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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Kopenhagener Interpretation vs. Bohmsche Mechanik


Astrophysiker.Danial
11.03.16, 12:18
Hallo User des Quantenforums,

Ich möchte eine sehr umstrittene Diskussion einleiten. Es geht um die Interpretation der Quantenmechanik und der Heisenbergschen Unschärferelation.

Aus der indeterministischen Kopenhagener Interpretation (angeführt von ''Wellen-Fanatiker'' wie Niels Bohr) kommen viele Konzepte hervor, die sich dem ''normalen menschlichem Verstand'' entgehen.
Quantenobjekte sind, je nachdem ob man sie beobachtet, Welle oder Teilchen, sie können an mehreren Orten gleichzeitig sein und alles in der Natur verhält sich ''statistisch''.

Eine (meiner Meinung nach viel verständnisvolleren) deterministische Interpretation der Quantenmechanik ist die Bohmsche Mechanik.
Sie beschreibt, dass Teilchen bei der Durchquerung der Raumzeit genau einen Ort und eine Geschwindigkeit haben, sie bewegen sich auf ''Trajektoren'', sozusagen auf Wellenbahnen, die aus der Schrödinger-Gleichung hervorgehen. Alle vermeintlichen Widersprüche der Kopenhagener Interpretation lassen sich elegant durch die Bohmsche Mechanik beschreiben.

Bell hat gezeigt, dass eine Beschreibung der Quantenmechanik nicht durch eine ''klassische'' Theorie möglich ist, da eine Interpretation der Quantenmechanik entweder Kausalität, Lokalität oder beides gleichzeitig verletzt.
Das heißt, eine Interpretation der Quantenmechanik kann nur eine Theorie sein, die

1.) indeterministisch, lokal
2.) indeterministisch, non-lokal (Kopenhagener Interpretation)
3.) deterministisch, non-lokal (Bohmsche Mechanik)

ist.

Das Problem bei der Bohmschen Mechanik: ein experimenteller Nachweis der Theorie wäre aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation nicht möglich.

Viele würden an dieser Stelle sagen ,,Dann hat es überhaupt gar keinen Sinn, darüber zu diskutieren''. Dem möchte ich widersprechen.
Es ist mehr eine ''erkenntnistheoretische'' Frage als eine ''wissenschaftliche''. Für die ''Wissenschaft'' mag es vielleicht wertlos sein, über eine Theorie zu diskutieren, die aufgrund eines Naturgesetzes nicht experimentell bestätigt werden kann. Aber für die Erkenntnistheorie ist die Frage, ob wir in einer deterministischen Welt leben oder nicht fundamental.

Wenn wir wirklich in einer statistischen Welt leben, wo der ''Zufall'' entscheidet, dann haben wir die fundamentalen Kriterien jedes physikalischen Prinzips über Bord geworfen: Ursache und Wirkung.

Wenn alles zufällig geschiet, so gibt es Phänomene, die keine Ursache haben.
Alle Naturwissenschaften basieren auf dem Prinzip, Naturereignisse zu Beobachten und ihre Ursachen zu ergründen. Ein Naturereigniss, welches keine Ursache hat sondern einfach ''zufällig'' entsteht, kann sich durch keine Naturwissenschaft beschreiben.

Hier noch ein paar empfehlenswerte Links:
- offizielle Website der größten Anhängergemeinschaft der bohmschen Mechanik:
http://www.bohmian-mechanics.net/

- YouTube Kanal der Münchner LMU Forschungsgruppe für bohmsche Mechanik:
https://www.youtube.com/channel/UC_vNkpXPSL6vnvm1bv1IiGQ

- hier ein kurzes, zusammenfassendes Video zur bohmschen Mechanik:
https://www.youtube.com/watch?v=rbRVnC92sMs


Ich hoffe, der Text ist nicht all zu lang und ich hoffe, ich werde nun nicht von allen Seiten verbal ''gesteinigt'' :D

Ich freue mich auf Rückmeldungen.
Mit freundlichem Gruß
Danial

TomS
12.03.16, 00:33
Zunächst mal hast du in vielem Recht.

Ich habe einen wesentlichen Einwand gegen die deBroglie-Bohm-Interpretation: es ist bisher nicht gelungen, sie für eine relativistische Quantenfeldtheorie zu konstruieren.

Marco Polo
12.03.16, 00:48
Es geht um die Interpretation der Quantenmechanik und der Heisenbergschen Unschärferelation.

Ohne auf die Thematik deines Beitrages einzugehen, würde mich mal interessieren, warum die beiden Begriffe Unschärferelation und
Unbestimmtheitsprinzip scheinbar gleichberechtigt nebeneinander existieren.

Hat das historische Gründe? Falls nicht, dann ist der Begriff Unschärferelation ganz einfach irreführend.

Suggeriert er doch, dass wir lediglich unscharf messen. Dass also unsere Messmethoden mangelhaft wären. So ein Unsinn, oder?

Hawkwind
12.03.16, 13:17
Ohne auf die Thematik deines Beitrages einzugehen, würde mich mal interessieren, warum die beiden Begriffe Unschärferelation und
Unbestimmtheitsprinzip scheinbar gleichberechtigt nebeneinander existieren.

Hat das historische Gründe? Falls nicht, dann ist der Begriff Unschärferelation ganz einfach irreführend.

Suggeriert er doch, dass wir lediglich unscharf messen. Dass also unsere Messmethoden mangelhaft wären. So ein Unsinn, oder?

Finde ich persönlich jetzt nicht so irreführend, denn die Aussage betrifft ja Messungen, oder nicht?

Zuerst kamen Beobachtungen bzw. Messungen, deren Ergebnisse dann später zum Prinzip erhoben wurden im Sinne von "das muss immer so sein" (und dann via nicht-vertauschender Operatoren (oder Matrizen) in der Theorie implementiert wurden).

Eine andere Art und Weise, die Unbestimmtheit auszudrücken ist zu sagen "es existiert kein Messgerät, das Impuls und Ort zugleich scharf messen kann".

Bauhof
12.03.16, 15:33
Eine andere Art und Weise, die Unbestimmtheit auszudrücken ist zu sagen "es existiert kein Messgerät, das Impuls und Ort zugleich scharf messen kann".

Hallo Uli,

da wird eine Abhängigkeit vom Messgerät suggeriert, so dass nur die gleichzeitige Messung von Ort und Impuls nicht möglich ist. Henning Genz schreibt in seinem Aufsatz [1] dazu folgendes:

Nicht also durch Ort und Impuls – wenn Penrose auch, für mich ein Widerspruch, die Unschärferelation so interpretiert, dass sie nur die gleichzeitige Messung von Ort und Impuls verbietet.

Nein, diese Werte »gibt« es nicht: Die Unschärferelation besagt letztlich, dass auf dem Niveau der Wellenfunktionen Ort und Impuls selbst in dem Sinn unscharf sind, dass diese keine genaueren Werte besitzen können, als die Unschärferelation zulässt.

M.f.G. Eugen Bauhof

[1] Genz, Henning
Was ist heute real?
Aufsatz in: Spektrum der Wissenschaft, März 2005

TomS
12.03.16, 15:41
Ich stimme Bauhof zu.

Zunächst wurde die Unschärfenrelation über die Messung veranschaulicht.

Tatsächlich ist es jedoch so, dass ein Quantenobjekt unabhängig von der Messung nicht zugleich beliebig präzise Werte für Ort und Impuls hat.

Marco Polo
12.03.16, 16:21
Zunächst wurde die Unschärfenrelation über die Messung veranschaulicht.

Tatsächlich ist es jedoch so, dass ein Quantenobjekt unabhängig von der Messung nicht zugleich beliebig präzise Werte für Ort und Impuls hat.

Und deswegen finde ich den Begriff Unbestimmheitsprinzip passender wie den Begriff Unschärferelation. Kann man das so sehen?

Bauhof
12.03.16, 17:07
Und deswegen finde ich den Begriff Unbestimmheitsprinzip passender wie den Begriff Unschärferelation. Kann man das so sehen?

Hallo Marc,

das sehe ich auch so, im Sinne von unbestimmt, nicht etwa in Sinne von unbestimmbar. Es ist ein Unterschied, ob das Messwertepaar unbestimmbar ist oder ob das Messwertepaar intrinsisch unbestimmt ist.

Ich gehe davon aus, dass ein exaktes Messwertepaar (Ort und Impuls) intrinsisch unbestimmt ist, dass es also gar nicht mit beliebig präzisen Werten für Ort und Impuls existieren kann.

Also, lieber Unbestimmtheitsprinzip als Unschärferelation.

M.f.G. Eugen Bauhof

Marco Polo
12.03.16, 17:39
Eine andere Art und Weise, die Unbestimmtheit auszudrücken ist zu sagen "es existiert kein Messgerät, das Impuls und Ort zugleich scharf messen kann".

Wobei genau diese Formulierung suggeriert, dass uns lediglich die geeigneten Messgeräte fehlen. Die Unbestimmheit ist ja, wie du weisst, prinzipieller Natur. Auch ohne Messung.

Hermes
12.03.16, 21:01
Hallo Astrophysiker.Danial (http://www.quanten.de/forum/member.php5?u=2043),

ich bin Anhänger der VWI aber das soll hier nicht das Thema sein. Erkenntnistheoretische Fragen scheinen Dir wichtig zu sein. Was für ein Weltbild kannst Du aus der Bohmschen Mechanik ableiten? Geht es Dir vor allem um die Frage ob das Universum zufällig oder determiniert ist? Oder auch um die genauere Beschaffenheit, den 'mechanischen' oder sonstigen Grund warum das Universum sich zufällig oder eben nicht verhält?

Ich meine bei der Viele-Welten-Interpretation habe ich für mich die Erkenntnis daß es unendliche viele Variationen von allem inklusive mir selbst gibt usw.... Wie ist die "Beschaffenheit" des Universums der Bohmschen Mechanik? Was passiert mit den 'nicht verwirklichten' Ergebnissen der Schrödingergleichung? Offensichtlich läßt sich das Universum auch mit der Bohmschen Mechanik nicht exakt voraussagen, gleichzeitig scheint sie ein deterministischer Entwurf zu sein. Wie funktioniert das bzw wie kann das zufriedenstellend sein?

Astrophysiker.Danial
13.03.16, 19:59
Hallo Hermes,
In einer deterministischen Welt gibt es eben keine anderen Möglichkeiten. Wenn man davon ausgeht, dass alle anderen Ereignisse, die theoretisch hätten eintreffen können, gleichzeitig in einem anderen Universum stattfinden, dann sind diese unendlichen vielen Paralleluniversen in sich deterministisch.
Am Anfang (der Entstehung des Universums durch den Urknall, oder in dem Fall durch einen Urknall) formieren sich je nach Anfangsbedingungen die Naturkonstanten auf eine bestimmte Art und Weise. Je nachdem, wie die Naturkonstanten und die fundamentalen Größen der Physik, die alles beeinflussen, ''konstruiert'' sind, entwickelt sich das Universum.

Es geht mir sowohl um den wissenschaftlichen als auch den erkenntnisstheoretischen Aspekt der bohmschen Mechanik. Was ich zum Beispiel merkwürdig finde: viele theistische Menschen, meinen, Gott hätte uns einen freien Willen gegeben. Laut neusten neurowissenschaftlichen Untersuchungen gibt es keinen ''freien Willen''. Menschen, die dann versuchen, ihr pseudo-philosophisches Esoterik-Geschwätz durch das Vermischen von fehlgeleiteten Interpretationen der Quantenmechanik, die unwissenschaftliche Konzepte wie den ''Zufall'' hervorheben, und ihren eigenen emotionalen Werten, fangen dann von Dingen wie ''Quantenbewusstsein'' zu sprechen - einer der berühmtesten von ihnen Deepak Chopra.

Was mich ebenfalls an der Kopenhagener Interpretation stört ist das schon fast fanatische ''jeder, der die Kopenhagener Interpretation nicht akzeptiert, ist ein Verschwörungstheoretiker oder hat Quantenmechanik nicht verstanden''. Die Kopenhagener Interpretation ist nur eine Interpretation der Quantenmechanik - eine meiner Meinung nach sogar äußert unwissenschaftliche, wenn sie sich auf den ''Zufall'' beruft. Ich sage nicht, dass die Kopenhagener Interpretation falsch ist. Aber die Betonung liegt auf Interpretation. Quantenmechanik ist nicht gleich Kopenhagener Interpretation. Leider wird vielen Leuten aber die Kopenhagener Interpretation als ''Fakt'' verkauft, weil sie sich unter den Wissenschaftlern etabliert hat. Und ''Fakten'', die auf Konzepten wie ''ein Teilchen inteferiert mit sich selbst'' oder den ''Zufall'' berufen, erschreckt einige Menschen, die sich anfangen wollen, für Quantenmechanik zu begeistern. Dann denkt man sich schnell - ,,also wenn das Quantenmechanik sein soll, habe ich keine Lust, das verstehen zu wollen''. Und so verliert man Menschen, die sich für die Natur begeistern - das ist sehr schade!

Vielleicht ist dieser Post mehr das ''von-der-Seele-schreiben'' eines emotionalen Konfliktes, den ich lange mit der Quantenmechanik hatte ;)

Mit freundlichem Gruß
Danial

TomS
13.03.16, 21:51
Es geht mir sowohl um den wissenschaftlichen als auch den erkenntnisstheoretischen Aspekt der bohmschen Mechanik.
Wissenschaftlich ist sie unvollständig, da keine Erweiterungen für Quantenfeldtheorien existiert, d.h. da die Ergebnisse der Kern- und Teilchenphysik nicht enthalten sind.

Was ich zum Beispiel merkwürdig finde: viele theistische Menschen, meinen, Gott hätte uns einen freien Willen gegeben. Laut neusten neurowissenschaftlichen Untersuchungen gibt es keinen ''freien Willen''.
Dazu gibt es keine gesicherten wissenschaftlichen Ergebnisse, da bereits der Begriff "freier Wille" nicht wissenschaftlich definiert ist - oder?

Was mich ebenfalls an der Kopenhagener Interpretation stört ist das schon fast fanatische ''jeder, der die Kopenhagener Interpretation nicht akzeptiert, ist ein Verschwörungstheoretiker oder hat Quantenmechanik nicht verstanden''.
Ich wüsste nicht, wer das so sagt.

Die Kopenhagener Interpretation ist nur eine Interpretation der Quantenmechanik - eine meiner Meinung nach sogar äußert unwissenschaftliche, wenn sie sich auf den ''Zufall'' beruft. Ich sage nicht, dass die Kopenhagener Interpretation falsch ist. Aber die Betonung liegt auf Interpretation. Quantenmechanik ist nicht gleich Kopenhagener Interpretation.
Die KI ist eine mögliche, letztlich positivistische oder instrumentalistische Interpretation.

Leider wird vielen Leuten aber die Kopenhagener Interpretation als ''Fakt'' verkauft, weil sie sich unter den Wissenschaftlern etabliert hat.
Stimmt, die Darstellung ist oft nicht neutral.

tom
13.05.16, 19:41
Hallo TomS,

zunächst, ich bin ein Anhänger der De-Broglie-Bohm-Theorie. Ich möchte Dir auch mal kurz zeigen, wie ich das quantenmechanische Doppelspaltexperiment interpretiere und wie es mit der De-Broglie-Bohm-Theorie weitergehen könnte.

Und zwar stelle ich mir vor, dass Licht eine Mischung aus einer klassischen elektromagnetischen Welle ist, in welche die Photonen (die ich mir als echte kleine Kugeln vorstelle) eingebettet sind. Die elektromagnetische Welle geht beim Doppelspalt durch beide Schlitze. Die Photonen können nur durch einen. Hinter dem Spalt interferiert nun die klassische Welle. Dabei bildet sich im Raum hinter den Spalten ein zeitlich konstantes Intensitätsmuster mit Hängen und Tälern (Die Intensität einer elektromagnetischen Welle ist das zeitlich gemittelte Betragsquadrat der Feldstärke).

Das Besondere ist nun, eine räumlich inhomogene Intensität erzeugt eine ganz reale Kraft auf Teilchen (https://de.wikipedia.org/wiki/Ponderomotorische_Kr%C3%A4fte). Diese Kraft heißt ponderomotorische Kraft und ist eigentlich schon lange bekannt. Sie saugt wahrscheinlich die Photonen einfach dorthin, wo die EM-Welle große Amplituden hat. Dabei spielt es keine Rolle, wie viele Photonen gleichzeitig durch die Schlitze gehen. Das funktioniert auch mit einem Photon pro Minute.

Man ist nun auf die Idee gekommen, vor jedem Spalt ein unterschiedliches Polarisationsfilter (http://grad.physics.sunysb.edu/~amarch/) anzubringen. Bekanntlich verschwindet dann aber die Interferenz, weil laut Kopenhagener Deutung die Photonen markiert sind. Allerdings, die Polarisationsfilter vernichten auch die Interferenz der klassischen Welle, beseitigen so die ponderomotorische Kraft und daher logischerweise auch die Teilcheninterferenz.

Man kann durch weitere Polarisationsfilter die Interferenz wieder herstellen. Das klappt immer dann, wenn auch die klassische EM-Welle wieder interferiert. Oberflächlich betrachtet (Kopenhagener Deutung) sieht es so aus, als ob die Photonen wüssten, dass man sie beobachtet. Es ist ihnen aber bestimmt egal. Aber das die Kraft mal da ist und mal nicht ist ihnen nicht egal. Hier mein Thread (http://www.quanten.de/forum/showthread.php5?t=2959) dazu.

Grüße
Tom

JoAx
13.05.16, 23:50
Das Besondere ist nun, eine räumlich inhomogene Intensität erzeugt eine ganz reale Kraft auf Teilchen (https://de.wikipedia.org/wiki/Ponderomotorische_Kr%C3%A4fte).


Ich fürchte, du hast die genannte Kraft missverstanden. Es ist nämlich eine ganz normale, klassische Kraft. Und sie hat auch nichts mit transverse spin-dependent force zu tun.

TomS
14.05.16, 08:54
Hallo TomS,

zunächst, ich bin ein Anhänger der De-Broglie-Bohm-Theorie ...

Und zwar stelle ich mir vor, dass Licht ...
Hallo Tom,

leider existiert keine Erweiterung der De-Broglie-Bohm-Theorie für relativistische Quantenfeldtheorien. Das Problem ist, dass man im Rahmen der QED Prozesse wie Elektron-Positron-Annihilation in zwei oder mehrere Photonen berechnen kann, dass dabei jedoch offensichtlich das Bild klassischer Teilchen nicht mehr funktioniert.

tom
14.05.16, 12:16
Hallo JoAx,

Ich fürchte, du hast die genannte Kraft missverstanden. Es ist nämlich eine ganz normale, klassische Kraft. Und sie hat auch nichts mit transverse spin-dependent force zu tun.

kann sein, dass sich mein Link auf etwas bezieht, was nichts damit zu tun hat. Ich fand ihn nur interessant.

Die ponderomotorische Kraft ist eine ganz normale klassische Kraft, die auf elektrisch neutrale Teilchen anziehend wirkt, wenn die Eigenfrequenz der enthaltenen Ladungen größer ist, als die Frequenz der EM-Welle. Ich stelle mir nun Photonen als klassische Elementarteilchen vor, die aus Ladungen bestehen, die aber praktisch alle übereinander liegen.

Falls kein äußeres Feld existiert, sind sie sozusagen unsichtbar, da sie auch kein Dipolmoment haben. Läuft nun eine klassische EM-Welle durch sie hindurch, so werden die Ladungen ein Stück weit getrennt. Dabei wird natürlich implizit vorausgesetzt, dass die Coulombkraft auf sehr kurze Entfernungen nicht unendlich ist. Ansonsten ginge das nicht.

Mal angenommen es wäre so, wie ich hier schreibe. Dann beginnen die Dipole im EM-Feld zu schwingen und zwar mit der Frequenz der äußeren EM-Welle. Weiterhin würden sie durch die Lorentzkraft in Ausbreitungsrichtung der Welle beschleunigt werden (die magnetische Feldkomponente und die Schwingungsachse stehen senkrecht aufeinander). Befindet sich ein Dipol etwas ober- oder unterhalb einer TEM-Scheibe oder Strahl, so würden sie durch die ponderomotorische Kraft angesaugt werden. Also erst angesaugt und dann beschleunigt.

Die einzigen wirklich ad-hoc Annahmen sind hier: Die Coulombkraft ist auf sehr kleine Entfernung nicht unendlich und das Vakuum ist mit kleinen Kugeln dicht aufeinandersitzender Ladungen durchsetzt. Der Rest sind logische Schlussfolgerungen.

Grüße
Tom

tom
14.05.16, 12:28
Hallo TomS,

hier muss ich leider passen, da mir die Kenntnisse in QED fehlen. Aber sieh Dir mal bitte meine anderen Posts an. Vielleicht findest Du die Grundidee hilfreich.

Soweit ich das sehe, kann man zumindest die gewöhnliche Quantenmechanik klassisch beschreiben, wenn man ein paar plausible Annahmen macht. Da das auch im Falle von Verschränkung funktioniert, ist es eine interessante Idee, finde ich.

Viele Grüße
Tom

TomS
14.05.16, 13:21
Soweit ich das sehe, kann man zumindest die gewöhnliche Quantenmechanik klassisch beschreiben, wenn man ein paar plausible Annahmen macht.
Ja, das funktioniert in der QM, wenn auch nicht besonders schön.

Die Grundannahme ist, dass Teilchen einem Führungsfeld folgen, dessen Dynamik der Schrödungergleichung gehorcht. Man kann auch zeigen, dass ein dynamisches Gleichgewicht folgt, demzufolge die Teilchendichte im Mittel der Wahrscheinlichkeitsdichte der Wellenfunktion entspricht.

Unschön ist zunächst, dass neben den realen Teilchen auch noch ein Feld bzw. eine Wellenfunktion existiert. Das ist eine ontologische Doppelung. Dann ist es seltsam, dass man bestimmte Eigenschafen nicht den Teilchen zuschreiben kann, sondern weiterhin der Wellenfunktion, z.B. den Spin. Den Bahndrehimpuls würde man jedoch wieder den Teilchen zuschreiben. Spätestens wenn man beides gemeinsam betrachtet, erscheint die Interpretation extrem künstlich.

Vollkommen unzulänglich ist die Interpretation für relativistische Quantenfeldtheorie. Dort existieren nachgewiesenermaßen Erzeugungs- und Vernichtungsprozesse für Teilchen. Insbs. in der QCD kann man Zuständen wie Proton und Neutron überhaupt keine festen Teilchenzahlen mehr zuschreiben.

JoAx
14.05.16, 23:41
kann sein, dass sich mein Link auf etwas bezieht, was nichts damit zu tun hat. Ich fand ihn nur interessant.


Aber du hast ihn hier zitiert. Warum?
Und du versuchst damit etwas zu "erklären", was halt nicht geht.