Verschränkung

[amc]

Zitat von Timm

Die Energieerhaltung des Universums ist ja auch global betrachtet zumindest umstritten.

Auch im Standardmodell der Kosmologie spielt das Prinzip der Energierhaltung eine entscheidende Rolle. Ich schätze daher, allzu umstritten kann dieser Punkt nicht sein.

Grüße, amc

[Philipp Wehrli]

Zitat von RoKo

Hallo Philipp,

So berechnet man die Energie, die von einem System aufgebracht werden muss, um ein anderes System zu beschleunigen. Das ist aber nicht die physikalische Definition.Immer diese unsauberen Formulierungen! Welches System übt da auf welches andere System eine Kraft aus? Dein Wunsch sei mir Befehl:

Wir nehmen eine verlässliche Photonenquelle (VPQ), koppeln diesen mit einem Energiemesser und bestimmen zunächst die Energie, die bei der Aussendung des Photons abgegeben wird. Dann nehmen wir einen Detektor, diesen mit einem Energiemesser und bestimmen die Energie, die er bei der Registrierung eines solchen Photons aufnimmt. Wenig überraschend werden wir feststellen, dass die Energiebeträge gleich sind. Damit nichts schief geht, wiederholen wir das mit weiteren Detektoren. Danach folgen zwei Versuche, bei denen wir selbstverständlich nicht nur die gemessenen Energien, sondern auch noch akribisch die Koinzidenzen per Computer erfassen.

Versuch 1: VPQ + Strahlteiler + 2 Detektoren dahinter.
Versuch 2: VPQ + Doppelspalt + 5 Detektoren dahinter; der erste im Hauptmaximum, der 2. und 4. im 1. Minimum links und rechts; der 3. und 5. im ersten Nebenmaximum.

Das wenig überraschende Ergebnis wird sein, dass wir bei jeder Koinzidenz feststellen, dass die aufgenommene Energie gleich der abgegebenen Energie ist und stets eindeutig nur von einem Detektor.

Schlussfolgerung: Es gab jeweils einen Energiefluss von der VPQ zu genau einem Detektor. Die bei anderen Detektoren möglicherweise eingelaufenen Wellenanteile des Photons haben keine Energie transportiert. Folglich sind die "vielen Welten" bestenfalls energieleere Blindwelten, die uns nicht weiter zu interessieren brauchen.

So. Und nun bist du dran.
Wann genau spaltet sich bei o.a. Versuchen die Welt in wieviele Teile?
Wie fliesst die Energie?

Bei deiner wunderbaren Analyse setzt du zuerst voraus, dass es nur unsere Welt gibt. Daraus schliesst du dann scharfsinnig, dass es keine anderen Welten geben kann.

Wenn du die Viele-Welten Interpretation nicht zum vornherein verwirfst, musst du die Situation etwa so schildern:
Beim Strahlungsteiler spaltet sich die Quantenwelle in zwei orthogonale Teilwellen auf. Wenn das Photon im Detektor A registriert (oder definitiv nicht registriert) wird, spaltet sich auch die Quantenwelle des Detektors A in zwei orthogonale Teilwellen auf. Weil der Detektor ein makroskopisches Objekt ist, ist die Teilung der Wellen jetzt irreversibel. Das heisst, die Teilwellen werden einander nie mehr beeinflussen. Dies wird in der Dekohärenztheorie beschrieben.
Wenn der Detektor A ein Photon registriert, vernichtet er kein Energiekügelchen. Im Formalismus der Quantentheorie kommen gar keine Energiekügelchen vor. Da ist nur die Quantenwelle, die die Zählung im Detektor auslöst (oder nicht). Welche 'Energie' gemessen wird, hängt von der Frequenz der Quantenwelle ab.
Beim Detektor B passiert das Gleiche. Die Quantenwelle des Detektors B spaltet sich in zwei Teilwellen auf. In der einen Teilwelle registriert Detektor B ein Photon, in der anderen nicht. Wieder entscheidet die Frequenz der Teilwelle darüber, wie gross die gemessene Energie ist. (Wenn bei A ein Photon registriert wird, ändert sich die Frequenz der Welle bei B nicht.)
Nach dem Formalismus der Quantentheorie passen nun je eine Teilwelle A und eine Teilwelle B zusammen, gehören also zur selben Welt. Und zwar so, dass in jeder Welt ein Photon auftaucht.

Die Beschreibung bis hierhin hat übrigens noch gar nichts mit der Viele-Welten Interpretation zu tun. Das ist einfach der von Neumann Formalismus, der von allen Fachleuten verwendet und akzeptiert wird. Bis hierhin sieht also kein Physiker ein Problem mit dem Energiesatz.

Erst jetzt kommt die Deutung: Die eine Gruppe sagt, die Wellen seien nur ein mathematischer Trick, der uns hilft, die Wahrscheinlichkeiten zu berechnen. Eine andere Gruppe sagt, irgendwie kollabiere die eine Teilwelle. Sie sagt aber nicht, wie. Und eine weitere Gruppe sagt: Die Wellen sind alles. Sie sind alles, was wir zur Beschreibung brauchen. In der Realität gibt es nichts zusätzlich, aber auch nichts weniger. Denn wir brauchen die ganzen Wellen, aber nichts mehr.

[Philipp Wehrli]

Zitat von amc

Auch im Standardmodell der Kosmologie spielt das Prinzip der Energierhaltung eine entscheidende Rolle. Ich schätze daher, allzu umstritten kann dieser Punkt nicht sein.

Grüße, amc

Da hat Timm schon recht. Es ist zumindest sehr knifflig, die Energie des Universums zu definieren. Wenn sich z. B. das Universum ausdehnt, verlieren die Photonen Energie, die Materieteilchen aber nicht, sofern sie in Ruhe sind.
Stell dir den folgenden Vorgang vor: Ein Universum ist mit Materie gefüllt und dehnt sich aus. Dabei verliert es kaum Energie. Lediglich die Bewegungsenergie der Teilchen wird etwas kleiner. Nun wandeln sich die Materieteilchen in Photonen um und das Universum zieht sich wieder zusammen. Dann gewinnt das Universum mehr Energie, als es bei der Ausdehnung verloren hat. Es hat am Ende also mehr Energie im Universum als am Anfang. Dies spielt bei zyklischen Universen eine Rolle.

[amc]

Zitat von Philipp Wehrli

Da hat Timm schon recht. Es ist zumindest sehr knifflig, die Energie des Universums zu definieren. Wenn sich z. B. das Universum ausdehnt, verlieren die Photonen Energie, die Materieteilchen aber nicht, sofern sie in Ruhe sind.
Stell dir den folgenden Vorgang vor: Ein Universum ist mit Materie gefüllt und dehnt sich aus. Dabei verliert es kaum Energie. Lediglich die Bewegungsenergie der Teilchen wird etwas kleiner. Nun wandeln sich die Materieteilchen in Photonen um und das Universum zieht sich wieder zusammen. Dann gewinnt das Universum mehr Energie, als es bei der Ausdehnung verloren hat. Es hat am Ende also mehr Energie im Universum als am Anfang. Dies spielt bei zyklischen Universen eine Rolle.

Man muss in die Überlegungen mit einbeziehen, dass der Raum offensichtlich auch (irgendwie) materiell ist und Energie besitzt. Siehe z.B. Dunkle Energie und Einstein. Ich bin (intuitiv) fest vom Energieerhalt überzeugt. Anhänger des Standardmodells nach meiner Kenntnis auch.

Grüße, amc

[Philipp Wehrli]

Zitat von amc

Man muss in die Überlegungen mit einbeziehen, dass der Raum offensichtlich auch (irgendwie) materiell ist und Energie besitzt. Siehe Dunkle Energie und Einstein. Ich bin fest vom Energieerhalt überzeugt. Anhänger des Standardmodells offensichtlich auch.

Grüße, amc

Das stimmt doch nicht. Ich habe das nicht erfunden, dass die Energie im Universum als Ganzes nicht erhalten bleibt. Roman Sexl schrieb dies in seinem Buch "Weisse Zwerge - Schwarze Löcher" sehr deutlich. Auch im Spektrum der Wissenschaft war mal ein Artikel darüber. Dort war die Schlussfolgerung, dass die Definition von Energie im Universum als Ganzem sehr knifflig ist. Möglicherweise gibt es Definitionen, nach denen die Energie erhalten bleibt. Aber diese Definitionen sind nicht unbedingt auch die zweckmässigsten.

Der Energieerhaltungssatz kann ja mit dem Noethertheorem aus der Translationsinvarianz in der Zeit hergeleitet werden. Im Universum als Ganzem ist aber die Translationsinvarianz der Zeit nicht trivial, weil die Zeit ja relativistisch ist. Es erstaunt daher nicht, dass es auch bei der Energieerhaltung Probleme auftreten.

[amc]

Zitat von Philipp Wehrli

Das stimmt doch nicht. Ich habe das nicht erfunden, dass die Energie im Universum als Ganzes nicht erhalten bleibt. Roman Sexl schrieb dies in seinem Buch "Weisse Zwerge - Schwarze Löcher" sehr deutlich.

Hallo, das Buch ist von 1979! Falls du es noch nicht getan hast, beschäftige dich vielleicht mal bei Gelegenheit mit Saul Perlmutter & Co. und der Frage, wofür sie den Nobelpreis erhielten.

Ich verstehe doch davon nicht wirklich etwas, Philipp. Ich kann im Grunde nur das nachplappern, was ich von Physikern durch Interviews, Artikel, Bücher und Videos aufnehme. Und das auch nur sporadisch - aber mit großem Interesse.

Ich kann dann nur hoffen, dass ich es halbwegs verstanden habe und für mich urteilen, was mir schlüssig und folgerichtig erscheint. Und ich kann nur sagen, was ich einmal von Perlmutter gehört hatte, klang für mich sehr schlüssig.

Demnach entspricht die zur Beschleunigung der beobachteten Expansion des Universums benötigte Energie, genau der Differenz: Energiemenge des nach Auswertung von Messdaten (WMAP) vorgefundenen Zustands des Universums kurz nach dem Urknall, abzüglich der heute beobachteten Baryonischen Materie und auch abzüglich der Energie, die der Dunklen Materie zugeordnetet wird. So ähnlich ...

Also, was übrig bleibt, sind genau die ca. 70% Dunkle Energie. Es lässt sich auch und besonders aus diesem Grund eigentlich nicht mehr sagen, Dunkle Energie gibt es nicht. Das Phänomen gibt es ziemlich sicher und es wirkt auf uns ein, nur was dahinter steckt lässt sich nicht genau sagen. Entweder ist es eine dem Raum innewohnende Energie (Einsteinsche Konstante) oder etwas anderes, vielleicht eine 5. Grundkraft, die Quintessenz. Die übrigends, sollte es sie geben, nur als Feld und nicht als Teilchen beschrieben werden kann - hab ich mal aufgeschnappt. Ein Graus für Teilchenphysiker.

Hab dieses Plädoyer hier schon mal gehalten. Etwas später gabs dann den Nobelpreis. hehe

Mein Fazit: Der hier erzielte (temporäre) Abschluss des Standardmodells erscheint mir unausweislich und daher auch zweckmäßig.

Es kann aber natürlich auch ganz anders sein und es gibt sicher auch die Meinung, dass "bei der Energieerhaltung Probleme auftreten." Ich kann das nicht beurteilen.

Grüße, amc

[RoKo]

Hallo Philipp,

Zitat von Philipp Wehrli

Bei deiner wunderbaren Analyse setzt du zuerst voraus, dass es nur unsere Welt gibt. Daraus schliesst du dann scharfsinnig, dass es keine anderen Welten geben kann.

Ja, genau. Da weder die bekannten Vortheorien noch empirische Erkenntnisse darauf hinweisen, dass es mehr als eine Welt gibt, ist das ist die wissenschaftstheoretisch richtige Vorgehensweise.

Wenn du die Viele-Welten Interpretation nicht zum vornherein verwirfst, musst du die Situation etwa so schildern:
Beim Strahlungsteiler spaltet sich die Quantenwelle in zwei orthogonale Teilwellen auf. Wenn das Photon im Detektor A registriert (oder definitiv nicht registriert) wird, spaltet sich auch die Quantenwelle des Detektors A in zwei orthogonale Teilwellen auf. Weil der Detektor ein makroskopisches Objekt ist, ist die Teilung der Wellen jetzt irreversibel. Das heisst, die Teilwellen werden einander nie mehr beeinflussen. Dies wird in der Dekohärenztheorie beschrieben.

Um die Situation so zu schildern, muss man nicht die Viele-Welten Interpretation als zulässige Interpretation akzeptieren. Bis hier sehe ich keinen Widerspruch.

Wenn der Detektor A ein Photon registriert, vernichtet er kein Energiekügelchen. Im Formalismus der Quantentheorie kommen gar keine Energiekügelchen vor.

Von Energiekügelchen, die vernichtet werden, habe ich nicht geprochen.

Da ist nur die Quantenwelle, die die Zählung im Detektor auslöst (oder nicht).

..die im Falle eines Photons eine elektromagnetische Welle ist.

Welche 'Energie' gemessen wird, hängt von der Frequenz der Quantenwelle ab.

..unter der zusätzlichen Bedingung, das E und B phasengleich sind. Die Elektrodynamik wird hier nicht einfach ausser Kraft gesetzt.

Die Beschreibung bis hierhin hat übrigens noch gar nichts mit der Viele-Welten Interpretation zu tun. Das ist einfach der von Neumann Formalismus, der von allen Fachleuten verwendet und akzeptiert wird. Bis hierhin sieht also kein Physiker ein Problem mit dem Energiesatz.

Ich auch nicht. Der von-Neumann-Formalismus betrachtet das Problem nicht. Das Problem taucht nur auf, wenn man annimmt, mit diesem Formalismus sei alles gesagt.

Erst jetzt kommt die Deutung: Die eine Gruppe sagt, die Wellen seien nur ein mathematischer Trick, der uns hilft, die Wahrscheinlichkeiten zu berechnen. Eine andere Gruppe sagt, irgendwie kollabiere die eine Teilwelle. Sie sagt aber nicht, wie. Und eine weitere Gruppe sagt: Die Wellen sind alles. Sie sind alles, was wir zur Beschreibung brauchen. In der Realität gibt es nichts zusätzlich, aber auch nichts weniger. Denn wir brauchen die ganzen Wellen, aber nichts mehr.

Und eine vierte Gruppe sagt: Die Wellen sind nicht alles, weil diese Annahme zu einem Konflikt mit der empirischen Erfahrung - wie oben dargelegt - führt.
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Ein klitzekleines Problem sollte auch nicht übersehen werden - die Dekohärenzzeit, die vergeht, bis die Teilwellen orthogonal zueinander stehen.

[Hawkwind]

Zitat von amc

Es kann aber natürlich auch ganz anders sein und es gibt sicher auch die Meinung, dass "bei der Energieerhaltung Probleme auftreten." Ich kann das nicht beurteilen.

Energieerhaltung gilt in der ART (wie so vieles andere, denk z.B. an die Invarianz der Vakuumlichtgeschwindigkeit) nur noch lokal. Das ist aber kein Problem; das ist einfach so.

____
Dazu gab es im Spektrum sogar schon mal was:
http://www.spektrum.de/artikel/1044837

Oder Einstein selber:

http://echo.mpiwg-berlin.mpg.de/cont..._Grund_de_1916

Ein Vergleich mit (41 b) zeigt, daß diese Gleichung bei
der getroffenen Wahl für das Koordinatensystem nichts anderes
aussagt als das Verschwinden der Divergenz des Tensors der
Energiekomponenten der Materie. Physikalisch zeigt das Auf-
treten des zweiten Gliedes der linken Seite, daß für die Materie
allein Erhaltungssätze des Impulses und der Energie im eigent-
lichen Sinne nicht, bzw. nur dann gelten, wenn die g‾μν kon-
stant sind, d. h. wenn die Feldstärken der Gravitation ver-
schwinden.

[amc]

Zitat von Hawkwind

Das ist aber kein Problem; das ist einfach so.

Das denke ich auch. Eigentlich wäre die Konstante so erstmal in der ART gar nicht vorgekommen (wir kennen ja die Historie). Und erklärt wird die Konstante durch die ART nicht im geringsten. Das Standardmodell steht mit Sicherheit nicht im Widerspruch zur ART.

Nun wissen wir, die Konstante wird gebraucht und es gibt offensichtlich eine materielle Entsprechung. Wo soll sonst die Energie für die beschleunigte Expansion herkommen? Es passt alles exakt zusammen. Die beschleunigte Expansion ist keine Theorie, sie ist bestätigte Realität, was kaum einer erwartet hat. Einige haben die Tragweite erkannt. Ich empfinde den Nobelpreis als absolut gerechtfertigt. Trotz der unverstandenen Hintergründe der Expansion und der Dunklen Energie, sie ist da und lässt sich nicht ignorieren.

M.E. kann man sich der durch Beobachtungen und Messdaten nahegelegten Erkenntnis, dass in unserem Universum keine Energie verschwindet, nicht verschließen, wenn man aktuell sein möchte.

Mir scheint, als seien diese Themen noch so neu und unverstanden, dass sie in vielen Köpfen einfach noch nicht angekommen sind. Und einige können diese "neuen Energien" wohl auch einfach grundsätzlich nicht akzeptieren.

Hier bekommt man einen groben (chronologischen) Überblick: http://www.spektrum.de/alias/nobelpr...versum/1124665

Einstein hat sich über die Dunkle Energie(n) wohl auch kaum wirklich Gedanken machen können. Ich bin aber der Meinung, es ist beeindruckend, wie richtig er selbst dann noch lag, als er etwas völlig anderes wollte.

Grüße, amc

[Bauhof]

Zitat von amc

Demnach entspricht die zur Beschleunigung der beobachteten Expansion des Universums benötigte Energie, genau der Differenz: Energiemenge des nach Auswertung von Messdaten (WMAP) vorgefundenen Zustands des Universums kurz nach dem Urknall, abzüglich der heute beobachteten Baryonischen Materie und auch abzüglich der Energie, die der Dunklen Materie zugeordnetet wird. So ähnlich ...

Hallo AMC,

mir ist nicht klar, warum zur Expansion des Universums überhaupt Energie nötig ist.

Nach der Standard-Auffassung bewegen sich die Galaxien infolge der Expansion nicht, sie stehen still [1] und nur der Raum dazwischen dehnt sich aus. Wenn sie stillstehen, wieso muss dann Energie nötig sein, um die Expansion zu beschleunigen oder auch nur um sie unbeschleunigt aufrecht zu erhalten?

M.f.G. Eugen Bauhof

[1] Abgesehen von kleinen gravitativen Eigenbewegungen.