Warum das Interferenzmuster im Doppelspaltversuch

[SuperpositionSimon]

a) Ein radioaktives Atom bei dem man nicht weiß, ob es zerfallen ist oder nicht befindet sich in Superposition.

b) Eine geworfene Münze bei der man nicht weiß, ob das Ergebnis Kopf oder Zahl ist befindet sich nicht in Superposition...

Ich erkenne grundsätzlich zwei Unterschiede:
1) Bei a) handelt es sich um ein Atom, also ein Quantenteilchen, bei b) nicht
2) Bei a) handelt es sich um objektiven Zufall bei b) um subjektiven Zufall

Was mir unklar ist:
1) Warum darf man bei b) nicht mit den quantenphysikalischen Gesetzen arbeiten?
2) Wo ist der Übergang zur klassichen Physik? Ein Elektron, ein Atom, ein Molekül, viele Moleküle?

[TomS]

Zitat von SuperpositionSimon

Ich erkenne grundsätzlich zwei Unterschiede:
1) Bei a) handelt es sich um ein Atom, also ein Quantenteilchen, bei b) nicht
2) Bei a) handelt es sich um objektiven Zufall bei b) um subjektiven Zufall

Unterschied (a) wird immer wieder genannt, ist jedoch Quatsch. Eine Münze besteht auch aus Atom, und ihre physikalischen Eigenschaften wie Farbe, Leitfähigkeit etc. folgen mittels der Quantenmechanik.
(b) ist keine Erklärung sondern nur unsere Sichtweise.

Zitat von SuperpositionSimon

Was mir unklar ist:
1) Warum darf man bei b) nicht mit den quantenphysikalischen Gesetzen arbeiten?
2) Wo ist der Übergang zur klassischen Physik? Ein Elektron, ein Atom, ein Molekül, viele Moleküle?

Nach Überzeugung der meisten heutigen Physiker dürfte man bei (1) sehr wohl mit der Quantenmechanik arbeiten, es ist lediglich extrem unpraktisch ;-) Die wesentliche offene Frage ist, wie dieser zunächst gravierend erscheinenden Unterschied zwischen Mikro- und Makrokosmos letztlich graduell zu erklären ist.

Einen Teilerfolg erzielt man dabei mittels der sogenannten Dekohärenz.

[SuperpositionSimon]

Danke euch allen für die vielen konstruktiven Beiträge.
Im folgenden habe ich nun die bisherigen Erkenntnisse zusammengefasst und bin gespannt auf eure Antworten.

In der Quantenphysik gibt es wahrscheinlichkeitsabhängige Zustände bei denen das Ergebnis nicht nur unbekannt ist, sondern auch undefiniert ist, bis man eine Messung / Beobachtung durchführt. Dies wird in der Quantenphysik Superposition genannt.

Beispiele hierfür sind:
- Spin von Elektronen
- Zerfall von radioaktiven Atomen
- Position eines Photons oder Elektrons
- Polarisation von Photonen

Beispiel:
Ob ein radioaktives Atom zerfallen ist oder nicht, ist nicht nur dem Beobachter unbekannt, sondern dieser Zustand existiert nicht, bis man eine Messung / Beobachtung durchführt.

Eine Realität, welche unabhängig vom Beobachter ist, ist daher nicht möglich.

In der makroskopischen Welt ist niemand allwissend.

Aus Mangel an eigener Information resultieren wahrscheinlichkeitsabhängige Zustände

Eine Person kann nur zu einer gewissen Wahrscheinlichkeit sagen ob:
- eine Münze nach einem Münzwurf Kopf oder Zahl zeigt bevor das Ergebnis beobachtet wurde
- das Auto bei der nächsten Fahrt anspringt
- Wie die Würfel im Kniffel gefallen sind, bevor man unter den Hut schaut
- Ob eine Katze, die ohne Nahrung in eine Box gesperrt wird, nach einer Woche noch lebt.
etc.

Nach bisheriger Weltanschauung wird davon ausgegangen, dass die Zustände auch existieren sind, bevor diese beobachtet werden. Es wäre jedoch auch denkbar, dass diese Zustände erst dann anfangen zu existieren, sobald sie beobachtet wurden. In der Quantenphysik wurde dies bereits bewiesen.

Auswirkungen auf die Quantenphysik:
1) Schrödingers Katze
Im Gedankenexperiment um Schrödingers Katze wird versucht, die Superposition welche bislang ausschließlich in der Quantenphysik Anwendung findet mit der Makrowelt zu verknüpfen. Da vor dem Öffnen der Box das radioaktive Atom weder zerfallen noch nicht zerfallen ist, folgt, dass die Katze auch weder tot noch lebendig sein muss. Ein Zustand, der bislang unmöglich schien.
Wird jedoch davon ausgegangen, dass allgemein Zustände erst existieren, wenn man diese selbst beobachtet, dann wäre der Zustand von Schrödingers Katze undefiniert, bis man die Box öffnet. Dabei wäre es unerheblich, ob die Katze ohne Nahrung in eine Box gesperrt wird oder ganz klassisch mit dem Gift und dem radioaktiven Atom.

2) Wigners Freund
Person A misst in einem Labor die Polarisation eines Photons. Vor der Messung befindet sich das Photon in Superposition. Durch die Messung erfolgt der Wellenkollaps und Person A erhält beispielsweise ein horizontal polarisiertes Photon. Person B steht außerhalb des Labors und hat keinerlei Information von dem Messergebnis. Wenn Person A der Person B das Messergebnis mitteilt, teilen beide Personen die gleiche Information. Vor dem Zeitpunkt des Informationsaustausches von Person A nach Person B ist bislang ungeklärt, ob sich für Person B das Photon noch immer in Superposition befindet.
Denn bis heute ist noch immer nicht gelöst, wodurch genau der Kollaps der Wellenfunktion ausgelöst wird.
Wird jedoch davon ausgegangen, dass allgemein Zustände erst existieren, wenn man diese selbst beobachtet lautet die Antwort auf diese Frage: Für Person B erfolgt der Wellenkollaps erst dann, wenn er von Person A das Messergebnis erhalten hat.

Das hätte massive Auswirkung auf unsere Realitätsvorstellung:
Beispiel:
Zwei Personen werfen eine Münze. Person A schaut sich das Ergebnis an, Person B nicht. Für Person A würde dann das Ergebnis existieren, beispielsweise Kopf. Für Person B würde das Ergebnis nicht existieren. Das einzige für Person A zulässige Ergebnis ist aber Kopf, wie kann es für Person B dann nicht einmal existieren. Es würde jeder in seiner eigenen Welt leben….

[TomS]

Zitat von SuperpositionSimon

In der Quantenphysik gibt es wahrscheinlichkeitsabhängige Zustände bei denen das Ergebnis nicht nur unbekannt ist, sondern auch undefiniert ist, bis man eine Messung / Beobachtung durchführt.

Du musst mehrere Ebenen unterscheiden
1) die unabhängig existierende Realität
2) Beobachtungen, Messungen etc.
3) die mathematische Beschreibung
und du musst bedenken, dass die Relationen zwischen diesen Ebenen alles andere als objektiv und unstrittig sind.

Zitat von SuperpositionSimon

Dies wird in der Quantenphysik Superposition genannt.

Eine Superposition ist zunächst ein rein mathematischer Begriff.

Zitat von SuperpositionSimon

Ob ein radioaktives Atom zerfallen ist oder nicht, ist nicht nur dem Beobachter unbekannt, sondern dieser Zustand existiert nicht, bis man eine Messung / Beobachtung durchführt.

Letzteres ist eine philosophische Position, sie ist nicht naturwissenschaftlich überprüfbar. Das selbe könntest du über die Farbe deiner Hemden sagen, solange sie im verschlossener Schrank hängen.

Zitat von SuperpositionSimon

Eine Realität, welche unabhängig vom Beobachter ist, ist daher nicht möglich.

Das ist pure Spekulation - wie kommst du drauf?

Ja, man liest derartiges zuweilen über die Quantenmechanik, aber das ändert nichts daran, dass es sich um Spekulation handelt.

Und es gab und gibt diverse Physiker, die diese Sichtweise explizit ablehnen.

Zitat von SuperpositionSimon

Nach bisheriger Weltanschauung wird davon ausgegangen, dass die Zustände auch existieren sind, bevor diese beobachtet werden. Es wäre jedoch auch denkbar, dass diese Zustände erst dann anfangen zu existieren, sobald sie beobachtet wurden. In der Quantenphysik wurde dies bereits bewiesen.

Wie kommst auf zu dieser Schlussfolgerung? In der Physik wird überhaupt nichts bewiesen - Beweise gibt es nur in der Mathematik - es werden Theorien entwickelt, daraus Hypothesen abgeleitet und experimentell überprüft.

Ja, jeder Physiker hat seine Weltanschauungen, aber diese sind nicht Gegenstand von Experimenten oder Beweisen.

[SuperpositionSimon]

@ TomS es ist mir ein Rätsel, wie du immer so schnell so konstruktive Rückmeldung geben kannst. Respekt dafür.

Du musst mehrere Ebenen unterscheiden
1) die unabhängig existierende Realität
2) Beobachtungen, Messungen etc.
3) die mathematische Beschreibung
und du musst bedenken, dass die Relationen zwischen diesen Ebenen alles andere als objektiv und unstrittig sind.

Könntest du mir dabei behilflich sein, den ersten Satz so umzuformulieren, dass dieser korrekt ist?

Eine Superposition ist zunächst ein rein mathematischer Begriff!

Habe ich in der Beschreibung angepasst.

Letzteres ist eine philosophische Position, sie ist nicht naturwissenschaftlich überprüfbar. Das selbe könntest du über die Farbe deiner Hemden sagen, solange sie im verschlossener Schrank hängen.

Nach meiner bisherigen Information wird das radioaktive Atom aus einem Zustand von zerfallen und nicht zerfallen gleichzeitig beschrieben. Das Elektron im Doppelspaltversuch fliegt durch beide Spalten gleichzeitig und das Photon ist gleichzeitig sowohl horizontal als vertikal polarisiert. Es sind alle Möglichkeiten gleichzeitig vorhanden. Somit wäre meine Schlussfolgerung, dass der Zustand undefiniert ist, bis man eine Messung durchführt. Habe daher "existiert nicht" zu ist "undefiniert" geändert. Ich freue mich aber auch hier über weitere Vorschläge das korrekt zu formulieren.

Das ist pure Spekulation - wie kommst du drauf?
Ja, man liest derartiges zuweilen über die Quantenmechanik, aber das ändert nichts daran, dass es sich um Spekulation handelt.
Und es gab und gibt diverse Physiker, die diese Sichtweise explizit ablehnen.

Bringe ich einen Detektor am Doppelspalt an und messe, durch welchen Spalt ein Photon fliegt, verschwindet das Interferenzmuster und es entstehen zwei Streifen. Da es keinen objektiven Grund zur Annahme gibt, warum sich das Photon durch die Messung anders verhalten soll als ohne Messung wäre die Schlussfolgerung das sich daraus eine Realität ergibt, die vom Beobachter abhängt. Das ist zumindest der Gedankengang, der mich zu dieser Annahme bewegt. Aber diese Schlussfolgerung sollten wir in der Tat noch diskutieren. Ich habe diese Schlussfolgerung daher etwas entschärft .

Wie kommst auf zu dieser Schlussfolgerung? In der Physik wird überhaupt nichts bewiesen - Beweise gibt es nur in der Mathematik - es werden Theorien entwickelt, daraus Hypothesen abgeleitet und experimentell überprüft.

Habe ich ebenfalls entschärft.

Hier die überarbeitete Version:

In der Quantenphysik gibt es wahrscheinlichkeitsabhängige Zustände bei denen das Ergebnis nicht nur unbekannt ist, sondern auch undefiniert ist, bis man eine Messung / Beobachtung durchführt. Mathematisch wird das in der Quantenphysik mit der Superposition beschrieben.

Beispiele hierfür sind:
- Spin von Elektronen
- Zerfall von radioaktiven Atomen
- Position eines Photons oder Elektrons
- Polarisation von Photonen

Beispiel:
Ob ein radioaktives Atom zerfallen ist oder nicht, ist nicht nur dem Beobachter unbekannt, sondern dieser Zustand ist undefiniert, bis man eine Messung / Beobachtung durchführt.

Es ist daher zu bezweifeln, ob eine Realität, welche unabhängig vom Beobachter ist, existiert.

In der makroskopischen Welt ist niemand allwissend.

Aus Mangel an eigener Information resultieren wahrscheinlichkeitsabhängige Zustände

Eine Person kann nur zu einer gewissen Wahrscheinlichkeit sagen ob:
- eine Münze nach einem Münzwurf Kopf oder Zahl zeigt bevor das Ergebnis beobachtet wurde
- das Auto bei der nächsten Fahrt anspringt
- Wie die Würfel im Kniffel gefallen sind, bevor man unter den Hut schaut
- Ob eine Katze, die ohne Nahrung in eine Box gesperrt wird, nach einer Woche noch lebt.
etc.

Nach bisheriger Weltanschauung wird davon ausgegangen, dass die Zustände auch definiert sind, bevor diese beobachtet werden. Es wäre jedoch auch denkbar, dass diese Zustände erst dann definiert sind, sobald sie beobachtet wurden. In der Quantenphysik wird dies mit dem mathematischen Begriff der Superposition beschrieben.

Auswirkungen auf die Quantenphysik:
1) Schrödingers Katze
Im Gedankenexperiment um Schrödingers Katze wird versucht, die Superposition welche bislang ausschließlich in der Quantenphysik Anwendung findet mit der Makrowelt zu verknüpfen. Da vor dem Öffnen der Box das radioaktive Atom weder zerfallen noch nicht zerfallen ist, folgt, dass die Katze auch weder tot noch lebendig sein muss. Ein Zustand, der bislang unmöglich schien.
Wird jedoch davon ausgegangen, dass allgemein Zustände erst definiert sind, wenn man diese selbst beobachtet, dann wäre der Zustand von Schrödingers Katze undefiniert, bis man die Box öffnet. Dabei wäre es unerheblich, ob die Katze ohne Nahrung in eine Box gesperrt wird oder ganz klassisch mit dem Gift und dem radioaktiven Atom.

2) Wigners Freund
Person A misst in einem Labor die Polarisation eines Photons. Vor der Messung befindet sich das Photon in Superposition. Durch die Messung erfolgt der Wellenkollaps und Person A erhält beispielsweise ein horizontal polarisiertes Photon. Person B steht außerhalb des Labors und hat keinerlei Information von dem Messergebnis. Wenn Person A der Person B das Messergebnis mitteilt, teilen beide Personen die gleiche Information. Vor dem Zeitpunkt des Informationsaustausches von Person A nach Person B ist bislang ungeklärt, ob sich für Person B das Photon noch immer in Superposition befindet.
Denn bis heute ist noch immer nicht gelöst, wodurch genau der Kollaps der Wellenfunktion ausgelöst wird.
Wird jedoch davon ausgegangen, dass allgemein Zustände erst definiert sind, wenn man diese selbst beobachtet lautet die Antwort auf diese Frage: Für Person B erfolgt der Wellenkollaps erst dann, wenn er von Person A das Messergebnis erhalten hat.

Das hätte massive Auswirkung auf unsere Realitätsvorstellung:
Beispiel:
Zwei Personen werfen eine Münze. Person A schaut sich das Ergebnis an, Person B nicht. Für Person A wäre dann das Ergebnis definiert, beispielsweise Kopf. Für Person B wäre das Ergebnis nicht definiert. Das einzige für Person A zulässige Ergebnis ist aber Kopf, wie kann es für Person B dann noch undefiniert sein. Es würde jeder in seiner eigenen Welt leben….

[TomS]

@SuperpositionSimon - du nimmst dir zu viel auf einmal vor.

Zitat von SuperpositionSimon

Nach meiner bisherigen Information …

Ich denke, das ist ein Problem.

Du liest wahrscheinlich verschiedene Quellen, die evtl. weder in sich noch untereinander konsistent sind. Z.B. ist die deutsche Wikipedia teilweise ein Hort der Inkompetenz.

Das Thema der Interpretation der Quantenmechanik ist außerdem durchsetzt von Halbwissen und subjektiven Überzeugungen. Es gibt hervorragende Physiker, die gerade zu dem Thema manchmal wirklich Nonsense verbreiten. Und wann immer du eine Quelle liest, aus der hervorzugehen scheint, wie es sich tatsächlich verhält, taugt die Quelle wenig. Es gibt keinen Konsens, wie die Quantenmechanik zu interpretieren ist, und es kann ihn nicht geben, weil die Interpretationen an vielen Stellen nicht experimentell überprüfbar sind!

Was es gibt, ist eine Art Minimalkonsens, wie die mathematischen Methoden anzuwenden sind.

Deswegen wäre es evtl. sinnvoll, damit zu beginnen. Es ist auch ziemlich zwecklos, die Interpretation eines Formalismus zu diskutieren, wenn du den Formalismus und den Minimalkonsens nicht verstanden hast und daher auch nicht siehst, wo die Probleme liegen.

Zitat von SuperpositionSimon

Es sind alle Möglichkeiten gleichzeitig vorhanden. Somit wäre meine Schlussfolgerung, dass der Zustand undefiniert ist, bis man eine Messung durchführt.

An der Stelle erkennt man, dass du noch nicht verstanden hast, was in der Quantenmechanik als Zustand bezeichnet wird. Er ist nämlich immer präzise definiert, er bedeutet nur etwas anderes als du meinst.

Der quantenmechanische Zustand ist eine abstrakte und maximale Beschreibung eines Quantensystems. Er umfasst alles, was man über das Quantensystem wissen kann bzw. was das Quantensystem ausmacht. Was dieser Zustand genau bedeutet - ob er die Realität kodiert, lediglich unser Wissen über die Realität oder einfach ein mathematisches Werkzeug zur Berechnung von Mesergebnissen darstellt - ist ein Gegenstand der Interpretationen und damit strittig. Nicht strittig ist, dass der Zustand keineswegs eine Ansammlung klassischer Eigenschaften ist, sondern dass klassische Eigenschaften teilweise aus diesem Zustand folgen - jedoch nicht in dem Sinne vollständig und scharf definiert, wie du es erwartest.

Hast du Lust, mit den mathematischen Methoden zu beginnen?

[Timm]

Ich denke @SuperpositionSimon meint mit "Zustand" eine Superposition wie etwa Spin up + Spin down.
Ohne mich hier einmischen zu wollen, wäre es nicht aus didaktischer Sicht sinnvoll, zunächst auf das einzugehen, was er meint?

[TomS]

Zitat von Timm

Ich denke @SuperpositionSimon meint mit "Zustand" eine Superposition wie etwa Spin up + Spin down.
Ohne mich hier einmischen zu wollen, wäre es nicht aus didaktischer Sicht sinnvoll, zunächst auf das einzugehen, was er meint?

Das tue ich doch.

Er schreibt

Somit wäre meine Schlussfolgerung, dass der Zustand undefiniert ist, bis man eine Messung durchführt.

Das ist seine Auffassung. Die ist kompatibel damit, dass

alle Möglichkeiten gleichzeitig vorhanden [sind]

Aber "dass der Zustand undefiniert ist" ist im Kontext der Quantenmechanik falsch. Der Zustand ist exakt scharf definiert und ggf. sogar exakt bekannt. Es ist nur unklar, welche klassischen Eigenschaften damit verknüpft sind oder welche Messergebnisse daraus hervorgehen. Nur sind diese Eigenschaften oder Messergebnisse eben gerade nicht Bestandteil des Zustandes (obwohl genau das teilweise so dargestellt oder missverstanden wird).

Es bringt doch nichts, Begriffe zu interpretieren, wenn diese Begriffe nicht verstanden sind. Und ganz zentral ist eben der Begriff des Zustandes.

[SuperpositionSimon]

Ich denke @SuperpositionSimon meint mit "Zustand" eine Superposition wie etwa Spin up + Spin down.
Ohne mich hier einmischen zu wollen, wäre es nicht aus didaktischer Sicht sinnvoll, zunächst auf das einzugehen, was er meint?

Ich habe heute Morgen die Theorie nach den Kritikpunkten optimiert und erneut veröffentlicht. Wenn man jedoch reflektiert, ist die Theorie jetzt evtl. mathamatisch korrekter (Betonung auf korrekter und noch weit entfernt von korrekt), aber der Inhalt ist der gleiche.
Wie bereits erwähnt habe ich nicht Mathe oder Quantenmechanik studiert, sondern Mechatronik. Daher kann ich leider auch nur auf mein Halbwissen zur Quantenphysik zurück greifen, welches ich mir nebenbei angeeignet habe.
Nebenbei bemerkt ist der Grund dafür, warum ich mir das (Halb)wissen angeeignet habe einzig und allein der, dass ich diese Theorie beweisen oder widerlegen will. Die Grundideen zu dieser Theorie habe ich schon seit ca. 20 Jahren. In der Quantenphysik entdeckte ich vor einigen Jahren das erste mal Ähnlichkeiten.

Was will ich damit sagen: Ich habe hier eine Theorie veröffentlicht, die inhaltlich für jedermann verständlich sein sollte. Falls etwas unklar ist, erkläre ich sehr gerne, was gemeint ist. Viele hier haben sein sehr fundiertes Wissen zur Quantenphysik.
Ich möchte euch an dieser Stelle motivieren diese Theorie aufzugreifen und diese versuchen zu beweisen oder auch zu widerlegen.

Somit vielen Dank an Timm. Dem kann ich nur ausdrücklich zustimmen...

[TomS]

@SuperpositionSimon -

Wie gehst du denn damit um, dass deine Aussage

in der Quantenphysik gibt es wahrscheinlichkeitsabhängige Zustände bei denen das Ergebnis nicht nur unbekannt ist, sondern auch undefiniert ist, bis man eine Messung / Beobachtung durchführt. Mathematisch wird das in der Quantenphysik mit der Superposition beschrieben.

falsch ist?

Das ist kein Angriff auf deine Person sondern lediglich die Feststellung, dass du offenbar einige Punkte der Quantenmechanik nicht richtig verstanden hast. Evtl. meinst du das richtige, bist aber bei den Begriffen unsicher.

Möchtest du verstehen, was die Begriffe bedeuten und was genau die Quantenmechanik zu deinem Thema sagt?