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[quote="Maddin01"]Die Thermal Interpretation klingt doch wirklich sehr vielversprechend. Es bleibt spannend, wie sich die Sache weiter entwickeln wird. Und falls man es irgendwann schafft, sie Gravitation mit in eine Theorie mit einzubinden: vielleicht verschwindet dann auch wieder die Unschärfe und die Werte werden exakt? Auch das bleibt spannend. Denn wie gesagt: angenommen, ich beobachte einen makroskopischen Körper und beobachte ihn einen kurzen Augenblick erneut, worauf er auf einmal nicht mehr da ist (da alle Atome auf einmal delokalisiert sind). Sowas wurde garantiert noch nie beobachtet. Und würde das nicht theoretisch auch der Chemie widersprechen? Es müssten ja alle Atombindungen quasi für diesen Augenblick verflüchtigt sein...und kann mein gedankliches Szenario so überhaupt theoretisch funktionieren? Oder verstehe ich dort auch schon etwas falsch? Oder bleibt ein makroskopischer Körper der ersten Messung stabil (mit Dekohärenzeffekten)? Tut mir Leid für diese doch sehr laienhaften Bilder und Fragen, aber ich dachte, hier will ich nochmal nachhaken.[/quote]
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Jojo123
Verfasst am: 05. Jul 2024 17:48
Titel:
Okay, also erstmal danke für deine Hilfe!
Also eigentlich sagt mir das, dass ein makroskopischer Körper doch nicht einfach verschwinden kann, weil sich gerade alle Atome auf einmal irgendwo befinden (wie gesagt, dies würde ja auch der Chemie widersprechen, dass sich plötzlich einfach so alle Bindungen auflösen).
Dies war das Zitat aus dem Forum, was mich zum Nachdenken brachte:
Zitat:
Jojo123 hat Folgendes geschrieben:
könnte es dann rein theoretisch sein, dass ich zb. meine Kaffeetasse erst am Küchentisch beobachte und sie aber bei der nächsten Beobachtung dort nicht mehr steht?
Im Prinzip schon, aber es ist beliebig unwahrscheinlich. Ähnliche Phänomene gibt es auch in der Thermodynamik. Es ist z.B. möglich, dass Du erstickst, weil sich alle Sauerstoffmoleküle zufällig in der anderen Hälfte Deines Zimmers versammeln. Das ist aber so extrem unwahrscheinlich, dass es praktisch nie passieren wird. Die spontane Teleportation Deiner Kaffeetasse ist noch wesentich unwahrscheinlicher. Nicht einmal einzelene Atome sind (gemessen an ihrer Größe) nennenswert delokalisiert.
Jakito
Verfasst am: 05. Jul 2024 01:57
Titel:
Jojo123 hat Folgendes geschrieben:
Was ich mich nur frage: wie könnte dann zb ein Objekt von jetzt auf gleich delokalisiert sein?
Was heißt schon "von jetzt auf gleich"? Eine gewisse Zeit kann die Delokalisierung schon brauchen.
Zitat:
Werden dann zb einfach alle Atombindungen meines Bleistifts, der hier vor mir liegt, schlagartig aufgebrochen und die Materie ist sonst wo verteilt?
Nein, denn das würde ja Energie benötigen. Und die Entropie würde sich wohl auch ein wenig zu schlagartig ändern.
Zitat:
Würde das nicht auch der Chemie widersprechen?
Gute Frage.
Vielleicht ist es hilfreich, sich zunächst mal ein von außen in einen Festkörper reingeschossenes Elektron anzuschauen, wie und warum es sich delokalisiert, wenn es thermalisiert:
https://www.physikerboard.de/ptopic,398828.html#398828
Jakito hat Folgendes geschrieben:
Und weil die elektrische Ladung sowohl erhalten bleibt, quantisiert ist, und zwar aus mikroskopischer Sicht ordentlich grob, bekommt man sogar eher das gegenteilige Problem: wie schaffen es Elektronen, beim Thermalisieren ihren Punktteilchen Charakter zu verlieren, ohne dabei die Quantisierung der Ladung zu verletzen?
Eine "intuitive" Erklärung ist, dass die Quantisierung des elektromagnetischen Feldes dazu führt, dass die "Punktposition" der Ladung unscharf wird, weil gar nicht mehr genug Energie vorhanden ist, als dass die exakte Punktposition Auswirkungen auf irgendwelche Interaktionen haben könnte.
Wieso sollten die Atome in einem Molekül oder Festkörper nicht ein ähnliches Schicksal erleiden? Gute Frage. Aber wenn man z.B. Helium Atome stark genug abkühlt, dann delokalisieren die auch, und es kommt zu Superfluidität. Aber ab einer "Schwellwert"-Temperatur ändert sich dass, und dann scheint zumindest die "Annahme" der Lokalisation in keinerlei Widerspruch mehr zu den Beobachtungen zu stehen. Aber wieso? Ich weiß es nicht.
Jojo123
Verfasst am: 04. Jul 2024 20:30
Titel:
Ich meinte eigentlich folgenden Beitrag:
Zitat:
Im Rahmen der Quantenmechanik sind für einfache Systeme, Tunnelwahrscheinlichkeiten ungleich null berechenbar sowie indirekt messbar (für den direkten Nachweis muss ich recherchieren). Ein prominentes Beispiel kennt man im Zusammenhang mit der Fusion von Atomkernen.
Überträgt man diese einfachen Modelle in trivialer Weise auf makroskopischen Skalen, so erhält man ebenfalls Tunnelwahrscheinlichkeiten ungleich null. Dies ist jedoch problematisch: die einfache Übertragung betrachtet kein gebundenes System bestehend aus mikroskopischen quantenmechanischen Freiheitsgraden, man setzt vielmehr die Masse des tunnelnden Teilchens auf einen makroskopischen Wert. Daraus resultiert – zurecht – der Einwand, dieser Ansatz sei völlig unrealistisch, das Ergebnis sinnlos.
Stattgegeben.
Der Einwand ist jedoch, dass es überhaupt nicht darum ging, zu beweisen, dass derartige Prozesse gemäß der Quantenmechanik stattfinden können, sondern zu diskutieren, inwieweit das Falsifikationsprinzip hier greift. Es greift aus praktischen Überlegungen nicht!
Dazu müsste man erstens ein realistisches Modell formulieren – ich wüsste nicht, dass ein solches bekannt ist – man müsste es zweitens lösen, und aus dieser Lösung müsste sich drittens für die Tunnelwahrscheinlichkeit ein Wert von exakt null ergeben. Solange nun all dies nicht gegeben ist, ist auch die gegenteilige Hypothese, derartige Prozesse wären gemäß der Quantenmechanik unmöglich, nicht falsifizierbar.
Darüber hinaus ist zumindest die erste Hypothese rein praktisch nicht überprüfbar, da die Tunnelwahrscheinlichkeit so extrem klein ist, dass auch viele Experimente auf allen bewohnbaren Planeten des sichtbaren Universums über viele Alter des Universums nicht ausreichen, um eine zumindest statistisch verlässliche Aussage zu gewinnen.
Zitat:
Es ging dabei um das Argument mit dem "Schwellwert": Wenn es einen "Schwellwert" gäbe, ab dem die Physik anders ist, dann wäre dieser "Schwellwert" experimentell messbar. Der Punkt war aber, dass dies für Wahrscheinlichkeiten nicht gilt, wenn man es richtig/geschickt macht: Statt die Vorhersage ab einem Schwellwert "rauschfrei" zu machen, gibt man stattdessen allen Messungen "ein Grundrauschen" mit.
Okay, alles klar. Aber selbst dann könnte ich nicht die MWI testen, da wir immer nur eine Welt beobachten können.
Zitat:
Was daraus im allgemeinen aber nicht folgt ist: "bleiben Objekte, die lokalisiert wurden, eindeutig lokalisiert"
Was ich mich nur frage: wie könnte dann zb ein Objekt von jetzt auf gleich delokalisiert sein? Werden dann zb einfach alle Atombindungen meines Bleistifts, der hier vor mir liegt, schlagartig aufgebrochen und die Materie ist sonst wo verteilt?
Würde das nicht auch der Chemie widersprechen?
Jakito
Verfasst am: 04. Jul 2024 18:31
Titel:
Jojo123 hat Folgendes geschrieben:
Also im Grunde ist das ja eine ähnliche These, wie sie hier neulich Prof. Neumeier zum Thema makroskopisches Tunneln angeführt hat. Wie auch weiter oben beschrieben.
Du meinst vermutlich den folgenden Beitrag:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Konstruiert man lokalisierte Wellenpakete (die nun bzgl. der Energie nicht mehr exakt scharf sind)
so kann man zeigen, dass diese mit der Zeit "zerfließen", d.h. dass f zeitabhängig sein muss und mit der Zeit breiter wird; ein zunächst sehr gut lokalisiertes Atom bleibt demnach nicht gut lokalisiert.
Proton und Elektron sind und bleiben gemäß psi
relativ zueinander
lokalisiert. Allerdings fällt psi exponentiell ab, wird also nirgendwo exakt Null.
Für einfache Modelle kann man zeigen, dass unter Berücksichtigung der Dekohärenz kein "Zerfließen" stattfindet.
Dieses "kein Zerfließen stattfindet" ist wohl vor allem im Sinne des Quanten-Zeno-Effekts zu verstehen: Wenn eine bestimmte Quanteneigenschaft permanent gemessen wird, dann kann sie sich kaum ändern, und wird dadurch quasi eingefroren. Mit Hilfe der Dekohärenz wird also ein Messprozess modeliert. Wenn man dabei in einem einfachen Model eine permanente Messung beschreibt (also eine laufend wiederholte Messung, kontinuierlich oder nach winzigen Zeitintervallen), dann zerfließt halt nichts mehr.
Was daraus im allgemeinen aber nicht folgt ist: "bleiben Objekte, die lokalisiert wurden, eindeutig lokalisiert"
Jojo123 hat Folgendes geschrieben:
Warum übrigens die Mwi durch solch ein Ereignis, was makroskopisch eigentlich nicht vorkommen sollte und dann doch vorkommen würde, testbar wird, ist mir ein Rätsel. Ich halte die verschiedenen Interpretation für prinzipiell nicht testbar, somit bleibt es Philosophie.
Es ging dabei um das Argument mit dem "Schwellwert": Wenn es einen "Schwellwert" gäbe, ab dem die Physik anders ist, dann wäre dieser "Schwellwert" experimentell messbar. Der Punkt war aber, dass dies für Wahrscheinlichkeiten nicht gilt, wenn man es richtig/geschickt macht: Statt die Vorhersage ab einem Schwellwert "rauschfrei" zu machen, gibt man stattdessen allen Messungen "ein Grundrauschen" mit.
Jojo123
Verfasst am: 04. Jul 2024 17:25
Titel:
Also im Grunde ist das ja eine ähnliche These, wie sie hier neulich Prof. Neumeier zum Thema makroskopisches Tunneln angeführt hat. Wie auch weiter oben beschrieben.
Warum übrigens die Mwi durch solch ein Ereignis, was makroskopisch eigentlich nicht vorkommen sollte und dann doch vorkommen würde, testbar wird, ist mir ein Rätsel. Ich halte die verschiedenen Interpretation für prinzipiell nicht testbar, somit bleibt es Philosophie.
Jakito
Verfasst am: 04. Jul 2024 15:40
Titel:
Jojo123 hat Folgendes geschrieben:
In dem damaligen Thema hieß es, dass theoretisch auch makroskopische Körper von einem auf den anderen Moment vollständig verschwinden können. Auch wenn es höchst unwahrscheinlich ist.
kered rettop (Derek Potter) hat Anfang diese Jahres Widerspruch provoziert, als er einen großen Unterschied zwischen "höchst unwahrscheinlich" und "unmöglich" machen wollte:
gentzen hat Folgendes geschrieben:
If an amplitude of 10^-1000 leads to totally different conclusions than an amplitude which is exactly zero, then the corresponding interpretation has robustness issues.
Die direkte Widerrede beantwortete er mit einer Unterscheidung zwischen "slightly flaky
experimental
data" und "predicted frequencies in an idealised model":
https://www.physicsforums.com/threads/multiverse-theory-why-dont-strange-things-happen-here-sometimes.1054972/post-6988085
kered rettop hat Folgendes geschrieben:
The point being, of course, that MWI worlds often have unimaginably small amplitudes, and if there were a threshold, MWI would be easily testable - as the universe (or our rational response to it) would change dramatically when the threshold was reached.
https://www.physicsforums.com/threads/multiverse-theory-why-dont-strange-things-happen-here-sometimes.1054972/post-6988378
gentzen hat Folgendes geschrieben:
I guess you try to apply the threshold too naively, namely by setting the amplitudes smaller than the threshold to 0. But that would still have robustness issues, as you point out. What one does in practice (of robust statistics) is rather the opposite, namely to treat all values smaller than the "bound" in the same way as the value of the bound itself. A typical example for this strategy is
https://en.wikipedia.org/wiki/Huber_loss
In this way, everything stays continuous, and your "if there were a threshold, MWI would be easily testable" objction is avoided.
kered rettop hat Folgendes geschrieben:
But anyway, you seem to be talking about statistical techniques that "add robustness" to slightly flaky
experimental
data. Experimental data may contain outliers which have nothing to do with the thing you're trying to quantify: experimental errors, equipment malfunction, unhandled noise and so on. Not to mention plugs falling out. But in this case we're considering predicted frequencies in an idealised model so those things do not apply.
Überzeugender war anscheinend die indirekte Gegenrede, die konkrete Beispiele von Interpretationen und Vorhersagen anführte, die tatsächlich unfreiwillig einen großen Unterschied zwischen "höchst unwahrscheinlich" und "unmöglich" machen:
kered rettop hat Folgendes geschrieben:
It's hard to see why small numbers should entail robustness issues. Unless you refer it to some other state, an amplitude in QM is meaningless.
https://www.physicsforums.com/threads/yakir-aharonovs-time-symmetric-formulation-of-quantum-mechanics.1059038/post-6988373
gentzen hat Folgendes geschrieben:
Even so the bound
for the number
of histories
with non-zero probability is interesting, it suffers from the fact that even negligibly small eigenvalues of
and
contribute to the left-hand-side, and histories
with negligibly small probability contribute to the right-hand-side. More robust and useful would be a bound on the entropy of the probabilities of possible sets of histories.
Jojo123 hat Folgendes geschrieben:
Nun habe ich nach dem Lesen dieses Themas hier den Eindruck, dass sich diese Situation nicht ergeben kann, da durch Dekohärenz und andere Effekte solch eine Delokalisation nicht mehr auftreten kann. Oder habe ich etwas falsch verstanden?
Nun ja, auch bei der von
kered rettop provozierten
Diskussion gab es den Widerspruch, dass er gar nicht bewiesen habe, dass es tatsächlich eine von Null verschiedene Wahrscheinlichkeit für das "unmögliche" makroskopische Verhalten gibt. Aber hier wie dort hat die Gegenseite ebenfalls nicht bewiesen, dass die Wahrscheinlichkeit tatsächlich exakt Null ist.
Mir erscheint es erfolgsversprechender, die Frage zu beantworten, was der Vergleichsmaßstab ist, um eine Wahrscheinlichkeit als zu klein betrachten zu dürfen, damit es keinen relevanten Unterschied zu "unmöglich" mehr gibt. Die erfolgreichere Gegenrede oben hat implizit vorgeschlagen, diesen Vergleichmaßstab aus der Entropie abzuleiten.
Jojo123 hat Folgendes geschrieben:
Wie verhält sich das zudem mit den Eigenzuständen? So wie ich das hier verstanden habe, bleiben Objekte, die lokalisiert wurden, eindeutig lokalisiert.
Richtig?
Selbst falls dies irgendwer behauptet haben sollte, bleibt diese Aussage natürlich falsch.
Jojo123
Verfasst am: 03. Jul 2024 21:16
Titel:
Guten Abend,
ich habe hier nach längerem mal wieder gelesen und dieses Thema hier entdeckt. Vor einiger Zeit habe ich mal eine ähnliche Frage hier gestellt (physikerboard.de/htopic,67069,delokalisiert.html).
In dem damaligen Thema hieß es, dass theoretisch auch makroskopische Körper von einem auf den anderen Moment vollständig verschwinden können. Auch wenn es höchst unwahrscheinlich ist.
Nun habe ich nach dem Lesen dieses Themas hier den Eindruck, dass sich diese Situation nicht ergeben kann, da durch Dekohärenz und andere Effekte solch eine Delokalisation nicht mehr auftreten kann. Oder habe ich etwas falsch verstanden?
Wie verhält sich das zudem mit den Eigenzuständen? So wie ich das hier verstanden habe, bleiben Objekte, die lokalisiert wurden, eindeutig lokalisiert.
Richtig?
Maddin01
Verfasst am: 20. Jun 2024 23:50
Titel:
Wow, interessante Diskussionen, die hier geführt wurden, insbesondere die mit Prof. Neumaier!
Nachdem ich mir deinen letzten Beitrag, also die Zusammenfassung durchgelesen habe, denke ich immer mehr, dass die Quantenmechanik eigentlich nicht die klassische Physik innerhalb von ihrem Gültigkeitsbereich beschneiden tut.
Was ich hierzu noch fragen will: in dem letzten Link (hier aus dem Forum), den ich heute morgen gepostet habe, findet man folgende Aussagen:
Zitat:
Zitat:
Kann es nicht sein, das die makroskopisch erschafffenen Dinge plötzlich auseinander fallen?
Das ist eine Folgerung aus der Quantenmechanik. Aber wie gesagt: Die Wahrscheinlichkeit ist gering.
Lässt die Quantenmechanik es wirklich zu, dass makroskopische Körper einfach so zerfallen können? Falls ja, welche Prozesse soll dies ermöglichen?
Das keine Delokalisierung effektiv im makroskopischen mehr Auftritt, hatten wir ja schon...
TomS
Verfasst am: 20. Jun 2024 19:50
Titel:
Wir hatten dazu kürzlich eine recht kontrovers Diskussion im Kontext des Falsifikationsprinzips nach Popper. Im folgenden eine hoffentlich ausgewogene Zusammenfassung.
Im Rahmen der Quantenmechanik sind für einfache Systeme, Tunnelwahrscheinlichkeiten ungleich null berechenbar sowie indirekt messbar (für den direkten Nachweis muss ich recherchieren). Ein prominentes Beispiel kennt man im Zusammenhang mit der Fusion von Atomkernen.
Überträgt man diese einfachen Modelle in trivialer Weise auf makroskopischen Skalen, so erhält man ebenfalls Tunnelwahrscheinlichkeiten ungleich null. Dies ist jedoch problematisch: die einfache Übertragung betrachtet kein gebundenes System bestehend aus mikroskopischen quantenmechanischen Freiheitsgraden, man setzt vielmehr die Masse des tunnelnden Teilchens auf einen makroskopischen Wert. Daraus resultiert – zurecht – der Einwand, dieser Ansatz sei völlig unrealistisch, das Ergebnis sinnlos.
Stattgegeben.
Der Einwand ist jedoch, dass es überhaupt nicht darum ging, zu beweisen, dass derartige Prozesse gemäß der Quantenmechanik stattfinden können, sondern zu diskutieren, inwieweit das Falsifikationsprinzip hier greift. Es greift aus praktischen Überlegungen nicht!
Dazu müsste man erstens ein realistisches Modell formulieren – ich wüsste nicht, dass ein solches bekannt ist – man müsste es zweitens lösen, und aus dieser Lösung müsste sich drittens für die Tunnelwahrscheinlichkeit ein Wert von
exakt
null ergeben. Solange nun all dies nicht gegeben ist, ist auch die gegenteilige Hypothese, derartige Prozesse wären gemäß der Quantenmechanik unmöglich, nicht falsifizierbar.
Darüber hinaus ist zumindest die erste Hypothese rein praktisch nicht überprüfbar, da die Tunnelwahrscheinlichkeit so extrem klein ist, dass auch viele Experimente auf allen bewohnbaren Planeten des sichtbaren Universums über viele Alter des Universums nicht ausreichen, um eine zumindest statistisch verlässliche Aussage zu gewinnen.
Man kann nun beide Hypothesen aufgrund anderweitiger Überlegungen propagieren oder kritisieren, das ändert jedoch nichts daran, dass sie sich einer experimentellen Überprüfung aus praktischen Gründen entziehen, d.h. die eine Hypothese ist genauso wenig überprüfbar wie die andere. Darauf wollte ich hinaus.
Maddin01
Verfasst am: 20. Jun 2024 08:23
Titel:
physikerboard.de/topic,63926,-quantenphysikeffekte.html
Oder zb hier, dort hatte jemand ähnliche Gedanken wie ich.
Maddin01
Verfasst am: 20. Jun 2024 07:51
Titel:
Achse, nochmal dazu, warum ich hier den Eindruck bekam, die klassische Physik sei eine halbe Illusion (da ja nach einem Zitat gefragt wurde): habe hier zb ein Thema gefunden, in dem behauptet wird, man könnte einen Stein durch eine Wand durchtunneln.
Dies würde der klassischen Physik komplett widersprechen...
Maddin01
Verfasst am: 19. Jun 2024 12:16
Titel:
Super. Dann war wohl die Auffassung, dass die klassische Physik als zum Teil illusorisch neben der Quantenmechanik erscheint, völlig fehl.
TomS
Verfasst am: 19. Jun 2024 08:34
Titel:
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Okay, dann gehe ich mal davon aus, dass bei allem makroskopischen keine Delokalisation mehr vorkommt 👍🏻
Unter den oben gennannten Annahmen.
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Analog dazu ergibt sich dann zb auch ein Drehimpuls eine makroskopischen Körpers, den ich auch nach der Messung zuordnen darf?
Auch das sehe ich sehr ähnlich.
Es handelt sich um komplexe Vielteilchensysteme, für die man geeignete Lösungen finden muss. Es gibt zig andere Beispiele, für die wir ebenfalls keine Lösung kennen, jedoch davon überzeugt sind, diese im Rahmen der Quantenmechnaik (oder Quantenfeldtheorie) finden zu können.
Maddin01
Verfasst am: 18. Jun 2024 22:23
Titel:
Okay, dann gehe ich mal davon aus, dass bei allem makroskopischen keine Delokalisation mehr vorkommt 👍🏻 Analog dazu ergibt sich dann zb auch ein Drehimpuls eine makroskopischen Körpers, den ich auch nach der Messung zuordnen darf?
TomS
Verfasst am: 18. Jun 2024 18:35
Titel:
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Zu 1.: ich dachte eigentlich, dass theoretisch auch eine Atombindung delokalisiert sein kann? Aber das ist nur noch alles altes Halbwissen aus der Schulzeit bei mir, ich lasse mich gerne eines besseren belehren!
Siehe oben für ein Wasserstoffatom:
Speziell für den Fall exakt scharf definierter Energie ist der Schwerpunkt R eines einzelnen isolierten Atoms völlig delokalisiert.
Konstruiert man lokalisierte Wellenpakete (die nun bzgl. der Energie nicht mehr exakt scharf sind)
so kann man zeigen, dass diese mit der Zeit "zerfließen", d.h. dass f zeitabhängig sein muss und mit der Zeit breiter wird; ein zunächst sehr gut lokalisiertes Atom bleibt demnach nicht gut lokalisiert.
Proton und Elektron sind und bleiben gemäß psi
relativ zueinander
lokalisiert. Allerdings fällt psi exponentiell ab, wird also nirgendwo exakt Null.
Für einfache Modelle kann man zeigen, dass unter Berücksichtigung der Dekohärenz kein "Zerfließen" stattfindet.
Ich weiß nicht, ob derartige Berechnungen auch für komplizierte Moleküle durchführbar sind.
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Zu 2.: wenn sich die Thermal Interpretation durchsetzen könnte bzw diese anerkannt werden würden, wäre das schon eine Sensation. Mich würde es freuen, denn die Shut Up Variante finde ich ebenso wie die Viele Welten unbefriedigend.
👍
Maddin01
Verfasst am: 18. Jun 2024 18:10
Titel:
Zu 1.: ich dachte eigentlich, dass theoretisch auch eine Atombindung delokalisiert sein kann? Aber das ist nur noch alles altes Halbwissen aus der Schulzeit bei mir, ich lasse mich gerne eines besseren belehren!
Zu 2.: wenn sich die Thermal Interpretation durchsetzen könnte bzw diese anerkannt werden würden, wäre das schon eine Sensation. Mich würde es freuen, denn die Shut Up Variante finde ich ebenso wie die Viele Welten unbefriedigend.
TomS
Verfasst am: 18. Jun 2024 09:16
Titel:
Der Körper als gebundenes System bleibt stabil aufgrund der Bindungseffekte. Auch einzelne nicht-gebundene Subsysteme werden aufgrund der Dekohärenz fortwährend lokalisiert.
Das ist der Punkt, den ich oben unter 1. angesprochenen hatte, und den man als gelöst ansehen darf.
Das Problem war 2., dass im Falle von mikroskopischen Superpositionen diese Lokalisierung zwar fortwährend stattfindet, jedoch
nicht eindeutig
. Gemäß Dekohärenz und "viele-Welten-Interpretation" resultieren im obigen Beispiel
mehrere
jeweils lokalisierte, für sich betrachtet klassisch erscheinende Kugeln, die "wechselseitig füreinander unsichtbar sind". Das steht nicht im Widerspruch zur Beobachtung, jedoch im Widerspruch zu unserer Meinung, dass es so etwas nicht geben darf.
Zur "viele-Welten-Interpretation" gibt es diverse Kritikpunkte, aber dass sie zu unserer Meinung im Widerspruch steht, ist sicher kein valider Einwand. Die Thermal Interpretation erklärt nun, dass das, was angeblich mathematisch ableitbar ist – die vielen jeweils einzeln betrachtet klassischen Kugeln – nur aus der unzulässigen Anwendung eines zu simplen mathematischen Modells stammt, und dass man bei einem vernünftigen mathematischen Modell auch nur eine Kugel erhält.
Maddin01
Verfasst am: 18. Jun 2024 07:35
Titel:
Die Thermal Interpretation klingt doch wirklich sehr vielversprechend. Es bleibt spannend, wie sich die Sache weiter entwickeln wird.
Und falls man es irgendwann schafft, sie Gravitation mit in eine Theorie mit einzubinden: vielleicht verschwindet dann auch wieder die Unschärfe und die Werte werden exakt? Auch das bleibt spannend.
Denn wie gesagt: angenommen, ich beobachte einen makroskopischen Körper und beobachte ihn einen kurzen Augenblick erneut, worauf er auf einmal nicht mehr da ist (da alle Atome auf einmal delokalisiert sind). Sowas wurde garantiert noch nie beobachtet.
Und würde das nicht theoretisch auch der Chemie widersprechen? Es müssten ja alle Atombindungen quasi für diesen Augenblick verflüchtigt sein...und kann mein gedankliches Szenario so überhaupt theoretisch funktionieren? Oder verstehe ich dort auch schon etwas falsch? Oder bleibt ein makroskopischer Körper der ersten Messung stabil (mit Dekohärenzeffekten)?
Tut mir Leid für diese doch sehr laienhaften Bilder und Fragen, aber ich dachte, hier will ich nochmal nachhaken.
TomS
Verfasst am: 17. Jun 2024 16:02
Titel:
Das – zusammen mit der Thermal Interpretation – wäre der Abschluss einer fast einhundertjährigen Suche.
Edit – wie oben angemerkt ist die Zusammenführung von Quantentheorie und Gravitation noch ein ziemlich weißer Fleck, so dass sich da vieles ändern könnte.
Maddin01
Verfasst am: 17. Jun 2024 15:23
Titel:
Ein in "extrem guter Näherung ausgeschlossen " ist doch such schon mal was. Das sollte doch dann die klassischen Eigenschaften erklären.
TomS
Verfasst am: 17. Jun 2024 14:54
Titel:
Sorry, ich habe das evtl. blöd formuliert.
"Sehr scharf" heißt nicht "exakt scharf".
Zumindest nach den gängigen Modellen und der Dekohärenz erhält man m.M.n. kein "exakt scharf" bzw. kein "vollständig ausgeschlossen" sondern immer nur ein "in extrem guter Näherung ausgeschlossen".
Man müsste zeigen können, dass z.B. bestimmte Wahrscheinlichkeiten wirklich exakt verschwinden, aber ich denke nicht, dass man das kann.
Maddin01
Verfasst am: 17. Jun 2024 12:32
Titel:
Zitat:
Dass der Ort (und die Form) eines mikroskopischen Körpers sehr scharf definiert sind und auch bleiben, ist ziemlich gut verstanden. Dies ist im wesentlichen eine Konsequenz der Dekohärenz, wobei die kontinuierliche Wechselwirkung zwischen dem Körper sowie unbeobachtbaren Umgebungsfreiheitsgraden – Gasmoleküle, thermische Photonen, beide auch im Hochvakuum – für diese ständige Lokalisierung sorgen. Außerdem spielt natürlich die Bindung mikroskopischer Freiheitsgrade zu einen makroskopischen Körper eine Rolle, d.h. es ist energetisch günstiger, dass z.B. Atome gebunden bleiben und nicht spontan verdampfen.
Okay, dann habe ich wohl immer etwas falsch verstanden. Ich dachte, ein Elektron eines Atoms könnte auch mit einer sehr kleinen Wahrscheinlichkeit sich sehr weit weg vom Kern befinden. Deshalb dachte ich, dass womöglich, auch wenn sehr unwahrscheinlich, Körper bei wiederholter Beobachtung im schlimmsten Fall auf einmal an einem anderen Ort sein könnten. Dann habe ich das schon mal komplett falsch verstanden, oder?
Wenn also ein Körper lokalisiert wurde, bleibt er das auch, oder?
TomS
Verfasst am: 17. Jun 2024 11:12
Titel:
Missverständnisse kann man klären.
Evtl. habe ich auch dich falsch verstanden, ich höre gerne zu.
377 Ohm
Verfasst am: 17. Jun 2024 11:03
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Da hast du mich falsch verstanden.
Was dem einen als einzig gangbarer Weg erscheint, steckt für den anderen voller Widersprüche. Ich denke, die weitere Diskussion hat wenig Sinn. Let's agree to disagree. :-)
TomS
Verfasst am: 17. Jun 2024 08:46
Titel:
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Zitat:
1. Dass die möglichen Werte für Ort und Impuls des Schwerpunkts eines makroskopischen Körpers sehr scharf definiert sind, ist gut verstanden.
2. Dass von diesen möglichen Werten genau einer tatsächlich realisiert ist, dass der Ort also eindeutig ist, ist dagegen eine offene Frage.
Das klingt ja eigentlich schon mal alles recht spannend. Kann ich also davon ausgehen, dass zb die Unschärfe eines makroskopischen Körpers für den Ort im Bereich der Messtoleranz liegt, also hinreichend klein ist?
Oder wäre es tatsächlich möglich, dass zb der Ort solch eine große Unschärfe besitzt, sodass ein eben noch beobachteter Körper sich nun woanders befindet?
Wie gesagt, wir müssen zwischen 1. und 2. unterscheiden.
1. Dass der Ort (und die Form) eines mikroskopischen Körpers sehr scharf definiert sind und auch bleiben, ist ziemlich gut verstanden. Dies ist im wesentlichen eine Konsequenz der Dekohärenz, wobei die kontinuierliche Wechselwirkung zwischen dem Körper sowie unbeobachtbaren Umgebungsfreiheitsgraden – Gasmoleküle, thermische Photonen, beide auch im Hochvakuum – für diese ständige Lokalisierung sorgen. Außerdem spielt natürlich die Bindung mikroskopischer Freiheitsgrade zu einen makroskopischen Körper eine Rolle, d.h. es ist energetisch günstiger, dass z.B. Atome gebunden bleiben und nicht spontan verdampfen.
2. Das bis heute nicht vollständig gelöste Messproblem der Quantenmechanik besteht in folgendem: Betrachten wir ein Messgerät, dass ein Photon detektiert, das sich in einem Superpositionszustand aus rechts- und linkszirkular polarisiert befindet. Gemessen wird die Polarisation, d.h. rechts- bzw. linkszirkular polarisiert. In Abhängigkeit vom detektierten Zustand wird eine makroskopische Aktion auslöst, zum Beispiel lässt das Gerät eine Kugel entsprechend nach rechts bzw. nach links rollen. Gemäß der verbreiteten Ansicht zur Quantenmechanik überträgt sich die Superposition der Polarisation des Photons – womit niemand ein Problem hat – auf eine makroskopische Superposition zweier Zustände der Kugel, d.h. diese befindet sich
sowohl rechts als auch links
, nicht jedoch entweder rechts oder links. Beide Positionen sind dabei scharf definiert, dafür sorgt wieder die Dekohärenz. Damit haben wir nun ein massives Problem, denn etwas derartiges beobachten wir nicht.
Dazu gibt es nun eine Vielzahl von Lösungsansätzen. Hier einige wesentliche:
Gemäß einer
stochastische Interpretation
beschreibt die Quantenmechanik nicht das, was in einem einzelnen System tatsächlich geschieht, sie beschreibt lediglich die Wahrscheinlichkeiten für Ereignisse in einem realen oder gedachten Ensemble sehr vieler identisch präparierter Systeme. In diesem Sinne sind die Vorhersagen der Quantenmechanik korrekt, jedenfalls ist kein einziges Gegenbeispiel bekannt. Anhänger dieser Denkrichtung bestreiten insbesondere, dass es sinnvoll ist, vom Verhalten eines Systems zu sprechen, insofern man es nicht beobachtet bzw. misst. Gemäß dieser dem logischen Positivismus nahestehenden Interpretation ist das Messproblem, ein Scheinproblem, das sich in Luft auflöst, sobald wir akzeptieren, dass die Quantenmechanik lediglich ein Instrument zur Berechnung von möglichen Messergebnissen und deren Wahrscheinlichkeiten darstellt, keine treue Beschreibung einer tatsächlichen objektiven Realität unabhängig von Beobachtungen. Diese Auffassung ist – oft unausgesprochen – auch heute noch der Minimalkonsens in der Lehre, insbs. wenn es um die praktische Anwendung der Quantenmechanik geht.
Dieser Ansatz wurde jedoch bereits in den Anfangsjahren kritisiert, da viele Physiker – damals zuforderst Einstein – die Auffassung vertraten und bis heute vertreten, dass die Physik und damit die Quantenmechanik leine Beschreibung der tatsächlich stattfindenden Vorgänge in einer von uns und unseren Beobachtungen unabhängigen, d.h. objektiven Realität liefern soll.
Eine heute maßgebliche Interpretation der Quantenmechanik – jedoch mit durchaus bizarren Konsequenzen – stellt die so genannte
Viele-Welten-Interpretation
nach Everett dar, die insbs. aufgrund der oben genannten Dekohärenz zumindest mathematisch plausibel erscheint. Aus dieser folgt nämlich, dass die beiden Komponenten der Wellenfunktion für die nach rechts sowie die nach links rollende Kugel einschließlich eines Beobachters, der einmal die nach rechts und ein anderes Mal die nach links rollende Kugel beobachtet, nicht mehr miteinander interferieren, jeweils für sich stabil sind (siehe oben 1.), sowie wechselweise unbeobachtbar sind. D.h. die bizarr erscheinende Annahme, dass beides gleichermaßen real ist, führt nicht zu einem Widerspruch mit der Beobachtung. Der Begriff "viele Welten" ist dabei unglücklich gewählt, da hier keineswegs aus dem Nichts neue Welten entstehen, sondern sich innerhalb der einen Welt sozusagen Strukturen auffächern, die sich wechselweise der Beobachtung entziehen. Man akzeptiert sozusagen eine theoretische Vorhersage als makroskopisch real, womit man in einer mikroskopischen Realität ohnehin kein Problem hat.
Eine recht neuer, hochinteressanter jedoch noch wenig bekannter Ansatz ist die
Thermal Interpretation
von Prof. Neumaier, die wir hier kürzlich mit ihm diskutieren durften. Im Kern vertritt er die Ansicht, dass es sich bei der verbreiteten Ansicht, die Superposition der Polarisation des Photons übertrage sich auf eine makroskopische Superposition der Kugel und des Beobachters, um einen Trugschluss handelt. Das verbreitete Missverständnis besteht ihmzufolge darin, dass man fälschlicherweise für das System "Photon + Messgerät + Kugel + Beobachter + Umgebung" von einer linearen Zeitentwicklung gemäß der Schrödingergleichung ausgeht, die aufgrund dieser Linearität derartige Superpositionen liefert. Die Schrödingergleichung gilt jedoch ausschließlich für abgeschlossene Systeme, für nicht isolierte, reale Systeme muss sie durch
nicht-lineare, stochastische Gleichungen
ersetzt werden. Das stochastische Element stellt dabei kein objektives Element der Natur dar sondern ist lediglich unserem Nichtwissen über den vollständigen mikroskopischen Zustand von Messgerät etc. geschuldet; hätten wir darüber vollständige Kenntnis, so wäre der Ausgang der Messung in jedem Einzelfall exakt berechenbar; der Zufall kommt also ähnlich ins Spiel wie im Falle des deterministischen Chaos in der klassischen Mechanik. Die Nicht-Linearität der Gleichungen sorgt nun dafür, dass im Zuge der Wechselwirkung des Photons mit dem Messgerät Letzteres in einen eindeutigen, stabilen Zustand gelangt, d.h. die Kugel rollt tatsächlich entweder nach rechts oder nach links – die Superposition aus beidem tritt nicht auf; viele angeblich bizarre Eigenschaften der Quantenmechanik wären demzufolge lediglich die Konsequenz unzulässiger Modellannahmen.
Im Gegensatz zu anderen Interpretationen der Quantenmechanik fordert Neumaier also dazu auf, für konkrete physikalische Systeme genügend präzise Modelle zu konstruieren und für diese zu zeigen, dass kein derartig bizarres Verhalten auftritt. Die Quantenmechanik wäre demzufolge eine recht gewöhnliche physikalische Theorie, das Messproblem lediglich ein gewöhnliches physikalisches Problem, es bestünde keine Notwendigkeit einer übergeordneten philosophischen Interpretation. Die o.g. stochastische Interpretation bliebe weiterhin zulässig, so wie auch die statistische Mechanik, wäre jedoch nicht zwingend sondern lediglich Konsequenz einer vereinfachten Betrachtung.
Maddin01
Verfasst am: 16. Jun 2024 22:57
Titel:
Zitat:
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Der Punkt ist ganz einfach: wenn zb in der Quantenmechanik viele Größen mit einer Unschärfe belegt sind, und man den realistischen Anspruch erhebt, die makroskopische Welt kann größtenteils mit der mikroskopischen erklärt werden, dann frage ich mich natürlich schon, warum ich klassisch scharfe Werte und feste Lokalitäten erhalte (die ich auch ohne Messung problemlos annehmen kann).
1. Die Werte sind nicht exakt scharf, die Unschärfe ist nur auf makroskopischen Skalen extrem klein.
2. Feste Lokalität meint wohl nicht nur scharfe sondern auch eindeutige Lokalität.
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Daraus gewann ich den Eindruck, dass womöglich viele klassische Größen und Phänome, vielleicht nur auf dem Gesetz der großen Zahlen beruhen (wenn man es als zusammengesetzes System realistisch betrachtet; je mehr Komponenten beteiligt sind, desto eher mittelt sich der scharfe Wert aus) …
Das weiß man für einige Größen, für andere nicht.
Dass Materialeigenschaften wie Farbe, Leitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität u.v.a.m. sehr geringe Unschärfen aufweisen, ist unstrittig.
1. Dass die möglichen Werte für Ort und Impuls des Schwerpunkts eines makroskopischen Körpers sehr scharf definiert sind, ist gut verstanden.
2. Dass von diesen möglichen Werten genau einer tatsächlich realisiert ist, dass der Ort also eindeutig ist, ist dagegen eine offene Frage.
Das klingt ja eigentlich schon mal alles recht spannend. Kann ich also davon ausgehen, dass zb die Unschärfe eines makroskopischen Körpers für den Ort im Bereich der Messtoleranz liegt, also hinreichend klein ist?
Oder wäre es tatsächlich möglich, dass zb der Ort solch eine große Unschärfe besitzt, sodass ein eben noch beobachteter Körper sich nun woanders befindet?
TomS
Verfasst am: 16. Jun 2024 21:09
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Oh! Warum? Ich habe mich mit Quantenstatistik und quantenfeldtheoretischen Methoden in der Festkörperphysik beschäftigt. Ich hatte nie das Gefühl, dass das sinnlos wäre..
Da hast du mich falsch verstanden.
Ich sagte lediglich, die Diskussion derartiger Fragen
für Einzelsysteme
ist sinnlos, wenn du die Quantenmechanik
rein statistisch
betrachtest (Neumaier unterscheidet dabei auch genau zwischen verschiedenen Arten von Messungen).
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Das eigentliche Problem, aus meiner Sicht, liegt in der Ontologie. Was ist es eigentlich, was die Quantentheorie beschreibt? Sind es Wellenfunktionen? Oder Dichtematrizen?
Die Frage ist doch nicht, ob die Quantentheorie Wellenfunktionen oder Dichtematrizen verwendet, sondern was durch die Wellenfunktion oder die Dichtematrix beschrieben wird – ein Einzelsystem? ein Ensemble?
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Ich würde Eigenschaften nicht irgendwelchen Teilchen oder Feldern zuordnen, sondern sehe das eher als etwas, was wir in bestimmte mikroskopische Prozesse, Ketten von Ereignissen, hineinlesen.
Von welcher Art von Eigenschaften sprichst du?
377 Ohm
Verfasst am: 16. Jun 2024 20:07
Titel:
Oh! Warum? Ich habe mich mit Quantenstatistik und quantenfeldtheoretischen Methoden in der Festkörperphysik beschäftigt. Ich hatte nie das Gefühl, dass das sinnlos wäre.
Das eigentliche Problem, aus meiner Sicht, liegt in der Ontologie. Was ist es eigentlich, was die Quantentheorie beschreibt? Sind es Wellenfunktionen? Oder Dichtematrizen? Das klingt etwa so wie: die klassische Mechanik handelt von Differentialgleichungen. Nicht ohne Grund wollte John Bell in seinem Aufsatz "Against Measurement" auch den Gebrauch des Worts "System" verbieten. Ich würde Eigenschaften nicht irgendwelchen Teilchen oder Feldern zuordnen, sondern sehe das eher als etwas, was wir in bestimmte mikroskopische Prozesse, Ketten von Ereignissen, hineinlesen.
TomS
Verfasst am: 16. Jun 2024 19:31
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Eine stochastische Interpretation halte ich für viel natürlicher.
Das darfst du natürlich tun, nur dann ist die ganze Diskussion zur Erklärung makroskopischer Eigenschaften und Vorgänge auf Basis quantenmechanischer Modelle für Einzelsysteme sinnlos.
377 Ohm
Verfasst am: 16. Jun 2024 18:48
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Was genau ist deiner Meinung nach das Missverständnis bei der Zeitabhängigkeit?
Im Heisenberg-Bild haben die Zustandsvektoren gar keine Zeitabhängigkeit, und es wird direkt die Häufigkeit / Wahrscheinlichkeit eines
Vorgangs
betrachtet, indem ein bra mit einem ket multipliziert wird. "State preparation" und "measurement" zusammen dauern eine gewisse Zeit, und die Theorie gibt Aussagen über die genaue Entwicklung zu jedem Zeitpunkt gar nicht her. Die Idee, dass ein System zu jedem Zeitpunkt eine Wellenfunktion haben muss, die sich gesetzmäßig ändert, wurzelt in einem Newtonischen Weltbild. Eine stochastische Interpretation halte ich für viel natürlicher.
Zitat:
Gesucht ist die Erklärung makroskopischer Phänomene auf Basis der Quantenmechanik. Das gelingt in einigen Fällen, in anderen noch nicht. Ich sehe kein prinzipielles Problem, lediglich ein praktisches.
Ich sehe weder ein prinzipielles noch ein praktisches Problem. Die Theorie ist doch phantastisch erfolgreich! Die Fälle, in denen die Theorie nicht erfolgreich ist, beruhen meiner Meinung nach auf der Überinterpretation der zeitabhängigen Wellenfunktion. Eine stochastische Theorie liefert immer eindeutige Ergebnisse. Manchem mag es nicht gefallen, das einfach zu postulieren. Aber es aus der unitären Entwicklung herleiten zu wollen, halte ich für vergebliche Liebesmüh.
Zitat:
Insofern könnte da schon der Hase im Pfeffer liegen, dass nicht nur die Quantisierung der Gravitation ein Irrweg ist, sondern auch die Annahme einer universell gültigen unitären Zeitentwicklung.
Gratuliere! Der Satz könnte von mir stammen.
Zitat:
Jetzt hängen wir Maddin aber ab.
Ich hoffe, er findet es interessant und vielleicht sogar plausibel.
TomS
Verfasst am: 16. Jun 2024 17:10
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Kannst du mal Zitate nennen, aus denen du diese Ansicht, die klassische Physik … sei eine halbe Illusion, ableitest?
Zitat:
Es gibt jedoch ein zentrales Problem, des eng mit den o.g. Messproblem zusammenhängt bzw. das ein Teilaspekt des Messproblems ist: wie und warum erscheinen klassische Objekte eindeutig lokalisiert? Das ist zumindest in Teilen ungelöst.
Das ist nur ein Problem, wenn man die Quantentheorie nicht als mikroskopische Theorie ansieht und meint, auch makroskopische Objekte prinzipiell durch eine Wellenfunktion beschreiben zu müssen.
Sagen wir so: das Messproblem ist nur dann ein Problem, wenn man sich eine Erklärung makroskopischer Phänomene auf Basis der Quantenmechanik wünscht. Das hatte ich oben schon geschrieben.
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Zitat:
Auf dem Weg zu letzterem muss man mit einigen grundlegenden und fast hundert Jahre alten Missverständnissen aufräumen. Aber wenn du irgendwo ein prinzipiell nicht zu lösendes Mysterium siehst, hast du entweder etwas missverstanden, oder deine Quelle ist selbst mysteriös (was auch namhafte Physiker einschließt). Das bedeutet nicht, dass heute alles vernünftig gelöst wäre – es ist sicher noch ein weiter Weg – aber es bedeutet meiner Meinung nach, dass die Ansicht, es wäre prinzipiell nicht vernünftig lösbar, Käse ist.
Einverstanden! Zu den alten Missverständnissen zähle ich die alles überschattende Bedeutung der zeitabhängigen Wellenfunktion. (Bei den stationären Zuständen gibt es ja gar keine Kontroversen über deren Interpretation; für fast jeden Physiker beschreiben die Orbitale ein zeitliches Mittel.) Es ist zwar gelungen, Quantenmechanik und statistische Mechanik zu versöhnen, aber wie die Nahtstelle zwischen Quantenmechanik und klassischer Mechanik aussieht, ist auch nach hundert Jahren noch immer nicht klar. Und Bohr hat die Sache dadurch verschlimmert, dass er darauf bestand, dass die Quantentheorie nur mit klassischen Begriffen formuliert werden könne. Die Theorie hat dadurch "Transzendenz" erlangt, weil sie Begriffe erfordert, die uns klassischen Wesen prinzipiell verschlossen bleiben müssen.
Vergessen wir Bohr. Er hat die Physik einerseits vorangebracht, andererseits auch massiv ausgebremst.
Vergessen wir Orbitale. Das ist nur ein aus der Wellenfunktion abgeleitetes Konstrukt.
Was genau ist deiner Meinung nach das Missverständnis bei der Zeitabhängigkeit?
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Was die Quantenmechanik angeht, halte ich die Lösung des "Messproblems" für vergebliche Liebesmüh - ähnlich der Suche nach einem mechanischen Äthermodell.
Inwiefern?
Gesucht ist die Erklärung makroskopischer Phänomene auf Basis der Quantenmechanik. Das gelingt in einigen Fällen, in anderen noch nicht. Ich sehe kein prinzipielles Problem, lediglich ein praktisches. Bohr et al. haben uns Jahrzehnte gekostet; evtl. war Everett der Wegbereiter einer Sackgasse.
Warum soll es denn keine erfolgversprechenden Ansätze geben?
Aber! Ein Punkt zur Zeitabhängigkeit und zur Gravitation: Ich denke nicht, dass es sinnvoll ist, Quantenmechanik und Gravitation getrennt zu betrachten und anschließend letztere zu quantisieren; das klingt nach einem ähnlichen Fehler wie die Quantisierung der Navier-Stokes-Gleichungen. M.E. sind beide enger verwandt als wir heute verstehen. Andererseits: Führt man die kanonische Quantisierung der Gravitation gekoppelt an weitere Felder durch, so erhält man eine "zeitlose Theorie"; der Hamiltonian ist eine Constraint H ~ 0 und generiert keine Dynamik. Extrahiert man in einfachen Modellen eine "emergente -Zeit-Variable" und eine diesbzgl. Entwicklung, so folgt diese nicht der Schrödingergleichung. Insofern könnte da schon der Hase im Pfeffer liegen, dass nicht nur die Quantisierung der Gravitation ein Irrweg ist, sondern auch die Annahme einer universell gültigen unitären Zeitentwicklung.
Jetzt hängen wir Maddin aber ab. Evtl. sollten wir doch besser noch einige Ansätze ausloten, insbs. die Dekohärenz und die Thermal Interpretation.
TomS
Verfasst am: 16. Jun 2024 15:31
Titel:
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Der Punkt ist ganz einfach: wenn zb in der Quantenmechanik viele Größen mit einer Unschärfe belegt sind, und man den realistischen Anspruch erhebt, die makroskopische Welt kann größtenteils mit der mikroskopischen erklärt werden, dann frage ich mich natürlich schon, warum ich klassisch scharfe Werte und feste Lokalitäten erhalte (die ich auch ohne Messung problemlos annehmen kann).
1. Die Werte sind nicht exakt scharf, die Unschärfe ist nur auf makroskopischen Skalen extrem klein.
2. Feste Lokalität meint wohl nicht nur scharfe sondern auch
eindeutige
Lokalität.
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Daraus gewann ich den Eindruck, dass womöglich viele klassische Größen und Phänome, vielleicht nur auf dem Gesetz der großen Zahlen beruhen (wenn man es als zusammengesetzes System realistisch betrachtet; je mehr Komponenten beteiligt sind, desto eher mittelt sich der scharfe Wert aus) …
Das weiß man für einige Größen, für andere nicht.
Dass Materialeigenschaften wie Farbe, Leitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität u.v.a.m. sehr geringe Unschärfen aufweisen, ist unstrittig.
1. Dass die
möglichen
Werte für Ort und Impuls des Schwerpunkts eines makroskopischen Körpers sehr scharf definiert sind, ist gut verstanden.
2. Dass von diesen möglichen Werten
genau
einer
tatsächlich
realisiert ist, dass der Ort also
eindeutig
ist, ist dagegen eine offene Frage.
1. Ein wesentlicher Fortschritt war hier die Theorie der Dekohärenz:
https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_decoherence
https://www.physikerboard.de/topic,69235,-faq---dekohaerenz.html
2. Dazu gibt es völlig unterschiedliche Ansätze; wünschenswert wäre sicher eine bodenständige Lösung, wie sie Prof. Neumaier mit der Thermal Interpretation vorschlägt; ob das gelingt, werden wir abwarten müssen.
377 Ohm
Verfasst am: 16. Jun 2024 12:32
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Kannst du mal Zitate nennen, aus denen du diese Ansicht, die klassische Physik … sei eine halbe Illusion, ableitest?
Zitat:
Es gibt jedoch ein zentrales Problem, des eng mit den o.g. Messproblem zusammenhängt bzw. das ein Teilaspekt des Messproblems ist: wie und warum erscheinen klassische Objekte eindeutig lokalisiert? Das ist zumindest in Teilen ungelöst.
Das ist nur ein Problem, wenn man die Quantentheorie nicht als mikroskopische Theorie ansieht und meint, auch makroskopische Objekte prinzipiell durch eine Wellenfunktion beschreiben zu müssen.
Zitat:
Auf dem Weg zu letzterem muss man mit einigen grundlegenden und fast hundert Jahre alten Missverständnissen aufräumen. Aber wenn du irgendwo ein prinzipiell nicht zu lösendes Mysterium siehst, hast du entweder etwas missverstanden, oder deine Quelle ist selbst mysteriös (was auch namhafte Physiker einschließt). Das bedeutet nicht, dass heute alles vernünftig gelöst wäre – es ist sicher noch ein weiter Weg – aber es bedeutet meiner Meinung nach, dass die Ansicht, es wäre prinzipiell nicht vernünftig lösbar, Käse ist.
Einverstanden! Zu den alten Missverständnissen zähle ich die alles überschattende Bedeutung der zeitabhängigen Wellenfunktion. (Bei den stationären Zuständen gibt es ja gar keine Kontroversen über deren Interpretation; für fast jeden Physiker beschreiben die Orbitale ein zeitliches Mittel.) Es ist zwar gelungen, Quantenmechanik und statistische Mechanik zu versöhnen, aber wie die Nahtstelle zwischen Quantenmechanik und klassischer Mechanik aussieht, ist auch nach hundert Jahren noch immer nicht klar. Und Bohr hat die Sache dadurch verschlimmert, dass er darauf bestand, dass die Quantentheorie nur mit klassischen Begriffen formuliert werden könne. Die Theorie hat dadurch "Transzendenz" erlangt, weil sie Begriffe erfordert, die uns klassischen Wesen prinzipiell verschlossen bleiben müssen.
Es gibt aber eine historische Parallele. Auch Maxwell's Elektrodynamik war jahrzehntelang eine paradoxe Theorie. Der Äther musste gleichzeitig fest (transversale Wellen) und flüssig sein (Wirbelfäden)! Viele Physiker versuchten, ein mechanisches Modell für den Äther zu konstruieren. Es dauerte vier Jahrzehnte bis der Widerspruch zwischen Maxwell's Theorie und der Newtonschen Mechanik freigelegt wurde. Der Äther erwies sich als überflüssig.
Was die Quantenmechanik angeht, halte ich die Lösung des "Messproblems" für vergebliche Liebesmüh - ähnlich der Suche nach einem mechanischen Äthermodell.
377 Ohm
Verfasst am: 16. Jun 2024 11:32
Titel:
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Der Punkt ist ganz einfach: wenn zb in der Quantenmechanik viele Größen mit einer Unschärfe belegt sind, und man den realistischen Anspruch erhebt, die makroskopische Welt kann größtenteils mit der mikroskopischen erklärt werden, dann frage ich mich natürlich schon, warum ich klassisch scharfe Werte und feste Lokalitäten erhalte (die ich auch ohne Messung problemlos annehmen kann).
Daraus gewann ich den Eindruck, dass womöglich viele klassische Größen und Phänome, vielleicht nur auf dem Gesetz der großen Zahlen beruhen (wenn man es als zusammengesetzes System realistisch betrachtet; je mehr Komponenten beteiligt sind, desto eher mittelt sich der scharfe Wert aus) ...
Die thermale Interpretation geht in diese Richtung.
Maddin01
Verfasst am: 16. Jun 2024 11:24
Titel:
Konkrete Zitate kann ich leider nicht nennen, ich habe hier nur einige Themen im Forum gelesen.
Der Punkt ist ganz einfach: wenn zb in der Quantenmechanik viele Größen mit einer Unschärfe belegt sind, und man den realistischen Anspruch erhebt, die makroskopische Welt kann größtenteils mit der mikroskopischen erklärt werden, dann frage ich mich natürlich schon, warum ich klassisch scharfe Werte und feste Lokalitäten erhalte (die ich auch ohne Messung problemlos annehmen kann).
Daraus gewann ich den Eindruck, dass womöglich viele klassische Größen und Phänome, vielleicht nur auf dem Gesetz der großen Zahlen beruhen (wenn man es als zusammengesetzes System realistisch betrachtet; je mehr Komponenten beteiligt sind, desto eher mittelt sich der scharfe Wert aus), und wenn es ungünstig kommt, es womöglich ganz anders aussehen könnte (zb meine Wasserflasche plötzlich delokalisiert und unauffindbar ist, was aber noch nie beobachtet wurde).
TomS
Verfasst am: 16. Jun 2024 10:32
Titel:
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Ich denke mal, mit mir ist es relativ sinnlos darüber zu diskutieren, da ich wenig sinnvolles im Bezug zur Quantenmechanik beitragen kann. Da muss ich mal ganz ehrlich sein.
Käse. Du stellst kritische Fragen. Das ist doch ein wertvoller Beitrag zur Diskussion!
Maddin01 hat Folgendes geschrieben:
Wo es mir hauptsächlich geht: manchmal gewinne ich (subjektiv) den Eindruck im Bezug auf die ganzen Diskussionen, die klassische Physik wird einem vor diesem Hintergrund als halbe Illusion verkauft. Aber genau diese Ansicht missfällt mir, da sie doch sehr wohl in ihrem abgespecktem Bereich gültig ist. Und das ist keine Illusion. Ich kann zweifelsfrei sehr viele Phänomene klassisch treffend beschreiben; mein nahezu ganzes Ing. Studium basierte auf diesen Theorien...
Kannst du mal Zitate nennen, aus denen du diese Ansicht, die klassische Physik … sei eine halbe Illusion, ableitest?
Es gibt Physiker – wohl nicht die Mehrheit oder die Meinungsführerschaft – die die Ansicht vertreten, es sei Aufgabe der Physik, diesen noch nicht vollständig verstandenen Zusammenhang zwischen Mikro- und Makrokosmos vernünftig zu erklären; z.B. Einstein, Schrödinger … Bell … Penrose …
Einstein hat mangels diesbezüglicher Erklärungskraft die Quantenmechanik als unvollständig angesehen; heute bewertet Penrose das ähnlich und erwartet ein deutlich verändertes Bild bei korrekter Berücksichtigung der Gravitation (es gab und gibt noch viele mehr, aber die genannten sind nunmal sehr prominent).
Andere – wir hatten hier erst kürzlich eine sehr aufschlussreiche Diskussion mit Professor Neumaier – sehen das Problem eher darin, dass man zu stark vereinfachende Annahmen macht, und dass sich die genannten Probleme durch präzisere Modelle im Rahmen der etablierten Theorie eher konventionell lösen lassen; man könnte sie fast als Scheinprobleme bezeichnen, die durch unzulässige Annahmen entstehen, jedoch weder in der Natur noch in der Unvollständigkeit der Quantenmechanik begründet sind.
Auf dem Weg zu letzterem muss man mit einigen grundlegenden und fast hundert Jahre alten Missverständnissen aufräumen. Aber wenn du irgendwo ein prinzipiell nicht zu lösendes Mysterium siehst, hast du entweder etwas missverstanden, oder deine Quelle ist selbst mysteriös (was auch namhafte Physiker einschließt). Das bedeutet nicht, dass heute alles vernünftig gelöst wäre – es ist sicher noch ein weiter Weg – aber es bedeutet meiner Meinung nach, dass die Ansicht, es wäre prinzipiell nicht vernünftig lösbar, Käse ist.
Maddin01
Verfasst am: 16. Jun 2024 09:40
Titel:
Vielen Dank für die Erklärung!
Ich denke mal, mit mir ist es relativ sinnlos darüber zu diskutieren, da ich wenig sinnvolles im Bezug zur Quantenmechanik beitragen kann. Da muss ich mal ganz ehrlich sein.
Wo es mir hauptsächlich geht: manchmal gewinne ich (subjektiv) den Eindruck im Bezug auf die ganzen Diskussionen, die klassische Physik wird einem vor diesem Hintergrund als halbe Illusion verkauft. Aber genau diese Ansicht missfällt mir, da sie doch sehr wohl in ihrem abgespecktem Bereich gültig ist. Und das ist keine Illusion. Ich kann zweifelsfrei sehr viele Phänomene klassisch treffend beschreiben; mein nahezu ganzes Ing. Studium basierte auf diesen Theorien...
TomS
Verfasst am: 16. Jun 2024 08:15
Titel:
Ok, lass' uns mal ein Beispiel diskutieren, was die Quantenmechanik leistet, und an welcher Stelle das o.g. Problem noch bestehen bleibt.
Zunächst noch ein Einschub: Die Dynamik eines quantenmechanischen Systems wird durch eine sogenannte Schrödingergleichung beschrieben. Aus dieser folgt die Zeitentwicklung des Zustandsvektors bzw. der Wellenfunktion.
Die Aufgabe besteht nun darin, für gewisse Klassen von Systemen (Protonen und Neutronen, Atome, Festkörper …) ein quantenmechanisches Modell zu entwickeln, also die Schrödingergleichung (oder äquivalente Gleichungen) zu formulieren und zu lösen, so dass man daraus gewisse Eigenschaften (Protonen und Neutronen: Massen, elektromagnetische Formfaktoren, Streuquerschnitte … Atome: Spektren; Festkörper: Farbe bzw. allgemein optische Eigenschaften, elektrische Leitfähigkeit … Supraleitung …) berechnen kann. Das funktioniert in weiten Bereichen hervorragend, in anderen ist es noch schwierig, geeignete Modelle oder genügend gute Näherungen zu finden (Hochtemperatur-Supraleitung). Dazu können wir uns ein Beispiel anschauen.
Es gibt jedoch ein zentrales Problem, des eng mit den o.g. Messproblem zusammenhängt bzw. das ein Teilaspekt des Messproblems ist:
wie und warum erscheinen klassische Objekte eindeutig lokalisiert?
Das ist zumindest in Teilen ungelöst.
Das Problem liegt letztlich darin, dass die Schrödingergleichung auf wellenartige und damit nicht eng lokalisierte Lösungen führt (aus der die o.g. Eigenschaften zutreffend berechnet werden können), während andererseits sehr gut lokalisierte Körper oder Ereignisse (Detektion eines Photons in einem Photodetektor, einer Photoplatte …) vorliegen.
Am Beispiel des Wasserstoffatoms – wobei dies für größere Systeme vom Prinzip her exakt genauso funktioniert, jedoch mathematisch extrem aufwändig wird: Aus der Energie für ein zunächst klassisch gedachtes System aus Elektron und Proton gewinnt man mittels Ersetzen der Orte und Impulse durch Operatoren den sogenannten Hamiltonoperator
und daraus die Schrödergleichung für die Wellenfunktion psi
Man führt nun noch eine Koordinatentransformation durch, so dass stattdessen der Schwerpunkt R, der Abstand r, der Gesamtimpuls P und der Relativimpuls p verwendet werden (vgl. klassischen Zweikörperproblem). Der transformierte Hamiltonoperator lautet
wobei M die Gesamtmasse und m die reduzierte Masse bezeichnen.
Speziell für den Fall scharf definierter Energie lautet der Lösungsansatz
Dabei folgt die Schwingungsfrequenz omega aus der Energie, die Konstante K aus dem ebenfalls scharfen Gesamtimpuls P, und die n,l,m entsprechen den Quantenzahlen der rein von der Relativkoordinate r abhängigen Wellenfunktionen psi des
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_atom#Schr%C3%B6dinger_equation
In vielen Fällen wird nur dieses psi betrachtet.
Ich will jedoch auf das folgende hinaus:
1) Die Quantenmechanik liefert eine (eher unanschauliche) Lösung für die "Form" des Wasserstoffatoms, kodiert in psi, aus der viele Eigenschaften des Spektrums folgen (und die man durch Berücksichtigung relativistischer Effekte inkl. Spin noch verbessern kann). Die Antwort für die Eigenschaften makroskopischer Objekte folgt analog aus der Lösung (wesentlich komplizierterer) quantenmechanischer Vielteilchensysteme.
2) Die Quantenmechanik liefert
keine Antwort für den Ort des Wasserstoffatoms
als Ganzes, dieser ist "maximal unscharf", denn der zweite Faktor entspricht einer ebenen Welle. Diesen Aspekt des Problems ist man bis heute – auch für makroskopische Körper – nicht wirklich losgeworden. Wir können dazu gerne einige Ansätze bzw. sogenannte Interpretationen der Quantenmechanik diskutieren.
Maddin01
Verfasst am: 15. Jun 2024 09:01
Titel:
Gerne.
Vor allem interessiert mich, wie man von diesen Eigenschaften zu den klassischen kommt.
TomS
Verfasst am: 15. Jun 2024 07:26
Titel:
Schauen wir uns das ganze mal anhand des Spins an.
An Mathematik benötigt man eigtl. nur lineare Algebra; Zustände werden als gewöhnliche Vektoren dargestellt, Operatoren als Matrizen; im Falle des Spins handelt es sich um spezielle Vektoren, man spricht von Spinoren.
Für ein Zustand chi liegt ein Gesamtspin s vor, wenn der Zustand ein Eigenzustand des entsprechende Operators ist. Hier:
Erlaubte Werte für s sind
S ist dabei eine (2s+1) dim. Diagonalmatrix mit den Diagonalelementen s(s+1). Dieser Wert s(s+1) ist tatsächlich immer scharf definiert.
Für die drei Komponenten bzgl. x,y,z existieren ebenfalls quadratische Matrizen.
Für ein Zustand chi liegt bzgl. z die Spinkomponente s_z vor, wenn der Zustand ein Eigenzustand des entsprechende Operators ist:
Erlaubte Werte für sind
(Ausnahme später)
Nun könnte man versuchen, einen Zustand zu finden, der ein gemeinsamer Eigenzustand zu allen drei Spinoperatoren ist. Klassisch würde man erwarten, dass z.B die z-Komponente einen von Null verschiedenen Wert liefert, die für x,y dagegen exakt Null.
Das ist algebraisch unmöglich, denn die Spin-Operatoren erfüllen eine Vertauschungsrelation
speziell
Damit wäre aber
Man erhält einen Widerspruch.
Damit folgt, dass die Annahme dreier exakt scharf definierter Werte falsch ist.
Und darauf folgt wiederum – Rechnung evtl. später – dass wenn die z-Komponente scharf und ungleich Null ist, x- und y-Komponente sicher unscharf sind.
Nehmen wir nun an, wir präparieren ein Quantensystem (ein Elektron) so, dass es bei z-Messung immer den Wert
liefert. Die erlaubten Messwerte für s_x sind dann wiederum die Eigenwerte des entsprechenden Operators, und diese sind wiederum
Der Zusammenhang zwischen Messwerten und Eigenwerten ist in der "orthodoxen" Quantenmechanik ein Postulat;
man möchte jedoch den Grund dafür verstehen.
Algebraisch kann man zeigen, dass jeder Spin-Zustand geschrieben werden kann als Superposition
wobei s über den o.g. Bereich -s … +s läuft und a eine beliebige Achse bezeichnet.
Messungen der bzgl. einer beliebigen anderen Achse b definierten Spinkomponente an derart präparierten Systemen liefern immer exakt einen der erlaubten Werte im Bereich -s … +s; die Koeffizienten psi liefern die Wahrscheinlichkeiten, also letztlich Häufigkeiten.
Warum nun im Rahmen einer Messung genau dieser Wert, also z.B. +1/2 gemessen wird, und nicht -1/2, führt uns auf das Messproblem.
Damit verbunden ist ein weiteres Postulat im Rahmen der "orthodoxen" Quantenmechanik, nämlich dass nach der Messung auch der entsprechende Eigenzustand vorliegt, also hier
Die Begründung für das Postulat ist im Kern, dass wiederholte Messungen der selben Messgröße nun sicher immer den selben Messwert liefern müssen, die Messgröße damit keine Unschärfe mehr aufweist.
Dieses Postulat ist ebenfalls unverstanden und erscheint in gewisser Weise sogar widersprüchlich
(letzteres später).
Akzeptiert man diese (bzw. auch geeignet verbesserte) Postulate ohne weitere Begründung, einfach weil sie funktionieren, nimmt man eine
instrumentalistische
Haltung ein; der Formalismus liefert quantitativ zutreffende Vorhersagen, warum-Fragen und Begründungen sind ohne Belang. Dies fasst man gerne unter "shut up and calculate" zusammen.
Heute Abend mehr …