Konsequenze der Quantenmechanik

[RoKo]

Hallo Hawkwind,

kurz zur Klarstellung:

Zitat von Hawkwind

.. Ich verstehe nicht, warum du die diversen Sichten bzw. Deutungen unbedingt verdrängen möchtest.

Mir geht es nicht um die Verdrängung von Sichten und Deutungen, sondern um Klarstellung.

Zu dieser Klarstellung gehört, dass die Standard-QM sich im Laufe der Zeit gewandelt hat. Diesen Wandel kann man nicht an der Begrifflichkeit "Kopenhagener Deutung" ausmachen, sondern an den Postulaten.

Die Standard-QM beruht heute in der Regel auf den Postulaten, die ich oben bereits angeführt hatte. Die Kopenhagener Deutung (KD1.0) beruht hingegen auf den reinen Messpostulaten (Postulate 2,3,4 der Standard-QM) mit der zusätzlichen Vorschrift, Messgeräte müssen klassisch beschrieben werden. (Ein gute Quelle ist hier: Pietschmann, "Quantenmechanik verstehen")

Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß in der KD1.0 in der Tat keinerlei Bezug auf eine zu Grunde gelegten Quantenwelt genommen wird. In der Standard-QM gibt es ein minimalistisches Konzept: Ein Quantensystem befindet sich in einem Zustand, der durch eine Wellenfunktion beschrieben wird.

Zu dieser Klarstellung gehört vor allem, daß nach rund 100 Jahren Quantenmechanik zumindest der Fachwelt klar sein sollte:

Observable sind keine Eigenschaften des zu untersuchenden Quantensystems.

Als mit dem Fach vertrauter Mensch darf man deshalb nicht schreiben:

Zitat von Bauhof

..
einem Elektron kann man vor der Messung überhaupt keinen Zustand zusprechen.
Erst durch die Konfiguration der Messanordnung wird festgelegt, welcher Aspekt des Elektrons nach der Messung in Erscheinung tritt.

Richtig ist:
Einer Observablen kann man vor der Messung überhaupt keinen Wert zusprechen.
Erst durch die Konfiguration der Messanordnung wird festgelegt, welche Observable gemessen wird.

Für Laien sollte man dann fairerweise hinzufügen, dass Observable keine Eigenschaften des Elektrons sind sondern Resultat der Messwechselwirkung.

[RoKo]

Fortsetzung.

Zur Klarstellung gehört aber auch:

Aus physikalischer Sicht sind derzeit die mindestens die KD1.0, die Standard-QM (KD2.0) und die BM konsistent und gleichwertig. Die Wahl steht dem Physiker also frei. Diese physikalischen Standpunkte sind aber zugleich mit erkenntnistheoretischen und philosophischen Standpunkten verbunden, die man mit der freien Wahl übernimmt und die man dann auch mit allen Konsequenzen zu vertreten hat.

[Bauhof]

Zitat von amc

Solch ein absolutistischer Satz entspricht jedenfalls nicht meinem Verständnis von Kopenhagen. Ich würde es eher so sagen: "Wir gehen von keiner Quantenwelt aus, aber im Grunde wissen wir es nicht." Fragen, die offen sind, die müsen eben auch offen bleiben.

Hallo AMC,

nicht nur Niels Bohr, sondern auch Wolfgang Pauli und Max Born haben ähnliche Aussagen gemacht, die man absolutistisch nennen könnte. Besonders Wolfgang Pauli hat sich hier hervor getan. Er kritisiert dabei die rückschrittlichen Bemühungen von Schrödinger, Bohm, Einstein und anderen. Max Born schreibt dazu auf Seite 143 seines Buches [1] folgendes:

Trotzdem glaube ich nicht, dass Schrödingers Artikel einen positiven Beitrag zur Lösung der philosophischen Schwierigkeiten bedeutet. Es ist nicht leicht für mich, die philosophischen Ansichten eines Freundes zu kritisieren, den ich als großen Gelehrten und tiefen Denker aufrichtig bewundere. Ich will daher zur Verteidigung meiner eigenen Auffassung eine Methode wählen, die zu benutzen auch Schrödinger selber nicht zu stolz ist, nämlich die Berufung auf anerkannte Autoritäten, die meine Ansicht teilen. Zu meinen Zeugen wähle ich Wolfgang Pauli, der allgemein als der kritischste und logisch sowie mathematisch anspruchsvollste unter den Fachgenossen angesehen wird, die zur Entwicklung der Quantenmechanik beigetragen haben. Der folgende Abschnitt stammt aus einem Brief, den ich kürzlich von Pauli erhalten habe:

"Entgegen allen rückschrittlichen Bemühungen (Schrödinger, Bohm usw. und in gewissem Sinne auch Einstein) bin ich gewiss, dass der statistische Charakter der
Ψ-Funktion und damit der Naturgesetze — auf dem Sie von Anfang an gegen Schrödingers Widerstand bestanden haben — den Stil der Gesetze wenigstens für einige Jahrhunderte bestimmen wird. Es mag sein, dass man später, z.B. im Zusammenhang mit den Lebensvorgängen, etwas ganz Neues finden wird, aber von einem Weg zurück zu träumen, zurück zum klassischen Stil von Newton-Maxwell (und es sind nur Träume, denen sich diese Herren hingeben) scheint mir hoffnungslos, abwegig, schlechter Geschmack. Und, könnten wir hinzufügen, es ist nicht einmal ein schöner Traum."

Das lässt keine Fragen offen. Wolfgang Pauli war der schärfste Kritiker seiner Kollegen. Die Pauli-Kritiken haben wesentlich dazu beigetragen, dass bereits vor rund 100 Jahren die großen Fortschritte in der Quantenmechanik gemacht wurden, weil schnell die Spreu vom Weizen getrennt wurde. Den 'Weizen' lieferten Bohr, Born, Pauli, Heisenberg u.a.

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

[1] Born, Max
Physik im Wandel meiner Zeit.
Braunschweig 1983. ISBN=3-528-08539-8

[RoKo]

"Kenntnisse, die keiner kennt, sind keine."Erwin Schrödinger, 1935

[RoKo]

Hallo Baufhof, hallo amc

Zitat von Wolfgang Pauli: Entgegen allen rückschrittlichen Bemühungen (Schrödinger, Bohm usw. und in gewissem Sinne auch Einstein) bin ich gewiss, dass der statistische Charakter der
Ψ-Funktion und damit der Naturgesetze — auf dem Sie von Anfang an gegen Schrödingers Widerstand bestanden haben — den Stil der Gesetze wenigstens für einige Jahrhunderte bestimmen wird. (o.a.A)

Naturgesetze beschreiben Änderungszusammenhänge in der Natur - unabhängig davon, ob sie statistischen oder deterministischen Charakter haben.

Zitat von Bauhof

.. Das lässt keine Fragen offen.

Genau. Wolfgang Pauli lässt sich mit diesem Zitat nicht als Zeuge für die Ansichten
a) Es gibt keine Quantenwelt
b) Ψ-Funktion = mathematisches Tool
c) Ψ = Wissen
anführen.

[JoAx]

Hi!

Sorry, dass ich momentan nicht zeitnah antworten kann.

Zitat von Bauhof

Ich weiß wirklich nicht, was man manche Leute so lesen, um das in Zweifel ziehen zu können.

Das

Beim 'Quantenbilliard' darf man den "Kugeln" (den Quantenobjekten) exakt definierte Orte und Impulse nicht mal theoretisch vor der Messung zuschreiben.

ist halt keine ausschöpfende Antwort, Eugen.
Da will sich manch einer bsw. ein Elektron über ein makroskopisches Gebiet verschmiert sehen. Nicht nur bildhaft gesprochen. Wäre das bsw. korrekt?


Gruß, Johann

[amc]

Zitat von Bauhof

Das lässt keine Fragen offen. Wolfgang Pauli war der schärfste Kritiker seiner Kollegen. Die Pauli-Kritiken haben wesentlich dazu beigetragen, dass bereits vor rund 100 Jahren die großen Fortschritte in der Quantenmechanik gemacht wurden

Hallo Eugen,

es ist auch meine Ueberzeugung, dass eine Rueckkehr zum "klassischen Stil" ein Irrweg, eine Traeumerei ist. Wenn man dieser Ueberzeugung ist, darf und muss man das natuerlich auch klar sagen. Allerdings ist es fahrlaessig, alle Tueren fuer einen, wie auch immer gearteten, zugrundeliegenden Realismus komplett zu verschliessen. Und diese "Hintertuer" hat Pauli in diesem Zitat ebenso zum Ausdruck gebracht:

Zitat von Wolfgang Pauli

Es mag sein, dass man später, z.B. im Zusammenhang mit den Lebensvorgängen, etwas ganz Neues finden wird

Klar ist, vom "klassischen Stil" distanziert sich Pauli ausdruecklich. Genaugenommen muss man natuerlich eine "Hintertuer" in alle Richtungen offen lassen. Aber darum geht es mir nicht. In irgendeiner Form muss man ja auch mal seine Ansichten deutlich formulieren. Es geht mir auch nicht so sehr darum, was irgendwer irgendwann gesagt hat, sollte es sicher uns allen nicht gehen, sondern um grundsaetzliche Einstellungen, die ein wissenschaftliches Vorgehen widerspiegeln. Und da sind wir uns bestimmt alle sicher, dass man da bei diesen herausragenden Persoenlichkeiten keinen Zweifel haben muss. Aber man darf eben nicht vergessen, diese "Hintertueren" auch immer mal wieder deutlich zu machen. Wie Bohr sich hier im Verhaeltnis zu anderen verhalten hat, kann ich nicht beurteilen.

Fuer mich persoenlich findet sich dieses wissenschaftliche Vorgehen in besonderer Weise in einer entsprechenden Auslegung der Kopenhagener Interpretation (KI) wieder. Man sollte eben nur soweit versuchen zu gehen, wie man auch schauen kann. Fragen die offen sind, muessen offen bleiben. Wir koennen nicht sagen ob es eine Quantenwelt gibt, aber wir haben bisher keine zwingende Notwendigkeit erkennen koennen, von dieser auszugehen. Bisher spricht alles eher gegen einen zugrundeliegenden, durch die Wellenfunktion beschriebenen real existierenden, physikalischen Vorgang. Nach meinem Bild koennte man auch von einer liberalen Interpretation sprechen - alles kann, aber nichts ist bewiesen. "Bruecken-Interpretation" gefaellt mir auch sehr gut Man kann und muss in alle Richtungen denken, und diese Ueberlegungen muss man auch ernst nehmen, vielleicht liegen sie ja doch Richtig, aber fuer mich erscheint eine in dieser Form gemaessigte KI eine sehr sinnvolle Ansicht zu sein.

Ob wir die "Lebensvorgaenge", von denen Pauli sprach, wohl je verstehen werden? Wie leicht zu verstehen waere die welt doch ohne uns mittendrin. Aber sinnlos, irgendwie sehr sinnlos.

Schoenes Wochenende, AMC

[amc]

Zitat von JoAx

Da will sich manch einer bsw. ein Elektron über ein makroskopisches Gebiet verschmiert sehen. Nicht nur bildhaft gesprochen. Wäre das bsw. korrekt?

Hallo Johann,

ueber solche Fragen muss man wohl einfach (noch) schweigen. Scheint mir ein wenig zu sein, als wuerde das Elektron sagen: Du sollst dir kein Bild von mir machen.

Gruesse, AMC

[RoKo]

Hallo amc,

Zitat von amc

..Bisher spricht alles eher gegen einen zugrundeliegenden, durch die Wellenfunktion beschriebenen real existierenden, physikalischen Vorgang. ..

Was spricht dagegen?

Ich weiss nur, was dafür spricht: Das Prinzip der Energieerhaltung.

In der Quantenmechanik, einer Theorie über die Bewegungsgesetze von Mikroobjekten (v<<c), ist es da nicht anders als in der klassischen Mechanik, einer Theorie über die Bewegung von Makroobjekten (v<<c).

Allgemein ausgedrückt: Damit sich ein Objekt aus dem Quellgebiet A in das Quellgebiet B bewegt, bedarf es zunächst einer potentiellen Energie in A gegenüber B. Diese potentielle Energie wird durch die Bewegung von A nach B übertragen und dort letztlich in andere Energieformen umgesetzt. In dieser Allgemeinheit gibt es keinen Unterschied zwischen klassischer und Quantenmechanik.

Die Schrödinger-Gleichung ist nicht nur zur Information von Physikern eine Energiegleichung. Um aus ihr für einen konkreten Fall die Wellenfunktion zu berechnen, macht man ja nichts anderes als zunächst eine Energiebetrachtung für eine analoge klassische Situation anzustellen und diese mittels Quantisierungsvorschriften in die Quantenmechanik zu übersetzen. Danach hat man dann den energetischen Zustand des Quantenobjektes. Dessen weitere Entwicklung ist ein vollkommen deterministischer Prozess, der leicht an Hand der Wellenfunktion berechnet werden kann. Da gibt es nichts geheimnisvolles.

Das Geheinmissvolle ergibt sich nur, wenn man klassische Vorurteile hat und sich Quantenobjekte als punktförmige "Teilchen" imaginiert und ihnen Eigenschaften andichtet, die sie nach der Theorie garnicht haben können.

[RoKo]

Nachtrag.

Die wesentlichen Grundlagen für die mathematisch strenge Formulierung der Quantenmechanik wurden im Jahr 1932 durch John von Neumann formuliert. Demnach lässt sich ein physikalisches System allgemein durch drei wesentliche Bestandteile beschreiben: Seine Zustände, seine Observablen und seine Dynamik (das heißt durch seine zeitliche Entwicklung).

In der Standard-QM wird eindeutig mit dem ersten Postulat festgestellt:
Ein quantenmechanisches System wird vollständig durch seinen Zustand beschrieben. Observable hat demzufolge das zu betrachtende System nicht. Alle Versuche, den quantenmechanischen Zustand zu messen sind bisher auch gescheitert. Daraus den philosophischen Schluss zu ziehen, dieser Zustand habe keine Entsprechung in der Natur, ist nicht nur philosophisch zweifelhaft, sondern auch physikalisch, da mit dem Energieerhaltungsprinzip unvereinbar.

Sofern in der Standard-QM von Observablen die Rede ist, beziehen diese sich stets auf den Messprozess und sind daher die Observablen des gemeinsamen Zustandes von Quantenobjekt und Messgerät. Dies ist nach 1932 (s.o.) lang und breit erörtert worden. Die genaue Dynamik dieses Prozesses wird in der Standard-QM nicht betrachtet; sie wird per Postulat als unhinterfragbarer Fakt vorausgesetzt.

Im Rahmen der Standard-QM lässt sich jedoch eine ungefähre Vorstellung gewinnen. Sobald das Quantenobjekt mit dem Messgerät in Berührung kommt, verschränken sich die Zustände beider zu einem gemeinsamen Zustand. Wir haben es also mit einem neu entstandenen System zu tun. Dieses hat eine neue Dynamik, die wesentlich eine Kombination der Dynamik des ursprünglichen Quantenobjektes und der Messdynamik ist. Die Gleichung dafür lässt sich aufstellen. Diese zeigt uns zunächst eine Überlagerung aller möglichen Messwerte. Nun kommt der objektive Zufall ins Spiel und verwandelt eine der Möglichkeiten in einen eindeutigen Messwert. Die Gleichung des verschränkten Zustandes wandelt sich daher in eine logische Wenn-dann-Beziehung.

Zum weiteren Verständnis sollte man sich auch mit dem physikalischen Energiebegriff beschäftigen. Demzufolge ist Energie die Möglichkeit, irreversibel zu wirken. Ferner sollten einem die Energieflussbetrachtungen aus der Elektrodynamik (Stichwort Pointing-Vektor) geläufig sein. Betrachtet man die QM unter diesem Aspekt, dann beschreibt die Wellenfunktion die Ausbreitung von Möglichkeiten, irreversibel zu wirken; und ihr Absolutquadrat beschreibt die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ereignisses.

Nun kann man geneigt sein, die Ausbreitung von Möglichkeiten als physikalisch nicht real anzusehen. Dagegen spricht jedoch, dass diese Möglichkeiten durch Einsatz unzweifelhaft real existierender makroskopischer Objekte beeinflusst werden kann. Sehr eindrucksvoll ist hier der sogennante Bombentestversuch.