in seinem ersten Beitrag letztlich die Probleme, die man zu Beginn in der Quantenmechanik sah: Diskrete Energieniveaus vs. kontinuierliche und ausgedehnte Wellenfunktion, Nichtlokalität, statistische Interpretation, fehlende Ursache-Wirkungs-Beziehung, ... Die Schlussfolgerung, dass die QM intrinsisch unvollständig ist und dass eine vollständige, lokale und streng kausale Theorie benötigt wird, kam von Einstein selbst und wurde von ihm über Jahre verfochten. Er konnte sich nie mit dem statistischen Charakter der QM abfinden.

Natürlich wissen wir heute mehr, d.h. wir haben für viele seltsame, theoretisch vorhergesagte Effekte der QM heute zuverlässige Experimente und damit Bestätigungen. Wir haben einen ausgereiften Formalismus (der weitgehend abstrakte Hilbertraumzustände benutzt und ohne Wellenfunktionen auskommt) und wir haben in der Quantenfeldtheorie eine Verallgemeinerung der QM auf Vielteilchensysteme sowie Teilchenerzeugung und -Vernichtung.

All dies ändert aber NICHTS an den o.g. Merkwürdigkeiten. Diese bleiben auch nach fast 100 Jahren bestehen.

Die Physiker sind sich heute weitgehend einig, dass die o.g. Merkwürdigkeiten im Rahmen der QM fundamentalen Charakter haben und nicht behoben werden können oder müssen. Zum einen wurden Versuche hin zu realistischeren Theorien unternommen, wobei berühmte Theoreme (Bell, Kochen-Specker) sowie die zugehörigen Experimente die QM bestätigen und (große Klassen) realistischere Theorien experimentell ausschließen. Es bleibt also bei der Unbestimmtheit und "Unvollständigkeit" der QM, die aber eben im Auge des Betrachters liegt (warum sollte die Natur im mikroskopischen Bereich so sein, wie wir uns das aus unseren Alltagserfahrungen zusammenreimen?) Zum anderen liegen verschiedene Interpretationen der QM vor (Kopenhagen, Viele-Welten, Ensemble, ...) die den Formalismus unangetastet lassen, jedoch versuchen, andere Erklärungsmuster zu finden.

Die Schlussfolgerung < Die Quantenmechanik kann nicht vollständig sein; irgend etwas ganz wesentliches muss fehlen > ist also zunächst absolut nachvollziehbar, sie ist jedoch im engeren Sinne physikalisch nicht haltbar.

Wenn wir Physik als eine Wissenschaft begreifen, die mittels abstrakter Modelle die Natur beschreibt (die jedoch nicht mit der Natur identisch sind - es handelt sich lediglich um Abbilder), dann haben wir mit der QM ein perfektes Modell, das bisher alle experimentell messbaren Resultate richtig vorhersagt. Wen wir Physik als mehr begreifen wollen, also nicht nur das Verhalten der Natur, so wie wir es in Experimenten beobachten, beschreiben wollen, sondern wenn wir wissen wollen was die Natur "ist", dann haben wir ein sehr unbefriedigendes Bild. Aber in diesem letztgenannten Sinne begreifen die Physiker die Physik nicht. Sie rechnen dies der Metaphysik zu.

[seeker]

Positronium diskutiert in seinem ersten Beitrag letztlich die Probleme, die man zu Beginn in der Quantenmechanik sah...

Das kam mir auch in den Sinn.

Da auch mit Quantenmechanik die Lichtgeschwindigkeit nicht übertroffen werden kann, ist eine Wellenfunktion nie unendlich gross:
Wenn ich aus einer Elektronenkanone ein Elektron abschiesse, dann ist das maximale Gebiet der Wellenfunktion gegeben mit: R=c*t
(wobei t = Zeit seit Abschuss durch die Kanone: Also seit dem letzten Zeitpunkt, wo der Aufenthaltsort des Elektrons bekannt war).

Ausserhalb dieses Radius muss die Wellenfunktion zwingend auf 0 zurückgehen, weil andernfalls das Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit dort nachgewiesen werden könnte, und somit Ueberlichtgeschwindigkeit erreicht hätte.

C wird nicht überschritten, klar! Aber bin ich noch etwas unschlüssig: War denn der völlig exakte Aufenthaltsort des Elektrons zu irgendeinem völlig exakten Zeitpunkt bekannt?
Wo kommt denn das Elektron her? Es kommt wie alles letztlich aus dem Urknall. Daher hatte die/jede Wellenfunktion Zeit genug, um sich über das gesamte Universum auszubreiten.
Wenn man nicht daran glaubt, dass ein Kollaps der WF existiert, dass nur die WF existiert (ich glaube Zeh geht in diese Richtung) dann müsste das doch so sein? Wenn also jedes 'Teilchen' letztlich nicht-lokal in Rest-Überlagerung zum gesamten Universum steht, dann kann es schon "wissen" in welchem Zustand dieses ist, wobei i.d.R. nur die nähere räumliche wie zeitliche Umgebung des Elektrons relevant für sein Verhalten sein wird, der Resteinfluss alles Anderen wird wohl i.d.R. fast Null sein.

Wenn wir Physik als eine Wissenschaft begreifen, die mittels abstrakter Modelle die Natur beschreibt (die jedoch nicht mit der Natur identisch sind - es handelt sich lediglich um Abbilder), dann haben wir mit der QM ein perfektes Modell, das bisher alle experimentell messbaren Resultate richtig vorhersagt. Wen wir Physik als mehr begreifen wollen, also nicht nur das Verhalten der Natur, so wie wir es in Experimenten beobachten, beschreiben wollen, sondern wenn wir wissen wollen was die Natur "ist", dann haben wir ein sehr unbefriedigendes Bild. Aber in diesem letztgenannten Sinne begreifen die Physiker die Physik nicht. Sie rechnen dies der Metaphysik zu.

Der Physiker als Physiker bescheidet sich damit, weiß, dass er es muss, aber der Mensch als Mensch wird sich damit niemals abfinden können.
Der Mensch will letztlich keine Modelle, er will Wahrheit, Orientierung in einer bedrohlichen und unverständlichen Welt, in die er sich hineingeworfen fühlt und in der er Tod und Vergänglichkeit ausgesetzt ist.
Was also tun?

Grüße
seeker

[seeker]

Wie läuft so ein Quantensprung ab? Welcher Zustand wird angesprungen? Woher weiss das Teilchen, ob es dorthin darf? usw.
Hier zwei Möglichkeiten:
1. Der Zufall treibt das Elektron dazu, ein höheres Energieniveau anzuspringen. Das darf es aber nicht, weil es zu wenig Energie hat. Das Elektron muss also im Vorhinein wissen, dass es für dieses Niveau zu wenig Energie besitzt. Und das wohlgemerkt für eine räumliche Verteilung, welche es nicht einnimmt.
2. Es springt hin zu niedrigerer Energie. Gut, das funktioniert. Aber: In diesem Zielzustand hat das Teilchen schon weniger potentielle Energie. Es muss also während des Zustandswechsels ein Photon mit der überschüssigen Energie in einem Paket emittieren, dessen Betrag es ebenfalls noch nicht wissen kann.

Folgende Interpretation ist m.E. möglich:

Es gibt kein Elektron-'Teilchen'!
Es gibt nur sich entwickelnde Wahrscheinlichkeiten. Diese Wahrscheinlichkeiten sind kausal beeinflusst.
D.h. wenn ein höheres Energieniveau angesprungen werden soll, dann ist das Vorhandensein von genügend Energie dafür ausreichend.
Es ändert einfach die Wahrscheinlichkeiten, die durch das Umfeld präpariert sind. Wenn nicht genügend Energie für den Quantensprung zur Verfügung steht, dann ist dieser Umstand auch in die Wahrscheinlichkeiten eingeprägt, eben so, dass der Sprung zum höheren Energieniveau sehr unwahrscheinlich ist.
Es heißt auch, dass der Quantensprung (incl. Photonenemission oder -absorption) sozusagen schon als Möglichkeit vielfach durchgeführt wurde, bevor er 'real' durchgeführt wird.
Kann man das verstehen, was ich meine?

Grüße
seeker

[positronium]

...Dadurch hat man den Ort bestimmt. Im nächsten Moment sollte aber sofort wieder eine unendlich ausgedehnte Wellenfunktion bestehen. Ich glaube, das lässt sich anders nicht konsistent formulieren. Vielleicht sagen die QFT dazu mehr... Dass das in der Natur tatsächlich so ist, kann ich mir aber auch nicht vorstellen.

Ich bin mir nicht sicher, wieweit dieser Punkt wichtig ist für den Gedankengang einer 'intelligenten Natur'.[/quote]
In Extremsituationen würde das einen wesentlichen Unterschied machen. Die zeitliche Entwicklung eines Systems würde dann nämlich unmittelbar nach dem Kollaps der Wellenfunktion Anomalien aufweisen.
Nehmen wir den Elektronenübergang von einem Atomorbital zu einem anderen als Beispiel: Es soll angenommen werden, dass Atomorbitale räumlich begrenzt seien und einen Durchmesser von 1nm=10^-9m hätten (Darin sollten alle Atome, so wie man sie misst, Platz haben.) und ein Teilchen müsste wegen der zu ermittelnden nötigen Energie in einem anderen Zustand, seine Wellenfunktion über das ganze Volumen des Atoms erstreckt haben, bevor es den Zustand wechseln kann. Wenn man jetzt den Ort des Elektrons misst, würde das bedeuten, dass nach dieser Messung bis zu 10^-9m/c=3*10^-18s kein Übergang möglich wäre.

Falls es dafür aber wichtig ist, dass eine Wellenfunktion sofort wieder unendlich ausgedehnt ist (und dabei nicht den Wert Null hat), so würde ich diesen Gedankengang genau überprüfen. Denn aus meiner Sicht gäbe es hier einen Konflikt zwischen SRT und dieser Sicht der QM.

Ich weiss nicht. Die Forderungen der SRT beziehen sich auf klassische Teilchen, also den Erwartungswert der Teilchenposition. Und der ist ja nicht gleich irgend einem Punkt in der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung.

[positronium]

Also wenn die Natur intelligent sein soll, dann muss es wahrscheinlich nicht messen und nachschauen was und wo es als nächstes machen darf, es weiß es vermutlich einfach, es ist mit dem Teilchen verbunden, ...

Das "einfach wissen" scheint ja nach der QM der Fall zu sein. So, als wäre die Mathematik der QM gleich der Natur, also nicht die Lösungen die Beschreibung der Natur, sondern die Lösungen existent und würden einfach ausgewählt.

[positronium]

...Wir haben einen ausgereiften Formalismus (der weitgehend abstrakte Hilbertraumzustände benutzt und ohne Wellenfunktionen auskommt)...

Aber der Raum unserer Erfahrungswelt bleibt doch dennoch relevant.

Es bleibt also bei der Unbestimmtheit und "Unvollständigkeit" der QM, die aber eben im Auge des Betrachters liegt (warum sollte die Natur im mikroskopischen Bereich so sein, wie wir uns das aus unseren Alltagserfahrungen zusammenreimen?)

Das muss nicht unbedingt sein. Ich denke aber, dass manche logische Prinzipien überall gelten sollten. So z.B. das oben von mir genannte Wissen bzw. nicht-Wissen über den Energiebedarf in einem bestimmten Orbital. Man muss ja bedenken, dass die QM das nur berechenbar macht. Und das mit Konzepten die höchst erstaunlich sind.

Wenn wir Physik als eine Wissenschaft begreifen, die mittels abstrakter Modelle die Natur beschreibt (die jedoch nicht mit der Natur identisch sind - es handelt sich lediglich um Abbilder), dann haben wir mit der QM ein perfektes Modell, das bisher alle experimentell messbaren Resultate richtig vorhersagt. Wen wir Physik als mehr begreifen wollen, also nicht nur das Verhalten der Natur, so wie wir es in Experimenten beobachten, beschreiben wollen, sondern wenn wir wissen wollen was die Natur "ist", dann haben wir ein sehr unbefriedigendes Bild.

Ja, ganz genau.

Aber in diesem letztgenannten Sinne begreifen die Physiker die Physik nicht. Sie rechnen dies der Metaphysik zu.

Das kann allerdings ein Fehler sein. Immerhin liefern die etablierten Theorien nur in den uns messtechnisch zugänglichen Bereichen gute Ergebnisse. Wer kann schon ausschliessen, dass man für eine QG die Natur verstehen muss und sie nicht nur zu beschreiben braucht?

[positronium]

War denn der völlig exakte Aufenthaltsort des Elektrons zu irgendeinem völlig exakten Zeitpunkt bekannt?

Ob "völlig exakt" spielt eigentlich keine Rolle. Fest steht, dass ein Teilchen schneller oder langsamer sein kann als sein klassischer Impuls vorgibt. Und rein mathematisch reicht eben ein Wellenpaket von - bis + unendlich.

Wo kommt denn das Elektron her? Es kommt wie alles letztlich aus dem Urknall. Daher hatte die/jede Wellenfunktion Zeit genug, um sich über das gesamte Universum auszubreiten.

So kann man das glaube ich nicht sehen. Die Eigenschaften eines Wellenpakets hängen von den Teilcheneigenschaften ab. Wenn also beispielsweise ein Elektron aus einem Photon entsteht, kann man nicht die Wellenfunktion des Photons zu dem des Elektrons machen.

Wenn also jedes 'Teilchen' letztlich nicht-lokal in Rest-Überlagerung zum gesamten Universum steht, dann kann es schon "wissen" in welchem Zustand dieses ist, wobei i.d.R. nur die nähere räumliche wie zeitliche Umgebung des Elektrons relevant für sein Verhalten sein wird, der Resteinfluss alles Anderen wird wohl i.d.R. fast Null sein.

Ja!

[positronium]

D.h. wenn ein höheres Energieniveau angesprungen werden soll, dann ist das Vorhandensein von genügend Energie dafür ausreichend.
Es ändert einfach die Wahrscheinlichkeiten, die durch das Umfeld präpariert sind. Wenn nicht genügend Energie für den Quantensprung zur Verfügung steht, dann ist dieser Umstand auch in die Wahrscheinlichkeiten eingeprägt, eben so, dass der Sprung zum höheren Energieniveau sehr unwahrscheinlich ist.

Dann muss das Teilchen wissen, was es erwartet, oder wie Du schreibst:

Es heißt auch, dass der Quantensprung (incl. Photonenemission oder -absorption) sozusagen schon als Möglichkeit vielfach durchgeführt wurde, bevor er 'real' durchgeführt wird.

In diesem Fall gäbe es die Möglichkeit für das Teilchen seinen neuen Zustand zu testen, und dann "nachzuschauen", ob es die dafür nötigen Eigenschaften hat, also Energie, Spin... oder diese annehmen kann.

Kann man das verstehen, was ich meine?

Klar!

[seeker]

Noch eine kurze Anmerkung:

Nehmen wir den Elektronenübergang von einem Atomorbital zu einem anderen als Beispiel: Es soll angenommen werden, dass Atomorbitale räumlich begrenzt seien und einen Durchmesser von 1nm=10^-9m hätten (Darin sollten alle Atome, so wie man sie misst, Platz haben.) und ein Teilchen müsste wegen der zu ermittelnden nötigen Energie in einem anderen Zustand, seine Wellenfunktion über das ganze Volumen des Atoms erstreckt haben, bevor es den Zustand wechseln kann. Wenn man jetzt den Ort des Elektrons misst, würde das bedeuten, dass nach dieser Messung bis zu 10^-9m/c=3*10^-18s kein Übergang möglich wäre.

Atomorbitale sind aber nicht räumlich begrenzt, sie durchdringen sich. Du sagst ja selber, dass die WF nicht begrenzt ist.
Ich denke eben wegen dieser Durchdringung sind Quantensprünge möglich und dass nach einer 'Messung bis zu 10^-9m/c=3*10^-18s kein Übergang möglich ist', ist glaube ich wahr und wurde schon experimentell in ähnlicher Form bestätigt: radioaktive Elemente, die ständig wiederkehrend beobachtet (gemessen) werden zerfallen langsamer.

Grüße
seeker

[positronium]

Atomorbitale sind aber nicht räumlich begrenzt, sie durchdringen sich. Du sagst ja selber, dass die WF nicht begrenzt ist.

Ja, sehe ich ja nach der QM auch so. - Das bezog sich auf das, was Gepakulix geschrieben hat:

Da auch mit Quantenmechanik die Lichtgeschwindigkeit nicht übertroffen werden kann, ist eine Wellenfunktion nie unendlich gross:
Wenn ich aus einer Elektronenkanone ein Elektron abschiesse, dann ist das maximale Gebiet der Wellenfunktion gegeben mit: R=c*t
(wobei t = Zeit seit Abschuss durch die Kanone: Also seit dem letzten Zeitpunkt, wo der Aufenthaltsort des Elektrons bekannt war).

Ich denke eben wegen dieser Durchdringung sind Quantensprünge möglich ...

Dann könnte daher die Information über den Zielzustand stammen. Das habe ich auch angedacht. Seltsam bleibt es aber trotzdem. In gewisser Weise so, als würde das Teilchen jeden Zustand gleichzeitig einnehmen, aber nur einen "real".

und dass nach einer 'Messung bis zu 10^-9m/c=3*10^-18s kein Übergang möglich ist', ist glaube ich wahr und wurde schon experimentell in ähnlicher Form bestätigt: radioaktive Elemente, die ständig wiederkehrend beobachtet (gemessen) werden zerfallen langsamer.

Ich bin erstaunt! Das stünde doch in Widerspruch zur rein statistischen Natur von Zerfällen. Oder nicht?

[positronium]

Das "einfach wissen" scheint ja nach der QM der Fall zu sein. So, als wäre die Mathematik der QM gleich der Natur, also nicht die Lösungen die Beschreibung der Natur, sondern die Lösungen existent und würden einfach ausgewählt.

Ich kenne mich mit der QM zu wenig aus, um das jetzt beurteilen zu können. Wenn du das so sagst, klingt das aber so als wenn alles berechenbar wäre. In den letzten 100 Jahren haben wir jedoch auch auf anderen Gebieten Fortschritte gemacht, insofern ist das wenn überhaupt eher unintelligent, also eher eine Art Nicht-Wissen als Wissen. Wissen klingt eher so als wenn da ein begrenztes für uns fast unendlich großes Info-Pool wie jemand sagte an Informationen wäre,...

Tja, ich weiss natürlich auch nicht, wie das alles richtig zu interpretieren ist.
Irgendwo her muss aber meiner Meinung nach die Information vor dem Geschehen stammen. Ansonsten müsste es eine Formulierung der Physik geben, welche den Quantensprung als in gewisser Weise kontinuierlich erklärt.

... ich denke die Wellenfunktion ist unendlich...

Beim Integrieren funktioniert das. Die QM sagt aber auch eine zwar äusserst geringe aber dennoch eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null voraus, dass ein Teilchen von hier wegspringt, und irgendwo zwischen hier und der Unendlichkeit landet.

[seeker]

Ich bin erstaunt! Das stünde doch in Widerspruch zur rein statistischen Natur von Zerfällen. Oder nicht?

Das genaue Experiment weiß ich nicht mehr und ich musste erst kurz im Netz suchen, was ich da wohl gelesen habe:

Nein, das ist wohl in Übereinstimmung mit der QM. Ja, die QM ist erstaunlich...

Es handelt sich um den sog. "Quanten-Zeno-Effekt":
http://de.wikipedia.org/wiki/Quanten-Zeno-Effekt

Grüße
seeker

[positronium]

Es handelt sich um den sog. "Quanten-Zeno-Effekt":
http://de.wikipedia.org/wiki/Quanten-Zeno-Effekt

Vielen Dank für den Link!
Würde das nicht bedeuten, dass eine quantenmechanische Zustandsänderung doch kontinuierlich abläuft? Der Unterschied wäre dann nur, dass die Zwischenzustände nicht messbar wären.

[Gepakulix]

Betreffend der unendlich ausgebreiteten Wellenfunktionen:
Im Zusammenhang mit dem Grund-Thema dieses Threads scheint mir die Frage zentral.
Ich erinnere an das Opera-Experiment, wo im Prinzip ein Neutrino von einer Kanone abgeschossen wurde.
Es wäre ein gewaltiger Aufschrei gewesen, wenn das Neutrino tatsaechlich ausserhalb des Radius R=c*t hätte nachgewiesen werden können.
Heute hat man den Fehler gefunden, und alles ist wieder in Ordnung: Ausserhalb des Bereichs R=c*t ist die Wellenfunktion zwingend Null und somit nicht vorhanden.

...Wir haben einen ausgereiften Formalismus (der weitgehend abstrakte Hilbertraumzustände benutzt und ohne Wellenfunktionen auskommt)...

Aber der Raum unserer Erfahrungswelt bleibt doch dennoch relevant.

Das tangiert auch das Dilemma der finanzierten Forschung grundsätzlich: Sie muss innerhalb von einer bestimmten Zeit Erfolge aufweisen.
Wer will schon, dass über x Jahrzehnte Steuergelder in ein Gebiet fliessen, wo keine Erfolge vermeldet werden können.
Deshalb macht es schon Sinn, wenn die bezahlten Forscher die Ziele selber definieren können. Sie werden es in einer Art und Weise tun, dass auch ein Erfolg möglich ist.
Und so sind halt heute die Ziele so formuliert, dass die Natur nur beschrieben werden soll (und das Wort 'Verstehen' dabei nicht vorkommt). Das hat all die grossen Erfolge erst möglich gemacht.

Ob es nun tatsächlich Dinge gibt, welche mit dem menschlichen Verstand nicht erfasst werden können glaube ich eher nicht. Zuviele unlösbare Probleme wurden in der Vergangenheit zuerst so eingestuft, und dann durch spätere Generationen gelöst.
Hier hat das hobby-mässige Denken seine Chance: Es besteht kein Zeitdruck und kein Erfolgsdruck.
Deshalb finde ich auch, dass der Einzelne (unter der klaren Voraussetzung dass er nicht mehr professionel in dem Bereich tätig ist) diese 'einfacheren' Ziele der Forschung ruhig ignorieren kann.


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[positronium]

Es wäre ein gewaltiger Aufschrei gewesen, wenn das Neutrino tatsaechlich ausserhalb des Radius R=c*t hätte nachgewiesen werden können.
Heute hat man den Fehler gefunden, und alles ist wieder in Ordnung: Ausserhalb des Bereichs R=c*t ist die Wellenfunktion zwingend Null und somit nicht vorhanden.

Unter der Voraussetzung, dass die QM in ihrer Formulierung der Natur entspricht, ist das nicht richtig.
Für ein Neutrino wird (wie für jedes andere Teilchen natürlich auch) eine Wellenfunktion ermittelt, welche durch ein Integral über verschiedene Wellenlängen überlagert wird. Daraus ergibt sich ein Wellenpaket, für welches man eine eng lokalisierte Gaussverteilung annimmt. Diese hat gleich nach dem Losschicken am Startort des Neutrinos ihr Maximum, aber eine unendliche Ausdehnung. Jetzt ist es aber so, dass die Wahrscheinlichkeit, das Teilchen weit entfernt von der klassisch zu erwartenden Position zu messen, extrem niedrig ist. Nach der QM ist es nur diese Wahrscheinlichkeit, dass man das Teilchen wie erwartet misst. Bei einer extrem grossen Zahl Messungen ist zu erwarten, dass man auch einmal eine Abweichung feststellt.

Deshalb macht es schon Sinn, wenn die bezahlten Forscher die Ziele selber definieren können. Sie werden es in einer Art und Weise tun, dass auch ein Erfolg möglich ist.
Und so sind halt heute die Ziele so formuliert, dass die Natur nur beschrieben werden soll (und das Wort 'Verstehen' dabei nicht vorkommt). Das hat all die grossen Erfolge erst möglich gemacht.

Ja, das stimmt und das ist auch gut so. Trotzdem wäre es natürlich schön, nicht nur zu beschreiben. Vielleicht fehlt das der Forschung heute.

Hier hat das hobby-mässige Denken seine Chance: Es besteht kein Zeitdruck und kein Erfolgsdruck.
Deshalb finde ich auch, dass der Einzelne (unter der klaren Voraussetzung dass er nicht mehr professionel in dem Bereich tätig ist) diese 'einfacheren' Ziele der Forschung ruhig ignorieren kann.

Sehe ich auch so. Leider ist die Chance dieser, Erfolg zu haben, verschwindend gering.

[seeker]

Würde das nicht bedeuten, dass eine quantenmechanische Zustandsänderung doch kontinuierlich abläuft? Der Unterschied wäre dann nur, dass die Zwischenzustände nicht messbar wären.

Soweit ich es verstehe kann man das schon so sehen.
Nur: Diese Zwischenzustände sind nicht nur nicht messbar, sie sind nicht konkret-real, zumindest in dem Sinne, dass sie klassisch-physikalisch nicht wirksam sind.
Du darfst nicht vergessen, dass es sich ja nur um Wahrscheinlichkeitswellen handelt.
Und eine Wahrscheinlichkeit ist nunmal keine 'konkrete Existenz' sondern nur die 'Möglichkeit zur Existenz'.
Das alte Problem dabei ist m.E. ob und wie daraus unsere klassische Welt entsteht, die wir als konkret-existierend annehmen.
Dieses wirklich-werden der Wahrscheinlichkeit scheint jedenfalls nicht-kontinuierlich zu sein.
In dem Zusammenhang finde ich interessant, was uns Heinz-Dieter Zeh zu sagen hat. Ich muss das aber erst nochmals nachlesen, wenn ich Zeit habe (und wenn ich das ausgeliehene Buch wiederhabe).

Grüße
seeker

[positronium]

Nur: Diese Zwischenzustände sind nicht nur nicht messbar, sie sind nicht konkret-real, zumindest in dem Sinne, dass sie klassisch-physikalisch nicht wirksam sind.
Du darfst nicht vergessen, dass es sich ja nur um Wahrscheinlichkeitswellen handelt.
Und eine Wahrscheinlichkeit ist nunmal keine 'konkrete Existenz' sondern nur die 'Möglichkeit zur Existenz'.

Ja und nein. Ich bin mir aber nicht einmal sicher, wie sich das Phänomen quantenmechanisch formulieren lässt.
Es fällt mir nur das ein: A=Ausgangszustand B=Zustand nach dem Zerfall; es werden die Zustände A und B mit den Koeffizienten a und b für das Mischungsverhältnis verwendet.
|Z>=a|A>+b|B>
Dann ergibt sich für die Wahrscheinlichkeit den zerfallenen Zustand B zu messen
|<B|Z>|²
Das würde bedeuten, dass sich die Variablen a und b im Lauf der Zeit kontinuierlich verändern und bei einer Messung stets zurück gesetzt würden. Kann das sein? Solche Überlagerungszustände kennt man doch auch z.B. bei Hybridorbitalen. Von daher sollten sie messbar sein, also die Messung nicht dazu führen, dass a und b verändert werden.