quantenphysik

[jade]

liebe forumsmitglieder,

gerne hätte ich mich über sogenannte quantenverschränkung unterhalten, was kann man sich tatsächlich darunter vorstellen?

jade

[Hawkwind]

Zitat von jade

liebe forumsmitglieder,

gerne hätte ich mich über sogenannte quantenverschränkung unterhalten, was kann man sich tatsächlich darunter vorstellen?

jade

Ich will mal den Anfang wagen: ein verschränktes Quantensystem ist ein solches, das aus mehreren Quanten besteht, die räumlich weit genug voneinander getrennt sind, sodass es keine Wechselwirkung zwischen ihnen gibt, die aber dennoch nicht unabhängig voneinander sind und durch eine einzige, gemeinsame quantenmechanische Wellenfunktion beschrieben werden müssen.

Ein Beispiel ist der Zerfall des neutralen Pi-Mesons in 2 Photonen, die sich in entgegengesetzten Richtungen voneinander entfernen. Das Pi-Meson hat Spin=0; in seinem Ruhesystem ist deshalb der totale Drehimpuls vor dem Zerfall 0. Das Gesetzt der Drehimpulserhaltung besagt nun, dass die Polarisationen der emittierten Photonen derart sein müssen, dass der Gesamtdrehimpuls 0 ergeben muss. Mit anderen Worten: die Messung der Polarisation eines der beiden Photonen reicht aus, um auch die Polarisation des anderen zu kennen, ohne sie explizit zu messen.

Das alleine ist noch nichts Besonderes und das ist in der klassischen Physik genauso: nach so einer Messung würde man eben folgern, dass die beiden Photonen zum Zeitpunkt der Emission entsprechende Polarisationen bekommen haben. Das wäre in der Quantenphysik aber ein Trugschluss, denn tatsächlich lässt sich experimentell zeigen, dass dem nicht so ist: erst die Messung selbst hat die Polarisation des Partnerphotons festgelegt ("Verletzung der Bellschen Ungleichung") - und das (a) instantan; und (b) obwohl es aufgrund des Abstandes keine Wechselwirkung ("Kraft") zwischen beiden gibt. Das bezeichnete Einstein als "spukhafte Fernwirkung".

D.h., die Messung an einem Photon am Ort A legt instantan den quantenmechanischen Zustand an einem anderen Ort B fest, was paradox anmutet und eine Diskrepanz zur Speziellen Relativität anzudeuten scheint, die ja instantane Fernwirkungen ausschließt. Tatsächlich wird hier aber aich keine physikalische Wirkung transportiert.

Es gibt nun verschiedene Bildchen, wie man diesen Effekt zu interpretieren versuchen kann: díe sog. Deutungen der Quantenmechanik:
http://de.wikipedia.org/wiki/Interpr...uantenmechanik

Darüber wird hier im Forum immer wieder leidenschaftlich debattiert. Deshalb bin ich sicher, er wird noch weitere Beiträge dazu geben.

[RoKo]

Hallo zusammen,

Hawkwind hat das sehr schön und interpretationsneutral beschrieben. Deswegen bleibe ich hier auch neutral und gebe nur zum besten, was Erwin Schrödinger 1935 dazu gesagt hat:

"Das Ganze ist in einem bestimmten Zustand, die Teile für sich genommen nicht."

Für das o.a. Beispiel eines Doppelphotons ("das Ganze") gilt:
Polarisation Teilphoton 1 = Polarisation Teilphoton 2 = undefiniert.
(Diese Gleichung nennt man "Korrelation")
Wird nun lokal einem Teilphoton eine Polarisation aufgezwungen, muß das andere Teilphoton instantan wegen der bestehenden Korrelation die gleiche Polarisation annehmen.

Experimentell lässt sich ähnliches mit dem Doppelelektron eines Heliumatoms erzeugen. Für dieses Doppelelektron gilt die Korrelation
Spin Teilelektron 1 = - Spin Teilelektron 2.
Wird nun lokal einem Teilelektron ein Spin von z.B. +1/2 aufgezwungen, muß das andere Teilelektron instantan wegen der bestehenden Korrelation den Spin - 1/2 annehmen.

Als adhoc-Erklärung reicht es, von einem Erhaltungsprinzip auszugehen.

[jade]

hallo hawkwind, hallo roko,

danke für die umfangreiche antwort!
denkt ihr, dass der NICHTphysiker quantenvorgänge verstehen LERNEN kann?

l.g.
jade

[JoAx]

Zitat von jade

denkt ihr, dass der NICHTphysiker quantenvorgänge verstehen LERNEN kann?

Sagen wir mal so, jade (willkommen)!

Ein sehr guter (Quanten-) Physiker, Nobelpreisträger, hat sich mal sinnesgemäs so ausgedrückt:

Wenn jemand sagt, er habe die Quantenmechanik verstanden, dann hat er sie nicht verstanden.

Feynman





Gruss, Johann

[Hawkwind]

Zitat von jade

hallo hawkwind, hallo roko,

danke für die umfangreiche antwort!
denkt ihr, dass der NICHTphysiker quantenvorgänge verstehen LERNEN kann?

l.g.
jade

Mancheiner sagt, dass auch Physiker die Quantentheorie nicht wirklich verstehen:
Nobelpreisträger Richard Feynman: "If you think you understand quantum mechanics, you don't understand quantum mechanics."

Aber ich denke, es ist auch Nichtphysikern möglich, sich einige wichtige Grundprinzipien der Quantenmechanik anzueignen (Unschärfe, Quantelung der Energie, Verschränkung, Tunneleffekt etc.).

Nachtrag: sehe gerade, da ist mir Johann mit demselben Zitat zuvorgekommen, muss der denn immer schneller als ich sein ?

[JoAx]

Zitat von Hawkwind

Nachtrag: sehe gerade, da ist mir Johann mit demselben Zitat zuvorgekommen, muss der denn immer schneller als ich sein ?

Wir scheinen ein Bissele verschränkt zu sein, Hawkwind.

Auch ansonsten denke ich, dass jeder im Stande ist nahe zu alles zu verstehen, was irgend ein Mensch nur verstehen kann. Man muss nur bereit sein auch sich selbst, eigene "Position", eigene Kentnisse kritisch zu betrachten, sie nicht als absolut richtig und in Stein gemeisselt sehen.


Gruss, Johann

[RoKo]

Hallo Jade,

Zitat von jade

denkt ihr, dass der NICHTphysiker quantenvorgänge verstehen LERNEN kann?

Ja - ich bin auch kein Physiker.
Ein guter Einstieg ist:

Herbert Pietschmann, "Quantenmechanik verstehen", Springer-Verlag
Da ist ein bisschen Mathematik dabei; aber doch leicht zu verstehen.

danach:
Jürgen Audretsch, "Die sonderbare Welt der Quanten", Verlag C.H.Beck
Hier wird vieles an Hand der Quantenoptik und ohne jede Mathematik erläutert.

Sehr gut ist dann die Webseite QuantumLab www.quantumlab.de

Wichtig ist auch:
Claus Kiefer, "Quantentheorie", Fischer Taschenbuch Verlag
Hier bekommt man eine Überblick, was genau empirisch durch Experimente nachgewiesen ist. (Auch fast ohne Mathematik - ausser im Anhang)

schliesslich sollte man auch
Anton Zeilinger, "Einsteins Spuk", Goldmann Verlag
gelesen haben.

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nach obiger Lektüre, die gut nebenbei lesbar ist, weiss man ziemlich genau, worum es geht. D.h. man hat das notwendige Wissen angehäuft, um festzustellen, daß sich die Anzahl der Fragezeichen potenziert hat. Verstanden hat man dann noch nichts - im Gegenteil - die Verwirrung ist dann auf dem notwendigen Höhepunkt, um den Ergeiz entwickeln zu können, die Quantenphysik verstehen zu wollen.
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Wenn du diesen Ergeiz entwickelt hast, dann ist alles ganz einfach.

Jetzt liest du nochmals in o.a Audretsch das Kapitel 5 sorgfältig durch. Audretsch spricht dort von einem Forschungsprogramm zur Lösung des Emergenz- und des Messproblems.

Danach stehst du vor einer Entscheidung:
Entweder du überliest den kursiv gedruckten Satz auf Seite 147 und wendest dich den Vorschlägen von Audretsch in Kapitel 5.5 zu
oder du liest und durchdenkst den kursiv gedruckten Satz auf Seite 147 und stelltst den Widerspruch zu Kapitel 5.5 fest. Dann bleibt dir nur die Möglickeit, die in Fussnote 34 angesproche Lektüre
Oliver Passon, "Bohmsche Mechanik", Verlag Harry Deutsch
zu lesen. Wenn du dann verblüfft feststellst, dass das von Audretsch angesprochene Forschungsprogramm zur Lösung des Emergenz- und des Messproblems bereits vor 60 Jahren von David Bohm abgearbeitet wurde, dann hast du Quantenmechanik verstanden.

[Hawkwind]

Zitat von JoAx

Wir scheinen ein Bissele verschrenkt zu sein, Hawkwind.

Gruss, Johann

Solang du nicht "beschränkt" sagst, bin ich einverstanden, Johann.

[RoKo]

Hallo Jade,

nicht einschüchtern lassen.

Zitat von JoAx

Ein sehr guter (Quanten-) Physiker, Nobelpreisträger, hat sich mal sinnesgemäs so ausgedrückt:

Wenn jemand sagt, er habe die Quantenmechanik verstanden, dann hat er sie nicht verstanden.

Feynman

Eine wesentliche Voraussetzung zum Verständis ist nämlich, dass man Quantenmechnik nicht im vorherrschenden Lehrbetrieb studiert (hat). Dort gilt (selbstverständlich mit fachlicher Berechtigung) Feynman als derart nicht zu hinterfragende Autorität, dass sich jeder Physiker geradezu davor hütet, Quantenmechanik zu verstehen. "shut up and calculate" ist das Motto. Man beschränkt sich stur auf das Anwenden von mathematischen Gleichungen, hält sich stur an das "agnostizistische Erkenntnisverbot" von Niels Bohr und verwechselt, wie Heisenberg, Veränderung von Zuständen für Messung von Zuständen - entgegen der Warnung von Einstein "Erst die Theorie entscheidet, was meßbar ist".