Wieso werden Quantenteilchen mit dem Zustand der Superposition beschrieben
 

Zustände von Quantenteilchen wie Photonen, Elektronen, radioaktive Atome etc. werden ja mit dem Zustand der Superposition beschrieben. D.h. bevor eine Messung durchgeführt wird, ist der Zustand nicht nur unbekannt sondern auch nicht eindeutig definiert.
Beispielsweise wird der Zustand eines radioaktiven Atoms vor der Messung als zerfallen und nicht zerfallen beschrieben.

Warum ist der Zustand dieses Atoms denn vor der Messung nicht ganz klassisch zerfallen oder nicht zerfallen?

Die einzige Antwort auf diese Frage, die ich finden konnte ist, da ansonsten die bellsche Ungleichung nicht verletzt werden dürfte.

Welche weiteren Erklärungen gibt es, warum man davon aus geht, dass Quantenteilchen vor der Messung nicht nur unbekannt, sondern auch nicht eindeutig definiert sind?

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Quantenteilchen werden in der QM mit dem Zustand der Superposition beschrieben, weil sie sich anders als klassische Teilchen verhalten und sich in mehreren Zuständen gleichzeitig befinden können.

In der QM ist ein Teilchen nicht an einen bestimmten Ort oder Zustand gebunden, sondern es kann sich in einem Überlagerungszustand befinden, der aus einer linearen Kombination von mehreren möglichen Zuständen besteht. Ein Beispiel dafür ist das berühmte Gedankenexperiment des Doppelspaltexperiments, bei dem Elektronen Oder Photonen als Teilchen und als Wellen betrachtet werden können.

Mit der Messung verliert das Quantenobjekt seinen Wellencharakter und wird zum Teilchen mit Impuls und Ort. Wobei Jetztere nicht gemeinsam beliebig genau gemessen werden können.

Die Beschreibung von Quantenteilchen in Superpositions-Zuständen ist ein wesentlicher Bestandteil der QM und ermöglicht es, Phänomene wie Quantenverschränkung zu erklären und zu verstehen. Die Superposition spielt auch eine wichtige Rolle in der Entwicklung von Quantencomputern und anderen Quantentechnologien.

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Die Verletzung der Bellschen Ungleichung ist ein wichtiger experimenteller Beweis für die Nichtlokalität und der Verschränkung in der Quantenmechanik.

Meiner Meinung nach besteht der Grund darin, dass das Quantenobjekt vor der Messung als Welle vorliegt. Erst mit der Messung offenbar sich das Quantenobjekt als Teilchen mit Ort und Impuls. Z.B. als Schwärzung auf einer Fotoplatte (Ort) und ausreichender Energie (Impuls) um die chemische Reaktion zu bewirken, die zur Schwärzung führt. Die Welle bricht zusammen sobald sich die Fotoplatte der Welle in den Weg stellt. Dies geschied instantan und die Welle diese Quantenobjektes steht nicht mehr für Interferenzen zur Verfügung.

Man könnte die Welle aber auch als abstraktes Konstrukt verstehen, das hilft im Falle einer Wechselwirkung deren Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Eigenschaft oder Zustandes bezogen auf den Ort zu ermitteln. Siehe Doppelspalt.

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Ja genau und mich würde jetzt interessieren wie man zu dieser Erkenntnis kommt.
Warum wäre die klassische Annahme, dass z.B. ein radioaktives Atom auch vor der Messung einen eindeutig Zustand von zerfallen oder nicht zerfallen hat, falsch?

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In der Quantenphysik wird der Zustand eines Teilchens durch eine Wahrscheinlichkeitsverteilung beschrieben. Bevor ein Atom gemessen wird, befindet es sich in einem Zustand der sogenannten Superposition, d.h. es befindet sich in einer Überlagerung von Zuständen, die sowohl "zerfallen" als auch "nicht zerfallen" beinhalten. Erst durch die Messung kollabiert diese Superposition zu einem eindeutigen Zustand von "zerfallen" oder "nicht zerfallen".

Fazit: wenn man nicht misst, dann kennt man den Zustand des Teilchens nicht und kann nur statistische Aussagen über seinen Zustand machen. Beim radioaktiven Zerfall ist das die Halbwärtszeit. In der Physik gibt es nur gesicherte Aussagen und keine Spekulationen. Bei einer sehr sehr großen Anzahl gleicher Isotope, kann man die Ausage treffen wie sich die Anzahl der Atome mit großer Wahrscheinlichkeit mit der Zeit verändert. Aber wann ein bestimmtes Atom zerfällt entzieht sich unser Kenntnis. Man kann darauf nur spekulieren oder wetten.

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Es wurde dir schon erklärt. Ich wiederhole nochmal anhand dieses Beispiels:
Wenn du zwei Teilchenstrahlen (up - down) in Superposition zusammanführst und den Spin in links-rechts Richtung misst, dann kommt bei jeder Messung Spin Links raus.
Wenn du zwei Teilchenstrahlen (up - down) ohne Superposition zusammenführst und den Spin in links-rechts Richtung misst, dann kommt nur bei jeder zweiten Messung Spin Links raus.

Daran erkennst du, ob Teilchen in Superposition waren, oder ob du bloß nicht wusstest, ob sie up oder down waren.

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Danke für diese sehr schöne Zusammenfassung. Ist alles richtig.
Die obige Frage ist damit dennoch nicht beantwortet:

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Das Verhalten eines einzelnen Teilchen entspricht der Summe aller Möglichkeiten => Superposition
Wäre es immer nur ein Zustand (ohne Mischung/Superposition) den man einfach nicht kennt, würden schon beim einfachen Doppelspaltversuch andere Ergebnisse rauskommen.

Beispiel: Du sendest einzelne Elektronen hintereinander durch den Doppelspalt. Das Ergebnis ist Interferenz. Das Elektron muss mit sich selber interferieren! Das geht nur wenn es eine Superposition hat. Wäre einfach nur der Zustand nicht bekannt, das Elektron hätte aber einen eindeutigen Zustand, würde keine Interferenz entstehen.

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Wenn man sich die Elementarteilchen als schwingende Felder vorstellt, die unter gewissen Umständen an einer Stelle anders schwingen, was wir dann als Teilchencharakter interpretieren, passen sie vielliecht besser zur Alltagsintuition.

Die Wirklichkeit ist halt abstrakt, anderes als wir es aus dem Alltag gewöhnt sind, weder Welle noch Teilchen, etwas ganz anderes, das mit solchen Analogien versucht wird begreiflich zu machen.

Möglicherweise besteht das ganze Universum nur aus Information. Die Welt, wie wir sie wahrnehmen entsteht erst in unseren Köpfen. Unser Gehirn lässt schwingende Photonen leuchten und Druckveränderungen im Medium klingen. Auch mit den drei wahrgenommenen Dimensionen des Raums und dem Laufen der Zeit dürfte es so sein. All das kreiert unser Gehirn. Aber es entscheidet nur wie die von außen kommende Information dargestellt werden soll.

Wenn man von der Welt, wie wir sie wahrnehmen, alles abzieht, das unser Gehirn macht, dann bleibt wohl nur universelle Information übrig. Aber in der wäre alles enthalten, alles was das Universum zu bieten hat, einschließlich der Funktionsweise unserer Hirne.

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Sehr schöner Beitrag, vielen Dank. Wäre der Zustand der Elektronen vor dem Doppelspalt nur unbekannt, würden sich auf dem Detektorschirm zwei Streifen bilden und kein Interferenzmuster.

Für das radioaktive Atom z.B. gibt es jetzt kein Doppelspaltexperiment, und dennoch wird davon ausgegangen, dass es sich vor der Messung in Superposition von zerfallen und nicht zerfallen befindet. Was ist in diesem Beispiel Grund für diese Annahme?