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[quote="TomS"][quote="Aruna"]"unitär" habe ich zuerst als mathematische Eigenschaft einer Matrix kennengelernt und ist für mich erst mittelbar - z.B. so wie von Corbi im anderen Thread gezeigt - damit verbunden, dass jeder Zustand eine eindeutige Vergangenheit hat. [/quote] Unitär bedeutet zunächst für einen Operator U, der auf dem gesamten Raum definiert ist, dass [latex]U^{-1} = U^\dagger[/latex] d.h. [latex]UU^\dagger = U^\dagger U = 1[/latex] Speziell für den Zeitentwicklungsoperator U(t) gilt [latex]U^\dagger(t) = U^{-1}(t) = U(-t)[/latex] [quote="Aruna"]"Information" ist m.E. ein Alltagsbegriff und kein "Buzzword" in dem Sinne, wie ich es hier benutze. [/quote] Wobei bei diesem Alltagsbegriff zunächst unklar ist, ob er auf die Situation in der QM ohne weiteres anwendbar ist. Sobald man das wiederum sicherstellt, ist von dem Alltagsbegriff wenig übrig. [quote="Aruna"]… eventuell könnte man es auch nach Feynman als "Cargo-Kult" bezeichnen. [/quote] Ist es in dem von Feynman erläuterten Sinne nicht. [quote="Aruna"]In dem von mir verlinkten Artikel geht m.E. aus der Erzählung klar hervor, dass Information etwas ist, das einen Zustand codiert und dass es um Information geht, die vorhanden ist, auch wenn die keiner konkret hat, oder praktisch erlangen kann …[/quote] Stimmt. Der Artikel ist da sehr gut. [quote="Aruna"]Problematischer ist m.E. der Begriff der Entropie, der ja nun tatsächlich im Sinne des 2. HS in gewisser Weise ein Maß für "Unwissen" darstellt andererseits in der Informationstheorie selbst ein Maß für "Information" darstellt … [/quote] … und der in der QM nochmal etwas anders verwendet wird. Deswegen lege ich immer Wert darauf, von der jeweiligen präzisen Definition her zu argumentieren, auch wenn das etwas sperrig ist. [quote="Aruna"][quote="TomS"]Hawking's Resultst verletzt die Unitarität … es existiert kein unitäres U, mittels dessen Invertierung man verschiedene initiale aus dem selben finalen Zustand berechnen kann – im Widerspruch zu den Regeln der Quantenmechanik. Die Information über Details des initialen Zustand geht verloren. Das ist noch nicht anschaulich, aber auch ohne Mathematik der Quantenfeldtheorie immer noch richtig. Ich kann das gerne weiter ausführen.[/quote] ja bitte[/quote] Gerne. [quote="Aruna"]Wenn da nun Informationen verloren gehen und man die B-Transformation als Streuung auffasst, müssen dann ja verschiedene Anfangs-Zustände auf den gleichen Endzustand gestreut werden? [/quote] Die Bogoljubov-Transformation ist zunächst nur eine Basistransformation. Ja, es liegt in gewisser Weise eine Streuung vor, allerdings ohne dass Hawking explizit einen Streuoperator konstruiert; dieser wäre im o.g. Sinne nicht-unitär. Ja, es würden verschiedene Anfangszustände auf den gleichen Endzustand gestreut werden, aber auch das konstruiert Hawking nicht explizit; er betrachtet ja gerade nicht die Quantenzustände der kollabierenden Materie. Es lohnt auch nur dann, hier weitere Details zu untersuchen, wenn man [i]potentielle Lösungen[/i] betrachtet – das [i]Problem[/i] sollte ja verstanden sein, und muss nicht noch weiter vertieft werden, oder? [quote="Aruna"]Bisher dachte ich - wie gesagt - das der Informationsverlust im Begriff "thermisch" steckt, in dem Sinne wie "zufälliges Rauschen".[/quote] Nein, Informationsverlust läge immer dann vor, wenn verschiedene Anfangszustände auf den gleichen Endzustand gestreut werden – egal, wie der aussieht. Betrachte als Beispiel in einer Dimension eine Potentialstufe, die innerhalb eines kleinen Bereiches vom Potential Null auf einen endlichen Wert V wechselt. Einlaufende ebene Wellen [latex]u_\text{in} = \exp(i k_\text{in} x)[/latex] streuen zu auslaufenden ebenen Wellen der Asymptotik [latex]u_\text{out} = \exp(i k_\text{out} x)[/latex] wobei [latex]k_\text{out}^2 + 2mV = k_\text{in}^2[/latex] Ich ignoriere zunächst eine mögliche Phasenverschiebung. Dann ignoriere ich den reflektierten Anteil, d.h. ich betrachte nur den Unterraum des Hilbertraumes, der den transmittierten Teil enthält; das kann man in etwa mit dem Ausgangspunkt von Hawking vergleichen. Habe ich nun ein Wellenpaket, das neben den auslaufenden Wellen auch Anteile von kleinen Wellenzahlen enthält, die exponentiell gedämpft werden, so treten diese in der obigen nicht auf. Werfe ich diese nun weg, so verletzt dies die Unitarität, weil ich zwei Wellenpakete, die sich nur in den gedämpften Anteilen unterscheiden, identifiziere. Natürlich ist Hawking's Fehler bei weitem nicht so dumm wie meiner, aber letztlich läuft es darauf hinaus, dass er Freiheitsgrade unberücksichtigt lässt.[/quote]
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TomS
Verfasst am: 18. Jun 2025 13:56
Titel:
An der Stelle noch einige Bemerkungen zur Entropie schwarzer Löcher:
Die Idee geht auf Bekenstein zurück, der in der Tatsache, dass die Fläche von Ereignishorizonten schwarzer Löcher nie abnehmen kann, eine Analogie zu der Größe der Entropie sah, und in der Folge eine solche auch schwarzen Löchern zuschrieb. Als Konsequenz ergibt sich, dass schwarze Löcher eine Temperatur T > 0 haben müssen – was Hawking bezweifelte, sich jedoch durch seine eigenen Berechnungen eines besseren belehren lassen musste – sowie dass nach einem quantenmechanischen Weltbild Entropie immer von mikroskopischen Freiheit getragen wird, die man jedoch schwarzen Löchern nicht so ohne weiteres zuschreiben kann.
Die Berechnungen Hawking führten auf eine "thermische" Strahlung, die jedoch in seiner ursprünglichen Arbeit als quantenmechanisch reiner Zustand vorliegt. Diese Strahlung kann also aus zweierlei Gründen nicht unmittelbar Träger der geforderten Entropie sein. Zum einen hat ein reiner Zustand immer die Entropie S = 0. Und zum anderen hätte ein gemischter Zustand entsprechender Temperatur zwar eine nicht-verschwindende Entropie, diese würde jedoch als extensive thermodynamischen Zustandsgröße mit dem Volumen skalieren und wäre demnach asymptotisch unendlich – letzteres natürlich insbs. im Widerspruch zur Entropie nach Bekenstein, die nicht mit dem Volumen des schwarzen Loches oder gar dem des Außenraum skaliert, sondern mit der Fläche A des Ereignishorizontes, also S ~ A.
Geht man von einem quantenmechanisch reinen Zustand mit Entropie S = 0 aus, so kann man durch Eliminieren = Ausspuren von Freiheitsgraden Y – die Entropie der verbleibenden Freiheitsgrade X bzw. des verbleibenden Subsystems X berechnen. Diese Entropie ist ein Maß für die Verschränkung der beiden Subsysteme X und Y, also keine Eigenschaft von Y alleine – obwohl man dies der Formel nicht mehr ansieht.
Diese Entropie S kann nun mit der Fläche A skalieren, und sie kann für ein Subsystem X größer Null sein, obwohl für das Gesamtsystem bestehend aus X und Y bzw. dessen Vorgänger vor dem Kollaps reine Zustände vorliegen.
Die Idee der meisten Lösungen des Problems der Hawking-Strahlung besteht in der Identifizierung der fehlenden Freiheitsgrade Y und teilweise deren Verschränkung mit der auslaufenden Strahlung. Im Rahmen der Stringtheorie liegen Vorschläge vor, die diese Freiheitsgrade mit Strings identifizieren und – in unrealistischen Spezialfällen plus der Annahme der Gültigkeit gewisser Symmetrien – zu einer Abzählung von Freiheitsgraden auch für reale schwarze Löcher führen, wobei diese Abzählung ohne Betrachtung von Strahlung auf den korrekten Wert der Entropie nach Hawking führt. Die Schleifenquantengravitation gelangt mittels der Betrachtung von Oberflächenfreiheitsgraden zu ähnlichen Ergebnissen. In beiden Fällen entspricht das schwarze Loch einem makroskopischen Quantenobjekt. Inzwischen gibt es mehrere Ansätze, die ohne die Einführung explizit neuer und insbs. gravitativer Freiheitsgrade auskommen wollen.
TomS
Verfasst am: 17. Jun 2025 17:47
Titel: Re: Informationserhaltung, Mikroreversibilität, Unitärität,
Aruna hat Folgendes geschrieben:
"unitär" habe ich zuerst als mathematische Eigenschaft einer Matrix kennengelernt und ist für mich erst mittelbar - z.B. so wie von Corbi im anderen Thread gezeigt - damit verbunden, dass jeder Zustand eine eindeutige Vergangenheit hat.
Unitär bedeutet zunächst für einen Operator U, der auf dem gesamten Raum definiert ist, dass
d.h.
Speziell für den Zeitentwicklungsoperator U(t) gilt
Aruna hat Folgendes geschrieben:
"Information" ist m.E. ein Alltagsbegriff und kein "Buzzword" in dem Sinne, wie ich es hier benutze.
Wobei bei diesem Alltagsbegriff zunächst unklar ist, ob er auf die Situation in der QM ohne weiteres anwendbar ist. Sobald man das wiederum sicherstellt, ist von dem Alltagsbegriff wenig übrig.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
… eventuell könnte man es auch nach Feynman
als "Cargo-Kult" bezeichnen.
Ist es in dem von Feynman erläuterten Sinne nicht.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
In dem von mir verlinkten Artikel geht m.E. aus der Erzählung klar hervor, dass Information etwas ist, das einen Zustand codiert und dass es um Information geht, die vorhanden ist, auch wenn die keiner konkret hat, oder praktisch erlangen kann …
Stimmt. Der Artikel ist da sehr gut.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Problematischer ist m.E. der Begriff der Entropie, der ja nun tatsächlich im Sinne des 2. HS in gewisser Weise ein Maß für "Unwissen" darstellt andererseits in der Informationstheorie selbst ein Maß für "Information" darstellt …
… und der in der QM nochmal etwas anders verwendet wird.
Deswegen lege ich immer Wert darauf, von der jeweiligen präzisen Definition her zu argumentieren, auch wenn das etwas sperrig ist.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Hawking's Resultst verletzt die Unitarität … es existiert kein unitäres U, mittels dessen Invertierung man verschiedene initiale aus dem selben finalen Zustand berechnen kann – im Widerspruch zu den Regeln der Quantenmechanik. Die Information über Details des initialen Zustand geht verloren.
Das ist noch nicht anschaulich, aber auch ohne Mathematik der Quantenfeldtheorie immer noch richtig.
Ich kann das gerne weiter ausführen.
ja bitte
Gerne.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Wenn da nun Informationen verloren gehen und man die B-Transformation als Streuung auffasst, müssen dann ja verschiedene Anfangs-Zustände auf den gleichen Endzustand gestreut werden?
Die Bogoljubov-Transformation ist zunächst nur eine Basistransformation.
Ja, es liegt in gewisser Weise eine Streuung vor, allerdings ohne dass Hawking explizit einen Streuoperator konstruiert; dieser wäre im o.g. Sinne nicht-unitär. Ja, es würden verschiedene Anfangszustände auf den gleichen Endzustand gestreut werden, aber auch das konstruiert Hawking nicht explizit; er betrachtet ja gerade nicht die Quantenzustände der kollabierenden Materie. Es lohnt auch nur dann, hier weitere Details zu untersuchen, wenn man
potentielle Lösungen
betrachtet – das
Problem
sollte ja verstanden sein, und muss nicht noch weiter vertieft werden, oder?
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Bisher dachte ich - wie gesagt - das der Informationsverlust im Begriff "thermisch" steckt, in dem Sinne wie "zufälliges Rauschen".
Nein, Informationsverlust läge immer dann vor, wenn verschiedene Anfangszustände auf den gleichen Endzustand gestreut werden – egal, wie der aussieht.
Betrachte als Beispiel in einer Dimension eine Potentialstufe, die innerhalb eines kleinen Bereiches vom Potential Null auf einen endlichen Wert V wechselt. Einlaufende ebene Wellen
streuen zu auslaufenden ebenen Wellen der Asymptotik
wobei
Ich ignoriere zunächst eine mögliche Phasenverschiebung. Dann ignoriere ich den reflektierten Anteil, d.h. ich betrachte nur den Unterraum des Hilbertraumes, der den transmittierten Teil enthält; das kann man in etwa mit dem Ausgangspunkt von Hawking vergleichen.
Habe ich nun ein Wellenpaket, das neben den auslaufenden Wellen auch Anteile von kleinen Wellenzahlen enthält, die exponentiell gedämpft werden, so treten diese in der obigen nicht auf. Werfe ich diese nun weg, so verletzt dies die Unitarität, weil ich zwei Wellenpakete, die sich nur in den gedämpften Anteilen unterscheiden, identifiziere.
Natürlich ist Hawking's Fehler bei weitem nicht so dumm wie meiner, aber letztlich läuft es darauf hinaus, dass er Freiheitsgrade unberücksichtigt lässt.
Aruna
Verfasst am: 16. Jun 2025 06:56
Titel: Re: Informationserhaltung, Mikroreversibilität, Unitärität,
TomS hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Hältst du meine Erklärung für sinnvoll?
sinnvoll bezüglich welcher Zielsetzung?
Damit ich verstehe, was mit Unitarität gemeint ist?
Um das Informationsparadoxon Leuten ohne Bezug zur QM nache zubringen?
Um Leuten ohne Bezug zur QM das zentrale Problem nahezubringen, wobei der Begriff "Information" evtl. eher hinderlich ist.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Die Veranschaulichung des Zustandsvektors finde ich für mich als Zielgruppe gut.
Das ist doch schon mal ein Anfang; danke.
Ich hab allerdings schon einen Bezug zur QM und damit auch schon entsprechende Assoziationen zu der Zeichenfolge "Zustandsvektor".
"unitär" habe ich zuerst als mathematische Eigenschaft einer Matrix kennengelernt und ist für mich erst mittelbar - z.B. so wie von Corbi im anderen Thread gezeigt - damit verbunden, dass jeder Zustand eine eindeutige Vergangenheit hat.
TomS hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Gleichwohl wird er eventuell merken, dass "Unitarität" ein wichtiges Buzzword in dem Zusammenhang ist und eventuell verwenden, ohne zu verstehen.
Besser, wenn das Buzzword "Unitarität" noch erklärungsbedürftig ist – das kann man nachholen – als wenn das Buzzword "Information" falsch verstanden wurde und niemand nachfragt, weil es ja klar ist.
"Information" ist m.E. ein Alltagsbegriff und kein "Buzzword" in dem Sinne, wie ich es hier benutze.
Damit meine ich einen Terminus Technicus, der von manchen Laien benutzt wird, ohne dass die die Bedeutung verstanden haben und ohne dass sie besonderen Wert darauf legen, die zu verstehen.
Ich nenne das Physiker-Cosplay, eventuell könnte man es auch nach Feynman
als "Cargo-Kult" bezeichnen.
In dem von mir verlinkten Artikel geht m.E. aus der Erzählung klar hervor, dass Information etwas ist, das einen Zustand codiert und dass es um Information geht, die vorhanden ist, auch wenn die keiner konkret hat, oder praktisch erlangen kann:
Zitat:
"Information läßt sich niemals zerstören. Sie sind bloß faul, Liszt. Ich habe zwar ein bißchen Unordnung gestiftet, aber Sie müssen nur jedes Teilchen der Explosionswolke ausfindig machen und seine Bewegung umkehren. Die Naturgesetze sind zeitsymmetrisch, und indem Sie alles rückwärts laufen lassen, setzt sich Ihre alberne Formel wieder zusammen."
[...]
Nach Hawking läßt sich darum auch die Information, die in den Eigenschaften der beteiligten Atome codiert ist, nie mehr zurückgewinnen.
Problematischer ist m.E. der Begriff der Entropie, der ja nun tatsächlich im Sinne des 2. HS in gewisser Weise ein Maß für "Unwissen" darstellt andererseits in der Informationstheorie selbst ein Maß für "Information" darstellt.
M.E. aber eher im Sinne von "Informationskapazität" also nicht eine konkrete Zeichenfolge, die einen konkreten Zustand codiert.
Sondern als ein Maß dafür, wie viele verschiedene Zeichenfolgen es bei einem bestimmten Alphabet, bzw. wie viele verschiedene Zustandsvektoren es bei einer bestimmten Auswahl an Variablen, die den Zustand beschreiben, geben kann.
TomS hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Hawking's Resultst verletzt die Unitarität … es existiert kein unitäres U, mittels dessen Invertierung man verschiedene initiale aus dem selben finalen Zustand berechnen kann – im Widerspruch zu den Regeln der Quantenmechanik. Die Information über Details des initialen Zustand geht verloren.
Das ist noch nicht anschaulich, aber auch ohne Mathematik der Quantenfeldtheorie immer noch richtig.
Ich kann das gerne weiter ausführen.
ja bitte
Wenn da nun Informationen verloren gehen und man die B-Transformation als Streuung auffasst, müssen dann ja verschiedene Anfangs-Zustände auf den gleichen Endzustand gestreut werden?
Bisher dachte ich - wie gesagt - das der Informationsverlust im Begriff "thermisch" steckt, in dem Sinne wie "zufälliges Rauschen".
Dann könnte das Rauschen die gleiche Informationskapazität haben, wie der anfängliche Zustandsvektor, es wäre - sofern der Übergang echt zufällig wäre - allerdings keine kausale Verbindung zwischen einem konkreten Anfangs- und einem konkreten Endzustand mehr erkennbar und es könnten natürlich mehrere Anfangszustände auf den selben Endzustand abgebildet werden.
TomS
Verfasst am: 15. Jun 2025 16:34
Titel:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Keine Materie? Ist es nicht so, dass kleine SL - und ein SL das vollständig verdampft ist irgendwann sehr klein - auch massebehaftete Teilchen abstrahlen?
Wenn wir massebehaftete Felder betrachten, dann ja, und zwar immer, nicht erst, wenn sie sehr klein werden. Das löst aber nicht das Problem, dass bereits das einfachste Modell inkonsistent ist.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Also exakt gleich, zu jedem Zeitpunkt ab der Bildung des Ereignishorizontes wird für jedes SL gleicher Masse genau die gleiche Anzahl Teilchen einer bestimmen Teilchenart mit gleicher Energie und gleichem Impuls (Betrag und Richtung) abgestrahlt?
Jein.
Die Rechnung von Hawking sagt nicht, was wann wo abgestrahlt wird, sondern was im Unendlichen ankommt. Und das ist immer identisch.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Du behauptest also, um den Gesamtzustand der Teilchen zu beschreiben, die vom SL abgestrahlt werden, braucht man weniger Information, als für den Gesamtzustand der Teilchen, die das SL bilden, bevor die den EH überschritten?
Ja.
Stell dir vor, du hättest ein quantenmechanisches Streuprobleme mit unterschiedlichen einlaufenden Wellenfunktionen jedoch immer ein und derselben auslaufenden s-Welle.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Warum wird dann meistens auf die thermische Natur der Strahlung abgehoben, um auf den Informationsverlust zu schließen?
Weil verschiedene Eingangszustände nach Hawking's Berechnung zum selben finalen, thermischen Zustand führen. Das "thermisch" ist dabei nicht so wichtig wie das "zum selben".
"thermisch" ist für Physiker evtl. auch etwas irreführend, denn dabei denkt man an einen gemischten Zustand; aus der ursprünglichen Rechnung Hawking's folgt jedoch ein reiner Zustand; andere Berechnungen führen auf einen thermischen, gemischten Zustand, jedoch als Ergebnis einer partiellen Spurbildung)
TomS
Verfasst am: 15. Jun 2025 16:04
Titel: Re: Informationserhaltung, Mikroreversibilität, Unitärität,
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Was muss zur Kausalität noch dazu kommen, dass daraus "eindeutig invertierbar" wird?
Schwierig, das nicht mathematisch zu beschreiben.
Jede Wirkung hat eine Ursache, unterschiedliche Ursachen haben unterschiedliche Wirkung und umgekehrt.
Aber das ist wohl noch nicht präzise genug.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Hältst du meine Erklärung für sinnvoll?
sinnvoll bezüglich welcher Zielsetzung?
Damit ich verstehe, was mit Unitarität gemeint ist?
Um das Informationsparadoxon Leuten ohne Bezug zur QM nache zubringen?
Um Leuten ohne Bezug zur QM das zentrale Problem nahezubringen, wobei der Begriff "Information" evtl. eher hinderlich ist.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Die Veranschaulichung des Zustandsvektors finde ich für mich als Zielgruppe gut.
Das ist doch schon mal ein Anfang; danke.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
…aber ich glaube, eine tatsächliche Erklärung für den Verlust der Unitarität war da nicht dabei, nur die Aussage, dass es eben so sei und eine formale Darstellung dieser Aussage.
Ok, kommen wir später nochmal darauf zurück.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
2.) Wie willst Du denn den Zustandsvektor eines Systems praktisch ermitteln, wenn es nicht möglich ist, die Information über dessen Mikrozustand praktisch zu ermitteln?
Ich sage doch gar nicht, dass das praktisch möglich ist.
Die Unmöglichkeit der praktischen Ermittlung war allerdings einer Deiner Kritikpunkt an anderen Darstellungen und Du bist angetreten, das besser zu machen...
Die praktischen Ermittlung ist völlig irrelevant. Die ART versagt aufgrund von Singularitäten mathematisch, ohne dass jemand dort hinfliegt und nachschaut. Und die Kombination von ART und QM in der von Hawking untersuchten Weise versagt aufgrund einer mathematischen Inkonsistenz.
Sollte irgendwie der Eindruck entstehen, Beobachter, Beobachtung von Information o.ä. wäre für das Argument wichtig, dann ist dieser Eindruck falsch. Habe ich diesen Eindruck erweckt, dann muss ich das korrigieren. Sag mir gerne, wo.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Evtl. ist das ja ein weiteres Problem des Begriffs der Information: man versteht darunter oft Information
für jemanden
. Dieser subjektive Charakter schwingt beim Begriff der Unitarität nicht mit, und das ist gut so.
keine Ahnung wer "man" ist, aber wer das nach Erklärung, dass es um die im System vorhandene Information geht nicht versteht, wird wohl auch Deine Ausführungen nicht verstehen...
"Man" sind diejenigen, die diesbzgl. irreführendes schreiben oder verstehen. Mir ist erst im Rahmen unserer Diskussion aufgefallen, dass der Begriff "Information" mehrere Probleme birgt: er ist irgendwie klar und wird nicht näher erläutert, oder er wird falsch erläutert; es schwingt ein "Information für einen Beobachter" mit, was nicht gemeint ist aber nie explizit ausgeschlossen wird.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Gleichwohl wird er eventuell merken, dass "Unitarität" ein wichtiges Buzzword in dem Zusammenhang ist und eventuell verwenden, ohne zu verstehen.
Besser, wenn das Buzzword "Unitarität" noch erklärungsbedürftig ist – das kann man nachholen – als wenn das Buzzword "Information" falsch verstanden wurde und niemand nachfragt, weil es ja klar ist.
TomS hat Folgendes geschrieben:
Natürlich wäre das Szenario auch bei einer klassischen Betrachtung problematisch, aber da klassische Physik ohnehin völlig unzureichend ist, interessiert das niemanden.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Außerdem hat die QM ein Messproblem und da hat die Unitarität ein Loch.
Nicht im hier diskutierten Kontext, da wir gar keine Messung bemühen. Die Kombination ART + QM in der von Hawking dargestellten Weise ist auch ohne Betrachtung einer Messung inkonsistent.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
seb110 hat auf den 2.HS abgehoben und dabei auf reversible bzw. irreversible Prozesse.
Dazu müsste man noch ausführen, dass und warum das im Bezug auf Hawking's Ergebnis irrelevant ist.
Zu oben
TomS hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
…aber ich glaube, eine tatsächliche Erklärung für den Verlust der Unitarität war da nicht dabei, nur die Aussage, dass es eben so sei und eine formale Darstellung dieser Aussage.
Ok, kommen wir später nochmal darauf zurück.
Folgendes ist der Kern meiner Argumentation:
Zitat:
… Diese Zeitentwicklung ist deterministisch, die Größe U ist unitär und hat damit zwei wesentliche Eigenschaften, sie ändert nicht die Länge des Zustandsvektor … und sie ist eindeutig invertierbar.
Nehmen wir nun zwei verschiedene Materieverteilungen der selben Masse M, so folgt nach Hawking's Rechnung … [dass] identische Massen der beiden Materialverteilungen immer zu einem identischen finalen Zustand [führen]. Nach den Regeln der Quantenmechanik folgt jedoch … [dass] unterschiedliche Materialverteilungen – auch bei identischer Masse – immer zu unterschiedlichen finalen Zuständen [führen].
Hawking's Resultst verletzt die Unitarität … es existiert kein unitäres U, mittels dessen Invertierung man verschiedene initiale aus dem selben finalen Zustand berechnen kann – im Widerspruch zu den Regeln der Quantenmechanik. Die Information über Details des initialen Zustand geht verloren.
Das ist noch nicht anschaulich, aber auch ohne Mathematik der Quantenfeldtheorie immer noch richtig.
Ich kann das gerne weiter ausführen.
Aruna
Verfasst am: 15. Jun 2025 10:44
Titel:
ebenfalls aus dem anderen Thread:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Ich habe mit der Verschmelzung zweier schwarzer Löcher ein sehr einfaches Beispiel genannt, bei dem noch Milliarden von Jahren später Unterschiede messsbar sind. Meine Frage ist nach wie vor: Ging Hawking davon aus, dass diese Unterschiede irgendwann verschwinden oder hat er die bei der Bildung des Schwarzen Loches abgestrahlte Information gar nicht berücksichtigt?
so weit ich das bisher verstanden habe, nein.
Er hat nach meinem bisherigen Verständnis der hier bisher diskutierten Arbeit nur einen Vakkuumzustand betrachtet dass durch den EH eines sich bildenden SL gestört wird und mittels Bogoliubov-Transformation berechnet, dass dadurch der Vakuumzustand zu einem Zustand wird, der Teilchen enthält.
Die Frequenzverteilung der Strahlung entspricht der thermischer Strahlung (schwarzer Köper?)
Bisher erscheint es mir so, dass einige davon ausgehen, dass in thermischer Strahlung keine Information codiert sein könnte.
Wenn ich nun allerdings ein Blatt Papier mit einem Gedicht verbrenne, dann geht ja auch ein Teil der Materie in Wärmestrahlung über, aber da sieht meines Wissens niemand (zumindest kein Physiker, der sich mit dem Thema näher beschäftigt hat) eine Verletzung der Informationserhaltung.
Daraus schließe ich, dass zumindest in klassischer Wärmestrahlung Information codiert sein kann und ein Strahlungsfeld nicht identisch zu einem anderen ist, obgleich beides thermisch erscheint.
In dem populärwissenschaftlichen Artikel von Susskind wird auch eher darauf abgehoben, dass aus dem inneren des SL nix rauskommen kann:
Zitat:
"Hier liegt der Fall anders. Meine Rezepte sind hinter dem Horizont des Schwarzen Lochs verschwunden. Was auch immer diese Grenze einmal passiert hat, vermag nur mit Überlichtgeschwindigkeit wieder zu entkommen – und das ist bekanntlich nach Albert Einstein unmöglich. Darum können die Verdampfungsprodukte, die von außerhalb des Horizonts stammen, meine Aufzeichnungen nicht einmal in verstümmelter Form enthalten." Der Richter fühlt sich überfordert und lädt einen prominenten Sachverständigen: "Professor Hawking, was sagen Sie dazu?" Der englische Physiker Stephen W. Hawking von der Universität Cambridge tritt per Video-Konferenzschaltung virtuell in den Zeugenstand. "Tück hat recht", übermittelt er mit seinem elektronischen Kommunikationssystem. "In den meisten Fällen gerät Information mit der Zeit durcheinander und geht dabei praktisch verloren. Fährt zum Beispiel ein Luftzug in eine aufgegangene Patience, verschwindet die umständlich hergestellte Ordnung. Doch im Prinzip gilt: Wenn wir genau wissen, wie der Wind jede einzelne Karte bewegt hat, können wir die ursprüngliche Anordnung rekonstruieren. In meinem Artikel von 1976 habe ich aber gezeigt, daß diese sogenannte Mikroreversibilität, die sowohl in der klassischen Physik als auch in der Quantenmechanik gilt, bei Schwarzen Löchern nicht gegeben ist. Weil aus dem Inneren ihres Horizonts keinerlei Information zu entkommen vermag,
sind Schwarze Löcher eine grundlegend neue Quelle von Irreversibilität in der Natur."
https://www.spektrum.de/magazin/das-informationsparadoxon-bei-schwarzen-loechern/823827
Die Strahlung stammt ja vom Horizont.
Allerdings soll dort eben auch die Information des SL gespeichert sein, nicht im Inneren.
Aruna
Verfasst am: 15. Jun 2025 10:22
Titel:
Aussagen aus dem anderen Thread:
TomS hat Folgendes geschrieben:
In der
unendlich fernen Zukunft
liegt
1. kein SL und keine Materie vor, das SL ist vollständig verdampft, die Materie verschwinden
Keine Materie? Ist es nicht so, dass kleine SL - und ein SL das vollständig verdampft ist irgendwann sehr klein - auch massebehaftete Teilchen abstrahlen?
TomS hat Folgendes geschrieben:
Nehmen wir nun
zwei verschiedene Materieverteilungen der selben Masse M
, so folgt nach Hawking's Rechnung
D.h.
identische Massen
der beiden Materialverteilungen führen immer zu einem
identischen finalen Zustand
.
die Endzustände sind immer identisch?
Also exakt gleich, zu jedem Zeitpunkt ab der Bildung des Ereignishorizontes wird für jedes SL gleicher Masse genau die gleiche Anzahl Teilchen einer bestimmen Teilchenart mit gleicher Energie und gleichem Impuls (Betrag und Richtung) abgestrahlt?
TomS hat Folgendes geschrieben:
Beim Informationsverlust-Paradoxon geht es im Falle eines zu einem SL kollabierenden Himmelskörpers bestehend aus N Teilchen um die Information, die in deren Quantenzustand kodiert sein kann. Es geht nicht darum, wieviele man praktisch extrahieren kann, sondern wieviele prinzipiell enthalten sein können. Der Unterraum eines Hilbertraumes den Quantensysteme = Eingangssysteme der Masse M aufspannen, ist unendlich-dimensional, der Unterraum der Endzustände nach der vollständigen Verdampfung ist endlich-dimensional..
Du behauptest also, um den Gesamtzustand der Teilchen zu beschreiben, die vom SL abgestrahlt werden, braucht man weniger Information, als für den Gesamtzustand der Teilchen, die das SL bilden, bevor die den EH überschritten?
Warum wird dann meistens auf die thermische Natur der Strahlung abgehoben, um auf den Informationsverlust zu schließen?
Oder darauf, dass die Strahlung vom Horizonst kommt und nicht aus dem Inneren?
Aruna
Verfasst am: 14. Jun 2025 23:47
Titel: Re: Informationserhaltung, Mikroreversibilität, Unitärität,
TomS hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Dazu habe ich nun die Frage (@TomS):
Wie unterscheidet sich Deine Aussage prinzipiell von dieser Aussage:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Solange allerdings ein Mikrozustand zum Zeitpunkt t_1 sich
kausal
aus einem zum Zeitpunkt t_0 entwickelt hat, geht da keine Information im Sinne der Informationserhaltung verloren.
Denn Du kannst dann, wenn Du den Mikrozustand zu einem Zeitpunkt kennst, -zumindest theoretisch- die Mikrozustände zu früheren Zeitpunkten berechnen.
Dass ich nicht den Begriff
kausal
sondern
unitär
bzw.
eindeutig invertierbar
verwende. Kausal im Sinne von "aus A folgt B" schließt nicht aus, dass zugleich "aus A* folgt B" gilt.
Okay, stimmt...
Was muss zur Kausalität noch dazu kommen, dass daraus "eindeutig invertierbar" wird?
Der Laplacesche Dämon kennt ja sowohl jede Zukunft, wie auch jede Vergangenheit aufgrund einer vollständigen Kenntnis der Gegenwart.
Seine Welt ist also sowohl vorwärts, wie ich rückwärts deterministisch
TomS hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Insbesondere im Hinblick auf dieses Urteil?
TomS hat Folgendes geschrieben:
Versucht man nämlich, das Problem anschaulich darzustellen und argumentiert mit Informationen, so landet man bei der paradoxen Situation, erklären zu müssen, inwiefern diese Information nach Meinung vieler nicht verloren geht, obwohl man sie weder anschaulich fassen noch praktisch ermitteln kann.
Ich habe mich an einer zugleich anschaulichen und präzisen Darstellung von Information im Rahmen der QM versucht – was ich bei anderen oft vermisse.
Hältst du meine Erklärung für sinnvoll?
sinnvoll bezüglich welcher Zielsetzung?
Damit ich verstehe, was mit Unitarität gemeint ist?
Um das Informationsparadoxon Leuten ohne Bezug zur QM nache zubringen?
Um zu erklären warum Entropie im Sinne des 2.Hs nicht einfach Kehrwert oder Komplement zur Information im Sinne des Informationsparadoxon ist?
[...]?
Die Veranschaulichung des Zustandsvektors finde ich für mich als Zielgruppe gut. Bei den griechischen Buchstaben hab ich nicht mehr genau aufgepasst, aber ich glaube, eine tatsächliche Erklärung für den Verlust der Unitarität war da nicht dabei, nur die Aussage, dass es eben so sei und eine formale Darstellung dieser Aussage.
TomS hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
2.) Wie willst Du denn den Zustandsvektor eines Systems praktisch ermitteln, wenn es nicht möglich ist, die Information über dessen Mikrozustand praktisch zu ermitteln?
Ich sage doch gar nicht, dass das praktisch möglich ist.
Die Unmöglichkeit der praktischen Ermittlung war allerdings einer Deiner Kritikpunkt an anderen Darstellungen und Du bist angetreten, das besser zu machen...
TomS hat Folgendes geschrieben:
Evtl. ist das ja ein weiteres Problem des Begriffs der Information: man versteht darunter oft Information
für jemanden
. Dieser subjektive Charakter schwingt beim Begriff der Unitarität nicht mit, und das ist gut so.
keine Ahnung wer "man" ist, aber wer das nach Erklärung, dass es um die im System vorhandene Information geht nicht versteht, wird wohl auch Deine Ausführungen nicht verstehen...
Gleichwohl wird er eventuell merken, dass "Unitarität" ein wichtiges Buzzword in dem Zusammenhang ist und eventuell verwenden, ohne zu verstehen.
TomS hat Folgendes geschrieben:
Natürlich wäre das Szenario auch bei einer klassischen Betrachtung problematisch, aber da klassische Physik ohnehin völlig unzureichend ist, interessiert das niemanden.
Dass das niemanden interessiert, ist m.E. eine unzulässige Verallgemeinerung Deiner eigenen Interessenslage.
Mich interessiert es z.B. und Susskind findet es auch erwähnenswert.
Außerdem hat die QM ein Messproblem und da hat die Unitarität ein Loch.
TomS hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Im Kontext der vorangegangenen Diskussion zwischen seb110 wäre es m.E. auch sinnvoll, den Unterschied herauszuarbeiten zwischen der Aussage, dass, wenn ich t und t` in den entsprechenden Naturgesetzen/Zeitentwicklungen vertausche dann frühere Systemzustände wieder erhalte, und der der Aussage, dass sich diese früheren Systemzustände in der Natur spontan bei normaler Zeitrichtung wieder einstellen können.
Das habe ich nicht verstanden.
seb110 hat auf den 2.HS abgehoben und dabei auf reversible bzw. irreversible Prozesse.
Irreversibel im Sinne der TD heißt aber nur, dass etwas nicht spontan abläuft.
Und insbesondere heißt es nicht, dass ich einen Ablauf nicht umkehren kann, wenn ich die Zeit rückwärts laufen lasse.
Also wenn ich z.B. filme, wie eine Vase auf den Boden fällt und zerbricht, kann ich den Film auch rückwärts laufen lassen und die Vase wird sich wieder zusammensetzen und von dem Küchenboden nach oben springen.
Das wird man in der Realität aber eher selten beobachten.
Es passiert also nicht spontan bei normaler Zeitrichtung.
Aber wenn ich die Zeit umkehre, dann passiert das.
Wenn Du nun U durch das inverse ersetzt und t_0 und t vertauscht, dann lässt
Du doch eher den Film rückwärts laufen, als dass das einem tatsächlichen Vorgang in normaler Zeitrichtung entspricht?
TomS
Verfasst am: 14. Jun 2025 17:23
Titel: Re: Informationserhaltung, Mikroreversibilität, Unitärität,
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Dazu habe ich nun die Frage (@TomS):
Wie unterscheidet sich Deine Aussage prinzipiell von dieser Aussage:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Solange allerdings ein Mikrozustand zum Zeitpunkt t_1 sich
kausal
aus einem zum Zeitpunkt t_0 entwickelt hat, geht da keine Information im Sinne der Informationserhaltung verloren.
Denn Du kannst dann, wenn Du den Mikrozustand zu einem Zeitpunkt kennst, -zumindest theoretisch- die Mikrozustände zu früheren Zeitpunkten berechnen.
Dass ich nicht den Begriff
kausal
sondern
unitär
bzw.
eindeutig invertierbar
verwende. Kausal im Sinne von "aus A folgt B" schließt nicht aus, dass zugleich "aus A* folgt B" gilt.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Insbesondere im Hinblick auf dieses Urteil?
TomS hat Folgendes geschrieben:
Versucht man nämlich, das Problem anschaulich darzustellen und argumentiert mit Informationen, so landet man bei der paradoxen Situation, erklären zu müssen, inwiefern diese Information nach Meinung vieler nicht verloren geht, obwohl man sie weder anschaulich fassen noch praktisch ermitteln kann.
Ich habe mich an einer zugleich anschaulichen und präzisen Darstellung von Information im Rahmen der QM versucht – was ich bei anderen oft vermisse.
Hältst du meine Erklärung für sinnvoll?
Aruna hat Folgendes geschrieben:
1.) Was beschreibt denn der Zustandsvektor anderes als den Mikrozustand, bzw. inwiefern fasst die Veranschaulichung des ZV die Information anschaulicher?
Ich finde Zifferblätter mit Markierungen anschaulicher als Zustandsvektoren in Hilberträumen sowie Eigenräume selbstadjungierter Operatoren – und zugleich in der Sache vollständig zutreffend.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
2.) Wie willst Du denn den Zustandsvektor eines Systems praktisch ermitteln, wenn es nicht möglich ist, die Information über dessen Mikrozustand praktisch zu ermitteln?
Ich sage doch gar nicht, dass das praktisch möglich ist.
Evtl. ist das ja ein weiteres Problem des Begriffs der Information: man versteht darunter oft Information
für jemanden
. Dieser subjektive Charakter schwingt beim Begriff der Unitarität nicht mit, und das ist gut so.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Meine Aussage stammt m.E. aus der klassischen Mechanik.
Deine Aussage ist m.E. geeignet, den Eindruck zu erwecken. die Informationserhaltung im Sinne von Mikroreversibilität wäre eine Besonderheit der QM.
Natürlich wäre das Szenario auch bei einer klassischen Betrachtung problematisch, aber da klassische Physik ohnehin völlig unzureichend ist, interessiert das niemanden.
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Im Kontext der vorangegangenen Diskussion zwischen seb110 wäre es m.E. auch sinnvoll, den Unterschied herauszuarbeiten zwischen der Aussage, dass, wenn ich t und t` in den entsprechenden Naturgesetzen/Zeitentwicklungen vertausche dann frühere Systemzustände wieder erhalte, und der der Aussage, dass sich diese früheren Systemzustände in der Natur spontan bei normaler Zeitrichtung wieder einstellen können.
Das habe ich nicht verstanden.
Aruna
Verfasst am: 14. Jun 2025 07:04
Titel: Informationserhaltung, Mikroreversibilität, Unitärität, Zeit
Edit: der Titel ist abgeschnitten: das letzte Wort war "Zeitumkehrinvarianz..." nicht einfach "Zeit'"
Meine Frage:
In dem Thread über entropische Gravitation und Hawkingstrahlung hat sich eine grundlegendere Diskussion über die Begriffe Information, Informationserhaltung und Unitarität entwickelt.
Eine entsprechende Klärung der Begriffe finde ich interessanter und grundlegender als das eigentliche Thema (entropische Gravitiation) des anderen Threads, das hier bitte nicht diskutiert werden soll.
(Ich bitte die Moderation diesen Thread von Beiträgen zu dem anderen Thema frei zu halten. Also zum Thema "entropischer Gravitation". Über Hawkingstrahlung als gundsätzliche Herausforderung der Informationserhaltung kann hier natürlich disktutiert werden, ebenso über den Begriff der Entropie selbst und wie er mit dem Begriff Information zusammen hängt.)
Meine Ideen:
TomS hat m.E. im anderen Thread das Gesamtsystem durch einen einzelnen Zustandsvektor beschrieben und die Position dessen Spitze auf einer Kugeloberfläche zum Zeitpunkt t als Information über den Zustand des Systems
zu diesem Zeitpunkt veranschaulicht:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Wenn wir die Position zu einem Zeitpunkt kennen, und wenn U bekannt ist, dann können wir die Position zu beliebigen früheren oder späteren Zeiten berechnen.
Dazu habe ich nun die Frage (@TomS):
Wie unterscheidet sich Deine Aussage prinzipiell von dieser Aussage:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Solange allerdings ein Mikrozustand zum Zeitpunkt t_1 sich kausal aus einem zum Zeitpunkt t_0 entwickelt hat, geht da keine Information im Sinne der Informationserhaltung verloren.
Denn Du kannst dann, wenn Du den Mikrozustand zu einem Zeitpunkt kennst, -zumindest theoretisch- die Mikrozustände zu früheren Zeitpunkten berechnen.
Insbesondere im Hinblick auf dieses Urteil?
TomS hat Folgendes geschrieben:
Versucht man nämlich, das Problem anschaulich darzustellen und argumentiert mit Informationen, so landet man bei der paradoxen Situation, erklären zu müssen, inwiefern diese Information nach Meinung vieler nicht verloren geht, obwohl man sie weder anschaulich fassen noch praktisch ermitteln kann.
Insbesondere:
1.) Was beschreibt denn der Zustandsvektor anderes als den Mikrozustand, bzw. inwiefern fasst die Veranschaulichung des ZV die Information anschaulicher?
2.) Wie willst Du denn den Zustandsvektor eines Systems praktisch ermitteln, wenn es nicht möglich ist, die Information über dessen Mikrozustand praktisch zu ermitteln?
Meine Aussage stammt m.E. aus der klassischen Mechanik.
Deine Aussage ist m.E. geeignet, den Eindruck zu erwecken. die Informationserhaltung im Sinne von Mikroreversibilität wäre eine Besonderheit der QM.
Im Kontext der vorangegangenen Diskussion zwischen seb110 wäre es m.E. auch sinnvoll, den Unterschied herauszuarbeiten zwischen der Aussage, dass, wenn ich t und t` in den entsprechenden Naturgesetzen/Zeitentwicklungen vertausche dann frühere Systemzustände wieder erhalte, und der der Aussage, dass sich diese früheren Systemzustände in der Natur spontan bei normaler Zeitrichtung wieder einstellen können.