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Wissenschaftstheorie und Interpretationen der Physik Runder Tisch für Physiker, Erkenntnis- und Wissenschaftstheoretiker

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  #21  
Alt 08.04.12, 19:26
Philipp Wehrli Philipp Wehrli ist offline
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Standard AW: Konsequenze der Quantenmechanik

Zitat:
Zitat von Mirko Beitrag anzeigen
Na watt denn nu ??

Auch wenn ich keine Forenkrieg vom Zaun brechen mag, halte ich meine Frage mal sehr allgemein und stelle sie erneut

Warum sind die Dinge stets so wie wir sie erwarten. Zumindest vom rein logischen Aspekt aus, wenn doch quantenmechanisch alles objektiv zufällig ablauft !
Die Antwort ist hier bereits gegeben worden, sie ist nur zwischen den Abschweifungen untergegangen. Die Unbestimmtheit ist ein sehr kleiner Effekt, der extrem rasch verschwindet, sobald viele Teilchen beteiligt sind (sogenannte Dekohärenz). Wir haben hier schon länger darüber gestritten, ob der Effekt nach dem Verschwinden nicht mehr existiert (Kollapshypothese) oder ob er nur für uns unsichtbar wird, weil er in einer anderen Welt liegt (Viele-Welten Interpretation). Für deine Frage ist dies aber irrelevant: Wir sind uns einig, dass der Effekt nicht mehr sichtbar ist.

Bei der menschlichen Wahrnehmung sind immer extrem viele Teilchen beteiligt. Deshalb kannst du unmöglich eine Überlagerung mehrerer Zustände wahrnehmen, selbst wenn ein einzelnes Molekül noch in einer Überlagerung existieren könnte, von denen der eine sauer und der andere neutral wäre.
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  #22  
Alt 08.04.12, 19:36
Benutzerbild von richy
richy richy ist offline
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Standard AW: Konsequenze der Quantenmechanik

Am Anfang war das Chaos, Zufall. Und ohne Sebstorganistation gaebe es nur dieses.Der erste Schritt aus dem Chaos ist die Gravitation.Denn diese fuehrt zu Materieansammlung und Verdichtung. Kernfusion, die die noetige Energie fuer die Selbstorganisation, Ordnung liefert.
Die Erde ist kein Maßstab und abgesehen von einer sich vernetzenden Strurktur herrscht im Universum noch Chaos, Zufall.
Gruesse

Ge?ndert von richy (09.04.12 um 10:30 Uhr)
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  #23  
Alt 09.04.12, 14:30
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Standard AW: Konsequenze der Quantenmechanik

Zitat:
Zitat von Mirko Beitrag anzeigen
Warum sind die Dinge stets so wie wir sie erwarten. Zumindest vom rein logischen Aspekt aus, wenn doch quantenmechanisch alles objektiv zufällig ablauft !
Wenn ich recht verstehe, wunderst du dich darüber, dass die Quantentheorie überhaupt überprüfbare quantitative Vorhersagen für Messungen macht?

Das tut sie, indem sie Erwartungswerte (d.h. wahrscheinlichste Werte) für Messungen, aber auch "Dinge" wie die Streuung der Messwerte ("Unschärfen") um diese Erwartungswerte herum, vorhersagt. Wenn man das Experiment nun hinreichend oft wiederholt, wird man halt sehen, ob man meist etwas in der Nähe des vorhergesagten Erwartungswertes gemessen hat. Wenn nicht, dann schaut es schlecht aus oder die vorhergesagte Streuung ("Unschärfe") ist tatsächlich so groß, dass es problematisch ist, einen wahrscheinlichsten Wert überhaupt zu definieren bzw. zu finden. Aber selbst das lässt sich experimentell überprüfen: in so einem Fall misst man beliebige Werte.
Manchmal werden auch "scharfe" Werte von der Quantentheorie vorhergesagt (Unschärfe = 0) ; in so einem Fall ist die Wahrscheinlichkeit, den vorhergesagten Wert zu messen, gleich 100 %.

Ge?ndert von Hawkwind (09.04.12 um 14:33 Uhr)
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  #24  
Alt 10.04.12, 13:03
Harti Harti ist offline
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Standard AW: Konsequenze der Quantenmechanik

Hallo zusammen,

Zitat:
Zitat von RoKo Beitrag anzeigen
Das ändert nichts daran, dass sich ein quantenmechanisches System in einem Zustand befindet. Zustand bedeutet ja nicht, dass Eigenschaften, die man einem solchen System aufzwingen kann, definitiv vorliegen. Mit dem Spin bezüglich einer Raumrichtung verhält es sich so wie mit der Polarisation bei Photonen - im Normalfall undefiniert. Durch einen experimentellen Eingriff, der (abweichend von den üblichen Geflogenheiten) in der Quantenmechanik "Messung" heisst, wird dem System eine Polarisation bzw. Spinrichtung aufgezwungen.
diese Äußerung von RoKo hat mich als Laien stutzig gemacht und zu einer Frage geführt, die ich am Ende stellen will.

Zur Darstellung meines Vorstellungsproblems konstruiere ich ein Beispiel:

Vor mir auf dem Tisch habe ich zwei Eier stehen (Oster ist ja gerade vorbei). Aus meiner Beobachterposition (Perspektive, Bezugssystem) ist das eine das linke Ei und das andere das rechte. Ich gehe um den Tisch herum und betrachte die Eier aus der entgegengesetzten Richtung. Jetzt haben die Eier die Eigenschaft rechts und links getauscht. Die Eier befinden sich folglich, solange ich als Beobachter das Bezugssystem darstelle, bezüglich der Eigenschaft rechts/links in einer Überlagerungsposition. Sodann markiere ich die Eier bei einer Betrachtung, schreibe also auf das eine "links" und das andere "rechts". Damit mache ich das Gesamtsystem "Eier" zum Bezugssystem und egal, aus welcher Position ich sie betrachte, sie bleiben bezüglichg der Ausrichtung links/rechts gleich.

Meine Fragen nun:
Handelt es sich bei den Zuständen von Quanten (oder größeren Objekten), die verschränkt sein können um solche, die durch die Perspektive, das Bezugssystem bestimmt werden (links/rechts;horizontal/vertikal;plus/minus).

Kann man das von RoKo definierte "quantenmechanische Messen" mit der von mir beispielhaft aufgeführten Kennzeichnung beschreiben.

Ich hoffe mal, meine Fragen passen noch zum Thema. Gegen eine Verschiebung habe ich natürlich auch nichts einzuwenden.

MfG
Harti
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  #25  
Alt 10.04.12, 14:47
Benutzerbild von Bauhof
Bauhof Bauhof ist offline
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Standard AW: Konsequenze der Quantenmechanik

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Meine Fragen nun: Handelt es sich bei den Zuständen von Quanten (oder größeren Objekten), die verschränkt sein können um solche, die durch die Perspektive, das Bezugssystem bestimmt werden (links/rechts;horizontal/vertikal;plus/minus). Kann man das von RoKo definierte "quantenmechanische Messen" mit der von mir beispielhaft aufgeführten Kennzeichnung beschreiben.
Hallo Harti,

das kann man nicht.
Die quantenmechanische Verschränkung hat nichts mit Bezugssystemwechseln zu tun.
Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Ich hoffe mal, meine Fragen passen noch zum Thema. Gegen eine Verschiebung habe ich natürlich auch nichts einzuwenden.
Ich verschiebe deinen Beitrag nicht, denn dann wüsste ich nicht mehr, wo ich mit dem Verschieben anfangen und aufhören soll. Da sind einfach zu viele Beiträge, die nicht zum Thema passen. Nicht unbedingt in diesem Thread, sondern ganz allgemein.

M.f.G. Eugen Bauhof
__________________
Ach der Einstein, der schwänzte immer die Vorlesungen –
ihm hatte ich das gar nicht zugetraut!

Hermann Minkowski
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  #26  
Alt 10.04.12, 18:14
RoKo RoKo ist offline
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Standard AW: Konsequenze der Quantenmechanik

Hallo Timm,

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
..Du hast überwiegend geschrieben, was der quantenmechanische Zustand nicht ist ..
Da hast du leider nicht genau gelesen. Ich hatte geschrieben:
Zitat:
Bei genauerer Betrachtung der mathematischen Struktur der Wellenfunktion ist der Zustand eines quantenmechanischen Systems nur ein komplexwertiger energetischer Zustand. Ein Elektron z.B. hat eine Ruhemasse, eine Ladung, eine Spin-Zahl und ggf. zusätzliche Energie. Mehr Eigenschaften hat es nicht.
Zitat:
Hier zu Deiner Info .. Dies beispielhaft, in anderen Quellen steht's ähnlich.
In fast allen ernsthaften Quellen (Skripten von Hochschulserven, von quantph oder den Beiträgen von Standford Univerity) und wird das 1.Postulat so formuliert, wie ich es bereits zitiert habe:
Zitat:
Postulat 1: Der Zustand eines quantenmechnischen Systems ist vollstandig durch die Wellenfunktion Psi(x,t) bestimmt.
__________________
mit freundlichem Gruß aus Hannover

Unendliche Genauigkeit ist eine Illusion
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  #27  
Alt 10.04.12, 19:10
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Standard AW: Konsequenze der Quantenmechanik

Zitat:
Zitat von RoKo Beitrag anzeigen
Hallo Timm,

Da hast du leider nicht genau gelesen. Ich hatte geschrieben:
In fast allen ernsthaften Quellen (Skripten von Hochschulserven, von quantph oder den Beiträgen von Standford Univerity) und wird das 1.Postulat so formuliert, wie ich es bereits zitiert habe:
Der quantenmechanische "Zustand" ist nichts als ein Synonym für die Wellenfunktion, die ja auch manchmal "Zustandsfunktion" oder "Zustandsvektor" genannt wird.
Und nicht zu verwechseln mit anderen Verwendungen des Begriffes "Zustand" in der Physik (z.B. Thermodynamik), wo sich der Zustand als eine Kombination von Messgrößen ergibt.
Das ist ja in der Quantenmechanik anders: all diese Größen legen den quantenmechanischen Zustand immer noch nicht eindeutig fest, denn man hat immer die Freiheit, einen komplexen Phasenfaktor einzuführen, wodurch sich die Physik nicht ändert.

Neben den erwähnten Größen können übrigens - je nach Kontext - weitere Quantenzahlen benötigt werden um einen Zustand zu charakterisieren; bei den Lösungen der Schrödingergleichung für das H-Atom hat man z.B. die Quantenzahlen n, l und m: n=Hauptquantenzahl (Energie), l=Bahndrehimpulsbetrag und m=magnetische Quantenzahl (z-Komponente des Bahndrehimpulses). Berücksichtigt man den Spin des Elektrons, kommt der noch hinzu.
In der Teilchenphysik können Quantenzahlen wie Leptonenzahl, Isospin, ... hinzukommen.
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  #28  
Alt 10.04.12, 19:42
Benutzerbild von JoAx
JoAx JoAx ist offline
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Standard AW: Konsequenze der Quantenmechanik

Servus allerseits!

Zitat:
Zitat von Mirko Beitrag anzeigen
Na watt denn nu ??
"Beides" würde ich sagen. Was RoKo imho meint, ist der quantenmechanische "Zustand". Was Eugen meint (und du vermutlich auch), ist der "klassische" Wert einer "Observablen".

"scharfer" Ort <=> "verschmiert" über einen Gebiet. (z.B.)

Zitat:
Zitat von Mirko Beitrag anzeigen
Warum sind die Dinge stets so wie wir sie erwarten. Zumindest vom rein logischen Aspekt aus, wenn doch quantenmechanisch alles objektiv zufällig ablauft!
Zufall ist nicht der Willkür gleich zu setzen. Es ist ein Zufall "innerhalb eines bestimmten Rahmens", könnte man vlt. sagen. Ob diese Feststellung weiter hilft, ist eine andere Frage.


Gruß, Johann

Ge?ndert von JoAx (10.04.12 um 19:45 Uhr)
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  #29  
Alt 10.04.12, 22:02
RoKo RoKo ist offline
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Standard AW: Konsequenze der Quantenmechanik

Hallo Mirko,

ich versuche mal, dein Problem zu klären.

Ich habe dein Problem so verstanden, dass du wissen willst, warum es einerseits in der Quantenmechanik einen objektiven Zufall gibt, unsere makroskopische Welt sich jedoch meist berechenbar verhält.

Die gängige Antwort hast du bereits erhalten: Die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation ist so klein, dass sie makroskopisch keine Rolle spielt.

Man kann sich mit dieser Erklärung zufrieden geben; zum wirklichen Verständnis trägt es jedoch (m.E !!) nichts bei.

Um die wirklichen Vorgänge zu erklären, muss ich jedoch etwas weiter ausholen. Ferner muss ich dich darauf hinweisen, dass einige es als Tabubruch ansehen, Quantenmechanik verständlich zu machen.

1. Gedanke:
In der klassischen physikalischen Mechanik wird Alles auf seinen Schwerpunkt reduziert. Damit lässt sich erstens einfach rechnen und mit z.B. Stahlkugeln lässt sich auch experimentell nachweisen, dass es mit der klasischen Mechanik seine Richtigkeit hat. Ein klassischer Zustand ist dann schlicht durch Ort und Impuls des Schwerpunktes bestimmt.

Nun machen wir ein Doppelexperiment. Wir nehmen zwei Eimer Wasser und lassen sie von einem Balkon fallen; den ersten mit dem Boden nach unten, den zweiten mit der Öffnung nach unten. Beim ersten Eimer liegen wir einigermaßen richtig, wenn wir ihn auf seinen Schwerpunkt reduzieren. Um den zweiten Eimer richtig zu beschreiben, müssen wir jedoch den Standpunkt, dass es sich um ein einheitliches Objekt handelt, aufgeben und jedes Wassermolekül einzeln betrachten. Hier hat nun jedes Wassermolekül seinen eigenen durch Ort und Impuls gegeben Zustand.

1. Anmerkung
Doch Vorsicht! Gemäß der positivistischen Anschauung, die hier manchmal vertreten wird, dürfen wir dem einzelnen Wassermolekül keinen Zustand zusprechen, solange wir ihn nicht gemessen haben.

2. Gedanke:
Bis zum Dezember des Jahres 1900 ging man davon aus, dass alle physikalischen Größen beliebig klein sein könnten. Max Planck sah sich jedoch zur Erklärung der Temperaturstrahlung gezwungen, eine kleinste Wirkung anzunehmen. Die Quantenphysik wurde geboren.

3. Gedanke:
Über Einstein (Lichtquanten-Hypothese) und de Broglie (Materie-Wellen) kommt Schrödinger dann zu seiner Gleichung, deren Lösung eine komplexwertige Wellenfunktion ist. Ursprünglich war sie nur dazu gedacht, das Verhalten von Elektronen im Atom zu erklären, aber Born wendete sie auf seine Streuversuche an und schlussfolgert, dass das Absolutquadrat der Wellenfunktion ein Mass für die Wahrscheinlichkeit einer lokalen Wechselwirkung ("das Elektron zu finden" bzw. zu "messen") ist.

4. Gedanke:
Eine komplexwertige Wellenfunktion war damals (und heute?) ein Novum. In der Wechselstromlehre sind komplexwertige Wellenfunktionen üblich. Elektromagnetische Wellen lassen ebenso als komplexwertige Wellenfunktion darstellen. Andererseits lässt sich die quantenmechanische Wellenfunktion auch in Real- und Imaginarteil zerlegen. Tut man das, dann hat man erhält man in Analogie zur Elektrotechnik bzw. zum Licht die Vorstellung, dass eine Impulsänderung eine Ortsveränderung bewirkt und umgekehrt. (Achtung: der letzte Satz ist meine Vorstellung!)

5. Gedanke:
Bis zum Jahre 1963 bzw. bis zum Jahre 1980 war Lokalität in der Physik sakrosant. 1963 zeigte John Bell theoretisch, 1980 Allan Aspect auch empirisch, dass die Quantenmechanik nichtlokal ist.

Zusammenfassung/Auflösung:
A) Quantenmechanische Objekte sind ausgedehnte Objekte und können verschiedene Formen haben. Man betrachte beispielsweise die verschiedenen Formen von Elektronen im Atom bei unterschiedlichen Energieniveaus. Bei atomgebundenen Elektronen haben wir es jedoch mit shpärischen stehenden Wellen zu tun. Die Energie, die das Elektron als ganzes hat, kann man berechnen. Da das Ganze jedoch ein ausgehntes Objekt ist, also einen Raum einnimmt, muss man (sie Gedanke 1 - Eimer Wasser) jedem Raumpunkt etwas von dieser Energie zuordnen. Das Objekt hat also eine Dichte bzw. Energie-Intensität; diese ist gleich dem Absolutquadrat der Wellenfunktion an diesem Raumpunkt.
B) Im Atom ist alles schön geordnet. Doch sobald unser Elektron das Atom verlässt, was nur durch zusätzlichen Energieübertrag möglich ist, wird es zu einer sich ausbreitenden Welle, die auf Grund unterschiedlicher Frequenzanteile zerfliesst. Es wird also noch ausgedehnter. So kann es auch locker einen Doppelspalt passieren - es geht eben durch beide Spalte! Dahinter interferiert es mit sich selbst, wodurch es sich auch noch in verschiedene Räume aufteilt, wo es ist und wo es nicht ist. Alles kein Problem. Sofern die Wellenfunktion bekannt ist, kann man das alles exakt berechnen.
C) Das Problem beginnt dann, wenn man nun hinter dem Doppelspalt viele Detektoren aufstellt, um das Elektron zu messen. Jetzt müssen wir uns des Gedankens zwei erinnern - es gibt eine kleinste Wirkung. Und da unser Elektron ein Quantenobjekt ist, kann es nur einmal wirken. Dieses ausgedehnete Objekt trifft nun mehr oder weniger gleichzeitig auf viele Atome (wo alles schön geordnet = lokalisiert ist) , mit denen es in Wechselwirkung treten könnte. Und genau hier kommt nun der Zufall ins Spiel. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Quantenobjekt an einem Raumpunkt eine Wechselwirkung eingeht, ist proportional zur Dichte des Quantenobjektes an diesem Raumpunkt. Alles weitere Geschehen ergibt sich dann aus der bedingten Wellenfunktion; d.h. dem quantenmechanischen Zustand an diesem Raumpunkt.

Bei genauerer Betrachtung haben wir es also einerseits mit einem Zufall zu tun, der aber andererseits auch berechenbar ist.

D) Die Schwierigkeit, Quantenmechanik zu verstehen, ist im Grunde eine historische. Weil - siehe Gedanke 5 - ürsprünglich das Prinzip der Lokalität als sakrosant galt, war für die Gründerväter vieles unverständlich. Und auch heute noch ist das reale Geschehen deshalb strittig, weil die Theorie (= Schrödingergleichung) das Geschehen bei einer lokalen Wechselwirkung nicht beschreibt.
__________________
mit freundlichem Gruß aus Hannover

Unendliche Genauigkeit ist eine Illusion
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  #30  
Alt 10.04.12, 22:08
amc amc ist offline
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Beitr?ge: 896
Standard AW: Konsequenze der Quantenmechanik

Zitat:
Zitat von Mirko Beitrag anzeigen
Warum sind die Dinge stets so wie wir sie erwarten. Zumindest vom rein logischen Aspekt aus, wenn doch quantenmechanisch alles objektiv zufällig ablauft !
Mal dazu ein Zitat (Witz) aus "The Big Bang Theory":

Zitat:
Zitat von Penny
Sitz ein Quantenphysiker alleine im Eiscafe und bestellt, wie jeden Tag, zwei Eisbecher. Da fragt ihn der Kellner: "Warum bestellen Sie denn immer zwei Eisbecher und essen doch nur einen?" Der Physiker: "Ja wissen Sie, nach der Quantenphysik ist es theoretisch möglich, dass sich dieser Stuhl hier augenblicklich in eine wunderschöne Frau verwandelt, und wenn dies geschieht, dann möchte ich vorbereitet sein und der Frau einen Eisbescher anbieten können." Der Kellner: "Warum fragen Sie denn nicht einfach eine von den schönen Frauen, die hier ständig im Cafe sind, vielleicht möchte ja eine mit Ihnen ein Eis essen?" Der Physiker: "Und wie wahrscheinlich ist es, dass das passiert?"


Grüße, AMC
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