Quantenmechanik Quantenphysik

[Halman]

Du sprichst hier die Verschränkung an.
Das Problem, was bisher ungelöst ist: Vielleicht erhalten verschränkte Teilchen bei ihrer Entstehung wenn sie noch dicht beieinander sind, die (antiparallelen) Eigenschaften die man hinterher misst.

In dem Fall würden die Parameter von vorn herein festliegen. Dies entspricht lokalen, verborgenen Parametern. Diese Möglichkeit wurde durch die Bell'sche Ungleichungen falsifiziert.
Es verhält sich eben NICHT so wie bei Dr. Bertlmanns Socken, bei denen ja die Sockenfarben von vorn herein feststehen und nicht erst durch die Beobachtung festgelegt werden.

Was für den Detektionsort von Quantenobjekten auf dem Detektorschirm gilt, gilt auch für die Spinorientierung.

Zitat aus Skurrile Quantenwelt:
Nach der Theorie der Quantenmechanik besitzt das Teilchen, solange es nicht gemessen wird, überhaupt keine konkrete Spinrichtung. Es befindet sich anfangs (je nach Präparation) in einer Superposition aus mehreren, wenn nicht sogar unendlich vielen, möglichen Spinorientierungen. In Diracscher Notation schreibt sich der quantenmechanische Zustand des Teilchens daher im Superpositionszustand als
|Ψ> = a |↑> + b |↓>

*farbliche Hervorhebung von mir

Einzige "Nische" bleibt die Bohm'sche Mechanik, welche nicht-lokale verborgene Parameter postuliert, die aber als wenig wahrscheinlich gilt.
Zwar ist die Bohm'sche Mechanik ebenso wie die bohr'sche Quantenmechanik mit den experimentellen Ergebnissen vereinbar. Doch problematisch wird es, wenn man eine "bohm'sche Quantenfeldtheorie" konstruieren will, da eine determinsitsche Beschreibung laut Wikipedia bisher nur für bosonische Quantenfelder gelang.

Alle Teilchen lassen sich in zwei Gruppen unterteilen:
- Bosonen (Teilchen mit ganzzahligem Spin, Eich-Bosonen, z.B. Photonen): Laser lassen sich beliebig bündeln.
- Fermionen (Teilchen mit halbzahligem Spin, Materieteilchen, wie Elektronen und Quarks): Zwei gleiche Fermionen können nicht am gleichen Ort sein.

Bosonen lassen sich gem. der QFT als Anregungen bosonischer Quantenfelder verstehen.

Die Fermionen unterliegen dem Pauli-Prinzip. Dieses Prinzip ist dafür verantwortlich, dass sich in der K-Schale der Atome² nur zwei Elektronen mit gegensätzlichen Spin befinden können. Ein drittes Elektron hätte wieder den selben Spin wie eines der anderen und dieses duldet das Pauli-Prinzip nicht.
Übrigens, in Supraleitern bilden sich Elektronen-Paare, die gemeinsam als Bosonen auftreten. Dies erlaubt einen widerstandfreien Elektronen-Fluss.

Mehr dazu in Elementarteilchen.info

Ein weiteres Problem der Bohm'schen Mechanik besteht darin, dass für eine relativistische Erweiterung ein ausgezeichnetes Bezugssystem eingeführt werden müsste, welches in der Relativitätstheorie nicht existiert.

²Das bohr'sche Atommodell v. 1913 ist nur ein Arbeitsmodell und keine Beschreibung der physikalischen Realität.

[Pluto]

In dem Fall würden die Parameter von vorn herein festliegen. Dies entspricht lokalen, verborgenen Parametern. Diese Möglichkeit wurde durch die Bell'sche Ungleichungen falsifiziert.

Verstehe ich nicht. Warum ist der Spin eines Elektrons ein versteckter Parameter?

Bosonen lassen sich gem. der QFT als Anregungen bosonischer Quantenfelder verstehen.

Warum lässt sich das nicht auf alle Realität anwenden?

[Halman]

In dem Fall würden die Parameter von vorn herein festliegen. Dies entspricht lokalen, verborgenen Parametern. Diese Möglichkeit wurde durch die Bell'sche Ungleichungen falsifiziert.

Verstehe ich nicht. Warum ist der Spin eines Elektrons ein versteckter Parameter?

Nun, solange der Spin nicht gemessen wird, ist er unbestimmt. Es gilt

|Ψ> = a |↑> + b |↓>

Würde es sich bei bei Dr. Bertlmanns Socken verhalten (die Farben der Strümpfe liegt fest, bevor sie beobachtet werden), dann würden die Spinorientierungen des verschränkten Teilchenpaares bereits bei der Erzeugung bestimmt werden (analog zum Anziehen der Strümpfe durch Dr. Bertlman.)
Wäre dies nicht ein verborgener Parameter, der solange verborgen ist, bis er gemessen wird? Die Sockenfarben verändern sich durch die Messung nicht. Gem. der Theorie der verborgenene Parameter stehen auch die Quanteninformationen von Anfang an fest, wie der Spin von Elektronen oder die Polarisation von Photonen.

Doch gem. der Quantenmechanik besitzt ein Teilchen überhaupt keine bestimmte Polarisierung, keinen scharf bestimmten Spin, keinen bestimmten Zustand.

Es sei denn, es würden verborgene Parameter vorliegen. In so einem Fall würde die Polarisierung der Photonen von Anfang an feststehen, also sobald das Teilchenpaar von der EPR-Quelle erzeugt wird. Würde dies zutreffen, wäre der "Kollaps der Wellenfunktion" eine Täuschung.

Der einfallsreiche Phyiker John Bell fand eine Möglichkeit, ein Experiment zu ersinnen, indem lokale-verborgene Parameter zu einem anderen Ergebnis führen als der Interdeterminsmus der Quantenmechanik: das Stern-Gerlach-Experiment, bei dem die Spinorientierungen von Elektronen gemessen werden.
Alain Aspect standen also zwei Theorien zur Verfügung, deren unterschiedliche Vorhersagen für ihn überprüfbar waren. Das Ergebnis sind die Bell'schen Ungleichungen, womit die Theorie lokaler verborgener Parameter falsifiziert wurde.*
Daraus folgt, dass die Spinorientierungen der Elektronen vor der Messung objektiv unbestimmt sind. Dies gilt auch für die Polaristation der Photonen im EPR-Experiment.

Wichtig für das Experiment ist, dass die Entfernung Δs der Teilchen A und B größer ist, als die Strecke, die das Licht in der Zeit Δt zurücklegen kann. Somit ist ausgeschlossen, dass die Teilchen sich gegenseitig beeinflussen können, sie sind lokal getrennt: Man spricht von der Lokalität der Teilchen A und B. Somit ist eine Interaktion in der Zeit Δt zwischen den Teilchen ausgeschlossen, wenn mindestens Δs = c*Δt gilt.

Da durch die Verschränkung die Einzelzustände der Teilchen A und B miteinander korrelliert sind, bilden sie ein quantenmechanisches Gesamtsystem aus ΨAB. Ein weiteres Kriterium besteht darin, dass der Gesamtspin 0 beträgt. Objektiv unbestimmt sind die einzelnen Spinzustände der Teilchen A und B.

Agent Scullie kann dies sicher besser erklären.

Bosonen lassen sich gem. der QFT als Anregungen bosonischer Quantenfelder verstehen.

Warum lässt sich das nicht auf alle Realität anwenden?

Weil bosonische Quantenfelder nur Bosonen erklären können. Zur Herleitung der Fermionen sind fermionische Quantenfelder notwendig. Damit lassen sich dann alle Teilchen erklären, aber leider immer noch nicht alle Realität, weil die QFT die Gravitation ignoriert. Dazu brauchen wir die ART.

* Dies schließt nicht-lokale verborgene Parameter, wie sie die Bohm'sche Mechanik postuliert, nicht prinzipiell aus.

[Agent Scullie]

Ich würde sagen, Dr. Bertlmanns Socke könnte jede Farbe haben. Sie erhält die Farbe Grün durch die Wechselwirkung mit dem Messgerät.

Somit umfässt die Wellenfunktion den Gesamtzustand |Ψbunt>. Wird das Quantenobjekt "Socke" gemessen, wird aus der bunten Vielfallt, die in |Ψbunt> enthalten ist, objektiv zufällig ein Farbenzustand "ausgewählt", z.B. |φgrün>. Wie können |Ψbunt> nicht beobachten, sondern immer nur mit einer statistischen Wahrscheinlichkeit eine der Einzelzustände |φgrün> oder |φpink>.

Gut erklärt. - Das enspricht auch dem, was ich aus vorherigen Diskussionen mitgenommen haben.

Der Punkt, den ich daraus ableite, und den ich extrem bedeutend finde:
Ein Objekt wird durch das Subjekt allein durch Beobachtung gestaltet = würde man nicht hingucken, bliebe der unbestimmte Zustand = meine Wahrnehmung macht einen unbestimmten Zustand bestimmt.

Bei der Beobachtung geht der Zustand der Socke aus einem Zustand, in dem die Farbe unbestimmt ist, in einen Zustand über, in der die Farbe den scharfen Wert "grün" hat. Geht man nach der mentalistischen Interpretation der Quantentheorie, mit der Christian41285 und du zu liebäugeln scheint, so kann eine solche Zustandsänderung nur unter Beteiligung eines Beobachters mit Bewusstsein erfolgen. Allerdings gibt es noch andere Interpretationen der Quantentheorie, die man vertreten kann, und denen zufolge vergleichbare Zustandsänderungen auch ohne Beteiligung eines bewussten Beobachters möglich sind.

Der zweite Punkt:
Ein zweites Objekt, das theoretisch Lichtjahre entfernt sein kann, ändert seinen Zustand instantan, wenn man das erste Objekt wahrnimmt.

Man kann nun darüber diskutieren, ob das bedeutet, dass da eine überlichtschnelle Signalübertragung erfolgt. Für die Frage, ob eine Zustandsänderung, wie sie beim Messvorgang auftritt, nur unter Beteiligung eines bewussten Beobachters möglich ist, ist das aber eher unerheblich.

[Agent Scullie]

Ein Objekt wird durch das Subjekt allein durch Beobachtung gestaltet = würde man nicht hingucken, bliebe der unbestimmte Zustand = meine Wahrnehmung macht einen unbestimmten Zustand bestimmt. - Man übertrage dieses Prinzip auf Geistiges.

Der Punkt ist, Nicht die Wahrnehmung durch den menschlichen Geist, sondern jede Wechselwirkung erzeugt das was wir Realität nennen.

Also anders gesagt meintest du hiermit:

Gibt es Realität?
Ist das was wir als Realität erleben, vielleicht nur das Ergebnis von Interaktionen (Wechselwirkungen) zwischen zwei oder mehreren Quantensystemen?

einfach nur dass wenn bei einem Messvorgang die zu messende Größe, die zuvor einen unscharfen Wert hatte, einen scharfen Wert annimmt, hierdurch die Realität entstünde? Das ist aber keine besonders sinnvolle Vorstellung: offenkundig gab es schon vor der Messung das Objekt, an die Messung durchgeführt wird, und offenkundig gab es damit auch vor der Messung schon eine Realität, in der das Objekt existierte. Nur hatte bei diesem Objekt die zu messende Größe einfach noch keinen scharfen Wert, sondern war unscharf.

Ob geistig gesehen oder nicht: Was bedeutet es, wenn irgendwo im Universum etwas geschieht, was wo ganz woanders im Universum instantan wirkt?

Siehe den 2. Punkt oben.

Meine Schlussfolgerung ist: Realität ist das Ergebnis von Interaktionen von Quanten-Objekten.

Da wie gesagt ein Quanten-Objekt offenkundig auch dann schon real ist, wenn die Größe, die an diesem Objekt gemessen werden soil, noch einen unscharfen Wert hat, ist deine Schlussfolgerung nicht sinnvoll.

[Agent Scullie]

Du sprichst hier die Verschränkung an.
Das Problem, was bisher ungelöst ist: Vielleicht erhalten verschränkte Teilchen bei ihrer Entstehung wenn sie noch dicht beieinander sind, die (antiparallelen) Eigenschaften die man hinterher misst.

Das wäre die Deutung der lokalen verborgenen Parameter. Die aber führt aber zu der Vorhersage, dass die Bellsche Ungleichung gelten müsse, und deren Gültigkeit wurde durch das Aspect-Experiment widerlegt.

[Agent Scullie]

In dem Fall würden die Parameter von vorn herein festliegen. Dies entspricht lokalen, verborgenen Parametern. Diese Möglichkeit wurde durch die Bell'sche Ungleichungen falsifiziert.

Verstehe ich nicht. Warum ist der Spin eines Elektrons ein versteckter Parameter?

Weil beim Aspect-Experiment der Spin jedes der beiden Teilchen eines Paares unbestimmt ist, solange er nicht gemessen wird, also nicht durch die Wellenfunktion festgelegt ist. Würde er trotzdem bereits feststehen, so könnte er das nur durch einen verborgenen Parameter sein, der zusätzliche Informationen enthält, die nicht in der Wellenfunktion stecken.

Bosonen lassen sich gem. der QFT als Anregungen bosonischer Quantenfelder verstehen.

Warum lässt sich das nicht auf alle Realität anwenden?

Du meinst warum es sich nur auf Bosonen, aber nicht auf Fermionen anwenden lässt? Weil Fermionen stattdessen Anregungen fermionischer Felder sind.

Nochmal eine grobe Übersicht:
Teilchen mit Spin 0 -> Anregungen bosonischer Skalarfelder (beschrieben durch die Klein-Gordon-Gleichung)
Teilchen mit Spin 1/2 -> Anregungen fermionischer Spinorfelder (beschrieben durch die Dirac-Gleichung)
Teilchen mit Spin 1 -> Anregungen bosonischer Vektorfelder (beschreiben durch die Maxwell-Gleichungen oder ähnliche Gleichungen)

[Pluto]

....

Danke für eine überzeugende Erklärung.

[closs]

Geht man nach der mentalistischen Interpretation der Quantentheorie, mit der Christian41285 und du zu liebäugeln scheint, so kann eine solche Zustandsänderung nur unter Beteiligung eines Beobachters mit Bewusstsein erfolgen.

Du triffst den Nagel auf den Kopf. - Genau das ist das, was biblisch mit "Ebenbildlichkeit" gemeint ist: geistiges Bewusstsein ("con-scientia").

Was den Begriff "mentalistische Interpretation" angeht: Wir sind uns einig, dass dies NICHT eine naturwissenschaftliche Interpretation ist, sondern unter dem philosophischen Aspekt zu verstehen ist: Hängt alles irgendwie zusammen?

Man kann nun darüber diskutieren, ob das bedeutet, dass da eine überlichtschnelle Signalübertragung erfolgt.

Wieso "ob"? - Wenn das zweite Photon eine Lichtstunde vom ersten Photon entfernt ist, aber die "Übertragung" instantan ist, dann ist die Lichtgeschwindigkeit außen vor.

Ich würde "instantan" übrigens NICHT mit "überlichtschnell" synomisieren - "instantan" steht für mich für "jenseits der Zeit".

[Agent Scullie]

Geht man nach der mentalistischen Interpretation der Quantentheorie, mit der Christian41285 und du zu liebäugeln scheint, so kann eine solche Zustandsänderung nur unter Beteiligung eines Beobachters mit Bewusstsein erfolgen.

Du triffst den Nagel auf den Kopf. - Genau das ist das, was biblisch mit "Ebenbildlichkeit" gemeint ist: geistiges Bewusstsein ("con-scientia").

Vor allem aber treffe ich den Nagel auf den Kopf, dass es sich um eine mögliche Interpretation der Quantentheorie handelt, aber keineswegs die einzige, und ihre Implikationen somit nicht aus der Quantentheorie selbst folgen.

Was den Begriff "mentalistische Interpretation" angeht: Wir sind uns einig, dass dies NICHT eine naturwissenschaftliche Interpretation ist, sondern unter dem philosophischen Aspekt zu verstehen ist: Hängt alles irgendwie zusammen?

Nein, darin, dass die mentalistische Interpretation keine naturwissenschaftliche Interpretation sei, sind wir uns nicht einig (auch wenn ich kein Vertreter dieser Interpretation bin). Und wir sind uns auch nicht darin einig, dass das Prinzip, dass alles miteinander zusammenhängt, speziell mit der mentalistischen Interpretation zu tun hat. Dieses Prinzip lässt sich eher mit allen Interpretationen kombinieren.

Man kann nun darüber diskutieren, ob das bedeutet, dass da eine überlichtschnelle Signalübertragung erfolgt.

Wieso "ob"? - Wenn das zweite Photon eine Lichtstunde vom ersten Photon entfernt ist, aber die "Übertragung" instantan ist

Es ist unter Physikern umstritten, ob hier überhaupt eine Übertragung stattfindet. Als Argument für die Position, dass gar keine Übertragung stattfindet, wird häufig vorgebracht, dass wenn zwei Beobachter Messungen an den beiden Photonen durchführen, jeder der beiden nicht sofort feststellen kann, welche Polarisationsrichtung der jeweils andere Beobachter misst. Erst wenn sich beide nach Abschluss der Messreihe treffen, können sie ihre Resultate vergleichen und Korrelationen feststellen.

Ich würde "instantan" übrigens NICHT mit "überlichtschnell" synomisieren - "instantan" steht für mich für "jenseits der Zeit".

Das ist schön für dich, was du tun würdest, ändert aber gar nichts daran, dass instantan augenblicklich, also ohne Zeitverzug, bedeutet. Eine instantane Signalübertragung wäre also eine, die unendlich schnell ist, also auch schneller als das Licht.