Verzögerte Quantenwahl

[Uli]

Hallo,

anbei ein Artikel, in dem es einmal mehr um eine experimentelle Demonstration der paradox anmutenden Vorhersagen der Quantenmechanik geht: die Messung definiert offenbar die Historie eines physikalischen Systems. Das erinnert schon etwas an unseren Thread in der "Plauderecke": Entstehung der Realität. Und wieder hat Wheeler die Hände im Spiel.

Anbei ein Auszug der Einleitung zum Artikel Verzögerte Quantenwahl

Zitat von pro-physik.de

"...Ob sich Licht oder Materie in einem Experiment wellen- oder teilchenförmig verhalten, hängt von den experimentellen Bedingungen ab. Ist die Versuchsanordnung räumlich ausgedehnt, so gibt es ein Kausalitätsproblem: Woher weiß z. B. ein Photon beim Eintritt in ein Interferometer, ob es sich in eine Welle umwandeln soll oder nicht, wenn erst später darüber entschieden wird, den Wellen- oder den Teilchencharakter des Lichtes sichtbar zu machen. Ein entsprechendes Gedankenexperiment von John Archibald Wheeler haben jetzt französische Forscher realisiert...."

Wieder was zum Grübeln ...

Gruss, Uli

[Quantenmechaniker]

Woher weiß z. B. ein Photon beim Eintritt in ein Interferometer, ob es sich in eine Welle umwandeln soll oder nicht,

Schon wieder ein Wissenschaftsjournalist, der nicht verstanden hat, dass Photonen immer Wellen- und Teilchencharakter haben. Ist die Quantenphysik selbst wirklich nicht mehr spannend genug, muss man sie mit solchen Nebelbomben noch verwirrender machen

Gruß,
Joachim

[Lorenzy]

Zitat von Quantenmechaniker

Schon wieder ein Wissenschaftsjournalist, der nicht verstanden hat, dass Photonen immer Wellen- und Teilchencharakter haben. Ist die Quantenphysik selbst wirklich nicht mehr spannend genug, muss man sie mit solchen Nebelbomben noch verwirrender machen

Gruß,
Joachim

Hi Quantenmechaniker,

Dein Einwand erklärt aber auch nicht, weshalb das Photon irgendwie beeinflusst wird, noch bevor es die Beeinflussungsquelle (hier Modulator) erreicht.

[Uli]

Zitat von Lorenzy

Hi Quantenmechaniker,

Dein Einwand erklärt aber auch nicht, weshalb das Photon irgendwie beeinflusst wird, noch bevor es die Beeinflussungsquelle (hier Modulator) erreicht.

Ich denke auch, genau das ist der Punkt dieses Experimentes. Die Kopenhagener Deutung impliziert ja den Kollaps der Wellenfunktion aufgrund einer Messung. Das wird meist so verstanden, dass die Wellenfunktion zum Zeitpunkt der Messung nichtlokal kollabiert. Das ist wohl das Missverständnis: die Messung wählt aus, allerdings den kompletten historischen Pfad der Entwicklung des Systems.

Nicht, dass ich das wirklich verstanden habe ...

Gruss, Uli

[Quantenmechaniker]

Zitat von Lorenzy

Hi Quantenmechaniker,

Dein Einwand erklärt aber auch nicht, weshalb das Photon irgendwie beeinflusst wird, noch bevor es die Beeinflussungsquelle (hier Modulator) erreicht.

Es wird ja auch nicht beeinflusst. Es wird bis zuletzt durch eine Wellenfunktion beschrieben, die beide Pfade durchläuft und dann entweder zur Interferenz gebracht wird oder nicht. Das ist der ganze Zauber, die Quantenrealität wird durch die Standard-Quantenmechanik vollständig beschrieben. Das "Photon" muss sich am anfang zu nichts entscheiden, es kann ganz unvoreingenommen durch den Beamsplitter gehen, beide Pfade durchlaufen und nach 48 Metern entweder mit sich selbst zur Interferenz gebracht werden oder eben nicht. Das Photon hat zu keiner Zeit die Möglichkeit zur Interferenz verloren.

Durch diese nüchterne Beschreibung im Wellenbild wird die Quantenmechanik doch um nichts uninteressanter. Wir haben noch immer das Rätsel einer Entität (einzelnes Photon), dass im Raum verteilt ist aber dennoch nur einen Detektor zur Reaktion anregen kann. Aber wir können auf die unsinnige Annahme verzichten, dass Photon müsse sich irgendwann entscheiden ob es Welle oder Teilchen sein möchte. Es ist immer beides.

Stellt euch das Experiment doch einmal mit einer klassischen Welle vor. Die Welle muss sich doch auch nicht beim Eintritt "wissen", ob sie hinterher interferieren soll oder nicht.

Gruß,
Joachim

P.S.: Danke, Uli, für das Preprint. Dort sind ein paar Bilder, die auf einem Blick erkennen lassen, was gemessen wurde: Es geht um Welche-Weg-Information.

[Uli]

Zitat von Quantenmechaniker

...
Durch diese nüchterne Beschreibung im Wellenbild wird die Quantenmechanik doch um nichts uninteressanter. Wir haben noch immer das Rätsel einer Entität (einzelnes Photon), dass im Raum verteilt ist aber dennoch nur einen Detektor zur Reaktion anregen kann. Aber wir können auf die unsinnige Annahme verzichten, dass Photon müsse sich irgendwann entscheiden ob es Welle oder Teilchen sein möchte. Es ist immer beides.
...

Hi Joachim,

soviel ich verstanden habe: durch die Art der Messung gibt es hier verschiedene Varianten der Reduktion der Wellenfunktion; die "Entscheidung" besteht in der Auswahl der konkreten Reduktion aufgrund der Messung. Es ist die "philosophische Erweiterung" der Quantenmechanik in Form der Kopenhagener Deutung mit ihrer nicht-lokalen Reduktion der Wellenfunktion, die hier (und nicht nur hier) etwas merkwürdig erscheint. Das Bild, das "man" so im Kopf hat (ich zumindest manchmal), ist: da haben wir zu Anfang eine Superposition; dann kommt die Messung, und die macht aus der Superposition auf geheimnisvolle und völlig unverstandene Weise - und zwar sogar rückwirkend - eine reduzierte Wellenfunktion. Ich denke, mit diesem Bild ist etwas "faul".

Die Standard-Quantenmechanik hat kein Problem mit diesem Experiment; es geht um den "metaphysikalischen Überbau". Everetts Viele-Welten-Bild sieht hier vielleicht überzeugender aus; ich mag es trotzdem nicht.

Man sollte sich vielleicht auf die Physik statt auf ihre Deutungen konzentrieren.

Gruss, Uli

[JGC]

Hi

Vielleicht hat es doch damit zu tun, das ein Ereignis eine Kugelwelle in den Raum abstrahlt, und dabei an jedem Ort der Kugelwellenoberfläche seine "gleichen" Informationen "bereit" hält??

Wenn so eine Kugelwelle ein paar Lichtjahre Durchmesser hat, so müssten an 2 entgegengesetzten Enden ein und die selbe Beobachtung gleichzeitig möglich sein oder??

Soher gesehen gäbe es also kein Problem mit der "verschränkten" Sichtweise...

JGC

[Quantenmechaniker]

Zitat von Uli

Hi Joachim,

soviel ich verstanden habe: durch die Art der Messung gibt es hier verschiedene Varianten der Reduktion der Wellenfunktion; die "Entscheidung" besteht in der Auswahl der konkreten Reduktion aufgrund der Messung. Es ist die "philosophische Erweiterung" der Quantenmechanik in Form der Kopenhagener Deutung mit ihrer nicht-lokalen Reduktion der Wellenfunktion, die hier (und nicht nur hier) etwas merkwürdig erscheint.

Nein Uli,
die Kopenhagener Deutung hat hier gar kein Problem. Sie besagt doch, dass die Wellenfunktion erst im Moment der Messung kollabiert. Und die Messung geschieht hinter dem zweiten Beamsplitter. Das Problem kommt durch die klassische Interpretation des Experiments. Dadurch, dass der Autor fordert, das Photon müsse sich bei Eintritt in das Interferometer entscheiden, ob es wie eine klassische Welle beide Pfade durchläuft oder wie ein klassisches Teilchen nur einen, entsteht das Paradoxon. Wir wissen aber Mittlerweile aus den Experimenten zur Verletzung der Bellschen Ungleichungen, dass diese "Entscheidung" erst bei der Messung entsteht. Im Interferometer befindet sich das Photon in einem Zustand, der durch die Wellenfunktion vollständig beschrieben ist. Es ist weder Welle noch Teilchen, sondern ein Boson, also ein Quantenobjekt, das den Regeln der Quantenmechanik folgt.

Das Photon muss laut Kopenhagener Deutung am ersten Beamsplitter keine Entscheidung treffen. Nur nach dem alten Welle-Teilchen-Dualismus aus den Anfangstagen der Quantenmechanik, nach dem je nach Experiment entweder Teilchen oder Wellen im Spiel sind. Dieses Experiment ist heute keine Überraschung mehr.

Gruß,
Joachim

[Uli]

Danke für die Klärung, Joachim. Mir scheint, du hast recht. Dies ist sozusagen ein klassisches 08/15 -Doppelspalt-Experiment. Die Neuheit ist "lediglich", dass die Detektierung verzögert definiert wird - nämlich erst nachdem der Strahl schon in die Apparatur eingetreten ist:

Zitat von preprint

In this experiment, the configuration of a two-path interferometer is chosen after a single-photon pulse has entered it : either the interferometer is closed (i.e. the two paths are recombined) and the interference is observed, or the interferometer remains open and the path followed by the photon is measured.

Das ist sicher aus Sicht der Quantenmechanik ein völlig nebensächliches Detail. Für die Pioniere der Quantenmechanik mag diese Frage sehr interessant gewesen sein; man kann so immerhin ausschließen, dass das Photon auf irgendeine geheimnisvolle Weise die Apparatur "scannt" wenn es in den Aufbau eintritt.

Gruss, Uli

[Uranor]

salve!

Wenn wenigstens die Situation klar beschrieben wäre, könnte man den Artikel auswerten... sogar der olle ich.

Also interferierten die einzelnen Photonen auch dann mit sich selbst, wenn die Entscheidung für das Interferenzexperiment zeitverzögert getroffen wurde.

zeitverzögert zu welchen Ereignis? Vor welchem Ereignis?

Dieses Resultat ist völlig im Einklang mit der Quantentheorie. Doch zugleich zeigt es, dass das Verhalten eines Photons in einem Interferometer von der Wahl der Beobachtungsart abhängt, auch wenn die Wahl erst in der Zukunft getroffen wird.

in der Zukunft von welchem Ereignis? Vor welchem Ereignis?

In der Tat, damals hatte ich sehr bald umgeschaltet und nur noch Literatur von Expirimentalphysikern akzeptiert.




Darf ich auch mal ein Expiriment vorschlagen?:

Es soll ein Interferenzmuster erarbeitet werden. Nach der Fertigstellung sollen alle Treffer gelöscht werden, die über den linken (wahlfrei den rechten) Interferometerausgang erfolgten.

Frage: Wird man nun das verbleibende Muster als Interferenzmuster oder als Teilchenmuster interpretieren?