Kollaps der Wellenfunktion am Doppelspalt

[TomS]

Fairerweise muss man dazu sagen, dass die genannten Probleme verschwinden, wenn man darauf verzichtet, die Quantenmechanik als Beschreibung der Realität anzusehen und sie stattdessen als reines Rechenwerkzeug begreift.

Zeilinger:

“Die Annahme, dass sich diese Wahrscheinlichkeitswellen tatsächlich im Raum ausbreiten, ist also nicht notwendig - denn alles, wozu sie dienen, ist das Berechnen von Wahrscheinlichkeiten. Es ist daher viel einfacher und klarer, die Wellenfunktion ψ nicht als etwas Realistisches zu betrachten, das in Raum und Zeit existiert, sondern lediglich als mathematisches Hilfsmittel, mit Hilfe dessen man Wahrscheinlichkeiten berechnen kann. Zugespitzt formuliert, wenn wir über ein bestimmtes Experiment nachdenken, befindet sich ψ nicht da draußen in der Welt, sondern nur in unserem Kopf […] Der Kollaps der Wellenfunktion ist aber dann nicht etwas, was im wirklichen Raum stattfindet.”

Dieser Instrumentalismus insbs. nach Bohr wurde jahrzehntelang schon geradezu krampfhaft verfochten, ist jedoch recht bald bald den Philosophen sowie inzwischen auch bei ernstzunehmenden Physikern zunehmend in Verruf geraten (schon die Darstellung, das Bohr in der berühmten Debatte über Einstein “gesiegt” hätte, ist nicht aufrechtzuerhalten; Bohr hatte natürlich recht, dass man sehr genau wisse, wie die Quantenmechanik funktioniere und wie nicht, das bedeutet aber natürlich nicht, dass man auch versteht, warum sie funktioniert). Der vorgeschobene Glaube, man würde ausschließlich berechnen und dabei nichts über die Natur verstehen wollen, ist schon reichlich absurd. Man sollte diese pragmatische Haltung, die im Zuge der eigenen Forschung offene Fragen ausblendet - was ok ist - jedoch nicht zum Dogma erheben, d.h. den Kollegen und Studenten einimpfen, nichts über die Natur verstehen zu dürfen.


Ein paar Zitate insbs. aus Kopenhagen, die m.M.n. den Begriff “Dogma” durchaus rechtfertigen:

zu Bohm

“We consider it juvenile deviationism.”
No one had actually read the paper.
“We don’t waste our time ... If we cannot disprove Bohm, then we must agree to ignore him”
Oppenheimer nach dem Vortrag Bohms in Princeton, zitiert nach Max Dresden, aus David Peat (Biograf Oppenheimers)

zu Everett

http://jamesowenweatherall.com/SCPPR...heelerOxon.doc

“This work suffers from the fundamental misunderstanding which affects all attempts at ‘axiomatizing’ any part of physics. The ‘axiomatizers’ do not realize that every physical theory must necessarily make use of concepts which cannot in principle be further analyzed. … The fact, emphasized by Everett, that it is actually possible to set-up a wave function for the experimental apparatus and a Hamiltonian for the interaction between system and apparatus is perfectly trivial, but also terribly treacherous; in fact, it did mislead Everett to the conception that it might be possible to describe apparatus + atomic object as a closed system. … This, however, is an illusion.”
(Rosenfeld to Bergmann, 1959; Hervorhebung von mir)

“With regard to Everett neither I nor even Niels Bohr could have any patience with him, when he visited us in Copenhagen more than 12 years ago in order to sell the hopelessly wrong ideas he had been encouraged, most unwisely, by Wheeler to develop. He was undescribably [sic] stupid and could not understand the simplest things in quantum mechanics.”
(Rosenfeld to Belifante, 1972)

zu Zeh

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/...andp.201570056

At that juncture, Zeh's senior at Heidelberg, the Nobel Prize winner J. H. D. Jensen decided to ask Rosenfeld's advice on the paper. Rosenfeld's opinion was devastating. “I have all the reasons in the world to assume that such a concentrate of wildest nonsense [decoherence, Zeh’s re-discovery of many-worlds] is not being distributed around the world with your blessing, and I think to be of service to you by directing your attention to this misfortune.”
(H‐D Zeh, Foundations of Physics, 1, 69–76 (1970). Rosenfeld to Jensen, 14 Feb 1968)


Bei Zeilinger erkennt man übrigens den Fortschritt auch bei pragmatischen Physikern, denn während er einerseits den realistischen Anspruch ablehnt, erkennt er doch an, dass die Quantenmechanik eben nicht - siehe oben - auf die Mikrowelt beschränkt ist, sondern auch für makroskopische Systeme gültig sein sollte - was im Licht auch seiner eigenen Experimente naheliegend ist.

Ich würde Zeilinger als Vertreter eines - vermutlich recht großen - Teils der Physiker ansehen, denen inzwischen klar geworden ist, dass die “Kopenhagener Deutung” nicht wirklich sinnvoll und konsistent ist - sie also durchaus ihre Probleme damit haben - jedoch keine bessere Alternative sehen.

[TomS]

Folgende interessante Zusammenfassung habe ich noch gefunden:

“In der Standardformulierung – oder orthodoxen Interpretation – der Quantentheorie kommen zwei Arten von Gesetzen vor, die einander […] widersprechen:
Erstens die deterministische Dynamik der linearen, reversiblen Schrödinger-Gleichung. Sie gilt für ein unbeobachtetes Quantensystem. Es befindet sich in Superposition […]
Und zweitens der zufällige, nicht determinierte und diskontinuierliche so genannte Kollaps der Wellenfunktion zu einem „scharfen" Eigenzustand der Observablen (der Messgröße), wenn das System gemessen wird. Daher können wir immer nur bestimmte, eindeutige Eigenschaften messen. Hier kommt es also zum Übergang vom Mikro- zum Makrokosmos und von der Reversibilität zur Irreversibilität, denn der Messprozess lässt sich nicht mehr rückgängig machen.

Das berüchtigte Messproblem in der Quantenphysik entsteht, weil diese beiden dynamischen Gesetze nicht miteinander kompatibel sind – und kein System gleichzeitig beiden gehorchen kann, wenn man Messgeräte (oder auch Beobachter mit Bewusstsein) als gewöhnliche physikalische Systeme versteht.

Obwohl sich die Quantentheorie für alle praktischen Zwecke bewährt hat, lässt die orthodoxe Lehrbuch-Interpretation der Quantenmechanik von Bohr und Heisenberg – die so genannte Kopenhagener Deutung – offen, was eigentlich eine Messung konstituiert und wie es folglich zum Kollaps der Wellenfunktion kommt. Auch ist deren Bedeutung bis heute nicht klar.

Schrödingers Kollege Erich Hückel brachte die Verwirrung schon früh poetisch auf den Punkt:
ˋGar manches rechnet Erwin schon
Mit seiner Wellenfunktion.
Nur wissen möcht man gerne wohl
Was man sich dabei vorstell'n soll.´ “
(Rüdiger Vaas, Bild der Wissenschaft).

[Timm]

Zitat von TomS

Fairerweise muss man dazu sagen, dass die genannten Probleme verschwinden, wenn man darauf verzichtet, die Quantenmechanik als Beschreibung der Realität anzusehen und sie stattdessen als reines Rechenwerkzeug begreift.

Zeilinger:

“Die Annahme, dass sich diese Wahrscheinlichkeitswellen tatsächlich im Raum ausbreiten, ist also nicht notwendig - denn alles, wozu sie dienen, ist das Berechnen von Wahrscheinlichkeiten. Es ist daher viel einfacher und klarer, die Wellenfunktion ψ nicht als etwas Realistisches zu betrachten, das in Raum und Zeit existiert, sondern lediglich als mathematisches Hilfsmittel, mit Hilfe dessen man Wahrscheinlichkeiten berechnen kann. Zugespitzt formuliert, wenn wir über ein bestimmtes Experiment nachdenken, befindet sich ψ nicht da draußen in der Welt, sondern nur in unserem Kopf […] Der Kollaps der Wellenfunktion ist aber dann nicht etwas, was im wirklichen Raum stattfindet.”

Dieser Instrumentalismus insbs. nach Bohr wurde jahrzehntelang schon geradezu krampfhaft verfochten, ist jedoch recht bald bald den Philosophen sowie inzwischen auch bei ernstzunehmenden Physikern zunehmend in Verruf geraten ...

Soweit ich das überblicke ist Zeilingers Instrumentalismus nicht in Verruf geraten.

Zitat von TomS

Bei Zeilinger erkennt man übrigens den Fortschritt auch bei pragmatischen Physikern, denn während er einerseits den realistischen Anspruch ablehnt, erkennt er doch an, dass die Quantenmechanik eben nicht - siehe oben - auf die Mikrowelt beschränkt ist, sondern auch für makroskopische Systeme gültig sein sollte - was im Licht auch seiner eigenen Experimente naheliegend ist.

Ich würde Zeilinger als Vertreter eines - vermutlich recht großen - Teils der Physiker ansehen, denen inzwischen klar geworden ist, dass die “Kopenhagener Deutung” nicht wirklich sinnvoll und konsistent ist - sie also durchaus ihre Probleme damit haben - jedoch keine bessere Alternative sehen.

Ist es nicht vielmehr so, dass Instrumentalismus (Zeilinger: Wellenfunktion ist nicht real, sondern reine Rechenvorschrift) und Gültigkeit der QM für makroskopische Systeme (vermitttels Dekohärenz) keineswegs in Widerspruch zueinander sind?

Im Übrigen besteht nach Zeilinger's pragmatischer Deutung keine Notwendigkeit überhaupt von einem Kollaps der WF verstanden als Rechenvorschrift zu sprechen.

[Hawkwind]

Zitat von Timm

...
Im Übrigen besteht nach Zeilinger's pragmatischer Deutung keine Notwendigkeit überhaupt von einem Kollaps der WF verstanden als Rechenvorschrift zu sprechen.

Der Kollaps ist keine Rechenvorschrift; er ist ja eher Metaphysik.
Eine - in diesem Sinne "minimale" - Deutung der Quantenphysik sieht dagegen die Wellenfunktion selbst als reines Hilfsmittel zur Berechnung quantitativer Vorhersagen an, und spricht ihr die "physikalische Realität" ab.

[Timm]

Zitat von Hawkwind

Der Kollaps ist keine Rechenvorschrift; er ist ja eher Metaphysik.
Eine - in diesem Sinne "minimale" - Deutung der Quantenphysik sieht dagegen die Wellenfunktion selbst als reines Hilfsmittel zur Berechnung quantitativer Vorhersagen an, und spricht ihr die "physikalische Realität" ab.

Den ersten Satz verstehe ich nicht. Sagt das jemand?

Nach Zeilinger macht es dann Sinn, von einem Kollaps der Wellenfunktion zu sprechen, wenn man dieser physikalische Realität zuspricht. Denn dann zieht sich bei der Messung etwas physikalisch Reales instantan zusammen, was wiederum eine unphysikalische Vorstellung ist.

[Hawkwind]

Zitat von Timm

Den ersten Satz verstehe ich nicht. Sagt das jemand?

...

Da die Standard-Interpretationen via Experiment nicht voneinander zu unterscheiden sind (so auch die Relevanz des Kollaps) ordnen Autoren sie gelegentlich der Metaphysik zu, auch wenn das sicher nicht ganz mit dem übereinstimmt, was Philosophen unter Metaphysik verstehen.

Bin nicht sicher, ob das überhaupt noch stimmt. Ich meine, gelesen zu haben, dass etwa Interferenzen zwischen den Welten der Viele-Welten-Deutung im Prinzip durchaus beobachtbar sein müssen: wie immer keine Ahnung.

[TomS]

Zitat von Hawkwind

Da die Standard-Interpretationen via Experiment nicht voneinander zu unterscheiden sind (so auch die Relevanz des Kollaps) ordnen Autoren sie gelegentlich der Metaphysik zu, auch wenn das sicher nicht ganz mit dem übereinstimmt, was Philosophen unter Metaphysik verstehen.

Bin nicht sicher, ob das überhaupt noch stimmt. Ich meine, gelesen zu haben, dass etwa Interferenzen zwischen den Welten der Viele-Welten-Deutung im Prinzip durchaus beobachtbar sein müssen: wie immer keine Ahnung.

Ich denke, der "Kollaps" ist nur dann Metaphysik, wenn man ihn realistisch interpretiert (aber dann ist eigtl. die realistische Interpretation als Ganzes Metaphysik).

Niemand hat ein Problem damit, den Kollaps als Rechenvorschrift anzuwenden; man kann ihn ja "von Neumannsches Projektionspostulat" nennen, das klingt weniger metaphysisch aufgeladen.

Und ja, es hat häufig wenig mit der Metaphysik der Philosophen zu tun sondern eher mit einem abwertenden Sprachgebrauch (siehe auch die Story zu Feynman und seinem Philosophieseminar). Der Punkt ist, dass viele Physiker, die ich kenne, und die der shut-up-and-calculate Deutung anhängen, von Interpretationen der Quantenmechanik (auch von "Kopenhagen", was ohnehin nur eine krude Sammlung teilweise widersprüchlicher Ideen ist), von Philosophie und Metaphysik nicht den Hauch einer Ahnung haben. D.h. nicht dass "shut-up-and-calculate" nicht als persönliche Position zulässig wäre. Es heißt jedoch, dass jemand, der von nichts Ahnung hat, weil es ihn nicht interessiert, und der der deswegen "shut-up-and-calculate" predigt, sich aus allen weiteren Diskussionen, von denen er keine Ahnung hat, raushalten soll. Leider sind viele Diskussionen - nicht hier (!) - gerade deswegen so mühsam.

Dazu kommt, dass - und dazu dienten meine Beiträge oben - die Ansicht, Positivismus (bei den Philosophen) und Instrumentalismus (bei den Physikern) wäre die vorherrschende Einstellung.

Bei ersteren ist das sicher falsch, und zwar schon seit Jahrzehnten, nur hat es von den meisten Physikern keiner gemerkt, weil sie sich nie (!) damit befasst haben (welcher Physiker hat wirklich dazu Bücher gelesen oder Seminare besucht?? n meinem Studium im Rahmen der Physikveranstaltungen niemand, weil es nicht angeboten wurde; eine Handvoll evtl. bei den Philosophen, dann jedoch nicht zur Quantenmechanik).

Und bei letzterem muss man m.E. unterscheiden zwischen "ich vertrete eine bestimmte Interpretation, nachdem ich mich damit befasst habe" und "shut-up-and-calculate, mir doch egal". Rechnet man letztere raus - was fair ist - dann sieht die Sache ganz sicher anders aus.



Zum letzten Punkt der experimentellen Unterscheidung zwischen Kollaps- und der Everettschen-Quantenmechanik: Letztere besagt explizit, dass nie - unter keinen Umständen - ein tatsächlicher Kollaps stattfindet. Sämtliche Kollaps-Interpretationen nehmen jedoch an, dass im Zuge der Messung irgendwie und irgendwann ein Kollaps stattfindet. Daraus folgt rein logisch, dass eine experimentelle Unterscheidung prinzipiell möglich ist.

Allerdings haben wir zwei Probleme:
1) Die Szenarien bzw. Effekte sind messtechnisch nicht (wahrscheinlich nie) zugänglich
2) Die Kollaps-Interpretatione legen sich nie fest, was genau einen Kollaps verursacht und wann genau dieser eintritt

[Timm]

Zitat von TomS

Ich denke, der "Kollaps" ist nur dann Metaphysik, wenn man ihn realistisch interpretiert (aber dann ist eigtl. die realistische Interpretation als Ganzes Metaphysik).

Niemand hat ein Problem damit, den Kollaps als Rechenvorschrift anzuwenden; man kann ihn ja "von Neumannsches Projektionspostulat" nennen, das klingt weniger metaphysisch aufgeladen.

Heißt "realistisch interpretiert" die Wellenfunktion breitet sich real im Raum aus und zieht sich bei der Messung instantan auf einen Punkt zusammen?

Genau das verneint Zeilinger. Für ihn bedeutet Kollaps lediglich, dass die Wahrscheinlichkeit 1 eingetreten ist und dieses "mentale Konstrukt damit seinen Zweck erfüllt hat. In diesem Sinne ist der Kollaps eine "simple Denknotwendigkeit".

[TomS]

Zitat von Timm

Heißt "realistisch interpretiert" die Wellenfunktion breitet sich real im Raum aus und zieht sich bei der Messung instantan auf einen Punkt zusammen?

Ja.

Eine realistische Interpretation bedeutet, dass die Regeln der Quantenmechanik genau das beschreiben, was tatsächlich passiert, d.h. 1) vor der Messung breitet sich das Quantensystem real im Raum aus und 2) zieht sich bei der Messung instantan auf einen Punkt zusammen.

Dazu gibt es verschiedene Schulen:
- die einen lehnen diese realistische Interpretation ab,
- andere akzeptieren sie, d.h. (1) und lehnen lediglich den Kollaps (2) ab,
- wieder andere ...

Zitat von Timm

Genau das verneint Zeilinger. Für ihn bedeutet Kollaps lediglich, dass die Wahrscheinlichkeit 1 eingetreten ist und dieses "mentale Konstrukt damit seinen Zweck erfüllt hat. In diesem Sinne ist der Kollaps eine "simple Denknotwendigkeit".

Ja, Zeilinger ist - wie wir oben gesehen haben - Instrumentalist der alten Schule (außer dass er die Quantenmechanik nicht von der makroskopisch-klassischen Welt trennen möchte, ohne jedoch die daraus resultierenden Inkonsistenzen lösen zu können - was für ihn als Instrumentalist nicht notwendig erscheint).

[Timm]

Zitat von TomS

Ja.

Eine realistische Interpretation bedeutet, dass die Regeln der Quantenmechanik genau das beschreiben, was tatsächlich passiert, d.h. 1) vor der Messung breitet sich das Quantensystem real im Raum aus und 2) zieht sich bei der Messung instantan auf einen Punkt zusammen.

Wenn das so ist, dann frage ich mich schon, welcher Physiker die realistische Interpretation ernst nimmt, wenn er die Kröte schlucken muss, dass ein instantanes Zusammenziehen von etwas real Existierendem unphysikalische ist.

Diese Problematik gibt es bei der epistemischen Deutung a la Zeilinger erst gar nicht.