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#6 Die verschleierte Quantenwelt

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#6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von tomS » 22. Okt 2010, 21:52

Hallo liebe Abenteurer,

wir diskutieren immer wieder über Quantengravitation, Superstrings usw., haben aber – glaube ich – kein einheitliches Verständnis, was denn „Quanten“ eigentlich sind und worum es sich bei der Quantenmechanik (QM) grundsätzlich handelt.

Ich wollte daher mal ein paar Gedanken zusammentragen, die wir uns hier in der Vergangenheit zu diesem Thema Quantenmechanik gemacht haben.

Die QM ist mit Sicherheit die Theorie, die am meisten in unser Alltagsleben hineinregiert: Transistor, Computer, Handy, LCD Bildschirm, Festplatten und USB-Sticks, sie alle basieren letztlich auf Grundprinzipien der QM. Zwar wird immer die Relativitätstheorie Einsteins als die große Revolution verstanden, aber dies liegt wohl eher an der Darstellung (schwarze Löcher sind eben mystischere Phänomene als ein iPod) und an der Tatsache, dass ein einziger Mensch (na ja, eigentlich war er dabei nicht ganz alleine) unser Weltbild umgestürzt hat. Aber eigentlich hat er das nicht getan, denn die Relativitätstheorie lässt sich in weiten Bereichen so realistisch interpretieren wie die Newtonsche Mechanik.

Die QM, die das physikalische Weltbild tatsächlich umgestürzt hat, wird dagegen nicht als derart radikal wahrgenommen – zu Unrecht, wie ich meine. Es gilt weiterhin der Satz „wer über die Quantenmechanik nicht schockiert ist, der hat sie nicht verstanden“.

Genug der Vorrede: es geht nun darum, zu zeigen, was denn an dieser QM so radikal anders ist als an den bis dahin bekannten physikalischen Theorien. Zur Auswahl stehen viele Phänomene (Photo- und Comptoneffekt, Radioaktivität, Schrödingers Katze, verschränkte Zustände und Bellsche Ungleichung) und da muss ich mich auf eines davon konzentrieren. Ich wähle – nicht ganz unbeeinflusst von Feynman – den Doppelspalt!

Man betrachte zwei eng benachbarte spaltenförmige Blenden, durch die (kohärentes) Laserlicht auf einen Schirm trifft. Man erkennt auf dem Schirm ein typisches Interferenzmuster, das man auch erzeugen kann, indem man knapp nebeneinander zwei Steine in einen Teich wirft. Man kann das Experiment auch mit Elektronen durchführen, wobei man den Schirm durch eine Photoplatte ersetzt, auf der sich durch die auftreffenden Elektronen eine Schwärzung in Form des Interferenzmusters ergibt.

Nun zu den Details, an denen hoffentlich deutlich wird, dass sich die QM hier vollständig unserer alltäglichen Begriffswelt entzieht.

1) auf der Photoplatte sieht man einzelne Punkte, die in Summe ein Schwärzungsmuster ergeben; auf der Photoplatte treffen also sicherlich teilchenartige, lokalisierte Elektronen auf.
2) andererseits sieht man eben auch dieses Interferenzmuster, d.h. irgendetwas muss sich da wellenartig ausbreiten und interferieren
3) reduziert man die Intensität der Elektronenquelle soweit, dass sich immer nur ein einziges Elektron zwischen Quelle und Photoplatte befindet, so ergeben sich über einen sehr langen Zeitraum tatsächlich aus den einzelnen Punkten wieder die bekannten Interferenzstreifen; da jetzt jedoch nie mehr als ein Elektron unterwegs war, ist die logische Schlussfolgerung, dass dieses eine Elektron jeweils mit sich selbst interferiert
4) bringt man eine Vorrichtung an um festzustellen, durch welchen der beiden Spalten das Elektron geht, verschwindet das Interferenzmuster
5) deckt man einen Spalt ab (und zwingt so die Elektronen durch den anderen zu gehen) verschwindet es ebenfalls
6) öffnet man nu n den zweiten Spalt wieder, erscheint auch das Interferenzmuster wieder; das bedeutet aber, dass das Öffnen eines zusätzlichen Spaltes die Anzahl der Elektronen an bestimmten Stellen der Photoplatte vermindert, d.h. dass ein Elektron dergestalt mit sich selbst interferiert, dass es sich sozusagen bestimmte Gebiete „verbietet“
7) misst man wie in 4) beschrieben, welchen Spalt das Elektron wählt, vernichtet diese Information jedoch nach dem Passieren des Spalten jedoch vor dem Auftreffen auf die Photoplatte, so entsteht doch wieder ein Interferenzmuster

So, mit diesen Aussagen (die man inzwischen so oder so ähnlich experimentell verifizieren kann) lasse ich euch dann mal alleine. Ich gebe euch aber noch einige Ideen mit, die auf den Kern des Problems hinweisen.

Klassisch betrachtet erwarte man, dass das Elektron – nachdem es den Doppelspalt durchquert hat – die Eigenschaft „hat“, dass es entweder rechts oder links durch den jeweiligen Spalt geflogen ist. Man würde vermuten, dass man dies eben nur nicht „weiß“ und dass daher auch die Interferenz erklärbar sein könnte. Dem ist aber nicht so, wie die Aussage 7) zeigt. Sie steht im expliziten Widerspruch dazu, dass das Elektron diese Eigenschaft „hat“.

Inzwischen sind die Physiker in der Lage, sowohl theoretisch zu berechnen, als auch experimentell zu verifizieren, dass die Idee, ein Quantenobjekt „habe“ eine bestimmte Eigenschaft, die wir nur nicht kennen, zu einem experimentellen Widerspruch führt. Allein die Annahme, das Quantenobjekt „wüsste etwas über sich selbst, das es lediglich vor uns verborgen hält“, ist nachweisbar falsch.

Es ist nicht so wie bei einer Lostrommel, wo lediglich die Glücksfee nicht weiß, ob sie eine Niete oder den Haupttreffer ziehen wird, obwohl grundsätzlich schon vorher klar ist, dass sich entweder das eine oder das andere im Los befindet. Man „entdeckt“ nicht beim Öffnen etwas, „was vorher schon immer vorhanden aber verborgen war“. In der QM ist nachweislich weder das eine noch das andere in dem Los, sondern ein Interferenzzustand aus beiden.

So, ich hoffe, das regt zum Nachdenken an …
Gruß
Tom

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von Skeltek » 22. Okt 2010, 23:59

Halbieren sich die Elektronen/Neutronen/Teilchen die pro Minute auf dem Bildschirm auftreffen, wenn man einen der Spalte zudeckt? Die Antwort ist klar,blöde Frage. Das Neutron, das vorher hinten aufgetroffen wäre, entscheidet also rein zufällig, ob es an der Abdeckung aufklatscht oder durch den noch offenen Spalt geht?
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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von tomS » 23. Okt 2010, 08:48

Eine gte Erklärung sowie Graphiken findest du hier http://de.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment

Die Teilchen halbieren sich natürlich nicht. Insbs. sind bei dem Experiment überhaupt keine Teilchen im eigentlichen Sinne beteiligt, denn ein einziges Teilchen kann sich nicht aufteilen, durch beide Spalte hindruchfliegen und mit sich selbst interferieren. Es muss sich also um eine Elektronenwelle handeln; andererseits sieht man auf der Photoplatte doch wieder einzelne Teilchen (die in Summe das Intereferenzmuster ergeben). Das Elektron ist also sozusagen beides, zeigt jedoch die eine bzw. andere Eigenschaft, je noch Experiment. Ich bevorzuge eher die Sprechweise, dass es keines von beiden ist; es ist sinnlos, darüber zu philosophieren, was das Elektron "ist", wenn man es nicht beobachtet.
Gruß
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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von Timm » 23. Okt 2010, 11:47

Vielen Dank für diese umfassende Auflistung zur Thematik Doppelspalt-Experimente. Für mich sind diese genauso magisch, wie die Mach-Zehnder- und EPR-Experimente.
tomS hat geschrieben: 4) bringt man eine Vorrichtung an um festzustellen, durch welchen der beiden Spalten das Elektron geht, verschwindet das Interferenzmuster.
Das gilt besonders überraschend auch für den Fall, daß die Information weder an den Spalten, noch an den diese passierenden Teilchen abgefragt wird, d.h. ohne jede Störung des Experimentes selbst. Eine solche schlaue Möglichkeit ist auf S. 48 in Zeilinger's "Einsteins Schleier" beschrieben. Es wird vor den Spalten jeweils ein Teilchenpaar generiert, wobei die beiden Teilchen sich in exakt entgegengesetzte Richtungen entfernen. Eines in Richtung der Spalte, das andere entgegengesetzt. In der Verlängerung Spalt1 - Quelle und Spalt2 - Quelle befindet sich jeweils ein Detektor. Wird das Teilchenpaar emitiert, macht einer der beiden Detektoren "Klick" und der Spalt durch den das andere Teilchen gegangen ist, liegt fest. Folge: Es gibt kein Interferenzbild.
Was passiert, wenn man gar keine Detektoren aufstellt? Das Gleiche! Sobald die Information "welcher Spalt" vorhanden ist, befinden sich die Teilchen nicht mehr in der Superposition Spalt1 + Spalt2. Der menschliche Verstand muß dieses tiefliegende Konzept der Komplementarität von Weg-Information und Interferenz schlucken.

In diesem Zusammenhang interessant sind auch Zeilinger's Dekohärenzversuche mit C60 Fullerenen. Mit zunehmender Temperatur wird das Interferenzbild verwaschener, weil immer mehr von den Molekülen abgestrahlte Photonen eine welcher Spalt Information in die Umwelt gelangen lassen.
Als nächstes nimmt sich Z. Viren vor. Man stelle sich vor: ein derart komlexes Molekül (DNA) "existiert"(?) für einen Zeitabschnitt als gestaltlose Superposition und formiert sich bei der Detektion wieder als das komplexe Molekül.

Gruß, Timm

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von seeker » 23. Okt 2010, 15:43

Danke für diese klasse geschriebene Einführung! :well:

Die verrücktesten experimentellen Ergebnisse sind (wie ich finde) dein 7) und das, was Timm beschrieben hat.

Da wir hier im Basisforum sind möchte ich das Gesagte noch durch ein schönes You-Tube Video zu QM, Doppelspalt und Verschränkung veranschaulichen.
So kann man sich besser vorstellen, wie die Experimente durchgeführt wurden:

http://www.youtube.com/view_play_list?p ... 4C4C43D6C0


Viele Grüße
seeker

P.S: gravi, wie geht das mit dem Einbetten von Youtube-Videos?
[yt]http://www.youtube.com/view_play_list?p ... 4C4C43D6C0[/yt] funktioniert nicht.
Grüße
seeker


Mache nie eine Theorie zu DEINER Theorie!
Denn tut man das, so verliert man zumindest ein Stück weit seine Unvoreingenommenheit, Objektivität.

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von tomS » 23. Okt 2010, 16:10

Danke für das Lob!

Habe lange überlegt, welcher Einstieg sinnvoll ist, und ich denke, das Doppelspaltexperiment ist immer noch am besten geeignet, da es am wenigsten begriffliche Voraussetzungen benötigt.

Der nächste Schritt wäre dann wohl, den quantenmechanischen Formalismus zu interpretieren, oder?
Gruß
Tom

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von Timm » 23. Okt 2010, 16:30

tomS hat geschrieben:Der nächste Schritt wäre dann wohl, den quantenmechanischen Formalismus zu interpretieren, oder?
Ja, gerne. Wie weit ich mitkomme, wird sich zeigen.

Gruß, Timm

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von gravi » 23. Okt 2010, 18:48

@seeker:
Du musst auch schon direkt das Video verlinken.
Die URL dazu sieht so aus:

Code: Alles auswählen

http://www.youtube.com/watch?v=8JOM0DeaSp0&feature=&p=B0F6AC4C4C43D6C0&index=0&playnext=1
Dann klickst Du einfach die "yt"- Taste an und fügst den Link in die Mitte ein - fertig:

[yt]http://www.youtube.com/watch?v=8JOM0Dea ... playnext=1[/yt]

Schönen Gruß
gravi
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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von tomS » 24. Okt 2010, 12:22

Halten wir zunächst mal fest, dass die Quantenmechanik - betrachtet aus der uns vertrauten Alltagssicht - in gewisser Weise unvollständig ist: Sie sagt uns nicht, was ein Quantenobjekt wirklich "ist", sondern nur, wie sich ein Ensemble von Quantenobjekten statistisch gesehen verhalten wird. Andererseits ist sie dahingehend vollständig, dass sie dies verlässlich und in Übereinstimmung mit dem Experiment tut. Versuchen wir nun, sie weiter zu vervollständigen, indem wir ihr Informationen hinzufügen, die für uns gewissermaßen unsichtbar (verborgen sind), die ein Quantenobjekt also zwar "hat" aber nicht "zeigt", so stoßen wir auf das Phänomen, dass die Voraussagen einer derartig vervollständigten THeorie nicht mehr zum EXperiment passen. Die Quantenmechanik "wehrt" sich gewissermaßne gegen eine derartige Vervollständigung.

Insofern haben wir keine Möglichkeit, einen uns vertrauten Realitätbegriff in die Quantenmechanik hineinzutransportieren. Wir können jedoch versuchen, den Formalismus der Quantemechanik in unserer Alltagssprache zu interpretieren - wobei wir jedoch auf Zumutungen gefasst sein müssen ...
Gruß
Tom

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von Skeltek » 24. Okt 2010, 18:15

Timm hat geschrieben:In der Verlängerung Spalt1 - Quelle und Spalt2 - Quelle befindet sich jeweils ein Detektor. Wird das Teilchenpaar emitiert, macht einer der beiden Detektoren "Klick" und der Spalt durch den das andere Teilchen gegangen ist, liegt fest. Folge: Es gibt kein Interferenzbild.
Wurden die Detektoren erst nach dem Emmitieren in Position gebracht oder bereits vorher? Daß stehende Wellen des Vakuums bzw Vakuumfluktuationen nach dem Aufstellen der Detektoren Auswirkungen auf die Photonenemission oder deren Weg nehmen kann nicht völlig ausgeschlossen werden...
Die plausibelste Erklaerung jedes hinreichend komplizierten Systems ist falsch

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von Timm » 24. Okt 2010, 18:31

tomS hat geschrieben: Wir können jedoch versuchen, den Formalismus der Quantemechanik in unserer Alltagssprache zu interpretieren - wobei wir jedoch auf Zumutungen gefasst sein müssen ...
Ohne vorgreifen zu wollen eine Bemerkung zur Wellenfunktion. Für Zeilinger handelt es sich um ein mathematisches Konstrukt und er stellt die ironische Frage, kann ein solches kollabieren? Beim Akt der Messung springt die Wahrscheinlichkeit auf 1 und das war's.
Hingegen hat die Wellenfunktion für Dieter Zeh, einem Vertreter der VWI, realen physikalischen Charakter, sodaß ein Kollabieren ohne eine Modifikation von Schrödingers Wellendynamik nicht möglich ist.
Es ist klar, welche Welten die beiden Herren trennen. Ich würde mich freuen, wenn Du diese Thematik in Deinen Ausführungen berücksichtigen könntest. Vielleicht war das ohnhin geplant.

Gruß, Timm

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von tomS » 25. Okt 2010, 08:47

Ich möchte, entgegen der Vermutung von Timm, nicht die Wellenfunktion sondern das Pfadintegral als Grundlage der Formalismus der Quantenmechanik betrachten. Beide Formalismen sind streng äquivalent, auch wenn die Wellenfunktionen eher als der Standard betrachtet werden können und insbs. in der Deutung der Quantenmechanik eine größere Rolle spielen. Es hat auch einige Zeit gedauert, bis Feynman die Pfadintegralformulierung ableiten und ihre Äquivalenz beweisen konnte.

Auch wenn das hier formelfreie Zone sein soll, möchte ich doch zwei Notationen einführen und erklären

∫dC e [up]iS[/up]

S = S[C] mit C(x[down]0[/down], t[down]0[/down], x[down]1[/down], t[down]1[/down])

Man betrachte einen Pfad, der zum Zeitpunkt t[down]0[/down] am Ort x[down]0[/down] startet und zu einem späteren Zeitpunkt t[down]1[/down] an einem Ort x[down]1[/down] endet. Diese Zeiten und Orte seien im folgenden fest vorgegeben. Z.B. kann es sich dabei um den Zeitpunkt der Aussendung eines Elektrons sowie dessen Registrierung zu einem späteren Zeitpunkt an einer bestimmten Stelle handeln.

Man betrachtet nun die Bewegungsenergie des Elektrons entlang des Pfades C (dieser kann durchaus unterschiedlich schnell duchlaufen werden) sowie die potentielle Energie, wenn das Elektron z.B. einen Raumbereich mit einem el.-mag. Feld durchquert und berechnet daraus die sogenannte Wirkung S entlang einer derartigen Kurve C aus der kinetischen und der potentiellen Energie (die genaue Form dieser Berechnung interessiert hier nicht).

D.h. man ordnet jedem Pfad C eine derartige Zahl S[C] zu. Diese hängt vpn den Details des Pfades ab, also wie sich dieser durch den Raum schlängelt und wie schnell er durchlaufen wird. Insbs. ist C völlig beliebig solange er nur die Randbedingung für t[down]0[/down] und Ort x[down]0[/down] sowie t[down]1[/down] und x[down]1[/down] respektiert.

In der klassischen Mechanik ist es nun so, dass ein Teilchen genau einen derartigen, sogenannten klassischen Pfad durchläuft, um vom Ausgangspunkt zum Endpunkt zu gelangen. Der Pfad selbst sowie die Geschwindigkeit entlang des Pfades sehen nun dergestalt aus, dass für diesen ausgezeichneten klassischen Pfad S minimal wird!

In der Quantenmechanik besagt das Pfadintegral nun, dass ein Quantenobjekt alle möglichen Pfade durchläuft, nicht nur den klassisch möglichen. Für jeden Pfad wird dabei die Wirkung S[C] berechnet. Im Pfadintegral ∫dC ... wird über alle Pfade gemittelt, wobei jeder Pfad den Beitrag e [up]iS[/up][/b] liefert.

Letztlich bedeutet dieses Pfadintegral (z.B. angewandt auf das Doppelspaltexperiment), dass ein Quantenobjekt alle möglichen Pfade C durchläuft, dass es entlang jedes Pfades die Wirkung S[C] aufsammelt, und dass alle diese Pfade miteinander interferieren. In einfachen Fällen heben sich alle Pfade bis auf den klassisch möglichen weg, d.h. dass das Quantenobjekt über alle Pfade gemittelt gerade den einen klassischen aussondert; in komplizierteren Fällen wir dem Doppelspalt bleiben jedoch Beiträge von mehreren Pfaden (durch jeden der beiden Spalten) die wiederum miteinander interferieren. Wenn wir nun das Experiment dergestalt ändern, dass wir detektieren, durch welchen Spalt das Elektron geht, oder wenn wir gar einen Spalt ganz schließen, dann schränken wir die erlaubte Menge der Pfade künstlich ein und verändern bzw. zerstören das Interferenzmuster.

Natürlich können wir nicht sagen, dass das Quantenobjekt "sich tatsächlich so verhält", denn wir können es ja nicht messen, ohne genau diese zu messende Eigenschaft zu verändern, aber der Formalismus legt nahe, dass man das Quantenobjekt so beschreiben kann "wie wenn es sich so verhalten würde, als ob ...".

Mir ist durchaus klar, dass das evtl. mehr Fragen aufwift als es beantwortet, aber so ist die Quantenmechanik nunmal. Ich versuche hier nur, bestimmte Aussagen des Formslismus ernst zu nehmen bzw. ins Zentrum der Argumentation zu rücken. Meine Überzeugung ist, dass es vorteilhaft ist, von den nachweislich korrekten Formalismen auszugehen und diese zu interpretieren (auch wenn diese Interpretation unserer Alltagserfahrung zuwiderläuft), als unsere Alltagserfahrung als Grundlage zu nehmen (die in der Quantenwelt nachweislich falsch ist). Man landet dabei immer bei Formulierungen wie "man kann das Quantenobjekt so beschreiben, wie wenn es sich so verhalten würde, als ob ..." und muss einen naiven Realismus, der eine exakte Entsprechung zwischen Formalismus und Realität fordert, aufgeben.
Gruß
Tom

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von deltaxp » 25. Okt 2010, 12:31

ich bin in solchen sachen eher der pragmatiker. die skurilen eigenschaften der quantenmechanik beruhen auf einer inhärenten eigenschaft der materie im kleinen: dem welle-teilchen-dualismus. oder von mir aus auch pfadintegral-teilchen-dualismus, wie man das immer auch nennen mag, die unschärfe-relation beruht letzlich auch darauf (in der signalverarbeitung ist das phänomen ja gämnzlich unmystisch: wenn ich eine frequenz messen will, hab ich 2 möglichkeiten: unendlich lange messen und ich messe die frequenz, oder aber endlich lange messen und ich erhalten eine frequenzunschärfe).

der begriff quanten-mechanik kann da sogar noch zu verworrenheit beitragen, weil man instinktiv als quant eher nen teilchen, als seine duale eigenschaft: welle (pfadintegral) interpretiert: der begriff quant rührt sicherlich nur von den diskreten eigenwert-spektren vieler operatoren und daher observablen her (spin, energie-niveaus in atomen etc).

wie tom ausführte, gibt es keine verborgenen parameter, ein gemessenes elektron im vakuum ist vollständig durch spin,ladung, ruhemasse charakterisiert. mehr wissen wir nicht, wir definieren es als elektron, was das jetzt Wirklich ganz genau ist, welcher "stoff" sozusagen ist wissen wir nicht, wie auch, wenn man den stoff messen könnte und er was neues ergebe, das relevant für (uns derzeit bekannte) physikalische prozesse ist, könnten wir ihm ne zahl zuschreiben und als eigenschaft dazugeben, da war bis jetze aber nix anderes.

ich tendiere auch nicht dazu mich in endlosen debatten ala kopenhagener interpretation oder die everettsche vielwelten interpretation zu ergiessen. Es sieht aus wie eine ente, es richt wie eine ente, es schmeckt wie eine ente, ergo ist es eine ente. punkt. ich weiss nicht mehr welcher der altforderen physiker es war: der sagte: "schnauze halten und rechnen".

es ist doch kein wunder, dass unser "gesunder menschenverstand" mit den für ihn verrückten eigenschaften der qm nicht klar kommt, weil der sich nunmal in der makroskopischen welt evolutioniert hat und darauf gestrickt ist, um damit klar zu kommen. aber wir haben auch die fähigkeit zur logik und abstrakter symbolik (der info-austausch über abstrakte symbole, planung über ursache und wirkung verbesserte den lernprozess und machte uns fitter fürs überleben in der gemeinschaft) erworben und welche wir für erstellung von modellen und theorien über die natur zum teil weit jenseits unserer intuitiven von makroskopischen welt geprägten vorstellungskraft nutzen.

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von tomS » 25. Okt 2010, 13:15

ich stimme dir da schon in weiten Teilen zu, allerdings musst du folgendes berücksichtigen:

Die QM entstand bzw. wurde geprägt durch Menschen, die ca. ein viertel Jh. nach dem "Warum" fragten. Spätestens mit Feynman ("shut up and calculate") wurde es aber Mode, diese konzeptionellen Fragen nicht mehr zu stellen bzw. nicht mehr stellen zu dürfen, da sie ja angeblich unwissenschaftlich seien. Leider sieht aber nun der Forschritt in der modernen Physik extrem dürftig aus (Stringtheorie, ...) - evtl. gerade weil sie von Leuten betrieben wird, denen man seit Jahrzehnten dieses "Warum-Fragen ausgetrieben hat. Ich werbe daher dafür, diese Fragen nach dem "Warum" wieder zuzulassen um so die Grundlagen selbst wieder hinterfragen zu lernen - da m.E. nur so langfristig Forschritte möglich sind.

Alles hat seine Zeit - und die des "shut up and calculate" ist seit einigen Jahzehnten wieder vorüber.
Gruß
Tom

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von deltaxp » 25. Okt 2010, 14:01

damit hab ich kein problem. feynmanns spruch ist sicher nicht darauf gemünzt, das warum nicht zu hinterfragen. nur muessen wir damit rechnen, das eine gefundene antwort nicht unbedingt im rahmen unsere natürlichen vorstellungskraft liegt, sondern wir diese antwort in abstrakte begriffe, in definitionen und symboliken kleiden müssen, um die natur erfolgreich zu beschreiben.

stringtheorie ist ja ein bespiel für dieses warum: quantenzahlen werden durch vibrations-moden eines schwingenden strings von energie erzeugt. aber eine aussage, aus was für nen "stoff" der schwingende string besteht, was der nun genau ist liefert die stringtheorie auch keine antwort.

Die skurilen eigenschaften der QM beruhenmeines erachtens auf dem welle-teilchen-dualismus als eigenschaft der materie. die frage, die sich erhebt, ist das nun eine fundamentale eigenschaft oder kann man ein warum dafür finden, also eine theorie aus der diese eigenschaft mit all ihren für uns seltsam anmutenden konsequenzen folgt. allerdings muss eine solche theorie unzweideutige experimentell verifizier oder falsifizierbare voraussagen treffen können. kopenhagener oder everettsche interpretationen koennen dies nicht. Insofern hilft uns das nicht weiter.

aber, da geh ich soweit konformen, aus debatten über "doppel-spaltige" verhalten der Materie im kleinen könnten eventuell solche Theorien mit messbaren konsequenzen hervorgehen.

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von tomS » 25. Okt 2010, 14:19

deltaxp hat geschrieben:feynmanns spruch ist sicher nicht darauf gemünzt, das warum nicht zu hinterfragen. nur muessen wir damit rechnen, das eine gefundene antwort nicht unbedingt im rahmen unsere natürlichen vorstellungskraft liegt, sondern wir diese antwort in abstrakte begriffe, in definitionen und symboliken kleiden müssen, um die natur erfolgreich zu beschreiben.
Feynman war diesbezüglich ziemlich dogmatisch; er äußerte sich teilweise recht abfällig über Philosophen, ganz im Gegensatz zu Heisenberg, Schrödingter etc. Aber zunächst mal hast du natürlich recht, die wesentliche Erkenntnis ist, das wir eben nicht an unseren Alltagsbegriffen festhalten dürfen (sonst steht es um uns wie um die Blinden, die von der Farbe reden wollen)
deltaxp hat geschrieben:Die skurilen eigenschaften der QM beruhenmeines erachtens auf dem welle-teilchen-dualismus als eigenschaft der materie
Mir gefällt bereits dieser Satz nicht, denn er geht stillschweigend davon aus, dass Wellen- und Teilcheneigenschaften die fundamentalen Eigenschaften an sich sind. Ich bin aber der Meinung, dass ein Quantenobjekt nur unter ganz bestimmten Randbedingungen als das eine oder das andere erscheint; normalerweise ist es weder das eine, noch das andere, sondern eben etwas ganz anderes. Aber das mag eine Spitzfindigkeit von mir sein ...
deltaxp hat geschrieben:allerdings muss eine solche theorie unzweideutige experimentell verifizier oder falsifizierbare voraussagen treffen können. kopenhagener oder everettsche interpretationen koennen dies nicht.
Korrekt; keine dieser Deutungen ist zunächst mal mehr als eine Deutung; und als Deutung an sich sind sie auch nicht vollständig befriedigend.
Gruß
Tom

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von deltaxp » 25. Okt 2010, 15:05

yo tom, hab ich ja vorher geschrieben, ob wir das jetze welle-teilchen dualismus oder pfadintegral-teilchen dualismus oder wie man das spezielle verhalten der mikroskopischen materiezustände halt auch immer nennen mag. ich war einfach zu faul das zu umschreiben. im abstrakten zustands-hilbertraum ists nen zustandsvektor, in der ortsraum-darstellung kann man dat ding als wahrscheinlichkeitswelle interpretieren, je nachdem. insofern der tat vielleicht ne spitzfindigkeit oder halt meine faulheit. auf das weder das eine noch das andere soll ja der begriff dualismus in diesem zusammenhang hindeuten.

ich hab aber mal ne ganz andere frage. das paulische ausschliessungsprinzip: also das 2 fermionen nicht in allen quantenzahlen übereinstimmen können (im gegensatz zu bosonen), gibt es dafür eigentlich ne fundamentale ursache für ergo eine ableitung ? oder ist das nach wievor nur ein empirisch festgestelltes prinzip als das ich das seinerzeit im studium kennengelernt habe. das hat zwar nichts direkt mit dem doppelspalt zu tun, aber ist ebenso ein eherne gesetzmässigkeit in der mikroskopischen welt.

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von tomS » 25. Okt 2010, 15:14

ganz kurz - sonst besser neuer Thread: das Paulische Ausschließungsprinzip folgt aus dem Spin-Statistik-Theorem, demzufolge Fermionen mit antivertauschenden Operatoren bzw. Grassmann-Zahlen zu quantisieren sind; für diese Zahlen gilt die seltsame Gleichung a²=0, woraus letztlich algebraisch folgt, dass nie zwei Teilchen im selben Zustand sein können. Du müsstest dich also mit dem Spin-Statistik-Theorem auseinandersetzen.
Gruß
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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von deltaxp » 25. Okt 2010, 16:55

danke, hab nen paar stellen dazu gefunden

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von Timm » 25. Okt 2010, 17:17

tomS hat geschrieben: Letztlich bedeutet dieses Pfadintegral (z.B. angewandt auf das Doppelspaltexperiment), dass ein Quantenobjekt alle möglichen Pfade C durchläuft, dass es entlang jedes Pfades die Wirkung S[C] aufsammelt, und dass alle diese Pfade miteinander interferieren.
Kurze Verständnisfrage: Bedeutet das, daß die unendlich vielen Pfade, bzw. die Teilchen auf diesen sich in einer Superposition befinden, in Analogie zur Superposition von Teilzuständen der Wellenfunktion? Es ist schon klar, daß der Formalismus ein ganz anderer ist. Der Hauptunterschied ist doch wohl, daß bei den Pfadintegralen wieder der Teilchenbegriff (auch wenn es keine realen Teilchen sind) einzieht, oder?

Gruß, Timm

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von tomS » 25. Okt 2010, 22:39

Ja, es handelt sich um eine Superposition, aber um den Zusammenhang mit Wellenfunktionen genau zu verstehen, muss man die Details des Formalismus lernen. Dazu musst du mal ein paar QM-Skripte durchsehen, ob du was passendes findest

http://physik-skripte.de/

Das Teilchenbild kommt ins Spiel, aber es bleibt durchaus fremdartig.

Ja, man formuliert die Theorie wieder im Ortsraum, d.h. dieser ist - entgegen der Formulierung mittels des Hilbertraumes - wieder ausgezeichnet. Aber bei der Berechnung betrachtet man sozusagen immer noch ein einzelnen Elektron, das sich durch das Doppelspaltexperiment bewegt. Dieses eine Elektron verhält sich nun so, wie wenn es alle Pfade gleichzeitig durchlaufen würde, so dass zuletzt alle Beiträge aller Pfade miteinander interferieren können. Die einzelnen Elemente entsprechen denen des klassischen Bildes eines Teilchens mit einem festen Pfad, aber es geht eben nicht um einen Pfad, sondern um die Gesamtheit aller geometrisch möglichen Pfade.
Gruß
Tom

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von Timm » 26. Okt 2010, 18:25

Danke für den link. Ich habe ein bißchen bei Richard Mackenzie nachgelesen. Neben der besseren intuitiven Erfassbarkeit scheinen sich komplexere Situationen mit Pfadintegralen besser handeln zu lassen, als mit der Wellen- oder Matritzenmechanik. Aber letztlich sind diese "Werkzeuge" wohl alle gleichwertig.

Gruß, Timm

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Re: #6 Die verschleierte Quantenwelt

Beitrag von tomS » 26. Okt 2010, 20:00

Gemäß Feynman sind sie äquivalent. In der Praxis scheinen die Pfadintegrale doch nicht so häufig aufzutreten; eine Ausnahem macht da die Ableitung der Störunsgtheorie und der Feynmanregeln in der QFT
Gruß
Tom

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Re: #9 Das Vakuum bzw. das Nichts

Beitrag von Skeltek » 19. Okt 2011, 16:48

seeker hat geschrieben:
positive hat geschrieben:Wenn das de Sitter Universum leer ist, dann gibt es auch keinen, der darüber nachdenkt, imo es wird wenn's soweit weder Etwas noch Nichts sein.
Du gehörst also zu denen, die glauben, dass ein fallender Baum im Wald kein Geräusch macht, wenn ihn keiner fallen hört? :wink:
(Da geht es um die Fragen von Sein und Bewusstsein).
Ahem, Schrödinger war etwas doof als er seine Katze postulierte. Messen ist ein passiver Vorgang und kein aktiver.
Als Beispiel hier mal Schrödingers Atomsprengkopf:
Man steckt eine Atombombe und ein radioaktives Teilchen in einen Pappschachtel. Der Zündmechanismus sei so konstruiert, daß ein zerfallen des radioaktiven Teilchens die Bombe zündet.
Man verbinde sich nun die Augen und setze sich auf den Pappkarton...

Es ist klar: Solange die Druckwelle der Detonation einen nicht erreicht, kann die Bombe entweder explodiert sein oder nicht. Trotzdem ist es nicht von der Augenbinde abhängig, in welchem Zustand sich die Bombe befindet <.<

Trotz alledem, sind Dinge, die nicht mit uns wechselwirken weder real noch irreal.

Edit: Dieser Beitrag und die folgenden drei Beiträge wurden für eine bessere Übersichtlichkeit vom Thread "#9 Das Vakuum bzw. das Nichts" (http://abenteuer-universum.de/bb/viewto ... 0&start=30) hierher verschoben.

Grüße
seeker
Die plausibelste Erklaerung jedes hinreichend komplizierten Systems ist falsch

Unentscheidbarkeit für Dummies: Dieser Satz ist wahr
oder
Diese Menge hat zwei Elemente: A und B

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Re: #9 Das Vakuum bzw. das Nichts

Beitrag von seeker » 19. Okt 2011, 19:00

Skeltek hat geschrieben:Messen ist ein passiver Vorgang und kein aktiver.
Das stimmt einfach nicht! In deinem Beispiel ist das "Messgerät" dein Hintern ;a ... oder meinetwegen auch die Luft in der Schachtel, etc.
Messen ist definitiv ein aktiver Vorgang!
Die momentan beste Erklärung bietet die Dekohärenz, wobei auch dort nicht alles befriedigend erklärt wird.
Zwei Probleme:
1. Sie erklärt nicht welche der Möglichkeiten (einer Überlagenerung) dann auch konkret verwirklicht wird. Wie wird ausgewählt, welche Möglichkeit verwirklicht wird? Wer oder was wählt?
2. Sie verschiebt das Problem nur in die Zeit, indem sie erklärt, dass makroskopische Systeme sehr schnell ihre Überlagerungseigenschaften verlieren.
Na gut, dann ist die Zeitspanne der makroskopischen Überlagerung halt sehr gering... Das ändert aber genau genommen gar nichts am Problem, denn sie ist nach wie vor da (wenn auch nur kurz).
Bei entsprechenden Systemen wird die Dekohärenzzeit sogar so kurz werden, dass sie selbst unscharf wird - und dann? Nein, so ganz kommen wir dem QM-Unschärfe-Problem immer noch nicht bei.

Grüße
seeker

P.S.:
An unsere neueren Mitglieder:
Wir haben das schon öfter und ausgiebig besprochen, z.B. hier:
http://abenteuer-universum.de/bb/viewto ... =72&t=1698
http://abenteuer-universum.de/bb/viewto ... f=4&t=1694
http://abenteuer-universum.de/bb/viewto ... f=4&t=1699

Falls Interesse besteht könnte man auch in einem dieser Threads weitermachen.
Grüße
seeker


Mache nie eine Theorie zu DEINER Theorie!
Denn tut man das, so verliert man zumindest ein Stück weit seine Unvoreingenommenheit, Objektivität.

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