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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Lokaler Realismus


Bauhof
20.07.15, 13:59
Hallo zusammen,

werden durch das Experiment von A. Aspect tatsächlich alle realistischen lokalen Theorien als unzulässig ausgeschlossen?

So jedenfalls zitiert es Shimon Malin in seinem Buch auf Seite 162:

Der Durchbruch gelang 1981, als A. Aspect, P. Grangier und G. Roger von der Universität Paris ein Experiment durchführten, das weitaus genauer als die vorangegangenen war. Sie fassten ihre Ergebnisse wie folgt zusammen:

»Unsere Ergebnisse, die mit den Vorhersagen der Quantenmechanik vorzüglich übereinstimmen, verletzen die verallgemeinerten Bellschen Ungleichungen auf eklatante Weise und schließen damit die gesamte Klasse realistischer lokaler Theorien als unzulässig aus.«

Einsteins Paradigma des lokalen Realismus ist das Weltbild, nach dem wir leben. Aspect und seine Mitarbeiter haben jedoch experimentell nachgewiesen, dass sich die Natur nicht an dieses Paradigma hält. Wie also sieht das neue Weltbild aus? Diese Frage werden wir im nächsten Kapitel ernsthaft in Angriff nehmen. Im verbleibenden Teil des vorliegenden Kapitels werden wir uns der weiteren Klärung des EPR-Experiments und der Bellschen Ungleichungen widmen sowie einige der damit in Zusammenhang stehenden jüngeren Entwicklungen schildern.

M.f.G. Eugen Bauhof

[1] Malin, Shimon
Dr. Bertlmanns Socken. (http://www.amazon.de/Dr-Bertlmanns-Socken-Shimon-Malin/dp/3379008095/ref=sr_1_1?s=books&ie=UTF8&qid=1437393598&sr=1-1)
Wie die Quantenphysik unser Weltbild verändert.
Leipzig 2003. ISBN=3-379-00809-5

RoKo
20.07.15, 21:38
Hallo Bauhof,

a) Alle nach dem Aspect-Versuch durchgeführten weiteren Versuche zum Thema haben stets eine Verletzung der Bell'schen Ungleichung ergeben.

b) Widerlegt ist damit die von EPR vorgetragene Vorstellung eines lokalen Realismus. Die QM ist nicht-lokal.

TomS
20.07.15, 22:13
Hallo Bauhof,

a) Alle nach dem Aspect-Versuch durchgeführten weiteren Versuche zum Thema haben stets eine Verletzung der Bell'schen Ungleichung ergeben.

b) Widerlegt ist damit die von EPR vorgetragene Vorstellung eines lokalen Realismus. Die QM ist nicht-lokal.
Die QM ist nicht zugleich lokal und realistisch.

Eine wesentliche (jedoch nur teilweise) realistische, nicht-lokale Interpretation stellt die deBroglie-Bohm-Theorie (in verschiedenen Varianten) dar.

Bauhof
21.07.15, 11:25
Hallo Bauhof,

a) Alle nach dem Aspect-Versuch durchgeführten weiteren Versuche zum Thema haben stets eine Verletzung der Bell'schen Ungleichung ergeben.

b) Widerlegt ist damit die von EPR vorgetragene Vorstellung eines lokalen Realismus. Die QM ist nicht-lokal.

Hallo RoKo,

gibt es Experimente, bei denen ein nicht-lokaler Realismus ausgeschlossen wurde?

M.f.G. Eugen Bauhof

RoKo
21.07.15, 12:09
Hallo TomS,

Die QM ist nicht zugleich lokal und realistisch.


Was genau meint realisitisch in diesem Kontext?
Der philosophische Realismus kann nicht gemeint sein.

TomS
21.07.15, 17:07
Realismus bedeutet hier im Wesentlichen die Zuordnung von definierten Eigenschaften zu physikalischen Objekten. Z.B. „hat“ ein klassisches / makroskopisches Objekt einen definierten Ort, einen Impuls, einen Drehimpuls usw.

Ein Quantenobjekt „hat“ nun bestimmte Eigenschaften nicht immer isoliert bzw. eindeutig diesem Objekt zugeordnet. Sie resultieren vielmehr erst im Kontext einer Messung.

Betrachten wir ein typisches Bell- bzw. Aspect-Experiment. Zwei Quantenobjekte, die jeweils Spin s = ½ tragen, seien in einem verschränkten Singulett-Zustand mit Gesamtspin S = 0. Nun ist es nachweislich unverträglich mit der QM (Theorie, d.h. Bell sowie Experiment, d.h. Aspect), jedem einzelnen Objekt einen definierten Spin (bzgl. einer frei wählbaren Achse, z.B. z) von ½ bzw. -½ zuzuordnen. Aus einer derartigen Annahme können mit der QM unverträgliche Wahrscheinlichkeiten bzw. mit dem Experiment unverträgliche Häufigkeiten abgeleitet werden. Insofern ist die QM nicht zugleich realistisch und lokal.

D.h. dass (im o.g. Beispiel) die naive Zuordnung der Einzelspins zu Einzelobjekten nicht möglich ist. Bell zeigt darüber hinaus, dass auch sogenannte lokale verborgene Variablen, die implizit diese Werte bzw. Eigenschaften je Objekt (lokal) festlegen, nicht zulässig sind. Daneben gibt es weitere, teilweise umfassendere no-go Theoreme (s.u.)

Mögliche Auswege sehen wie folgt aus:

Man gibt das Konzept des Realismus völlig auf, ohne jedoch die Messung physikalisch definieren zu können: Kopenhagen.

Man gibt eine Ein-Teilchen-Interpretation der QM und damit Lokalität und Realität auf: Ensemble-Interpretation u.a.

Man gewinnt in Teilen einen nicht-lokalen Realismus zurück mittels Einführung klassischer Teilchen zusätzlich zur Wellenfunktion (deBroglie-Bohm); dies funktioniert jedoch nicht für rein quantenmechanische Eigenschaften, die man klassischen Teilchen prinzipiell nicht zuordnen kann; diese tragen z.B. keinen Spin, der weiterhin rein der Wellenfunktion zugeordnet bleibt.

Man gibt das Konzept der fixen Zuordnung von messbaren Eigenschaften zu identifizierbaren Quantenobjekten auf (eigenvalue - eigenvector - link): in der Viele-Welten-Interpretation trägt der Gesamtzustand (über alle Zweige) i.A. keine eindeutig definierte Eigenschaft (d.h. entspricht nicht einem Eigenzustand der zur gemessenen Observablen); die klassischen Eigenschaften erscheinen jedoch aufgrund der Dekohärenz Zweig-lokal (entsprechend einem Eigenwert). In Summe erfordert letzteres ein anderes Verständnis des Objektbegriffs (das eigtl. Objekt ist über alle Zweige aufgefächert) sowie der Epistemologie (man nimmt jeweils nur Zweig-lokale Aspekte war)

Generell herrscht sicher Einigkeit über diverse no-go-Theoreme, nicht jedoch über einen sinnvollen Ausweg.

Meine Meinung habe ich hier bereits mehrfach geäußert.

http://www.pro-physik.de/details/news/1114299/Quantenphysik_treibt_Realisten_in_die_Enge.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Bell%27s_theorem
https://en.wikipedia.org/wiki/Kochen%E2%80%93Specker_theorem
https://en.wikipedia.org/wiki/Leggett_inequality
https://en.wikipedia.org/wiki/Leggett%E2%80%93Garg_inequality

Bauhof
26.07.15, 12:58
Meine Meinung habe ich hier bereits mehrfach geäußert.

http://www.pro-physik.de/details/news/1114299/Quantenphysik_treibt_Realisten_in_die_Enge.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Bell%27s_theorem
https://en.wikipedia.org/wiki/Kochen%E2%80%93Specker_theorem
https://en.wikipedia.org/wiki/Leggett_inequality
https://en.wikipedia.org/wiki/Leggett%E2%80%93Garg_inequality

Hallo TomS,

ich zitiere einen kurzen Abschnitt aus deinem Link (http://www.pro-physik.de/details/news/1114299/Quantenphysik_treibt_Realisten_in_die_Enge.html):

Das Verhalten der Photonenpaare, deren Polarisationen verschränkt sind, kann demnach von nichtlokalen Theorien verborgener Parameter nicht erklärt werden. Die einzelnen Photonen haben einfach keinen objektiv feststehenden Polarisationszustand. Zu diesem Schluss kommt man selbst dann, wenn man eine nichtlokale gegenseitige Beeinflussung der Photonenpolarisation zulässt. Die Polarisation der verschränkten Photonen ist also völlig unbestimmt, solange man sie nicht misst. Ob lokal oder nicht: Die realistische Sicht auf die Quantenwelt hat versagt. Wie aber eine nichtrealistische Sicht aussehen könnte, ist noch unklar.

Das heißt doch, man hat experimentell nachgewiesen, dass die realistische Sicht auf die Quantenwelt auch bei nichtlokalen Theorien (verborgener Parameter) falsch ist. Ist damit z.B. die Bohmsche Theorie wiederlegt? Und wie steht es dann unter Berücksichtigung der obigen Ergebnisse mit der realistischen Sicht der Viele-Welten-Theorie?

M.f.G. Eugen Bauhof

TomS
26.07.15, 14:28
Die deBroglie-Bohm-Theorie ist grundsätzlich sehr unbefriedigend. Sie erfüllt den Anspruch des Realismus bzgl. gewisser Eigenschaften wie Ort und Impuls, die durch die klassischen Teilchen getragen werden. Sie erfüllt diesen Abspruch nicht bzgl. anderer Eigenschaften wie Polarisation, Spin u.a. nicht-klassischer bzw. nicht den Teilchen zuzuordnenden Eigenschaften, die weiterhin durch die (im Falle von Spin mehrkomponentigen) Wellenfunktion getragen werden. Darüberhinaus ist die dBB-Theorie nicht auf relativistische Quantenfeldtheorien (d.h. auch QED und damit Photonen) anwendbar.

Ich verstehe daher überhaupt nicht, warum sie immer wieder als wesentliche Interpretation genannt wird.

TomS
26.07.15, 23:50
Und die Everett-Interpretation verabschiedet sich völlig von diesen Konzepten.

Vor der Messung kann in einem (bzgl. einer bestimmten Eigenschaft) verschränkten Zustand keinem Quantenobjekt eindeutig eine bestimmte Eigenschaft zugesprochen werden (gilt allgemein).

Im Gegensatz zu anderen Interpretationen gibt die Everett-Interpretation den Kollaps auf, so dass auch im Zuge der Messung keine eindeutig Eigenschaft entsteht. Ein Quantenobjekt kann weiterhin verschiedene Eigenschaften tragen, die dann über verschiedene Zweige hinweg realisiert sind. Die Eigenschaft erscheint lediglich Zweig-lokal eindeutig.

Philipp Wehrli
13.09.15, 02:46
Mit Realität ist das Einsteinsche Realitätskriterium gemeint:
Kann man den Wert einer physikalischen Größe mit Sicherheit (das heißt mit der Wahrscheinlichkeit 1) vorhersagen, ohne ein System dabei in irgendeiner Weise zu stören, dann gibt es ein Element der physikalischen Realität, das dieser physikalischen Größe entspricht.
Die Viele-Welten Interpretation erfüllt dieses Kriterium offensichtlich. Denn alle möglichen Welten werdenja als real angeschaut.

Unter Lokalität versteht man: Keine Information und keine Wirkung kann sich schneller ausbreiten als mit Lichtgeschwindigkeit.
Auch dies wird von der Viele-Welten Interpretation erfüllt.

Man kann allerdings darüber diskutieren, wie der Begriff 'real' definiert werden soll, damit er möglichst nützlich ist. Meiner Ansicht nach gibt es nur zwei Möglichkeiten, den Begriff konsistent und im Einklang mit den Experimenten zu definieren:
1. Realität ist vom Beobachter abhängig.
oder
2. Alles, was die Schrödingerwelle beschreibt, hat ein Äquivalent in der Realität.
Bei beiden Definitionen wäre Lokalität möglich. Denn Beobachter sind ja lokal. Und die Schrödingerwelle auch.

Plankton
13.09.15, 12:56
Man kann allerdings darüber diskutieren, wie der Begriff 'real' definiert werden soll, damit er möglichst nützlich ist. Meiner Ansicht nach gibt es nur zwei Möglichkeiten, den Begriff konsistent und im Einklang mit den Experimenten zu definieren:
1. Realität ist vom Beobachter abhängig.
oder
2. Alles, was die Schrödingerwelle beschreibt, hat ein Äquivalent in der Realität.
Bei beiden Definitionen wäre Lokalität möglich. Denn Beobachter sind ja lokal. Und die Schrödingerwelle auch.
:D Wenn man 1. ernst nimmt, braucht man auch nicht mehr von einer Messung sprechen.

TomS
13.09.15, 16:06
Man kann allerdings darüber diskutieren, wie der Begriff 'real' definiert werden soll, damit er möglichst nützlich ist. Meiner Ansicht nach gibt es nur zwei Möglichkeiten, den Begriff konsistent und im Einklang mit den Experimenten zu definieren:
1. Realität ist vom Beobachter abhängig.
oder
2. Alles, was die Schrödingerwelle beschreibt, hat ein Äquivalent in der Realität.
Das halte ich für problematisch.

Zu 1.: Zuminest objektive ist nach allgemeinem Verständnis vom Beobachter unabhängig! Man kann diskutieren, ob dieses Konzept sinnvoll ist, aber man sollte nicht Begriffe umdefinieren. Nun kann man sicher den Beobachter mit einbeziehen; dann ist Realität trivialerweise von ihm abhängig, da er selbst ein Teil derselben ist.

Zu 2.: Das ist eine mögliche Sichtweise der QM, aber nicht unbedingt allgemein akzeptiert. Und es ist evtl. zu eng gefasst, da nur auf die QM bezogen.

Und wie ich oben schon geschrieben habe ist lokaler Realismus in einem gewissen Sinn explizit ausgeschlossen: es ist unmöglich, einem lokalisierten Quantenobjekt eine ebensolche lokalisierte Eigenschaft zuzuschreiben: in einem nicht-lokalen, verschränkten Zustand aus zwei Quantenobjekten trägt eben nicht eines von beiden Objekten eine bestimmte Eigenschaft; man kann eben gerade nicht sagen, dass das Teilchen "hier" den Spin "+1" trägt.

Philipp Wehrli
13.09.15, 16:13
:D Wenn man 1. ernst nimmt, braucht man auch nicht mehr von einer Messung sprechen.
Ich finde schon, dass man von einer Messung sprechen kann. Aber die Messresultate sind eben auch vom Beobachter abhängig. Die Realität ist ja auch vom Messgerät abhängig. Wenn ich den Spin in x-Richtung messe, ist er in x oder in -x Richtung. Wenn ich ihn in y-Richtung messe, ist er in einer Überlagerung dieser zwei Möglichkeiten. Der Grund, weshalb wir uns über Messresultate im allgemeinen einigen können, ist dass uns wir alle im gleichen Strang des Everett Universums befinden. Das kommt daher, dass Messresultate sehr rasch dekohärieren und sich mit grossen Bereichen der Welt nichtlokal verschränken. Sobald ich aber lokal eine Messung durchführe, erhalte ich ein Resultat, während für weit entfernte Beobachter dieses Resultat noch offen steht. Erst die Dekohärenz führt dazu, dass ich mit dem richtigen Teil dieser anderen Beobachter koexistiere.

Philipp Wehrli
13.09.15, 16:29
Das halte ich für problematisch.

Zu 1.: Zuminest objektive ist nach allgemeinem Verständnis vom Beobachter unabhängig! Man kann diskutieren, ob dieses Konzept sinnvoll ist, aber man sollte nicht Begriffe umdefinieren. Nun kann man sicher den Beobachter mit einbeziehen; dann ist Realität trivialerweise von ihm abhängig, da er selbst ein Teil derselben ist.

Zu 2.: Das ist eine mögliche Sichtweise der QM, aber nicht unbedingt allgemein akzeptiert. Und es ist evtl. zu eng gefasst, da nur auf die QM bezogen.

Ich tendiere auch zu 2. Die Idee, die Realität sei beobachterabhängig, scheint mir auch eine zu grosse Abänderung des klassischen Begriffs der Realität zu sein. Unter den Leuten, die weder 1 noch 2 akzeptieren, gibt es drei Sorten, wobei Überschneidungen möglich sind:
1. Diejenigen, die das Problem nicht verstanden haben oder sich nicht dafür interessieren. Ich glaube, das sind die meisten.
2. Diejenigen, die sagen, es gebe überhaupt keine Realität oder die Realität sei in sich widersprüchlich. Dazu zähle ich Bohr und einige andere Anhänger der Kopenhagener Deutung.
3. Diejenigen, die hoffen, dass irgendwann ein Kollapsmechanismus entdeckt wird, der die umbeobachtbaren Welten verschwinden lässt.

Wenn aber 'Realität' als das verstanden will, das auf mich einwirken kann, dann kommt man an der Deutung 1 praktisch nicht mehr vorbei.

TomS
13.09.15, 17:13
Ich finde schon, dass man von einer Messung sprechen kann. Aber die Messresultate sind eben auch vom Beobachter abhängig. Die Realität ist ja auch vom Messgerät abhängig. Wenn ich den Spin in x-Richtung messe, ist er in x oder in -x Richtung. Wenn ich ihn in y-Richtung messe, ist er in einer Überlagerung dieser zwei Möglichkeiten ...
Aber das interessante am Konzept der objektiven Realität ist ja, über etwas zu sprechen, was unabhängig von der Beobachtung und daher vor der Messung existiert.

Gemäß der QM sind es nun gerade nicht lokalisierbare, reale Eigenschaften.

Wenn man jedoch die QM in ihrem Kern = ohne Kollaps, Projektionspostulat, Bornscher Regel, ... betrachtet und sie realistisch interpretiert, dann führt einen das unmittelbar zur Everettsche "Viele-Welten-Interpretation".

Plankton
14.09.15, 11:03
[...] Der Grund, weshalb wir uns über Messresultate im allgemeinen einigen können, ist dass uns wir alle im gleichen Strang des Everett Universums befinden. Das kommt daher, dass Messresultate sehr rasch dekohärieren und sich mit grossen Bereichen der Welt nichtlokal verschränken. Sobald ich aber lokal eine Messung durchführe, erhalte ich ein Resultat, während für weit entfernte Beobachter dieses Resultat noch offen steht. Erst die Dekohärenz führt dazu, dass ich mit dem richtigen Teil dieser anderen Beobachter koexistiere.
Ich frage mich dann ob das nicht noch weiter geht. Könnte man auch nicht sagen: ein "Strang des Everett" Universum ist nur ein "zeitlicher Ausschnitt"?

TomS
14.09.15, 11:40
Ich frage mich dann ob das nicht noch weiter geht. Könnte man auch nicht sagen: ein "Strang des Everett" Universum ist nur ein "zeitlicher Ausschnitt"?
Nennen wir es "Welt", "Zweig" oder "Strang" - alles nur Worte.

Ja, natürlich finden weiterhin "Verzweigungen" oder "Auffächerungen" statt. D.h. man kann durch Hintereinanderausfgührung mehrere Experimente eine weitere "Auffächerung" bewirken, so dass "ein Strang" nur für eine gewisse Zeit = bis zur nächsten "Auffächerung" eine adäquate Beschreibung ist.